Способы убедиться, что вы не понимаете физику
Ну да, ну да, все мы учились в школе, а некоторые даже в вузе. Причём некоторые даже в техническом. Причём некоторые даже со специализацией «физика». И некоторые (на самом деле, почти все) вуз даже успешно закончили.
У меня, например, есть диплом - даже два. И оба включают в себя физику. И ещё я в школе и до школы читал всякие там интересные книжки про физику. И они мне даже помогли (в отличие от школы и вуза). Но лично я после выпуска из вуза не смог бы правильно ответить на те вопросы, которые приведу дальше. Хотя вроде бы там не про какие-то теории, в которых ещё нет полной уверенности, не про явления, которые существуют только в виде гипотетических предположений, а только про проверенное и даже широко используемое на практике.
Прошло наверно лет пятнадцать, если не больше, от выпуска из вуза до того момента, когда я смог хотя бы самому себе сказать, что теперь да, я наконец-то понял, как всё это работает, - хотя бы в принципе.
Но, быть может, у вас, лично у вас получится на них ответить сразу. Хотя бы на некоторые. Хотя бы приблизительно.
Или нет.
Но мы попробуем.
Из человеколюбия я, впрочем, сообщу, что в некоторых вопросах (или даже во всех) специально использованы обороты и рассуждения, которые дезинформируют. Однако я старался взять их все из школьной и вузовской парадигмы - с тем лишь отличием, что я так делал специально, а там многие правда верят, что только так и можно излагать данную тему.
Лошадь и телега
Начнём с простого. К лошади прицеплена телега. И они обе сначала стоят по дороге, а потом вдруг едут. Наверно потому, что есть какая-то сила, которая заставила их перестать стоять.
Обычно эту силу рисуют стрелочкой вперёд от лошади, и стрелочкой назад к телеге. Стрелочка вперёд означает силу, которая больше, чем изображённая стрелочкой назад. Разность больше нуля, поэтому в результае неравенства сил возникает ускорение у лошади, и её скорость начинает расти. Второй закон Ньютона, вот это вот всё.
Однако проблема в том, что есть ещё третий закон Ньютона. Согласно которому лошадь тянет телегу ровно с той же силой, с которой телега тянет лошадь, но эта вторая сила направлена строго противоположно первой.
Но каким образом тогда возникает ускорение? Две силы, которые равны. Одна тянет назад, а другая вперёд?
Ну ладно, ладно, до того, как разрешить эту часть, вы наверно догадаетесь, поэтому я задам второй вопрос.
Вот эта стрелочка вперёд от лошади, она какую силу означает-то? Вперёд лошадь ведь тянет не гравитация, не электромагнитное поле и даже не верёвка, приделанная к чему-то вовне. Телегу лошадь тянет чем-то вроде верёвки, а телега тянет её той же верёвкой назад. Но что именно тянет лошадь вперёд? Эта сила явно имеет источник где-то внутри лошади, но каким образом она заставляет лошадь двигаться относительно внешнего мира?
Лошадиные мышцы тянут? Ну Ок, подвесим лошадь с телегой в сферическом вакууме - лошадиные мышцы на месте, однако лошадь может их сколько угодно напрягать, но они с телегой от этого двигаться не начнут (ну, в той системе отсчёта, где они изначально покоились).
Или начнут?
В общем, что это за сила, которая заставляет лошадь с телегой начать двигаться по дороге?
Вода в ведре
Если воду налить ведро и начать вращать оное ведро на верёвке, то при достаточной скорости вращения вода не будет выливаться. Почти что кто угодно по этому поводу скажет «это потому, что воду удерживает центробежная сила».
Однако вот в чём штука: если мы смотрим на данный процесс с поверхности Земли, на которой стоит тот, кто вращает ведро, то в этой системе нет никакой центробежной силы, приложенной к воде, ведру или чему-то ещё из того, что мы рассматриваем. Там есть только центростремительная сила, которая направлена не от центра вращения, а к центру вращения. То есть, эта сила как бы должна тянуть воду к означенному центру - не ко дну ведра, а к противоположной оному дыре. И вода, таким образом, должна была бы вылиться ещё более наверняка - ведь в верхней точке маршрута её тянет в сторону Земли не только гравитация, а ещё и центростремительная сила. А со стороны Земли в этот момент как раз отверстие, а не дно.
Что тут не так? Почему же не выливается вода?
И, кстати, если мы уберём верёвку и того, кто её раскручивает, а просто выведем ведро на орбиту Земли и закрутим ведро вокруг его центра так, чтобы ведро всегда смотрело дном по направлению от Земли, то выльется ли вода или нет? И почему? В этом случае ведь тоже и ускорение, и сила тяжести, действующая на воду, направлены к центру Земли, то есть от дна ведра, а не в сторону дна?
Первый закон Ньютона
Если на тело не действуют никакие силы, то это тело покоится или движется равномерно и прямолинейно. Ну, в инерциальной системе.
Однако взглянем на второй закон Ньютона:
m * a = F
Ускорение и сила тут векторы, однако, если вектор F нулевой, то гарантированно вектор a тоже нулевой. Поскольку же ускорение - это изменение скорости за единицу времени, а нулевой вектор равнодействующей сил включает в себя случай отсутствия сил, оказывается, что сказанное в первом законе Ньютона в более общем виде сказано и во втором тоже. Если сил нет или их сумма равна нулю, то скорость тела не меняется, следовательно, оно либо покоится, либо движется с постоянной скоростью.
Причём что в инерциальной системе, что в неинерциальной: таки да, уравновесьте инерциальную силу для какого-то тела другими силами и это тело в неинерциальной системе будет вести себя точно так, как вело бы себя в инерциальной с той же нулевой равнодействующей.
Предположим, Ньютон не заметил этого почти что очевидного, но зачем это повторять по сей день? Чисто как дань уважения Ньютону? Не стоит ли просто выкинуть первый закон, если он частный случай второго закона?
Температура и давление
Это - две важнейших характеристики газа, про которые, я уверен, знают все. И все имеют с ними дело регулярно. Причём зачастую с двумя сразу. И даже отдавая себе в этом отчёт.
Например, вода в кастрюле, накрытой крышкой, испаряется и образует прослойку пара. Температура воды в обоих состояниях - жидкости и газа - возрастает, если включена конфорка под кастрюлей. С ростом температуры растёт и давление. В какой-то момент оно может стать столь большим, что крышка кастрюли начнёт подпрыгивать.
Знакомый ведь пример? Ещё в школе наверняка на это указывали? Да и в быту вы все такое видели.
Что тут может быть неясно?
Ну… А что является источником температуры и давления?
Вы наверно знаете - молекулы газа. Они летают туда-сюда, стучат в стенки кастрюли и в крышку, и вот это-то и воспринимается в нашем «макромире» как давление и температура, да?
Однако почему оно воспринимается как два проявления, а не как одно, если источник один? Причём не как-то умозрительно воспринимается, а прямо совсем очевидно как два разных проявления? Никто же не говорит, что «крышку кастрюли подбрасывает температура газа»? Или что вы обжигаете палец, который случайно сунули под крышку, давлением?
Да и с самой крышкой, аналогично: нагревает её температура, а подбрасывает - давление.
И в том, что нагрев и подбрасывание не иллюзия можно убедиться при помощи приборов: например, при помощи термометра и пружинных весов, приложенных к крышке «вверх ногами».
Эти два прибора явно меряют разное, но это разное вызвано тем, что у молекул есть движение. Причём одно и то же движение - просто поступательное. И стенкам/крышке при этом они передаются одним и тем же способом: соударениями молекул газа и молекул стенок/крышки.
Как так-то?
Реактивное движение
Ну, тут всё просто. Вы сидите на кресле с колёсиками и с мячиком в руке. Потом бросаете мячик и вдруг начинаете ехать по полу. Закон сохранения импульса, вот это вот всё. У двух тел в сумме был нулевой импульс, если смотреть относительно пола, и после броска он должен остаться нулевым (ну, колёсики хорошо смазаны, поэтому трением качения мы пренебрежём). Поэтому, если мячик полетел в одну сторону, то кресло должно поехать в другую.
Вот и с ракетами так же - результаты сгорания топлива полетели в одну сторону, поэтому ракета должна полететь в другую. Всё просто и очевидно.
Или нет?
Если не поджигать топливо, то будет тот же эффект? Если будет, то обязательно ли его поджигать для реактивного движения? Вон, например, у воздушного шарика, который надули обычным воздухом, если оставить дырочку открытой, то тоже будет движение. Хотя воздух в нём явно не горит.
А, ну да, шарик выталкивает воздух упругостью оболочки, что является аналогом поджигания топлива - от поджигания оного его продукты горения как раз и начинают выталкиваться.
Или не от поджигания?
Если бы оболочка воздушного шарика не сжималась, и мы бы ничего не поджигали, то можно было бы добиться реактивного движения? Ну, например, если мы в вакууме откроем крышку бутылки, в которой находится воздух, то она полетит или не полетит?
А то, может статься, что не только поджигание не нужно, а и сжатие сосуда тоже? Но что тогда нужно?
Однако ещё более интересный вопрос, что именно вызывает это движение? «Закон сохранения импульса», ага, но откуда вселенная «знает», как в данном случае его сохранять? Каким образом вылетающая струя воздуха или продуктов горения передаёт свой импульс ракете или бутылке? При помощи какого из известных физических взаимодействий?
И почему именно этой ракете или бутылке? Ведь если всё дело в законе сохранения импульса, то он выполнялся бы и в том случае, если откупорили вы бутылку, но она осталась на месте, а в ту же сторону (пусть и с очень маленькой скоростью) где-то в другом месте полетела бы ракета. Или даже звезда в другой галактике.
Причём «но мы ведь рассматриваем бутылку и воздух в ней» - так себе объяснение. Если дело в том, что именно мы рассматриваем, то давайте рассмотрим воздух в бутылке и звезду в соседней галактике. Какой физический закон нам это запрещает? Не может же вселенная подстраиваться под наши текущие рассмотрения?
Или может?
Почему сгорающее топливо в ракете не сохранило импульс со мной на кресле с колёсиками? Почему импульс улетающего топлива передался не мне, а именно ракете, причём той самой, где сгорало топливо?
Почему ракета полетела именно в эту сторону, а топливо - в ту? Ведь если бы топливо всосалось обратно сразу после выхлопа, а ракета бы рванула навстречу топливу, то закон сохранения импульса всё равно бы выполнялся. Он выполнялся бы даже если бы ракета и топливо начали бы летать друг вокруг друга по идеально квадратным траекториям. Почему же реализовался именно этот вариант?
Наконец, если мы возьмём ракету и трубу, открытую с обеих сторон, и начнём выхлоп направлять сквозь трубу, то почему полетит только ракета, а не труба? Точнее, почему труба, если и полетит, то только в ту же сторону, что и выхлоп, тогда как ракета - в противоположную?
Если бы полетела труба против хода выхлопа, то закон сохранения импульса всё равно бы выполнялся, при этом мы бы явно видели, что выхлоп всё так же вылетает из некой дырки, как вылетал и раньше. Просто теперь эта дырка в трубе, а не в сопле ракеты. Как вселенная узнала, что именно двигать и куда именно, если закон сохранения импульса в данном случае можно соблюсти бесчисленным количеством вариантов?
Да и вообще, если с аналогией с мячиком на кресле всё в порядке, то, где в конструкции ракеты та «рука», которой она отшвыривает топливо, подобно тому, как я на кресле отшвыривал мячик?
Как это вообще работает?
Импульс и энергия
Тут я совмещу вопрос про кастрюлю с паром под крышкой и вопрос про реактивное движение.
Импульс - это некий результат движения массы.
Но кинетическая энергия - это тоже некий результат движения массы.
Почему один источник даёт два проявления, которые ещё и радикально не сводимы друг к другу? Они ведь даже разные размерности имеют. И одно меняется пропорционально скорости, а другое - пропорционально её квадрату.
Задачу об упругом или не упругом столкновении шариков можно решить при помощи записи уравнений сохранения импульса и энергии. Однако и то, и другое - результат наличия одних и тех же скоростей у одних и тех же масс. Причём, если вам это что-то говорит, то массы в обоих случаях инерционные.
Как вселенная «узнаёт», как именно менять скорости, чтобы при столкновении шариков выполнялись сразу оба закона?
И почему именно у столкнувшихся шариков они выполняются, а не у двух шариков и звезды в соседней галактике + меня на кресле с колёсиками? Почему при столкновении шариков не меняет свою траекторию звезда и я не начинаю катиться по полу? Ведь импульсы и энергии в этом комплекте можно подобрать бесчисленным количеством способов так, чтобы оба закона выполнялись. Но вселенная почему-то всегда реализует только один.
Как это работает-то?
Сохраняется ли импульс?
Посмотрим теперь на ситуацию с креслом и мячиком с точки зрения меня, сидящего в этом кресле. Сначала мячик покоился, а потом полетел. Я же вместе с креслом продолжил покоиться относительно меня самого. Очевидно, что суммарный импульс этой системы стал ненулевым, а был нулевым.
Но ведь импульс должен сохраняться, нет? Как быть с законом сохранения-то? Противоречие?
А, ну, быть может, у нас тут такая хитрая система, что импульс как бы распределился на окружающий меня и мячик мир, чем компенсировал импульс мячика? И, таки да, комната ведь тоже поехала, когда мячик полетел - это ли не ответ?
Правда, тут есть небольшой нюанс: комната поехала в ту же сторону, в которую полетел мячик. С другой скоростью в общем случае, но в ту же сторону. То есть с учётом окружающего мира закон сохранения импульса не выполнился ещё более цинично - ведь прикиньте, какой импульс несёт весь дом, город, планета или, тем более, галактика, даже если они поехали со скоростью метр в час.
Наверно тут всё-таки не обошлось без того, что ради соблюдения законов сохранения вселенная изменила скорость какой-то далёкой или, быть может, близкой звезды, чем и спасла положение?
Или, быть может, есть какой-то физический закон, согласно которому описание мира с видом из моих глаз запрещено?
