Рождённые летать не должны ползать во тьме голой эмпирики! И помочь им сбросить вериги изобретательского бескультурья — одна из задач школы, вуза, научно-технического общества, домов технической пропаганды, наконец, популярной литературы.
Вот уже несколько лет, как в Москве открыт Университет технического прогресса и экономических знаний. Он создан на общественных началах. Без оплаты читают лекции, проводят семинары и консультации, делятся опытом пятьсот специалистов. На кафедре в аудитории вы увидите академиков А. Берга, В. Каргина, А. Дородницына, Н. Жаворонкова, С. Лебедева, А. Несмеянова, П. Ребиндера, членов-корреспондентов АН СССР Г. Борескова, Б. Сотскова, В. Сифорова, многих других учёных и инженеров. Такие университеты могут быть созданы в любом городе. И кому, как не самим изобретателям, надо бы, отрешившись от кустарщины, келейности, инертности, стать застрельщиками интересного, большого и — не будем бояться громких слов — государственного дела!
Лишь во всеоружии знаний пристало уважающему себя исследователю поднимать руку на грандиозное научное наследие предков. А что в науке нет окаменевших, раз и навсегда установленных истин, — кто же в этом сомневается?
Механика Ньютона, разумеется, также не исключение из общего правила. Не далее как в начале 1963 года, в разгар диновской эпопеи, была официально засвидетельствована существенная поправка к закономерностям, установленным ещё Ньютоном.
Что же это за поправка? Неужто теория Дэвиса, предложившего «четвёртый закон механики»?
«Наука — череда последовательных приближений к познанию реальности, причём количество таких постепенно сокращающихся шагов бесконечно велико, хотя и имеет предел — абсолютную истину.
Для студента-первокурсника физика — очень ясный предмет: факты хорошо известны, соотношения выражены чёткими формулировками, не оставляющими места для разнотолков и сомнений. Проходит не менее трёх лет в аспирантуре, пока, наконец, зарождающийся учёный не прозревает: здание науки, такое стройное и монументальное издали, выглядит растрескавшимся и оседающим сооружением, опирающимся на зыбучие пески непрестанно меняющейся теории. Нет ничего такого, что было бы известно с абсолютной достоверностью. Просто одни вещи более вероятны, чем другие. Теории и законы лишь частично подтверждаются гипотезами, которые сами ждут, когда им на смену придут более совершенные, но опять-таки частично подтверждённые гипотезы. Если мы что-либо и знаем точно о любой теории в современной физике, так это то, что она либо ошибочна, либо по меньшей мере неполна. Рано или поздно кто-то предложит новую, более обобщённую концепцию, где прежняя останется на правах частного случая».
Так начинает свою статью доктор Уильям О. Дэвис, полковник в отставке, бывший сотрудник научно-исследовательской лаборатории в атомном центре Лос-Аламос, ныне директор по научной части крупной нью-йоркской корпорации. Бьющий в нос скепсис, скорее даже пессимизм во взглядах на научный прогресс не помешал автору статьи без тени сомнения, без самомалейшего вопросительного знака, прямо-таки по-солдатски лихо начертать в заголовке три коротких слова, которые способны сразить наповал даже видавшего виды физика: «Четвёртый закон движения».
Так подтрунивал Пушкин над претензиями одной из своих современниц. Но бравому полковнику не до шуток.
Классическая физика знала три закона движения.
Вот как сформулированы они у самого Ньютона в его «Математических началах натуральной философии».
Первый: всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние.
Короче — инерция.
Второй закон: всякая сила, действующая на тело, сообщает последнему ускорение, прямо пропорциональное величине силы и обратно пропорциональное массе тела.
В школьных учебниках это записывается формулой: сила равна массе, помноженной на ускорение.
Закон третий: действию всегда есть равное и обратное по направлению противодействие.
Вот и всё. А теперь пусть наука узнает его, Дэвиса, четвёртый! Такого решительного вторжения в ньютонианское миропонимание история не припомнит со времён создания теории относительности и квантовой механики. Откроем маленький секрет: статья Дэвиса напечатана в том же журнале «Аналог», где и статья Кемпбелла, только два года спустя — в августе 1962 года. Но учёный есть учёный, с какой бы трибуны он ни обращался к аудитории со своими идеями. Так что предоставим слово самому Дэвису.
