Все записи
06:04  /  12.07.14

19093просмотра

Шесть дней. День один

+T -
Поделиться:

Сотворение и становление мира, описанное современной наукой

День второй

День третий

Дни четвертый и пятый

Предварительный итог.

Явление человека

«Религия и естественные науки не взаимоисключают друг друга, как нас заставляют верить и бояться многие наши современники; они дополняют и поддерживают друг друга. Самым прямым доказательством совместимости религии и естественных наук, даже при самом пристальном и критичном рассмотрении, является исторический факт, что величайшие ученые-натуралисты всех времен — такие как Кеплер, Ньютон, Лейбниц — были проникнуты глубочайшими религиозными воззрениями. Религия и естественные науки сражаются в одной битве, в непрекращающемся сражении против скептицизма и против догматизма, против неверия и против суеверий, и боевым кличем всегда были и всегда будут слова: "Во славу Бога!"»

Макс Планк. «Научная автобиография и другие документы»

 «...Красота в науке проникает глубже кожного покрова. Лучшая наука есть суммарный продукт нашей эмоциональной и интеллектуальной половин, синтез того, что мы часто называем лево- и правополушарным. Величайшие "эврики" в науке соединяют чувственную эстетику и концептуальное прозрение. Физик Виктор Вейскопф (бывший также и пианистом) заметил: "То, что красиво в науке, есть то же, что красиво в Бетховене. Внезапно в тумане событий вы видите разумную связь. Она выражает комплекс человеческих забот, касающихся самой глубины вашего существа, и соединяет в одно целое то, что всегда в вас было и что никогда доселе не было соединено". 

Короче, хорошая  наука дает то же удовольствие, что и лучшие фильмы или книги. Мистерия или драма захватывают нас, и мы следуем за повествованием до ее последнего откровения, которое, в идеале, дает нам лучшее понимание мира. Однако на ученого здесь наложено ограничение: он обязан следовать правде. Может ли невыдуманный мир науки дать то же вдохновение и наслаждение, что и воображаемый мир искусства?» 

Из книги биолога Сина Кэролла Endless Forms most beautiful

 

От автора 

En arche en logos, kai o logos en pros ton Theon, kai Theon hn o logos.

Изложенное ниже является своеобразным комментарием к картине сотворения и становления мира, обрисованной современной наукой. Эта картина есть результат синтеза усилий большого количества научных дисциплин: физики, химии, геологии, биологии. В своем изложении я следую лишь хорошо устоявшимся теориям, ничего «свежайшего», сенсационного и плохо проверенного в моем материале нет. Исключением является последняя глава, посвященная человеку, носящая полемический характер. 

В дальнейшем для краткости я буду называть вышеупомянутые дисциплины одним словом «наука». Это не означает, что я отношусь с презрением к отраслям знания, занимающимися человеком и его деятельностью. Напротив, я считаю, что во всем, что касается всего интимно важного для нас, науке в ее настоящей форме почти нечего сказать. Тот образ человека, который она в настощее время нам предлагает, совершенно не похож на оригинал. Я убежден, что причина этого в том, что с вхождением в мир человека появляется нечто принципиально новое и потому методы естественных наук для дисциплин общественных или гуманитарных плохо подходят. Тем не менее наука может очень много сказать нам о том, что тоже очень важно и интересно для нас — о мире, о Вселенной. И, глядя на мир, мы можем понять многое о самих себе, о случайности или не случайности нашего здесь присутствия. 

Прежде чем начать повествование, уместно сказать пару слов о том, что составляет кредо естественных наук. Об этом говорить нужно, поскольку никакое человеческое рассуждение не начинается с пустого места, в его основании лежит что-то, что мы принимаем за несомненное, за самоочевидное.  Мнения же о том, что считать очевидным, могут расходиться, а порой расходиться резко, давая тем самым почву для конфликта. Хуже всего, если человек не отдает себе отчета в том, что в основе его рассуждений лежит допущение, которое его ближний может не разделять. Я заметил, что бесплодность и ожесточенность большинства споров происходит оттого, что стороны, сами того не замечая, исходят из разных предпосылок, из разных, так сказать, систем аксиом. Одна из задач философии состоит в том, чтобы выявить эти основные предположения, эти исходные точки, с которых начинает свой разбег наша мысль в тех или иных интеллектуальных построениях. 

Есть такие исходные точки и у науки, и читающий эти строки всегда должен об этом помнить. В своем подходе к изучению мира она исходит из предположения, состоящего в том, что все изменения и процессы, в нем происходящие, следуют некоторым правилам. Эти правила называются законами природы, считаются независимыми от нашей воли и их познание составляет цель естественных наук. Согласно современным представлениям, законы эти не имеют характера совершенно жестких предписаний, а являются статистическими, о чем я буду иметь случай говорить подробнее. Реконструкция прошлого нашего мира, описанная на этих страницах, основана на этом научном кредо. Эта научная вера не безосновательна, она ищет и находит множество подтверждений, но, разумеется, как и всякая вера, подвергалась и подвергается нападкам скептиков. 