Архимедова сила
Как вы наверно в курсе, если тело поместить в воду, то вода начинает его выталкивать.
Однако как это у воды получается?
А, ну да, ну да, есть столб воды, который давит, что как раз и порождает ту самую силу выталкивания. Ну типа как на рычажных весах - грузик «хочет» упасть вниз, поэтому пытается поднять вторую чашечку вверх.
Но где именно у воды такой вот рычаг? Вопрос совсем даже не праздный: давит ведь вода вниз, а выталкивающая сила, как легко догадаться из названия, выталкивает вверх. В результате чего сила меняет своё направление-то?
И в результате чего она вообще есть? Ведь над телом тоже вода, которая давит вниз. Неужели эта вода вдруг начинает тянуть тело вверх в точке контакта с оным? Если так, то почему мы до сих пор не летаем при помощи кастрюли с водой, поставленной на голову? Было бы удобно.
Почему одно из «давлений» инвертировалось и почему оно не уравновесилось со вторым - той силой, которой вода, находящаяся над телом, должна была бы прижимать его ко дну?
А, наверно это потому, что воды над телом меньше, чем не над телом?
Но тогда если мы поместим тело в сосуд, где расстояние до стенок маленькое, поэтому не над телом меньше воды, чем над телом, то тело должно начать тонуть? Или хотя бы всплывать не так быстро?
Однако выясняется, что несмотря на то, что давление воды зависит от высоты столба оной (хоть и не зависит от общего объёма воды), выталкивающая сила не зависит и от высоты столба тоже. Что в кружке, что в ванной, что в озере, вода будет выталкивать одно и то же тело с одной и той же силой.
Ну, это, как если бы на рычажных весах первую чашечку тянуло вверх с одной и той же силой, независимо от того, какой груз стоит на второй чашечке, но зато зависимо от объёма (а не массы) груза, стоящего на этой первой.
Хорошая получилась аналогия, да, многое проясняет.
Или нет?
Но если нет, то что именно выталкивает тело из воды или газа?
Лучи света
Оптика - это ведь чистая геометрия, да? Луч света, который, ну ок, быть может, волна, а быть может, частица, ведёт себя так, будто бы это линия в трёхмерном пространстве.
Да, на стыке вакуума со стеклом, линия начинает идти под другим углом, но это ведь от того, что в вакууме и стекле у света разные скорости?
Ок. А если мы вместо стекла возьмём кирпич, то какая у света скорость в нём? Нулевая? Что вообще произошло со светом, когда он попытался проникнуть внутрь кирпича? И почему то же самое с ним не произошло, когда он попытался проникнуть внутрь стекла?
Наверно дело в том, что одни среды пропускают свет, а другие не пропускают?
Отличная гипотеза. В сочетании с предположение, что не пропускающая свет среда просто не пропускает внутрь себя свет, а потому у него там нет скорости, наверно отвечает на все предыдущие вопросы.
Однако можно взять стекло, которое делает свет поляризованным, и поставить за ним такое же второе стекло под углом. И свет вдруг перестанет проходить через оба стекла, хотя через каждое из них в отдельности проходил. Как быть? Это пропускающая или не пропускающая свет среда?
Хотя нет, постойте, тут тоже всё просто: из луча света отсеются все те составляющие, которые имеют поляризацию под другим углом, поэтому, когда дело доходит до второго стекла, то ни одна из них не может сквозь него пройти, поскольку второе стекло поляризованный под таким углом свет не пропускает. А то, что оно бы пропускало, было отсеяно ещё на первом стекле.
Чуть сложнее, конечно, чем с линиями на бумажке, но всё равно уложились в один абзац.
Правда, тут есть некоторая проблемка: за вторым стеклом можно расположить третье. И внезапно свет начнёт проходить через все три. Причём это не какая-то гипотетическая фантазия - это очень легко повторяется и многократно демонстрировалось (в том числе, в куче видео на ютюбе, а не только на лекциях для особо приближённых).
Но как так-то? На первом стекле отсеялось почти всё, на втором - то, что осталось. Такое хорошее и понятное было объяснение. Откуда тогда взялся свет за третьим стеклом, если за вторым уже ничего не было?
Или, быть может, эти стёкла пропускали свет? Но почему мы его тогда не видели?
А не окажется ли так, что и кирпич тоже пропускает свет, но просто мы его не видим?
Или вдруг даже, свет не пропускает вообще ничего, кроме вакуума? Но что же мы тогда видим через оконное стекло, если так? И почему тогда граница двух сред преломляет лучи, если свет вообще никакой средой не пропускается?
Мы ведь тогда должны были бы наблюдать только отражение, нет?
Отражение света
Кстати, а есть ли тогда отражение?
Не, серьёзно, даже без учёта непоняток с тремя стёклами, если непрозрачность объекта обеспечивается тем, что он поглощает весь упавший на него свет, то каким образом свет отражается такими объектами?
Да и теми, которые пропускают свет, тоже?
В первом случае свет поглотился, поэтому нечего было отражать. Во втором он пропустился - и опять нечего отражать.
Можно было бы ещё что-то объяснить, если бы абсолютно все объекты под каким-то для них своим собственным углом отражали бы свет, а под другим пропускали, однако в мире наблюдаются любые комбинации: и только отражает, и только пропускает, и под одним углом отражает, а под другим пропускает, и частично пропускает, частично отражает, и не пропускает, и не отражает.
Там точно один процесс или много?
И как оно работает, например, с отражением и пропусканием одновременно? Типа в этом веществе атомы расположены достаточно редко, чтобы некоторые фотоны, пролетали насквозь, так ни один из них не зацепив, но не настолько редко, чтобы так пролетали абсолютно все фотоны? Ну или, если угодно, чтобы некоторые волны просачивались, а другие отскакивали бы от атомов?
Но если так, то почему в стекле, которое может и пропускать, и отражать свет (причём одновременно) мы видим такое чёткое отражение? Ведь если изрядная часть фотонов прилетела откуда-то из глубин стекла, отскочив там от каких-то атомов, а другие, так и вообще успели много раз туда-сюда отскочить, пока не выбрались наружу, то отражение должно выглядеть размытым до степени однородной каши. И при этом, чем толще стекло, тем более размытым должно было бы быть отражение. Почему получается не так?
Как оно работает-то?
Радуга
Ну, радуга - это просто. Капельки воды работают как призма, поэтому раскладывают свет солнца, состоящий из лучей разного цвета, на отдельные лучи - своих отдельных цветов. Вот это мы и видим. Если хочешь, могу тебе то же самое со стеклянной призмой показать.
Это, конечно, прекрасно. Однако, если каждая капелька работает как призма и в этом-то всё дело, вопрос закрыт, то мы должны были бы видеть не одну (или две) радуги, а миллиарды отдельных, причём микроскопических, то есть, фактически, не видеть никаких радуг, поскольку, как вы сказали, в свете и так есть все эти лучи, которые уже и так перемешаны.
Как же так выходит, что все лучи красного цвета от разных капелек сошлись в одном месте, все зелёного - в другом, а все синего - в третьем?
И ещё более интересно вот что. Капелька работает как призма, при этом она не идеально пропускает свет. То есть до попадания в капельку свет был ярче, чем после неё. В результате радуга должна быть заметно темнее, чем тот «фон» за ней, который в этих капельках раскладывался на составляющие. То есть выглядеть как тёмное пятно на небе - пусть даже и цветное.
Однако радуга оказывается не просто не сильно более тёмной, чем фон, а даже ощутимо более яркой, чем этот самый фон. То есть, каким-то чудесным образом разложившийся в «призме» свет не просто не потускнел, а даже прибавил в силе. Но за чей счёт этот банкет? Это сама капелька светилась? Или она каким-то образом «вложилась» своей личной энергией в свет, сделав его ярче? И как это усиление света работает?
А если не она, то что тогда? И при помощи какого именно взаимодействия? У нас же тут не художественный фильм, где абстрактную «энергию» качают туда-сюда по неназванным физическим законам.
RGB
Вы наверно в курсе, что всё богатство палитры мониторов обеспечивается тем, что они покрыты очень мелкими лампочками одного из трёх цветов и вариации яркости этих лампочек как раз и создают всю ту красоту, которую мы наблюдаем.
Тем же способом работают и матрицы цифровых фотоаппаратов - за тем исключением, что там не лампочки а, наоборот, сенсоры, которые ловят прилетевший свет и раскладывают его на три составляющие, кои потом записываются в файл и по этим записям монитор потом будет зажигать свои лампочки, чтобы мы могли посмотреть на фотку.
Казалось бы, всё сошлось - можно даже дополнить описание процесса: цвет у объектов появляется за счёт того, что из смеси солнечных или ещё каких-то лучей разного цвета разные вещества выделяют разные составляющие. Выглядящие жёлтыми объекты, например, поглощают все лучи, кроме жёлтых, а жёлтые отражают, поэтому от них до сетчатки глаза и матрицы фотоаппарата долетают только жёлтые лучи.
В общем, всё как нам рассказывали в школе - просто и понятно.
Правда, тут можно разглядеть один момент, который как-то обойдён вниманием: выглядящие жёлтыми объекты поглотили все не жёлтые лучи и отразили жёлтые, однако у матрицы фотоаппарата нет сенсоров жёлтого, а на мониторе нет жёлтых лампочек. Тем не менее, мы явно видим на фотке жёлтый цвет там, где он был и в реальности.
Постой, скажут мне, ты что не знаешь? Красный и зелёный в сумме дают жёлтый!
А я отвечу: это, конечно, прекрасно, но как именно они его «дают»? Красный фотон сливается с зелёным фотоном и превращается в жёлтый фотон, так, что ли?
Какой именно процесс приводит к появлению жёлтых фотонов, во́лны они или частицы, которые были в солнечном свете, были при отражении от объектов, но поглотились на этапе касания матрицы фотоаппарата, после чего напрямую уже ничем не излучались?
Сейчас достигнуто уже такое разрешение и качество цветопередачи, что фоткой или видео можно уже сымитировать вид из окна и никто не догадается, что это не настоящее окно. Откуда в этом окне берутся жёлтые фотоны?
Да ещё и разных оттенков жёлтого?
Оттенок как получается? Типа слабый зелёный фотон сливается с сильным красным и даёт один оттенок жёлтого - фотон с одной длиной волны, а если сильный зелёный со слабым красным, то другой оттенок, то есть фотон с другой длиной волны? Так оно работает?
Или нет?
Кстати, если вы думаете, что тут есть какой-то подвох в современных цифровых технологиях, то могу вас заверить, что с плёнкой и бумагой дело обстояло точно так же: на цветной плёнке есть несколько чувствительных слоёв, но оных там мало - не миллионы цветов, которые мы видим. А при печати обычно используются четыре, а не миллион пигментов, которые наносятся в виде очень мелкой сетки на бумагу и все миллионы оттенков получаются отражением смешанного света ламп или солнца от этих пигментов.
Ну, если, конечно, вообще существует отражение - то есть, если вы ответили на соответствующий вопросов «да, отражение существует».
Разлетание небесных тел
Задача с гравитационным взаимодействием трёх и более масс не имеет общего аналитического решения. Тем не менее, что приближёнными аналитическими вычислениями, что численным экспериментом можно подобрать такие параметры системы, что одно или даже несколько тел будут выброшены из тесной и уютной области, подобной тому, что называется «звёздной системой», на сколь угодно далёкое расстояние. Причём тут «сколь угодно» надо понимать буквально: не просто на сколь угодно большое заранее заданное, а прямо совсем на потенциально бесконечное.
То есть телу в какой-то момент будет придана такая скорость относительно центра масс системы или относительно любого из этих тел, что оно от них улетит столь резво, что никогда не начнёт к ним снова приближаться.
И так может быть даже в «сферическом вакууме» - то есть дело не в том, что ему помогут какие-то другие тела, которые оно потом встретит. Нет, даже если бы во всей вселенной существовали только эти тела, они могли бы выбросить какое-то тело от себя так, чтобы оно никогда не начало снова двигаться в их сторону. Иногда это называют «третьей космической скоростью», но, в принципе, подойдёт и более нейтральное название «скорость убегания от системы».
Казалось бы, а что такого?
Ну такого тут то, что потенциальная энергия при увеличении расстояния хоть и нелинейно, но растёт. Да, не как эм жэ аш со школьных уроков, но всё-таки растёт. И улёт на бесконечное расстояние означал бы рост потенциальной энергии до бесконечности. При том, что энергия любой группы тел конечна.
Или нет?
Но если нет, то почему? А если да, то каким образом некая система сумела ввести какую-то свою часть в состояние с бесконечной энергией? Пусть не сразу, а в бесконечно далёком будущем, но всё-таки?
Если энергия конечна, то тело может улететь от остальных тел только на конечное расстояние. То есть вот эту «третью космическую скорость» ему должно быть невозможно придать. Однако её может придать какому-то телу не только система небесных тел, а даже человеки на планете Земля.
Как так получается-то?
Мистическая электродинамика
Вопрос со звёздочкой, поскольку вроде бы в школе про это не рассказывают. Однако рассказывают в вузах, поэтому всё равно считается.
В электродинамике сплошь и рядом используются комплексные числа. В частности, комплексная экспонента. При помощи всего этого делаются расчёты, выводы и вот это вот всё.
Но есть небольшая проблемка: не существует приборов, которые могли бы измерить комплексную величину - по крайней мере, ту, у которой ненулевая мнимая часть. И даже нет никаких зацепок, как такой прибор можно было бы сделать. Всё, что люди когда-либо измеряют, - действительные числа.
Однако в этом случае получается, что все эти замечательные расчёты электродинамики в принципе невозможно проверить? Но как тогда люди узнали, что всё это верно и правда соответствует реальному миру?