Прочность материалов, говорит Дэвис, зависит от скорости, с какой они деформируются. Баллистика изобилует примерами, когда снаряды продолговатой формы глубоко проникали в мишень благодаря тому, что действовали на неё на манер отбойного молотка. Объяснить подобные эффекты с позиций одной лишь ньютоновской механики трудно.
Исследуя ударные процессы в прессах для бумаги и текстиля, Дэвис обратил внимание, что резкое изменение ускорения сопряжено с интересными явлениями. (Здесь следует, пожалуй, напомнить, что ускорение — это скорость, с какой изменяется скорость движения. Если скорость тела нарастает равномерно, значит ускорение остаётся постоянным. Но оно может и меняться, тогда скорость будет получать с каждой секундой уже не одинаковые, а всё большие или, наоборот, всё меньшие надбавки. Тормозиться тело может тоже как равномерно, так и неравномерно.)
«Интерес к этим вопросам был подогрет дискуссией вокруг машины Дина, начатой Дж. Кемпбеллом на страницах этого журнала в 1960 году. Мои (более ранние) исследования привели к гипотезе, что действие этой машины, если бы она работала, можно в какой-то степени объяснить влиянием скорости, с какой изменяется ускорение. Настоящая статья не ставит своей основной целью объяснить действие «безреактивных» аппаратов, но, безусловно, имеет отношение к оценке устройств этого типа».
Когда ускорение остаётся неизменным или его вообще нет, продолжает Дэвис, системы тел достаточно хорошо описываются законами Ньютона. Трудности возникают лишь в условиях, когда ускорение начинает изменяться.
Ключевым понятием в дэвисовском анализе динамических систем служит одновременность. Законы движения предполагают строгую одновременность действия и противодействия. Иначе говоря, если сила, с которой масса № 1 действует на массу № 2, внезапно изменилась, то и сила воздействия массы № 2 на массу № 1 должна измениться в тот же миг. Так считал Ньютон. Эйнштейн, однако, доказал, что условие одновременности в ньютоновском понимании невыполнимо для тел, разделённых дистанциями астрономического размера, ибо изменения в поле тяготения не могут распространяться быстрее света, а скорость света ограниченна, хотя и чудовищно велика — 300 тысяч километров в секунду. Стало быть, две звезды не могут взаимодействовать мгновенно. Потребуется некоторое время (иногда это миллиарды лет), пока гравитационный импульс распространится от одной звезды к другой. Эта закономерность справедлива и для небольших тел, хотя вскрыть её практически невозможно: настолько ничтожны земные расстояния для скорости 300 тысяч километров в секунду. Понятно, мол, почему ускользнула она от проницательнейшего взгляда Ньютона.
Тем не менее Дэвис узрел неодновременность действия и противодействия и на Земле. «Рассмотрим, например, стальной стержень длиной в метр. Попытаемся сдвинуть его, толкнув с торца. Тотчас же вдоль стержня побежит импульс в виде волны сжатия. Скорость волны около 5000 метров в секунду. Дойдя до противоположного конца стержня, волна отразится, чтобы с той же скоростью возвратиться к точке, где была приложена сила. И до тех пор, пока волна не вернулась, то есть в течение четырёх десятитысячных долей секунды, стержень и не подумает двигаться, как мы ожидаем этого в соответствии со вторым законом Ньютона! Независимо от величины приложенной силы он не подчинится закону раньше, чем через указанный срок.
Полковник Джон П. Стапп, хирург военно-воздушных сил США, подвергал себя действию перегрузок, чтобы оценить опасность, которой подвергается пилот при катапультировании. Он нашёл, что масштабы повреждений, причинённых людям и, оборудованию, зависят от скорости изменения ускорения не меньше, чем от величины самого ускорения. Более того, в наши дни военная авиация устанавливает разумные пределы не только для ускорения, но и для скорости изменения ускорения.