Волшебный вкус квинтэссенции

Волшебный вкус квинтэссенции

Итак, четыре состояния вещества — твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Совсем, как древнегреческие четыре стихии — земля, вода, воздух, огонь. Как вновь и вновь не вспоминать знаменитые слова Ф. Энгельса о философии античной Греции: «В ней имеются в зародыше все позднейшие типы мировоззрения».

Человек правильно видит природу. Мы могли бы проиллюстрировать эту мысль и еще на одном примере: на учении Аристотеля о квинтэссенции.

Мы называем квинтэссенцией самое отборное, наилучшее; для нас это слово — синоним тончайшего и ценнейшего в предмете. Буквально здесь не так, но по существу совпадает со смыслом, вложенным в это слово его изобретателем.

Понятие «квинтэссенция», буквально «пятая сущность», было придумано в развитие Эмпедоклова учения о четырех стихиях. По Аристотелю, квинтэссенция — сущность, примиряющая противоречивые качества вещей. А ведь такая сущность действительно самое тонкое и важное в предмете: это следующий шаг, это новые поиски и находки. В квинтэссенции затаена идея прогресса: во все времена движение вперед начиналось с попыток примирить противоречия.

Есть своя квинтэссенция и в современных представлениях о различных состояниях вещества. Что же она примиряет?

Вот противоречие номер один: плотность и очень высокая температура. Не только у человека несведущего, но и у знающего физику легко (и обоснованно) может сложиться впечатление, что в общем-то эти свойства тел взаимно отталкиваются друг от друга. В практике людей максимальной плотностью обладают твердые тела. Если последние нагревать, то связи между молекулами (а потом и внутри них) станут ослабевать и вещество будет переходить во все менее плотные состояния.

Теоретические исследования внутреннего строения звезд, однако, показали, что высокие температуры прекрасно уживаются с высокими плотностями материи.

Существуют, например, так называемые белые карлики — слабо светящиеся, медленно угасающие звезды. Они невероятно плотны. 1 кубический сантиметр вещества такого небесного тела может весить тонны и даже около 100 тонн. Это во много раз плотнее вещества Солнца, 1 кубический сантиметр которого (в центре Солнца) весит всего 100 граммов.

Из-за своей огромной массы и сравнительно небольших размеров белый карлик обладает гравитационными полями (полями тяжести) в сотни тысяч и в миллионы раз большими, чем поле Земли. Поэтому поверхность такой звезды представляет собой почти идеальную сферу: горы на ней не могут быть выше нескольких миллиметров, а атмосфера — нескольких метров.

Огромная сила тяжести сжимает умирающую звезду, и та с последними вздохами своей жизни необычайно вдруг разогревается — до миллиардов градусов. Но это только ускоряет ее гибель. «Значительное повышение температуры в ее недрах до нескольких миллиардов градусов, — говорила по этому поводу профессор Алла Генриховна Масевич, — может привести к интенсивному образованию пар нейтрино — антинейтрино (элементарные частицы, свободно пронизывающие даже самые плотные небесные тела. — В. К.), которые, быстро уходя из звезды, уносят с собой большое количество энергии. В результате возможно практически „мгновенное“ охлаждение центрального ядра».

Совокупность высоких плотностей с большими температурами находится и у нас под ногами — в недрах нашей собственной планеты. Вулканический жар (возможно до 3000–4000 градусов) и давления, как полагают, превышающие 3000 тонн на квадратный сантиметр, — такова обстановка, отдаленная от нас примерно на 6370 километров. Это центр Земли. На реактивном самолете мы долетели бы до него за 7 часов, а чудес, с которыми там встретились бы, оказалось, пожалуй, побольше, чем на Луне.

Известный английский ученый профессор Артур Кларк (специалист по космосу и… морю, — бывает же такое сочетание! Сюда надо прибавить и умение писать прекрасные научно-фантастические романы) высказывает предположение, что в центре Земли может находиться что-нибудь такое, что мы захотим не только увидеть, но и потрогать. «Может быть, там есть вещества, столь плотные под влиянием сверхдавления, что обычные скальные породы для них менее плотны, чем для нас воздух», — говорит Кларк.

А ведь гранит только в 2000 раз плотнее воздуха, в то время как разрозненная материя в центре «карликов» в миллионы и даже в 10 миллионов раз плотнее гранита. В одном из своих произведений («Внутренние огни») Кларк писал о гипотетических существах из сверхуплотненной материи, которые могли бы плавать в недрах нашей Земли, как рыба в море. Правда, потом он сказал: «Надеюсь, что никто не воспринял эту идею серьезнее, чем я сам, — однако добавил: — Но эта фантазия может нас подготовить к тому, чтобы принять почти столь же поразительную и значительно более хитроумную действительность».

Итак, большие плотности согласуются с большими температурами и подводят человеческую мысль к массе необычных и неожиданных ситуаций. Но мысль никогда не довольствуется достигнутым пределом. Человек не просто тянется к Неведомому, а тем сильнее, чем оно дальше и недоступнее.