Наука не ограничивается лишь упорядочением наших сведений о природе, сведением их в какую-то удобную систему. Куда более важно то, что она предсказывает события и помогает созданию новых вещей и технологий. Успехи науки на этом поприще служат убедительным свидетельством в пользу ее метода. Надежным знанием в науке считается только то, что может быть проверено. Хотя такой подход оставляет за бортом многое из того, что составляет прелесть и муку нашей жизни, он позволяет с уверенностью судить о многих вещах. Можно сказать, что наука сознательно ограничивает себя, воздерживаясь от высказываний по поводу того, что не подпадает под ее метод, во имя надежности знания о той части бытия, которая может быть познана научно. Часто об этом забывают, провозглашая, что то, что не может быть надежно познано, вообще не существует. О некоторых важных вещах, выпадающих из поля зрения научного метода, пойдет речь в последней главе. 

Широкая публика пребывает в убеждении, что самым закоренелым и принципиальным противником науки является религия. На самом деле все сложнее, хотя отношения науки и религиозной веры во всех ее формах всегда оставались и остаются напряженными. И это несмотря на то, что у оснований науки стояли глубоко религиозные люди — Пифагор, Платон, Аристотель. Титаны новой европейской науки — Паскаль, Декарт, Ньютон, Максвелл, Планк, Гейзенберг — тоже были глубоко религиозны. С другой стороны, среди верующих всегда было достаточно тех, кто отрицал и отрицает науку. Однако, противников научного подхода хватает и среди атеистов и, что всего любопытнее, в современных академических кругах. Научная картина мира отрицается, например, так называемыми постмодернистами и, что может показаться удивительнее всего, многими из современных сторонников неодарвинизма.

Если даже не думать, что научный метод дает какой-то фундаментально искаженный взгляд на мир, всякая попытка преподнести обобщенное описание истории Вселенной может показаться очень дерзкой в силу ограниченности наших знаний. И хорошо еще, что в каких-то местах мы знаем, что то или иное нам неизвестно. Хуже, что есть многое нам неизвестное, о существовании чего мы даже не подозреваем. Мне, однако, кажется, что пытаться все равно нужно, хотя бы для того, чтобы понять, насколько интересен мир, в котором мы живем. 

Вернемся, однако, к научному кредо. Вера в законы есть по сути вера в то, что за явлениями мира стоит некая логическая структура. Иными словами, мир явлений отражает совершенно другой мир, ему внеположный, мир эйдосов, которому законы природы принадлежат. Этот мир открывается не нашими органами чувств, а умом. И это действительно иной мир, поскольку законы не находятся в какой-то точке или области нашего пространства, их действие не ограничено каким-то опеределенным отрезком времени. Правильнее говорить о них как находящихся вне времени и пространства, поскольку именно они направляют течение событий, происходящих во времени и пространстве.  Читателю может показаться странным такой идеалистический взгляд на науку, но его подтверждение можно найти в любом учебнике физики, хотя многие ученые и не любят распространяться о философских основах своего дела, предпочитая этому конкретные исследования. 

Вещество, неразрывно связанное с пространством и временем, не направляет себя само, его судьба определяется законом, пребывающим вне пространства и времени. Действительно, поскольку законы можно обсуждать, анализировать и, так сказать, интеллектуально играть с ними, нельзя считать, что они находятся в самих вещах. Законы (не наше знание о них) объективны. Хотя наше знание законов природы несовершенно и углубляется со временем, никакой уважающий себя ученый не скажет, что Эйнштейн выдумал теорию относительности или что Максвелл придумал законы электромагнетизма. Скажут, что они открыли эти законы. Так же, как Колумб открыл Америку не в том смысле, что он получил о ней совершенное знание, а в том, что он открыл туда путь для других европейцев, также и Ньютон, Максвелл, Эйнштейн и любой другой настоящий ученый открывают путь другим исследователям в ту или иную область. 

Эйнштейн со всей возможной силой утвердил идею об универсальности законов природы, положив ее в основание своей теории относительности. Теория эта, возникшая из почти чистого умозрения, нашла впоследствии огромное количество экспериментальных подтверждений и лежит в основе наших нынешних представлений об истории Вселенной. У нас есть все основания полагать, что те же законы, что действуют сейчас, действовали и тогда, когда Вселенная была еще очень молода. Когда физики говорят, что эксперименты на ускорителях позволят им воспроизвести условия, существовавшие через такую-то долю секунды после Большого Взрыва, они подразумевают, что законы универсальны. Откуда такая уверенность, разве можно предсказывать прошлое? Да, можно, т. к. не все об этом прошлом мы знаем, мы можем открыть новые факты, а факты теория может и должна предсказать. Например, Шлиман, прочтя Гомера, поверил, что Троя не литературная выдумка, а существовала на самом деле. В форме научного предсказания это выглядело так: «Если Троя была реальным городом, то, проводя раскопки в соответствущем месте, мы найдем ее останки». Предсказание сбылось. Подобным же образом мы можем проверять наши представления о том, что законы, действующие ныне, действовали и в ранней Вселенной. Тем более что у астрофизиков есть «машина времени»: чем дальше от нас объект, тем дольше идет от него свет и, следовательно, тем глубже мы, наблюдая его, погружаемся в прошлое. Ближайшую звезду мы видим такой, какой она была 4,5 года назад, ближайшую галактику — такой, какой она была около миллиона лет назад, а современные телескопы могут «рассмотреть» объекты, удаленные от нас на миллиарды световых лет, и, следовательно, мы видим их такими, какими они были миллиарды лет назад. Используя все более и более мощные приборы, регистрирующие не только видимый свет, но и радио, тепловое и даже рентгеновское излучения, и анализируя их, ученые узнают о прошлом все больше и больше. И это знание подтверждает нашу веру в универсальность законов. 