И как они тогда всё это используют? Ведь невозможность измерения однозначно говорит о том, что никаких известных человечеству проявлений у таких величин нет. Даже если предположить, что они правда где-то существуют, они целиком скрыты во всех взаимодействиях, с которыми мы когда-либо имели дело. Но тогда к чему все эти расчёты? Оно остаётся чисто на бумажке как плод богатой человеческой фантазии? Или, быть может, среди физиков и инженеров есть специальные талантливые контактёры с принципиально ненаблюдаемым миром?
doc-файл
У меня, например, есть диплом - даже два. И оба включают в себя физику. И ещё я в школе и до школы читал всякие там интересные книжки про физику. И они мне даже помогли (в отличие от школы и вуза). Но лично я после выпуска из вуза не смог бы правильно ответить на те вопросы, которые приведу дальше. Хотя вроде бы там не про какие-то теории, в которых ещё нет полной уверенности, не про явления, которые существуют только в виде гипотетических предположений, а только про проверенное и даже широко используемое на практике.
Прошло наверно лет пятнадцать, если не больше, от выпуска из вуза до того момента, когда я смог хотя бы самому себе сказать, что теперь да, я наконец-то понял, как всё это работает, - хотя бы в принципе.
Но, быть может, у вас, лично у вас получится на них ответить сразу. Хотя бы на некоторые. Хотя бы приблизительно.
Или нет.
Но мы попробуем.
Из человеколюбия я, впрочем, сообщу, что в некоторых вопросах (или даже во всех) специально использованы обороты и рассуждения, которые дезинформируют. Однако я старался взять их все из школьной и вузовской парадигмы - с тем лишь отличием, что я так делал специально, а там многие правда верят, что только так и можно излагать данную тему.
Лошадь и телега
Начнём с простого. К лошади прицеплена телега. И они обе сначала стоят по дороге, а потом вдруг едут. Наверно потому, что есть какая-то сила, которая заставила их перестать стоять.
Обычно эту силу рисуют стрелочкой вперёд от лошади, и стрелочкой назад к телеге. Стрелочка вперёд означает силу, которая больше, чем изображённая стрелочкой назад. Разность больше нуля, поэтому в результае неравенства сил возникает ускорение у лошади, и её скорость начинает расти. Второй закон Ньютона, вот это вот всё.
Однако проблема в том, что есть ещё третий закон Ньютона. Согласно которому лошадь тянет телегу ровно с той же силой, с которой телега тянет лошадь, но эта вторая сила направлена строго противоположно первой.
Но каким образом тогда возникает ускорение? Две силы, которые равны. Одна тянет назад, а другая вперёд?
Ну ладно, ладно, до того, как разрешить эту часть, вы наверно догадаетесь, поэтому я задам второй вопрос.
Вот эта стрелочка вперёд от лошади, она какую силу означает-то? Вперёд лошадь ведь тянет не гравитация, не электромагнитное поле и даже не верёвка, приделанная к чему-то вовне. Телегу лошадь тянет чем-то вроде верёвки, а телега тянет её той же верёвкой назад. Но что именно тянет лошадь вперёд? Эта сила явно имеет источник где-то внутри лошади, но каким образом она заставляет лошадь двигаться относительно внешнего мира?
Лошадиные мышцы тянут? Ну Ок, подвесим лошадь с телегой в сферическом вакууме - лошадиные мышцы на месте, однако лошадь может их сколько угодно напрягать, но они с телегой от этого двигаться не начнут (ну, в той системе отсчёта, где они изначально покоились).
Или начнут?
В общем, что это за сила, которая заставляет лошадь с телегой начать двигаться по дороге?
Вода в ведре
Если воду налить ведро и начать вращать оное ведро на верёвке, то при достаточной скорости вращения вода не будет выливаться. Почти что кто угодно по этому поводу скажет «это потому, что воду удерживает центробежная сила».
Однако вот в чём штука: если мы смотрим на данный процесс с поверхности Земли, на которой стоит тот, кто вращает ведро, то в этой системе нет никакой центробежной силы, приложенной к воде, ведру или чему-то ещё из того, что мы рассматриваем. Там есть только центростремительная сила, которая направлена не от центра вращения, а к центру вращения. То есть, эта сила как бы должна тянуть воду к означенному центру - не ко дну ведра, а к противоположной оному дыре. И вода, таким образом, должна была бы вылиться ещё более наверняка - ведь в верхней точке маршрута её тянет в сторону Земли не только гравитация, а ещё и центростремительная сила. А со стороны Земли в этот момент как раз отверстие, а не дно.
Что тут не так? Почему же не выливается вода?
И, кстати, если мы уберём верёвку и того, кто её раскручивает, а просто выведем ведро на орбиту Земли и закрутим ведро вокруг его центра так, чтобы ведро всегда смотрело дном по направлению от Земли, то выльется ли вода или нет? И почему? В этом случае ведь тоже и ускорение, и сила тяжести, действующая на воду, направлены к центру Земли, то есть от дна ведра, а не в сторону дна?
Первый закон Ньютона
Если на тело не действуют никакие силы, то это тело покоится или движется равномерно и прямолинейно. Ну, в инерциальной системе.
Однако взглянем на второй закон Ньютона:
m * a = F
Ускорение и сила тут векторы, однако, если вектор F нулевой, то гарантированно вектор a тоже нулевой. Поскольку же ускорение - это изменение скорости за единицу времени, а нулевой вектор равнодействующей сил включает в себя случай отсутствия сил, оказывается, что сказанное в первом законе Ньютона в более общем виде сказано и во втором тоже. Если сил нет или их сумма равна нулю, то скорость тела не меняется, следовательно, оно либо покоится, либо движется с постоянной скоростью.
Причём что в инерциальной системе, что в неинерциальной: таки да, уравновесьте инерциальную силу для какого-то тела другими силами и это тело в неинерциальной системе будет вести себя точно так, как вело бы себя в инерциальной с той же нулевой равнодействующей.
Предположим, Ньютон не заметил этого почти что очевидного, но зачем это повторять по сей день? Чисто как дань уважения Ньютону? Не стоит ли просто выкинуть первый закон, если он частный случай второго закона?
Температура и давление
Это - две важнейших характеристики газа, про которые, я уверен, знают все. И все имеют с ними дело регулярно. Причём зачастую с двумя сразу. И даже отдавая себе в этом отчёт.
Например, вода в кастрюле, накрытой крышкой, испаряется и образует прослойку пара. Температура воды в обоих состояниях - жидкости и газа - возрастает, если включена конфорка под кастрюлей. С ростом температуры растёт и давление. В какой-то момент оно может стать столь большим, что крышка кастрюли начнёт подпрыгивать.
Знакомый ведь пример? Ещё в школе наверняка на это указывали? Да и в быту вы все такое видели.
Что тут может быть неясно?
Ну… А что является источником температуры и давления?
Вы наверно знаете - молекулы газа. Они летают туда-сюда, стучат в стенки кастрюли и в крышку, и вот это-то и воспринимается в нашем «макромире» как давление и температура, да?
Однако почему оно воспринимается как два проявления, а не как одно, если источник один? Причём не как-то умозрительно воспринимается, а прямо совсем очевидно как два разных проявления? Никто же не говорит, что «крышку кастрюли подбрасывает температура газа»? Или что вы обжигаете палец, который случайно сунули под крышку, давлением?
Да и с самой крышкой, аналогично: нагревает её температура, а подбрасывает - давление.
И в том, что нагрев и подбрасывание не иллюзия можно убедиться при помощи приборов: например, при помощи термометра и пружинных весов, приложенных к крышке «вверх ногами».
Эти два прибора явно меряют разное, но это разное вызвано тем, что у молекул есть движение. Причём одно и то же движение - просто поступательное. И стенкам/крышке при этом они передаются одним и тем же способом: соударениями молекул газа и молекул стенок/крышки.
Как так-то?
Реактивное движение
Ну, тут всё просто. Вы сидите на кресле с колёсиками и с мячиком в руке. Потом бросаете мячик и вдруг начинаете ехать по полу. Закон сохранения импульса, вот это вот всё. У двух тел в сумме был нулевой импульс, если смотреть относительно пола, и после броска он должен остаться нулевым (ну, колёсики хорошо смазаны, поэтому трением качения мы пренебрежём). Поэтому, если мячик полетел в одну сторону, то кресло должно поехать в другую.
Вот и с ракетами так же - результаты сгорания топлива полетели в одну сторону, поэтому ракета должна полететь в другую. Всё просто и очевидно.
Или нет?
Если не поджигать топливо, то будет тот же эффект? Если будет, то обязательно ли его поджигать для реактивного движения? Вон, например, у воздушного шарика, который надули обычным воздухом, если оставить дырочку открытой, то тоже будет движение. Хотя воздух в нём явно не горит.
А, ну да, шарик выталкивает воздух упругостью оболочки, что является аналогом поджигания топлива - от поджигания оного его продукты горения как раз и начинают выталкиваться.
Или не от поджигания?
Если бы оболочка воздушного шарика не сжималась, и мы бы ничего не поджигали, то можно было бы добиться реактивного движения? Ну, например, если мы в вакууме откроем крышку бутылки, в которой находится воздух, то она полетит или не полетит?
А то, может статься, что не только поджигание не нужно, а и сжатие сосуда тоже? Но что тогда нужно?
Однако ещё более интересный вопрос, что именно вызывает это движение? «Закон сохранения импульса», ага, но откуда вселенная «знает», как в данном случае его сохранять? Каким образом вылетающая струя воздуха или продуктов горения передаёт свой импульс ракете или бутылке? При помощи какого из известных физических взаимодействий?
И почему именно этой ракете или бутылке? Ведь если всё дело в законе сохранения импульса, то он выполнялся бы и в том случае, если откупорили вы бутылку, но она осталась на месте, а в ту же сторону (пусть и с очень маленькой скоростью) где-то в другом месте полетела бы ракета. Или даже звезда в другой галактике.
Причём «но мы ведь рассматриваем бутылку и воздух в ней» - так себе объяснение. Если дело в том, что именно мы рассматриваем, то давайте рассмотрим воздух в бутылке и звезду в соседней галактике. Какой физический закон нам это запрещает? Не может же вселенная подстраиваться под наши текущие рассмотрения?
Или может?
Почему сгорающее топливо в ракете не сохранило импульс со мной на кресле с колёсиками? Почему импульс улетающего топлива передался не мне, а именно ракете, причём той самой, где сгорало топливо?
Почему ракета полетела именно в эту сторону, а топливо - в ту? Ведь если бы топливо всосалось обратно сразу после выхлопа, а ракета бы рванула навстречу топливу, то закон сохранения импульса всё равно бы выполнялся. Он выполнялся бы даже если бы ракета и топливо начали бы летать друг вокруг друга по идеально квадратным траекториям. Почему же реализовался именно этот вариант?
Наконец, если мы возьмём ракету и трубу, открытую с обеих сторон, и начнём выхлоп направлять сквозь трубу, то почему полетит только ракета, а не труба? Точнее, почему труба, если и полетит, то только в ту же сторону, что и выхлоп, тогда как ракета - в противоположную?
Если бы полетела труба против хода выхлопа, то закон сохранения импульса всё равно бы выполнялся, при этом мы бы явно видели, что выхлоп всё так же вылетает из некой дырки, как вылетал и раньше. Просто теперь эта дырка в трубе, а не в сопле ракеты. Как вселенная узнала, что именно двигать и куда именно, если закон сохранения импульса в данном случае можно соблюсти бесчисленным количеством вариантов?
Да и вообще, если с аналогией с мячиком на кресле всё в порядке, то, где в конструкции ракеты та «рука», которой она отшвыривает топливо, подобно тому, как я на кресле отшвыривал мячик?
Как это вообще работает?
Импульс и энергия
Тут я совмещу вопрос про кастрюлю с паром под крышкой и вопрос про реактивное движение.
Импульс - это некий результат движения массы.
Но кинетическая энергия - это тоже некий результат движения массы.
Почему один источник даёт два проявления, которые ещё и радикально не сводимы друг к другу? Они ведь даже разные размерности имеют. И одно меняется пропорционально скорости, а другое - пропорционально её квадрату.
Задачу об упругом или не упругом столкновении шариков можно решить при помощи записи уравнений сохранения импульса и энергии. Однако и то, и другое - результат наличия одних и тех же скоростей у одних и тех же масс. Причём, если вам это что-то говорит, то массы в обоих случаях инерционные.
Как вселенная «узнаёт», как именно менять скорости, чтобы при столкновении шариков выполнялись сразу оба закона?
И почему именно у столкнувшихся шариков они выполняются, а не у двух шариков и звезды в соседней галактике + меня на кресле с колёсиками? Почему при столкновении шариков не меняет свою траекторию звезда и я не начинаю катиться по полу? Ведь импульсы и энергии в этом комплекте можно подобрать бесчисленным количеством способов так, чтобы оба закона выполнялись. Но вселенная почему-то всегда реализует только один.
Как это работает-то?
Сохраняется ли импульс?
Посмотрим теперь на ситуацию с креслом и мячиком с точки зрения меня, сидящего в этом кресле. Сначала мячик покоился, а потом полетел. Я же вместе с креслом продолжил покоиться относительно меня самого. Очевидно, что суммарный импульс этой системы стал ненулевым, а был нулевым.
Но ведь импульс должен сохраняться, нет? Как быть с законом сохранения-то? Противоречие?
А, ну, быть может, у нас тут такая хитрая система, что импульс как бы распределился на окружающий меня и мячик мир, чем компенсировал импульс мячика? И, таки да, комната ведь тоже поехала, когда мячик полетел - это ли не ответ?
Правда, тут есть небольшой нюанс: комната поехала в ту же сторону, в которую полетел мячик. С другой скоростью в общем случае, но в ту же сторону. То есть с учётом окружающего мира закон сохранения импульса не выполнился ещё более цинично - ведь прикиньте, какой импульс несёт весь дом, город, планета или, тем более, галактика, даже если они поехали со скоростью метр в час.
Наверно тут всё-таки не обошлось без того, что ради соблюдения законов сохранения вселенная изменила скорость какой-то далёкой или, быть может, близкой звезды, чем и спасла положение?
Или, быть может, есть какой-то физический закон, согласно которому описание мира с видом из моих глаз запрещено?
Архимедова сила
Как вы наверно в курсе, если тело поместить в воду, то вода начинает его выталкивать.
Однако как это у воды получается?
А, ну да, ну да, есть столб воды, который давит, что как раз и порождает ту самую силу выталкивания. Ну типа как на рычажных весах - грузик «хочет» упасть вниз, поэтому пытается поднять вторую чашечку вверх.
Но где именно у воды такой вот рычаг? Вопрос совсем даже не праздный: давит ведь вода вниз, а выталкивающая сила, как легко догадаться из названия, выталкивает вверх. В результате чего сила меняет своё направление-то?
И в результате чего она вообще есть? Ведь над телом тоже вода, которая давит вниз. Неужели эта вода вдруг начинает тянуть тело вверх в точке контакта с оным? Если так, то почему мы до сих пор не летаем при помощи кастрюли с водой, поставленной на голову? Было бы удобно.
Почему одно из «давлений» инвертировалось и почему оно не уравновесилось со вторым - той силой, которой вода, находящаяся над телом, должна была бы прижимать его ко дну?
А, наверно это потому, что воды над телом меньше, чем не над телом?
Но тогда если мы поместим тело в сосуд, где расстояние до стенок маленькое, поэтому не над телом меньше воды, чем над телом, то тело должно начать тонуть? Или хотя бы всплывать не так быстро?
Однако выясняется, что несмотря на то, что давление воды зависит от высоты столба оной (хоть и не зависит от общего объёма воды), выталкивающая сила не зависит и от высоты столба тоже. Что в кружке, что в ванной, что в озере, вода будет выталкивать одно и то же тело с одной и той же силой.
Ну, это, как если бы на рычажных весах первую чашечку тянуло вверх с одной и той же силой, независимо от того, какой груз стоит на второй чашечке, но зато зависимо от объёма (а не массы) груза, стоящего на этой первой.
Хорошая получилась аналогия, да, многое проясняет.
Или нет?
Но если нет, то что именно выталкивает тело из воды или газа?
Лучи света
Оптика - это ведь чистая геометрия, да? Луч света, который, ну ок, быть может, волна, а быть может, частица, ведёт себя так, будто бы это линия в трёхмерном пространстве.
Да, на стыке вакуума со стеклом, линия начинает идти под другим углом, но это ведь от того, что в вакууме и стекле у света разные скорости?
Ок. А если мы вместо стекла возьмём кирпич, то какая у света скорость в нём? Нулевая? Что вообще произошло со светом, когда он попытался проникнуть внутрь кирпича? И почему то же самое с ним не произошло, когда он попытался проникнуть внутрь стекла?
Наверно дело в том, что одни среды пропускают свет, а другие не пропускают?
Отличная гипотеза. В сочетании с предположение, что не пропускающая свет среда просто не пропускает внутрь себя свет, а потому у него там нет скорости, наверно отвечает на все предыдущие вопросы.
Однако можно взять стекло, которое делает свет поляризованным, и поставить за ним такое же второе стекло под углом. И свет вдруг перестанет проходить через оба стекла, хотя через каждое из них в отдельности проходил. Как быть? Это пропускающая или не пропускающая свет среда?
Хотя нет, постойте, тут тоже всё просто: из луча света отсеются все те составляющие, которые имеют поляризацию под другим углом, поэтому, когда дело доходит до второго стекла, то ни одна из них не может сквозь него пройти, поскольку второе стекло поляризованный под таким углом свет не пропускает. А то, что оно бы пропускало, было отсеяно ещё на первом стекле.
Чуть сложнее, конечно, чем с линиями на бумажке, но всё равно уложились в один абзац.
Правда, тут есть некоторая проблемка: за вторым стеклом можно расположить третье. И внезапно свет начнёт проходить через все три. Причём это не какая-то гипотетическая фантазия - это очень легко повторяется и многократно демонстрировалось (в том числе, в куче видео на ютюбе, а не только на лекциях для особо приближённых).
Но как так-то? На первом стекле отсеялось почти всё, на втором - то, что осталось. Такое хорошее и понятное было объяснение. Откуда тогда взялся свет за третьим стеклом, если за вторым уже ничего не было?
Или, быть может, эти стёкла пропускали свет? Но почему мы его тогда не видели?
А не окажется ли так, что и кирпич тоже пропускает свет, но просто мы его не видим?
Или вдруг даже, свет не пропускает вообще ничего, кроме вакуума? Но что же мы тогда видим через оконное стекло, если так? И почему тогда граница двух сред преломляет лучи, если свет вообще никакой средой не пропускается?
Мы ведь тогда должны были бы наблюдать только отражение, нет?
Отражение света
Кстати, а есть ли тогда отражение?
Не, серьёзно, даже без учёта непоняток с тремя стёклами, если непрозрачность объекта обеспечивается тем, что он поглощает весь упавший на него свет, то каким образом свет отражается такими объектами?
Да и теми, которые пропускают свет, тоже?
В первом случае свет поглотился, поэтому нечего было отражать. Во втором он пропустился - и опять нечего отражать.
Можно было бы ещё что-то объяснить, если бы абсолютно все объекты под каким-то для них своим собственным углом отражали бы свет, а под другим пропускали, однако в мире наблюдаются любые комбинации: и только отражает, и только пропускает, и под одним углом отражает, а под другим пропускает, и частично пропускает, частично отражает, и не пропускает, и не отражает.
Там точно один процесс или много?
И как оно работает, например, с отражением и пропусканием одновременно? Типа в этом веществе атомы расположены достаточно редко, чтобы некоторые фотоны, пролетали насквозь, так ни один из них не зацепив, но не настолько редко, чтобы так пролетали абсолютно все фотоны? Ну или, если угодно, чтобы некоторые волны просачивались, а другие отскакивали бы от атомов?
Но если так, то почему в стекле, которое может и пропускать, и отражать свет (причём одновременно) мы видим такое чёткое отражение? Ведь если изрядная часть фотонов прилетела откуда-то из глубин стекла, отскочив там от каких-то атомов, а другие, так и вообще успели много раз туда-сюда отскочить, пока не выбрались наружу, то отражение должно выглядеть размытым до степени однородной каши. И при этом, чем толще стекло, тем более размытым должно было бы быть отражение. Почему получается не так?
Как оно работает-то?
Радуга
Ну, радуга - это просто. Капельки воды работают как призма, поэтому раскладывают свет солнца, состоящий из лучей разного цвета, на отдельные лучи - своих отдельных цветов. Вот это мы и видим. Если хочешь, могу тебе то же самое со стеклянной призмой показать.
Это, конечно, прекрасно. Однако, если каждая капелька работает как призма и в этом-то всё дело, вопрос закрыт, то мы должны были бы видеть не одну (или две) радуги, а миллиарды отдельных, причём микроскопических, то есть, фактически, не видеть никаких радуг, поскольку, как вы сказали, в свете и так есть все эти лучи, которые уже и так перемешаны.
Как же так выходит, что все лучи красного цвета от разных капелек сошлись в одном месте, все зелёного - в другом, а все синего - в третьем?
И ещё более интересно вот что. Капелька работает как призма, при этом она не идеально пропускает свет. То есть до попадания в капельку свет был ярче, чем после неё. В результате радуга должна быть заметно темнее, чем тот «фон» за ней, который в этих капельках раскладывался на составляющие. То есть выглядеть как тёмное пятно на небе - пусть даже и цветное.
