Тайны пространства и времени - Комаров Виктор Ноевич - Страница 76

Наблюдения реликтового излучения позволяют решить еще одну интереснейшую задачу. Все космические объекты находятся в постоянном движении. Планеты обращаются вокруг Солнца. Солнце вместе с другими звездами движется вокруг центра Галактики. Галактики, в свою очередь, не только участвуют в расширении Вселенной, но и перемещаются друг относительно друга.

Для того, чтобы обнаружить и изучить любое движение, измерить его физические характеристики: скорость, ускорение, направление – необходима определенная система отсчета, связанная с теми или иными материальными объектами. Так, движение Земли и планет мы обычно отсчитываем относительно системы координат, связанной с Солнцем, а движение Солнца и звезд – относительно галактической системы координат.

Но дело в том, что космические тела, с которыми мы связываем те или иные системы отсчета, сами движутся. Иными словами, любой космический объект одновременно участвует в целом ряде различных движений. И для того, чтобы определить суммарное движение, нужна была бы некая «независимая» система отсчета, не связанная с перемещающимися небесными телами. Такой в определенном смысле «абсолютной» или, точнее говоря, физически преимущественной системой, может служить система отсчета, жестко связанная с реликтовым излучением.

Эта система вводится таким образом, чтобы в каждой точке пространства по отношению к ней поток излучения был равен нулю. Физическое преимущество этой системы заключается в том, что по отношению к ней поле излучения находится в состоянии покоя.

Можно ли измерить фактическую скорость движения того или иного конкретного космического объекта, например, нашей планеты Земли по отношению к этой системе? Можно. Если, в частности, Земля движется относительно реликтового излучения, реликтового фона Вселенной, то плотность энергии реликтового излучения, а следовательно, и его «радиояркость» в направлении движения будет соответственно выше, чем в противоположном. В самом деле, представим себе реликтовое излучение как поток фотонов. Тогда, очевидно, за одно и то же время Земля будет «сталкиваться» с большим числом встречных фотонов, чем догоняющих.

Как мы уже говорили, реликтовое излучение практически изотропно, но из-за того, что Земля обладает собственным движением, эта изотропия должна несколько нарушаться. Нарушения эти, разумеется, весьма незначительны и не нарушают общей картины благодаря тому, что скорость движения нашей планеты ничтожна в сравнении со скоростью распространения электромагнитных волн. Но тем не менее такие нарушения существуют и их можно в принципе обнаружить. Измерив разницу в интенсивности реликтового фона в диаметрально противоположных направлениях, можно определить скорость движения Земли по отношению к преимущественной системе отсчета.

Точнейшие измерения с помощью современных радиотелескопов на волне длиной 9 миллиметров показали, что радиояркость реликтового фона в направлении на созвездие Льва (это созвездие расположено на небе несколько ниже донышка ковша Большой Медведицы) чуть больше, а в противоположном направлении – чуть меньше средней для всего неба величины. Различие едва уловимое – всего на одну тысячную. Но из этого следует, что наша планета вместе с Солнцем и всей Солнечной системой движется по направлению к созвездию Льва со скоростью около 390 километров в секунду относительно системы отсчета, связанной с реликтовым излучением.

«Порядок» и «хаос»

Мы живем в мире, обладающем вполне определенными свойствами. Все процессы, которые в нем происходят, подчиняются определенным законам. Можно спорить о том, в какой степени эти законы зависят от существования и деятельности человека. Можно находить способы, позволяющие использовать эти законы в интересах обитателей Земли, – на этом основаны вся современная техника и технология. Можно определять границы применимости тех или иных законов и пользоваться этими знаниями на практике, осуществляя за границами, о которых идет речь, определенные действия и получая результаты, казалось бы, этими законами строго-настрого запрещенные. Как справедливо заметил один известный физик-теоретик, «невозможное и неосуществимое при одних условиях и обстоятельствах может оказаться возможным и осуществимым при других…»

И тем не менее не считаться с законами природы нельзя. Ведь в конечном счете именно от них во многом зависит, как развернутся в дальнейшем те или иные явления и процессы и последствия наших собственных действий и поступков. Благодаря накопленным знаниям и техническим достижениям человек достиг немалого могущества, но переоценивать его было бы непростительной ошибкой. И не менее глубоким заблуждением было бы думать, что мы свободны в своих действиях и можем безнаказанно совершать все, на что способны с чисто технической точки зрения. А ведь еще сравнительно недавно немалой популярностью пользовался дерзкий лозунг: «Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у нее – наша задача!»

Среди фундаментальных физических законов есть закон, который можно считать одним из самых общих. Во всяком случае, никаких нарушений этого закона до сих пор отмечено не было. Это говорит о том, что границы его применения простираются если и не до бесконечности, то во всяком случае весьма и весьма далеко. Речь идет о так называемом втором начале термодинамики – науки о тепловых процессах и явлениях. Согласно этому закону, в любой замкнутой физической системе, предоставленной самой себе, тепло всегда переходит от тел более нагретых к более холодным, вследствие чего температуры всех тел постепенно уравниваются и любые тепловые процессы в системе полностью прекращаются. Таким образом, поскольку все виды энергии переходят в тепло, а тепловая энергия постепенно равномерно распределяется между всеми телами системы, наступает ее своеобразная «тепловая смерть».

В свое время немецкий физик Р. Клаузиус ввел для обозначения «меры вырождения», «обесценения» энергии особое понятие: «энтропия». С его помощью второе начало термодинамики можно сформулировать так: «В любой замкнутой физической системе энтропия стремится к максимуму…»

С появлением так называемой статистической физики, основанной австрийским физиком Больцманом и американским ученым Гиббсом, оказалось, что энтропия является не только мерой обесценения энергии, но и «мерой неупорядоченности» физических систем.

На языке математики это можно выразить несколько иначе: любая замкнутая физическая система от состояний менее вероятных переходит к более вероятным. Накопление энтропии – это накопление «хаоса». Следовательно, «хаос» более вероятен, чем «порядок».

Разумеется, в принципе можно перегонять тепло и от менее нагретых тел к более нагретым и «хаос» превращать в «порядок». Но для этого необходимо произвести определенную работу, а значит, затратить определенную энергию. Иными словами, уменьшить энтропию в какой-либо области можно лишь за счет ее увеличения в какой-то другой…

Иногда при определенных условиях подобные процессы протекают в природе самопроизвольно – их называют процессами самоорганизации. Из «хаоса» формируется «порядок»… Это равносильно тому, что в систему как бы поступает отрицательная энтропия – «негэнтропия». Подобные системы, способные обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией бельгийский ученый И. Пригожий назвал «диссипативными». Между прочим, человеческий организм, как и вообще все живое, «питается» «негэнтропией». Еще в 1945 году знаменитый физик Э. Шредингер писал, что мы питаемся не калориями, так как в стационарном состоянии количество энергии в организме остается неизменным. «Что же тогда составляет то драгоценное нечто, содержащееся в нашей пище, что предохраняет нас от смерти? – ставил вопрос Шредингер. – Это нечто есть отрицательная энтропия, которая постоянно извлекается из окружающей среды».