Самое убедительное свидетельство универсальности дается картиной спектральных линий удаленных звезд и других светящихся объектов. Каждый элемент таблицы Менделеева при нагревании испускает свет. Как у каждого музыкального инструмента есть свой «голос», так у каждого элемента есть свой набор испускаемых им частот электромагнитного излучения, составляющий как бы его визитную карточку. Для изучения таких карточек ученые применяют спектральный анализ. Пропустив свет звезды через спектроскоп, мы получаем набор визитных карточек содержащихся в ней элементов, из которого можно установить, какие элементы в ней присутствуют и в каком количестве. Так вот, оказалось, что электромагнитное излучение, приходящее от сколь угодно далеких звезд и других светящихся объектов, содержит те же спектральные линии, что и линии наших земных элементов. С той только разницей, что вся картина линий сдвинута, как целое, в более красную часть спектра и, чем дальше от нас объект, тем больше этот сдвиг. Эффект этот называется красным смещением, и объясняют его тем, что Вселенная, как целое, расширяется, и чем дальше от нас объект, тем с большей скоростью он удаляется от нас. Именно открытие красного смещения в 20-х годах побудило Эйнштейна принять теорию расширяющейся Вселенной. 

Именно так, опираясь на законы, открытые нами сегодня (300 лет существования науки для в масштабе Вселенной есть ничто), мы реконструируем прошлое. 

Концепцию законов природы, которой придерживаются точные науки, можно проиллюстрировать таким мысленным экспериментом. Представим себе, что в совсем молодую Вселенную, в которой не сформировалось еще ничего, что мы считаем таким привычным: нет ни звезд, ни планет, ничего, кроме самых простых атомов, типа водорода и гелия, — каким-то ветром занесло некий бесплотный интеллект, совершенно незнакомый с законами нашего мира. И вот этот дух получает в дар наши учебники физики. Глядя в них, интеллект этот смог бы предсказать, хотя и не во всех деталях, что с нашим миром произойдет. Он бы понял, что из газовых облаков сформируются звезды, понял бы, как в их недрах постепенно образуются элементы более сложные, чем водород, понял бы, что будут планеты с твердой поверхностью, что, наверное, будут возникать все более и более сложные молекулярные структуры. Это не означает, что из этих учебников он бы понял все, что произойдет за миллиарды лет, и дело тут не только в том, что наши учебники написаны плохо и наши знания ограниченны, а в принципиальном характере физических законов, не предписывающих абсолютно все с произвольной точностью. Законы носят статистический характер. Вот пример такого закона: бросая монетку, мы не можем сказать, выпадет ли орел или решка, но, бросая ее 1000 раз, можем с уверенностью утверждать, что в примерно половине случаев (с разбросом примерно в 30) выпадет орел.

И еще дело в том, что кое-какие составляющие, имеющие отношение к внутреннему миру живых существ и человека, в наш мир тогда еще не вошли (об этом также позже) и потому не могли и быть предсказаны. 

Существование законов природы равнозначно тому, что в своем возникновении и становлении Вселенная следует некой идее и плану. Новорожденную Вселенную можно уподобить азбуке, из которой еще предстоит сложиться словам (вещам). Но как в точности эти слова сложатся, сказать нельзя. Когда-то ученые полагали, что это развитие идет так же, как идут часы, т. е. совершенно предсказуемым образом. Будь это так, то раскаленное до невообразимых температур зерно уже содержало бы в свернутом виде все, что мы ныне имеем, но, как я уже говорил, физика мыслит законы природы не детерминистски, а статистически. Случайность и закономерность тесно переплетены в развитии мироздания, и об этом переплетении нам еще придется говорить. Некоторая непредсказуемость придает законам природы ту гибкость, которая позволяет действовать в ней нашей свободе. 

Как в оный день, так и сегодня безмерна слава Божьих дел. 

И. Гете. «Фауст», пер. Б. Пастернака

День один. Пытаясь проникнуть в прошлое нашего мира, наш разум натыкается на преграду. То, что мы называем словом «Вселенная», подразумевая под этим все, что мы можем познать, имеет начало. Большинство ученых отказывались даже помыслить такое еще 60 лет назад; ныне же теория Большого взрыва является неотъемлемой частью науки. Эта теория утверждает, что время, пространство и вещество имеют начало. В отношении времени это означает, что, т. к. оно не простирается бесконечно в прошлое, то вопрос о том, что было до начала, самой своей постановкой подразумевающий присутствие какого-то доначального времени, не имеет смысла. Теория эта утверждает также, что само пространство Вселенной непрерывно расширяется, что звезды и планеты удаляются от нас и скорость эта возрастает с расстоянием так, что более удаленные объекты удаляются от нас быстрее.

 

 

Все это несколько тяжело переварить человеку, привыкшему к обыденным представлениям о времени как о чем-то однородном и безразличном к происходящим в нем событиям. Впрочем, такому человеку не худо напомнить, что такое представление есть навязанная нам иллюзия, такая же, как линейная перспектива на картинах художников эпохи Возрождения. Глаз ведь не следует линейной перспективе, которая является лишь технически удобным упрощением. 

От иллюзии этой избавил нас Эйнштейн, доказавший, что пространство и время не являются просто безразличным фоном для происходящих в мире событий, а интимнейшим образом связаны с ними. На научном языке это звучит так: геометрия пространства и времени и свойства заполняющего их вещества неразрывно связаны друг с другом (так, например, время замедляется, а пространство искривляется вблизи массивных тел). 

Утверждение это, положенное в основу Общей теории относительности (ОТО) было и для многих людей остается совершенно революционным. Этим людям кажется, что их заставляют верить во что-то такое, что лежит за пределами разума. Разве есть разные геометрии? Разве можно представить себе, чтобы параллельные линии, которые не пересекаются по определению, где-то пересекались? 

Все проще, чем мы думаем, проще и интереснее. Конечно, есть разные геометрии, о чем нам напоминают и горизонт, и обыкновенный географический атлас. Есть геометрия плоского листа бумаги, плоского стола, а есть геометрия Земли, геометрия глобуса. Муравей, ползущий по глобусу, нигде не встречает границ и преград, как и человек, путешествующий по поверхности земного шара. Тем не менее, как площадь поверхности глобуса, так и площадь поверхности нашей Земли конечны. Нас это не удивляет, а между тем перед нами примеры замкнутых безграничных пространств. Поверхность шара есть двумерное замкнутое безграничное пространство. Это пример сферической геометрии, которая отличается от геометрии плоскости. И внимательный читатель наверное обратил внимание, что все попытки изобразить поверхность Земли на плоской карте приводят к значительным искажениям: Антарктида или Ледовитый океан выглядят непропорционально больше стран вблизи экватора и т д. 

Вместо ширины и длины на сфере географы пользуются другими координатами — широтой и долготой. Точки одной и той же долготы находятся на одном мередиане, точки одной широты — на одной параллели (см. Рис. 2). Мы знаем, что на плоскости кратчайшим расстоянием между точками является прямая линия, проведенная через  эти точки. А на сфере прямую линию провести невозможно и кратчайшей будет кривая. Соответственно и сумма углов треугольника, нарисованного на сфере не будет равна 180 градусам, а будет зависеть от того, в каком отношении находится размер этого треугольника к радиусу сферы. Если треугольник маленький, то разницы с плоскостью почти не будет (см. вставку на Рис. 1), а если сравним с размером сферы, то отклонения от 180 градусов будут значительны.

 

 

Рис. 1

Рис.2

На сфере есть два сорта «параллельных прямых»: параллели и меридианы. Вместе они образуют координатную сетку. Параллели не пересекаются, а меридианы пересекаются на полюсах. 

Сфера имеет только два измерения (долготу и широту), а наш мир имеет четыре. Четвертым измерением является время, которое отличается от остальных трех тем, что, как говорил Герберт Уэллс, наше сознание движется вдоль него. Как я уже говорил, до Эйнштейна ученые полагали, что время и пространство независимы друг от друга, и что существует абсолютное время, одинаковое для всех. Это не так, время течет по-разному для наблюдателей, движущихся относительно друг друга. Эффекты, связанные с относительностью времени, незаметны для тел, движущихся со скоростями, много меньшими скорости света. Ныне, когда на ускорителях мы разгоняем частицы до огромных скоростей,  утверждения теории относительности проверены экспериментально и факт относительности времени не подвергается сомнению. В силу этого, когда мы говорим о таких вещах, как, например, возраст Вселенной, нужно понимать, что, поскольку абсолютного времени не существует, мы относим этот возраст к какой-то определенной системе отсчета. Современная оценка этого возраста в системе отсчета, связанной с современной Землей (напомним, что в начале времен ее не существовало) есть 13,5 млрд лет. С другой стороны, для света, дошедшего до нас от начала времен, возраст Вселенной есть в точности ноль. 

 Свет и тьма. Несмотря на то что идея о конечности мира во времени была высказана еще в 20-х годах российским физиком Александром Фридманом 

 

Александр Фридман

Аббат Леметр

и несколько лет спустя переоткрыта аббатом Леметром, большинство физиков не принимало ее всерьез до начала 60-х годов, до открытия так называемого реликтового излучения.  Открытие это было совершено совершенно случайно людьми, не знакомыми ни с астрофизикой, ни с теорией относительности — сотрудниками Bell Laboratories Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном, построившим огромную антенну, назначение которой не имело к астрофизике никакого отношения. 