Однако радуга оказывается не просто не сильно более тёмной, чем фон, а даже ощутимо более яркой, чем этот самый фон. То есть, каким-то чудесным образом разложившийся в «призме» свет не просто не потускнел, а даже прибавил в силе. Но за чей счёт этот банкет? Это сама капелька светилась? Или она каким-то образом «вложилась» своей личной энергией в свет, сделав его ярче? И как это усиление света работает?
А если не она, то что тогда? И при помощи какого именно взаимодействия? У нас же тут не художественный фильм, где абстрактную «энергию» качают туда-сюда по неназванным физическим законам.
RGB
Вы наверно в курсе, что всё богатство палитры мониторов обеспечивается тем, что они покрыты очень мелкими лампочками одного из трёх цветов и вариации яркости этих лампочек как раз и создают всю ту красоту, которую мы наблюдаем.
Тем же способом работают и матрицы цифровых фотоаппаратов - за тем исключением, что там не лампочки а, наоборот, сенсоры, которые ловят прилетевший свет и раскладывают его на три составляющие, кои потом записываются в файл и по этим записям монитор потом будет зажигать свои лампочки, чтобы мы могли посмотреть на фотку.
Казалось бы, всё сошлось - можно даже дополнить описание процесса: цвет у объектов появляется за счёт того, что из смеси солнечных или ещё каких-то лучей разного цвета разные вещества выделяют разные составляющие. Выглядящие жёлтыми объекты, например, поглощают все лучи, кроме жёлтых, а жёлтые отражают, поэтому от них до сетчатки глаза и матрицы фотоаппарата долетают только жёлтые лучи.
В общем, всё как нам рассказывали в школе - просто и понятно.
Правда, тут можно разглядеть один момент, который как-то обойдён вниманием: выглядящие жёлтыми объекты поглотили все не жёлтые лучи и отразили жёлтые, однако у матрицы фотоаппарата нет сенсоров жёлтого, а на мониторе нет жёлтых лампочек. Тем не менее, мы явно видим на фотке жёлтый цвет там, где он был и в реальности.
Постой, скажут мне, ты что не знаешь? Красный и зелёный в сумме дают жёлтый!
А я отвечу: это, конечно, прекрасно, но как именно они его «дают»? Красный фотон сливается с зелёным фотоном и превращается в жёлтый фотон, так, что ли?
Какой именно процесс приводит к появлению жёлтых фотонов, во́лны они или частицы, которые были в солнечном свете, были при отражении от объектов, но поглотились на этапе касания матрицы фотоаппарата, после чего напрямую уже ничем не излучались?
Сейчас достигнуто уже такое разрешение и качество цветопередачи, что фоткой или видео можно уже сымитировать вид из окна и никто не догадается, что это не настоящее окно. Откуда в этом окне берутся жёлтые фотоны?
Да ещё и разных оттенков жёлтого?
Оттенок как получается? Типа слабый зелёный фотон сливается с сильным красным и даёт один оттенок жёлтого - фотон с одной длиной волны, а если сильный зелёный со слабым красным, то другой оттенок, то есть фотон с другой длиной волны? Так оно работает?
Или нет?
Кстати, если вы думаете, что тут есть какой-то подвох в современных цифровых технологиях, то могу вас заверить, что с плёнкой и бумагой дело обстояло точно так же: на цветной плёнке есть несколько чувствительных слоёв, но оных там мало - не миллионы цветов, которые мы видим. А при печати обычно используются четыре, а не миллион пигментов, которые наносятся в виде очень мелкой сетки на бумагу и все миллионы оттенков получаются отражением смешанного света ламп или солнца от этих пигментов.
Ну, если, конечно, вообще существует отражение - то есть, если вы ответили на соответствующий вопросов «да, отражение существует».
Разлетание небесных тел
Задача с гравитационным взаимодействием трёх и более масс не имеет общего аналитического решения. Тем не менее, что приближёнными аналитическими вычислениями, что численным экспериментом можно подобрать такие параметры системы, что одно или даже несколько тел будут выброшены из тесной и уютной области, подобной тому, что называется «звёздной системой», на сколь угодно далёкое расстояние. Причём тут «сколь угодно» надо понимать буквально: не просто на сколь угодно большое заранее заданное, а прямо совсем на потенциально бесконечное.
То есть телу в какой-то момент будет придана такая скорость относительно центра масс системы или относительно любого из этих тел, что оно от них улетит столь резво, что никогда не начнёт к ним снова приближаться.
И так может быть даже в «сферическом вакууме» - то есть дело не в том, что ему помогут какие-то другие тела, которые оно потом встретит. Нет, даже если бы во всей вселенной существовали только эти тела, они могли бы выбросить какое-то тело от себя так, чтобы оно никогда не начало снова двигаться в их сторону. Иногда это называют «третьей космической скоростью», но, в принципе, подойдёт и более нейтральное название «скорость убегания от системы».
Казалось бы, а что такого?
Ну такого тут то, что потенциальная энергия при увеличении расстояния хоть и нелинейно, но растёт. Да, не как эм жэ аш со школьных уроков, но всё-таки растёт. И улёт на бесконечное расстояние означал бы рост потенциальной энергии до бесконечности. При том, что энергия любой группы тел конечна.
Или нет?
Но если нет, то почему? А если да, то каким образом некая система сумела ввести какую-то свою часть в состояние с бесконечной энергией? Пусть не сразу, а в бесконечно далёком будущем, но всё-таки?
Если энергия конечна, то тело может улететь от остальных тел только на конечное расстояние. То есть вот эту «третью космическую скорость» ему должно быть невозможно придать. Однако её может придать какому-то телу не только система небесных тел, а даже человеки на планете Земля.
Как так получается-то?
Мистическая электродинамика
Вопрос со звёздочкой, поскольку вроде бы в школе про это не рассказывают. Однако рассказывают в вузах, поэтому всё равно считается.
В электродинамике сплошь и рядом используются комплексные числа. В частности, комплексная экспонента. При помощи всего этого делаются расчёты, выводы и вот это вот всё.
Но есть небольшая проблемка: не существует приборов, которые могли бы измерить комплексную величину - по крайней мере, ту, у которой ненулевая мнимая часть. И даже нет никаких зацепок, как такой прибор можно было бы сделать. Всё, что люди когда-либо измеряют, - действительные числа.
Однако в этом случае получается, что все эти замечательные расчёты электродинамики в принципе невозможно проверить? Но как тогда люди узнали, что всё это верно и правда соответствует реальному миру?
И как они тогда всё это используют? Ведь невозможность измерения однозначно говорит о том, что никаких известных человечеству проявлений у таких величин нет. Даже если предположить, что они правда где-то существуют, они целиком скрыты во всех взаимодействиях, с которыми мы когда-либо имели дело. Но тогда к чему все эти расчёты? Оно остаётся чисто на бумажке как плод богатой человеческой фантазии? Или, быть может, среди физиков и инженеров есть специальные талантливые контактёры с принципиально ненаблюдаемым миром?
doc-файл