Наука Плоского мира. Книги 1-4

Возможно, современные законы физики обладают неповторимостью и уникальностью, а возможно, их место вполне мог занять другой набор утверждений, но законах в целом можно сказать кое-что еще. А также об их исключениях и особенно об их преодолении. Этот слово вовсе не означает, что законы нарушаются. Мы хотим лишь сказать, что законы могут утратить свое значение из-за изменившегося контекста аэробус, к примеру, преодолевает гравитацию, используя воздушные потоки позади крыльев.

В качестве примера мы возьмем закон Ома, потому что он выглядит простым.

По отношению к электричеству материя в сущности делится на два вида изоляторы и проводники. Если она является проводником, то к ней применим закон Ома: сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление. Таким образом при фиксированном сопротивлении для получения большей силы тока требуется большее напряжение. Однако сопротивление может меняться, и именно эта возможность лежит в основе некоторых природных явлений молния, к примеру, превращает изолирующий атмосферный газ в проводящий ионизированный канал для электрического удара или шаровую молнию, которая по сути сворачивается в поверхность шара. Как аномалии, эти явления непроизвольно привлекают к себе интерес. Еще мы можем выделывать разные фокусы, используя проводники с переменным сопротивлением от термоэлектронных ламп 1920-х до (на данный момент) полупроводников типа транзисторов. Этот фокус лежит в основе компьютерной индустрия.

Открытие сверхпроводящих то есть лишенных сопротивления сплавов вблизи абсолютного нуля стало довольно интересной аномалией, которая по мере появления сплавов, не проявляющих электрического сопротивления при все более высоких температурах, обещает открыть перед нами совершенно новую энергетическую технологию. Интерес представляет все, что не вписывается в картину закона Ома: ведьмы, космические корабли.

Закон Ома тесно связан с историями о распределении электрической энергии. Описывая эти проблемы вместе с их решениями, мы можем продемонстрировать, как закон, «предоставленный самому себе», но действующий в ином контексте, может принципиально поменять ситуацию. Теперь мы можем перейти от точки зрения Фейнмана о том, что закон определяет как контекст, так и сущность природного явления к более прогрессивным взглядам.

Распределение электроэнергии между домашними хозяйствами осложняется сопротивлением кабелей, из-за которого значительная ее часть рассеивается линиями электропередачи в виде тепла. Из закона Ома следует, что, увеличив напряжение и понизив силу тока, мы сможем передать точно такое же количество энергии с меньшими потерями. Однако в дома потребителей будет поступать высоковольтное электричество, и любой несчастный случай обернется трагедией.

Хитрость в том, чтобы использовать переменный ток, колеблющийся с частотой 50–60 раз в секунду. Напряжение переменного тока можно изменить с помощью трансформатора, поэтому для передачи энергии можно использовать высокое напряжение, а перед подачей в дома снижать его до менее смертоносного уровня. Теперь мы могли бы использовать постоянный ток и преобразовать его напряжение с помощью современной электроники, но во времена создания системы энергораспределения этот вариант был недоступен. К настоящему моменту мы вложили столько средств в систему переменного тока, что отказаться от них пусть даже и в пользу более удачной идеи будет непросто. Описанный трюк обходит проблему сопротивления, а, следовательно, и потерю энергии, связанную с законом Ома. Даже сейчас потери в протяженных линиях электропередачи могут доходить до одной трети, но это все же намного лучше, чем 70 %-ные потери в системах низковольтного постоянного тока 1920-х. Меняя параметры, переходя к переменному току низкой силы и высокого напряжения, мы можем в какой-то степени изменить правила игры.

Слишком многие физики, по-видимому, придерживаются образа мышления, в соответствии с которым физика составляют всю окружающую нас действительность просто потому, что имеет дело с фундаментальной структурой материи. В книге «Характер физических законов» Фейнман пишет:

Одни и те же разновидности атомов можно обнаружить как в живых, так и в неживых существах (sic); лягушки состоят из того же «теста», что и камни, разница лишь в их структуре. А значит, наши задачи упрощаются; у нас нет ничего, кроме атомов, одинаковых и вездесущих.

В той же книге он отмечает: