Читать книгу Наука складности - Дмитрий Леонидович Черняк - Страница 11

Небо потребовало почтить его величие отдельным эпиграфом.

Охватить взглядом одновременно все четыре взаимодействия непросто: слабое взаимодействие имеет масштаб меньше ядер, а гравитационное невозможно обнаружить даже в очень большой лабораторной колбе, поэтому нам необходимо рассматривать космический масштаб.

Благодаря гравитации, свободно движущиеся в космосе частицы начинают притягиваться друг к другу, формируются зоны сгущения и, наоборот, разряжения.

Чем больше растёт масса сгустков, тем интенсивнее и издалека они начинают собирать весь космический мусор, фактически «пылесосят» пространство вытягивая из него всё, что не приколочено.

По мере роста массы, сгустки уплотняются, приводя к тому, что молекулы начинают всё чаще сталкиваться в тепловом движении. Моменты их столкновения – это, по сути, моменты действия кулоновских сил, которые заставляют их либо отталкиваться и разлетаться, либо вступать в химические связи.

Всё более растущая гравитация приводит к тому, что собранное вещество начинает спрессовываться, перегреваться, плавиться, образуя породы (если там есть чему плавиться) и, наконец, «гореть», когда сила притяжения фактически «выжимает» из него лишнюю тепловую энергию в виде излучения. Когда вещество загорается, этот процесс теплового давления некоторое время будет противостоять гравитационному сжатию, пока энергия не закончится.

Когда вся кинетическая энергия «выгорает» из тела, оно коллапсирует внутрь себя под продолжающимся действием силы гравитации.

Преодолевается сила кулоновского отталкивания, начинают ломаться ядра, запускается термоядерная реакция, зажигается звезда в том её виде, как мы привыкли видеть наше Солнце.

Термояд на таких звёздах, как Солнце, в основном, перерабатывает первичный протонный газ (т.е. атомарный водород) в гелий, а когда этот процесс заканчивается, из гелия начинается синтез более тяжёлых элементов до железа, затем, при наличии достаточной массы и в зависимости от того, что там внутри родилось, оно жахнет сверхновой и превратится в нейтронную звезду, чёрную дыру или ещё какой-нибудь объект с эпичными физическими параметрами.

Нейтронные звёзды – это чистые сгустки нейтронов, размером всего несколько десятков километров и массой в несколько раз превосходящей Солнце. Нейтроны в них образуются своеобразной восстановительной процедурой, когда электроны под действием силы гравитационного сжатия вдавливаются обратно в протоны. Нейтронные звёзды считаются мёртвыми, концом эволюции звезды, но иногда (не так уж редко, по космическим меркам) они тоже встречаются друг с другом и тогда взрываются, синтезируя всю таблицу Менделеева, разлетающуюся в космическое пространство.

Вокруг звёзд образуется вращающийся аккреционный диск из всякой разной материи, которая, подвергаясь действию всё той же гравитации, стягивается в планеты. Это, к слову, объясняет причину, по которой чем дальше от Солнца, тем массивнее планета: чем дальше от Солнца, тем большая площадь аккреционного диска участвует в сгущении.

Поверхность планет греется в лучах пылающих звёзд (что делает это пылание вовсе не бессмысленной тратой энергии). А внутри планет, под действием гравитации, тоже происходят всякие интересные процессы. И, хотя процессы эти до конца не изучены и протекают, конечно, не так, как в звёздах, они формируются игрой всё тех же четырёх фундаментальных взаимодействий и либретто этого спектакля мы с вами только что рассмотрели.

Давайте повторим его главные моменты:

– В космосе существует постоянное изменение, связанное с консолидацией материи, её преобразованием, разбрасыванием и повторной консолидацией.

– Это изменение приводится в движение всего четырьмя фундаментальными физическими взаимодействиями, которые, тем не менее, в зависимости от условий, могут проявлять большое разнообразие форм и сценариев.

– Энтропию нельзя рассматривать как единственный или наиболее значимый результат этой игры сил.

– Эта игра постоянно рождает сложные структуры, которые дают возможность рождаться другим сложным структурам – меньшего размера, но большей сложности. Так галактики дают жизнь звёздам, звёзды – планетам и, по крайней мере одна из них, дала возможность появиться жизни и человеческому сознанию.

Именно эта игра всех четырёх сил, а вовсе не второе начало термодинамики определяет протекание космических процессов.

Второе начало термодинамики было открыто в лабораторной колбе, замкнутом, ограниченном пространстве, в котором никак не могли себя проявить ни гравитационное, ни сильное, ни слабое взаимодействия, а имели место лишь проявления кулоновского, преимущественно, в области химии и термодинамики. Это очень обширная область, физический масштаб явлений которой соответствует масштабу наших тел. И, тем не менее, при применении Второго начала термодинамики необходимо понимать, что оно не может быть обобщено на полную картину Природы.

Впрочем, мы на этом не расстаёмся со Вторым началом и ещё вернёмся к нему в дальнейшем, при подробном рассмотрении характера действующих сил.