Когда антенна была подключена к приемнику, оказалось, что она шумит. Сначала за источник шума приняли близлежащий Нью-Йорк, потом, кажется, грешили на птиц, но все эти объяснения пришлось отвергнуть, т. к. шум шел равномерно со всех сторон. В конце концов пришлось признать, что он идет с неба. Спектральный анализ шума показал, что он как две капли воды похож на излучение сплошного черного тела, находящегося при очень низкой температуре в несколько градусов выше абсолютного нуля. Получалось, что Земля как бы окружена огромной сферой, все точки которой находятся при одной и той же температуре. Такого в современном нам мире, конечно, не бывает. Звезды, планеты и все прочие небесные тела не обладают строго определенной температурой, как мы знаем даже и на примере нашей Земли, в разных местах которой температуры могут отличаться на десятки градусов. С другой стороны, оказалось, что теория Большого взрыва предсказывала именно это. Согласно этой теории вещество в молодой Вселенной было весьма плотным и находилось в термодинамическом равновесии (не с гравитацией, т.ск. полного термодинамического равновесия в начале быть не могло!), т. е. вещество в разных участках Вселенной находилось при практически одинаковой температуре. Вещество это было плазмой, т. е. раскаленной смесью хаотически двигавшихся протонов, нейтронов, электронов с примесью других частиц и света (вернее, электромагнитного излучения). Никаких стабильных атомов тогда не было, т. к. температура была слишком высока и электрически заряженные частицы двигались свободно. Т. к. плазма поглощает свет, то, несмотря на огромную температуру, это был темный, непрозрачный для света мир. Излучаясь одной заряженной частицей, свет поглощался другой, как это происходит в металлах, тоже непрозрачных для света. Так продолжалось до тех пор, пока Вселенная не расширилась настолько, что температура упала до такой степени (до нескольких тысяч градусов), что образовались стабильные атомы (водород и гелий). Такие атомы поглощают свет лишь вполне определенной длины волны. Для всего остального света Вселенная стала прозрачной, свет отделился от вещества. Вселенная продолжала расширяться, вещество становилось все менее плотным и горячим, и отделившейся от него свет уже фактически более с ним  не взаимодействовал. От прошлого осталась лишь память: общая для всех фотонов температура. Температура фотонного газа по мере расширения Вселенной также уменьшалась и через миллиарды лет достигла нынешнего значения в 4.20 К. Этот свет, дошедший до нас с первых дней творения, называется ныне реликтовым излучением.

Карта распределения температур реликтового излучения, снятая спутниковым телескопом. Температуры излучения, приходящего с разных участков небосвода, несколько отличаются друг от друга, позволяя судить о неоднородностях вещества в молодой Вселенной. 

Самоорганизация

В первые мгновения своего существования Вселенная была наполнена раскаленным супом частиц, в котором было невозможно отличить частицы одного сорта от других. Объединение протонов, электронов и нейтронов в простейшие атомы было одним из первых этапов того, что можно назвать самоорганизацией вещества. Развитие шло и идет двояким путем, а именно, путем организации и усложнения одних форм и вырождения и дегенерации других. Все, что в нашем мире растет и усложняется, делает это за чей-то счет. Жизнь на Земле существует за счет энергии Солнца, теряющего ее безвозвратно и неудержимо идущего к своему концу. Хотя энергия сохраняется, но способность совершить полезную работу (физический термин) теряется в каждом акте взаимодействия. Может показаться парадоксальным, но новорожденная Вселенная, лишенная всяких форм, в своей простоте содержала больше порядка, чем мир нашего дня, наполненный множеством разнообразных форм, включая и такие сложные, как наше тело.  

За счет чего же происходит самоорганизация, усложнение вещества? Она регулируется различными силами. Физике известны четыре вида сил (фундаментальных взаимодействий): гравитация, электромагнитные силы, сильное и слабое взаимодействия. Их комбинации порождают силы «низшего» порядка, такие как ковалентные взаимодействия в химии, обменные взаимодействия в магнетизме и т. д. Разница между упомянутыми выше видами сил вначале была совсем незаметна, они обрели свою индивидуальность лишь со временем, по мере остывания Вселенной. Физика описывает это обретение индивидуальности в тех же терминах, что и, скажем, переход из жидкости в кристалл. При таком (фазовом) переходе появляются новые свойства (у кристалла есть, например, сопротивление на сгиб, чего жидкость лишена), которым соответствуют новые частицы (в кристалле есть поперечный звук, а в жидкости только продольный, звуковым волнам соответствуют кванты звука — фононы, т. е. в кристалле есть новый сорт частиц — поперечные фононы). Правда, если быть более точным, фазовые переходы, приведшие к появлению сильного и слабого взаимодействий, были больше похожи не на кристаллизацию жидкости, а на переход металла из нормального в сверхпроводящее состояние. Что это такое? В нормальном, всем нам знакомом состоянии металлы проводят электрический ток с потерями, а в сверхпроводящем — без потерь. В добавок к этому удивительному свойству сверхпроводники не впускают внутрь себя магнитное поле (это их свойство позволило построить так называемые левитирующие поезда, где содержащий сверхпроводник вагон зависает над намагниченными рельсами). Поэтому взаимодействие между двумя магнитиками, помещенными внутрь сверхпроводника, стало быстро убывать с расстоянием. Нечто подобное произошло и с полями сильных и слабых взаимодействий:  после перехода они превратились из дальнодействующих в  короткодействующие. Ныне они действуют только на коротких расстояниях порядка размера атомного ядра. 

Упомянутые выше силы определили фундаментальную структуру вещества, а также, вместе с гравитацией дали источник энергии, необходимый для нашей жизни. Если быть более точным, то сильное и слабое взаимодействия определили структуру атомных ядер, электромагнитное взаимодействие ответственно за то, как атомы объединяются в более сложные структуры, включая наше тело, а гравитация отвечает за мир самых больших вещей — планет, звезд, галактик, т. е. за крупномасштабную архитектуру Вселенной. 

Даже такой простой акт самоорганизации, как возникновение атомов водорода и гелия, нельзя принимать за что-то само собой разумеющееся. Мы вполне можем представить себе мир, управляемый почти теми же самыми законами, что и наш, где бы организация вещества не дошла бы даже до этой ступени. Вот, допустим, имел бы наш мир не три пространственных измерения, а больше (четыре?), как в фантастических мирах Даниила Андреева. И все, атомов бы не было, поскольку электроны не удержались бы у ядер. А имей он вместо трех два измерения (тогда бы мы жили в плоскости, как картинки на листе бумаги), и атомы были бы настолько устойчивы, что никогда бы не теряли электронов, и химические реакции не были бы возможны. 

Внимательный глаз различит чудесный баланс природных сил и обстоятельств, стоящий за каждым шагом на пути к усложнению.  

Рождение таблицы Менделеева

Вскоре после «отделения света от тьмы» сформировавшиеся в процессе остывания Вселенной водород и гелий стали собираться в звезды. Произошло это потому, что распределение вещества было несколько неоднородным, а гравитационные силы эти неоднородности усилили. Места с большей плотностью газа притянули к себе новые массы, а те места, где плотность была поменьше, опустели. Газ начал собираться в  сгустки, которые становились все горячее и горячее по мере сжатия. Понятие единой температуры потеряло для вещества Вселенной свой смысл; плотные места разогрелись, разряженные остыли. Процесс сжатия больших масс газа довел их до такой температуры, при которой началась термоядерная реакция. Есть множество видов таких реакций, цепочка тех, с которыx все началось, превращала два ядра водорода  в ядро гелия, давая при этом в качестве побочного продукта солидное количество энергии в виде света и нейтрино. 

Несколько слов о термоядерном синтезе. Мы знаем по школе о том, как в старину алхимики мечтали превратить свинец и другие «низкие» металлы в золото. Итогом их многовекового труда было понимание того, что сделать это в условиях химической лаборатории невозможно. Более того, выяснилось, что все вещества можно разложить на так называемые элементы, которые в химических реакциях не подвергаются никаким превращениям. 

Постепенно выяснилось, что такие свойства элементов связаны с необыкновенной устойчивостью их атомных ядер. Именно ядро, состоящее из протонов и нейтронов, крепко связанных друг с другом внутриядерными силами, и опеределяет индивидуальность атома данного элемента, пребывающую неизменной в ходе химических реакций. Электронная же оболочка атома легко срывается в ходе этих реакций, электроны, связанные с ядром значительно более слабыми, чем ядерные, электромагнитными силами, запросто переходят от одного атома к другому. Таким образом в организации вещества проявляется и постоянство, обусловленное сильными взаимодействиями (ядра устойчивы) и изменчивость, обусловленная относительной слабостью электромагнитных сил, привязывающих электроны к ядру. 

