Уставы небес, 16 глав о науке и вере

В то же время, за последнее столетие неоднократно предпринимались попытки отказаться от закона сохранения энергии или, по крайней мере, ослабить его формулировку (например, считая, что он выполняется лишь в среднем - предположение Бора, Крамерса и Слэтера, предшествующее окончательной формулировке квантовой механики). Каждый раз, однако, такие попытки не выдерживали экспериментальной проверки. Так, теория Бора-Крамерса-Слэтера оказалась опровергнутой опытами немецкого физика В. Боте, использовавшего специально разработанную им технику - метод совпадений - и подтвердившего сохранение энергии и импульса в индивидуальных микропроцессах. Впоследствии Н. Бор вернулся к гипотезе о несохранении энергии в микромире в связи с трудностями с объяснением закономерностей так называемого бета-распада (одного из типов радиоактивности), однако высказанная В. Паули гипотеза о существовании новой элементарной частицы нейтрино - спасла закон сохранения энергии. Детальная теория бета-распада, разработанная на основании идеи Паули крупнейшим итальянским физиком Э. Ферми и предполагающая строгое сохранение энергии в этом процессе, блестяще подтверждена всей совокупностью имеющихся экспериментальных данных. Таким образом, в настоящее время закон сохранения энергии рассматривается как один из самых фундаментальных законов физики. Материалы поучительной дискуссии, состоявшейся в 30-е годы по этому вопросу между выдающимися советскими физиками-теоретиками М.П. Бронштейном и С.П. Шубиным (оба погибли в годы сталинского террора), содержатся в сб.: С.П. Шубин, Избранные труды по теоретической физике. Очерк жизни. Воспоминания. Статьи (Свердловск, Наука, 1991).

При распространении закона сохранения энергии на Вселенную как целое возникают серьезные методологические трудности:

Закон сохранения энергии может иметь только одни смысл, а именно: существует некоторое свойство, присущее всем возможностям; но по детерминистской гипотезе существует лишь единственная возможность, а тогда закон теряет свой смысл. Напротив, при допущении индетерминистской гипотезы он имел бы смысл и тогда, когда бы мы пожелали придать ему абсолютное значение: он представился бы ограничением, наложенным на свободу. Но слово "свобода" напоминает мне, что я выхожу за пределы физико-математической области. Поэтому... закон Майера является формой достаточно гибкой, чтобы можно было вложить в нее почти все, что угодно (А.Пуанкаре, О науке, с.88).

Во избежание недоразумений подчеркнем, что абстрактное понятие полной энергии не имеет столь большой практической ценности, как это могло бы показаться на первый взгляд. Например, в тепловых процессах может быть использована лишь так называемая свободная энергия (полной утилизации тепловой энергии препятствует второе начало термодинамики, см. ниже главу 15). Знаменитая формула Эйнштейна E mc[2 ], устанавливающая эквивалентность массы и полной энергии, лишь соблазняет колоссальными недоступными запасами энергии, которые содержатся даже в малых количествах любого вещества. Использование большей части этой "энергии покоя" невозможно из-за другого закона сохранения - закона сохранения барионного заряда: если не рассматривать процессы с участием антивещества, то общее количество ядерных частиц - протонов и нейтронов - измениться не может. В процессах деления тяжелых ядер или синтеза легких высвобождается лишь энергия связи протонов и нейтронов друг с другом. Скажем, в цикле реакций синтеза ядра гелия из четырех ядер водорода, который является основным источником звездной энергии, в энергию превращается около 0,7% массы; впрочем, и это энерговыделение несопоставимо превосходит энергетический эффект химических реакций, например, горения. Полное превращение энергии массы (энергии покоя) в другие формы энергии (например, в энергию излучения) возможно лишь в двух ситуациях: при аннигиляции вещества и антивещества и при падении вещества в черную дыру. Предполагается, что именно процессы последнего типа ответственны за чудовищное энерговыделение ядер "активных" галактик и, возможно, квазаров (см., например, популярную книгу И.С. Шкловского, Проблемы современной астрофизики, М., Наука, 1988).