Еще до последних открытий в астрономии было высказано допущение, что в космической целине встречаются условия, при которых вещество сжимается до давлений в миллиарды раз более высоких, чем в белых карликах.

В 30-х годах советский физик Лев Давидович Ландау сделал расчеты, из которых вытекало, что если вещество сжать до очень высоких давлений, то электроны, содержащиеся в нем, могут, ломая и круша структуру, вдавиться в атомные ядра. Соединяясь там с положительно заряженными частицами — протонами, они превратят их в не имеющие электрического заряда нейтроны. В результате обычное вещество перейдет в новое — нейтронное — состояние.

1 кубический сантиметр такого вещества должен весить не менее миллиона тонн!

Но существуют ли реально нейтронные звезды? Ряд косвенных соображений позволяет ответить на вопрос «да». Окончательный ответ, однако, пока не получен и, естественно, не может быть получен быстро, потому что, если нейтронные звезды существуют, их трудно наблюдать: вследствие своих сверхвысоких плотностей они должны быть очень маленькими.

Сопоставление других противоположностей — вещества, состоящего из частиц с зарядами (электрическими и другими) тех знаков, которые они имеют в нашей части мира, и так называемого антивещества, то есть вещества из частиц с зарядами противоположных знаков, — отличительная особенность другого теоретического предположения.

Директор Бюраканской обсерватории в Армении академик Виктор Амазаспович Амбарцумян и один из его помощников, профессор Г. С. Саакян, высказались за возможность существования наряду с нейтронными еще более тяжелых и плотных так называемых гиперонных звезд.

Ученые считают так: если быстрое сжатие сопровождается дополнительным очень сильным разогревом, то в веществе могут образоваться в больших количествах попарно частицы вещества и антивещества (частицы и античастицы). Эта смесь напоминает плазму тем, что содержит равное число частиц с противоположными свойствами, поэтому ее назвали «эпиплазма» (по-гречески «эпи» — «после»): «послеплазма», «сверхплазма».

Известно, что в обычных условиях смесь вещества и антивещества мгновенно взорвалась бы с чудовищно большим выделением энергии. Почему же не взрывается эпиплазма? От взрыва некоторое время ее удерживают очень высокая температура смеси, а также исключительно могучие силы притяжения. Тем не менее и в этих условиях эпиплазма очень неустойчива, и при несимметричном ее расширении, когда в каких-то ее частях вдруг образуется «слабинка» — недостаточно могучие силы притяжения и температуры, — может произойти страшный взрыв.

Существует гипотеза, согласно которой примерно 10 миллиардов лет назад все вещество окружающих нас галактик было сжато до огромной плотности и находилось в нейтронном состоянии. Затем при расширении нейтронное вещество превратилось в современную, менее плотную плазму.

Согласно другой гипотезе, нейтронные звезды — результат огромных катастроф, взрывов донейтронного вещества, известных как вспышки так называемых сверхновых звезд.

Приняв во внимание современные гипотезы о существовании сверхплотных звезд, составим следующую сравнительную таблицу плотности некоторых веществ:

Плотность некоторых веществ

Советский физик профессор Давид Альбертович Франк-Каменецкий полагает, что если существование нейтронного вещества и эпиплазмы подтвердится, то нейтронные звезды надо отнести к образованиям вещества в «пятом состоянии», а эпиплазму именовать «шестым состоянием» вещества.

Он предлагает признать еще и «седьмое состояние» вещества — состояние поля излучения, иначе говоря то, что часто называют «физическим вакуумом».

Не знаю, как к этому отнесутся в будущем. Но если уж именовать особыми состояниями вещества разные его формы, имеющие какие-то резкие отличия друг от друга, то надо бы закрепить один из номеров за «веществом живых организмов». Уж где-где, а здесь отличительных свойств хоть отбавляй.

Здесь примиряются такие крайние противоречия, как стремление любой материи (в том числе и той, естественно, из которой состоят тела человека и животных) к «энергетическому рассеянию», к беспорядку, с одной стороны, и стремление любого живого существа как-то преобразить, упорядочить для себя природу — с другой.

И в то же время все живые существа состоят из тех же самых химических элементов, из которых состоят звезды. В телах животных не обнаружено ни одного элемента, который не был бы отмечен в спектрах звездных атмосфер. Только почему-то процентное содержание простейших химических веществ в телах животных иное, чем в атмосфере Солнца и подобных ему звезд. Отличается оно и от распределения элементов у Земли в целом (считая, что внутри нее находится, как предполагают, железоникелевое ядро).

Вот как выглядит сравнение процентных содержаний химических элементов в теле человека и млекопитающих, в атмосфере звезд и в Земле в целом:

Распределение элементов в процентах

Учение о состояниях вещества далеко не завершено. Пожалуй, оно только начинает по-настоящему складываться. До сих пор нет еще полной ясности в том, что именно считать особым состоянием (считать ли, например, живое воплощение энного состояния или не считать?). Препятствует созданию учения сегодняшняя недоступность небесных масс, которые могли бы состоять из необычных для нас веществ.

Вторая трудность, впрочем, возможно, будет преодолена раньше. Как бы далеко ни заглядывал человек, но в конце концов находил искомое.