Хотя элементы и не превращаются друг в друга в ходе химических реакций, превращаться друг в друга они все-таки могут. Ядра сложных элементов при определенных условиях могут распадаться на более простые; это называется атомным распадом. Все элементы таблицы Менделеева, начиная с номера 93 (нептуний), неустойчивы относительно распада и в силу этого в природе не встречаются. На другом конце таблицы Менделеева ядра легких элементов могут соединяться друг с другом, образуя элементы более тяжелые. Этот процесс называется ядерным или, чаще, термоядерным синтезом. Приставка «термо» (температура) необходима потому, что синтез, как правило, требует для своего осуществления огромных температур в миллионы и даже сотни миллионов градусов, т. к. дальнодействующее электрическое отталкивание мешает одноименно заряженным ядрам приблизиться друг к другу. Нужно разогнать частицы, чтобы преодолеть этот энергетический барьер, но коль скоро барьер преодолен, частицы оказываются в зоне действия сильных ядерных сил, которые со страшной силой тянут их друг к другу. Конечный результат есть выделение энергии. Чем больше заряд ядра, тем сильнее отталкивание и тем большая температура нужна для того, чтобы инициировать термоядерный синтез. Поэтому в первых звездах сначала «горит» более легкий водород, а гелий, заряд ядра которого в два раза больше, откладывается подобно пеплу и не участвует в синтезе. Но вот водород прогорает, и температура в звезде начинает падать. Читателю может показаться это странным, но звезды удерживает от коллапса давление испускаемого ими света, противостоящего напору сил тяготения. Вместе с падением интенсивности термоядерной реакции падает и давление света, и звезда начинает сжиматься. Это, в свою очередь, опять ведет к ее разогреву, но сжатие продолжается до тех пор, пока температура в середине звезды не превысит порога (около 100 млн градусов), за которым начинает «гореть» гелий, элемент номер два. 

«Горение» гелия происходит весьма необычным образом, заслуживающим специального упоминания, т. к. продуктом этого горения является элемент, составляющий основу жизни, тот, без которого жизнь была бы немыслима. Я имею в виду углерод.   

Изучавшие химию знают, что она делится на два раздела: неорганическую и органическую. Органическая химия есть химия соединений, в состав которых входит углерод. Такая честь досталась ему из-за его почти уникальной способности образовывать молекулы практически неограниченной длины и сложности. В основе этой способности лежит то, что атом углерода четырехвалентен, т. е. может соединяться с четырьмя другими атомами.

 

Схематическое изображение атома углерода. Ядро изображено в центре в виде розового шарика, голубые баллоны изображают электронные облака, служащие валентными связями.

У него есть как бы пара рук и пара ног; взявшись за руки, атомы углерода образуют цепочку (как на картинке),

«Строка», образованная атомами углерода.

а за «ноги» хватаются другие атомы. Цепочка — строчка, прицепившиеся к ней атомы других элементов — буквы. Идеальное устройство для записи и хранения информации. 

В деле образования длинных цепочек у углерода есть конкурент — кремний, являющийся тоже довольно распространенным во Вселенной элементом. Фантасты часто обсуждают возможность кремнеорганической жизни. Тут есть одна трудность: двуокись углерода, необходимая для жизнедеятельности растений, есть газ, а двуокись кремния — твердое тело. Газ более мобилен, ему легче участвовать в химических реакциях. Поэтому кремнеорганической жизни придется преодолеть некоторые преграды.

Внимательному читателю справедливо покажется странным, что от элемента номер два (гелия) мы сразу перескакиваем на элемент номер шесть (углерод), пропуская при этом элемент номер 4 (бериллий). Это потому, что простая реакция слияния двух ядер гелия, в результате которой должен был бы получиться бериллий, идет не с выделением энергии, а с поглощением. Правда, энергии поглощается относительно мало и ядро бериллия все-таки образуется, хотя живет ограниченное время. Этого времени, однако, хватает на то, чтобы дождаться третьего ядра гелия, реакция с которым идет уже с выделением энергии и дает углерод.

Вот разъяснительные тексты из Википедии.

«Согласно стандартной космологической модели, сразу после Большого взрыва материя во Вселенной практически полностью находилась в виде водорода и гелия. Ядра гелия сами по себе практически стабильны, и потому совершенно неочевидно, что в процессе горения звезд должны в больших количествах образовываться более тяжелые элементы. Действительно, уже на первом этапе имеется препятствие: два ядра гелия не образуют стабильное ядро бериллия-8 (этот нуклид распадается за 10−18 с). Нет сколько-нибудь стабильных ядер и с массовым числом A=5, которые могли бы образоваться при слиянии альфа-частицы с протоном или нейтроном. В принципе, три ядра гелия-4 могут образовать стабильное ядро углерода-12, однако вероятность одновременного столкновения трех альфа-частиц столь мала, что без "посторонней помощи" скорость такой реакции была бы ничтожна для образования значительного количества углерода даже в астрономических масштабах времени.

Роль такой посторонней помощи играет резонанс (возбужденное состояние) углерода-12 с энергией 7,65 МэВ. Будучи практически вырожденым по энергии с состоянием трех альфа-частиц, он кардинально увеличивает сечение реакции и ускоряет процесс горения гелия. Именно благодаря ему на конечной стадии звездной эволюции образуются тяжелые элементы, которые после взрыва сверхновых разлетаются в пространстве и впоследствии образуют планеты.

Вспышка сверхновой

В принципе, наличие ядерных резонансов не представляет собой ничего удивительного. По-настоящему необычным является лишь случайное ("подобранное") численное значение энергии возбуждения резонанса. Так, в работе H. Oberhummer, A. Csoto, and H. Schlattl, Science 289, 88 (2000); Nucl. Phys. A 689, 269c (2001) (nucl-th/9810057) показано, что если бы константа нуклон-нуклонного взаимодействия отличалась хотя бы на 4%, углерод в звездах практически не образовывался бы».

Схематическая картинка типичной эволюции звезды от зарождения к взрыву. Остатки от взрыва частично идут на построение новых звезд, часть же их превращается либо в нейтронную звезду или, если масса их достаточно велика, в черную дыру.

И был вечер, и было утро, день один.

День второй >>

День третий >>

День четвертый и пятый >>

Комментировать Всего 44 комментария

Замечательная статья, Алеша, спасибо!

"... если бы константа нуклон-нуклонного взаимодействия отличалась хотя бы на 4 %, углерод в звёздах практически не образовывался бы."

Если говорить об антропных ограничениях на безразмерные константы, является ли это 4%-окошко самым узким из известных? Было бы любопытно взглянуть на все имеющиеся такого рода ограничения.

Эту реплику поддерживают: Сергей Любимов, Михаил Аркадьев

Согласен, интересно было бы иметь более подробные оценки.

Алексей, спасибо Вам! Замечательно доступный  текст, насколько это возможно! Не всё, но  очень многое понятно мне, человеку далёкому от науки и физики именно благодаря языку! Обязательно буду перечитывать! Вопрос, вполне дилетантский - как относиться к предположению Стивена Хокинга, что Господь-таки  играет в кости и намеренно бросает их куда-то не туда ?.... Ещё раз спасибо Вам.

Эту реплику поддерживают: Liliana Loss, Михаил Аркадьев

Эдуард, я надеюсь, из моего текста понятно, что я этого взгляда не разделяю. Практически всегда оказывается, что впечатление "не туда" брошенных костей объясняется нашим невежеством. Да и почему Хокинг думает, что идет игра в кости, а не, например, в шахматы. В этой игре смысл ходов не всегда доходит до сознания неопытного игрока...

Эту реплику поддерживают: Эдуард Гурвич, Сергей Любимов

Насчет "не туда" это особое дополнение Хокинга?

Наверное, я этого не читал. Когда в шахматах игрa не начинается привычным e2-e4, может показаться, что все идет не туда...

Эдуард, утверждение, что Бог играет таки в кости, принадлежит, скорее, Н.Бору, который спорил с Эйнштейном, правда немного в других терминах :) Утверждение, встречающееся много раз в тексте Алеши Цвелика о том, что фундаментальные физические законы устроены статистически, то есть вероятностно - как раз и есть научная форма утверждения, что Бог играет в кости. Хокинг, полагаю, имел в виду именно Бора и базовую квантовую теорию, весь смысл которой в утверждении принципиальной (а не от нашего незнания) вероятностности квантовых фундаментальных физических процессов. 

Я не знаю, что имел в виду Хокинг под игрой в кости, если тоже самое, что имели в виду Эйнштейн и Бор, то я совершенно согласен с Бором: случай является неотъемлемым элементом нашего бытия. Однако, оно есть не только случай, случайность и закономерность переплетаются хитрым образом, иначе бы нам ничего невозможно было бы предсказать и тогда невозможно было бы сделать даже зажигалку, не то чтобы авиалайнер или компьютер.

У меня под рукой нет сейчас книги Хокинга. Я вернусь домой на следующей неделе и попробую найти то, что он говорил про " туда-не туда".В любом случае, Михаил, Ваши с Алексеем  разъяснения для меня очень ценны. С интересом слежу за  комментариями  к этой статье! Повторюсь, автор выстроил всё так, что захотелось прочитать, чтобы  по мере сил представить картину сотворения мира и особенно взаимоотношения науки и религии.Я ему очень благодарен.  

Эту реплику поддерживают: Alexei Tsvelik

Я, признаться, даже не надеялся, что меня здесь кто то, кроме Миши и Леши, которые все это уже давно читали, прочтут. Так что я Вам очень признателен за внимание.

Эту реплику поддерживают: Михаил Аркадьев

Леша, спасибо! А скажи пожалуйста, что это за звуковые такие кванты фононы?  

Эту реплику поддерживают: Сергей Мурашов

Все волновые процессы, Миша, квантуются. Есть кванты света - фотоны, есть кванты звука - фононы, есть кванты колебаний намагниченности - магноны, поляризации - поляроны и т.д. Из перечисленного только первые могут распространяться в вакууме, все остальные существуют только в средах, т.е. внутри вещества.  Однако, их математическое описание во многом сходно.

А нельзя ли тогда дать точное определение понятия "звук"? И рассказать, наблюдаемы ли фононы в "независимом" состоянии.

Звуком, Миша, называются колебания плотности любой среды. Что такое "независимое" состояние, о котором ты говоришь?

Я имею в виду, Леша, можно ли, скажем, провести эксперимент с единичным фононом, аналогично электронной пушке.   

Да, Миша, можно. Есть хорошо разработанные способы наблюдать эти частицы по одиночке.

Потрясающе! Я не знал. А слышимый нами звук аналогичен видимой части электромагнитного спектра? Погоди, но ведь фононовое поле не фундаментально? Это не элементарная частица? Или?

В кристаллах есть два рода звука: продольный и поперечный, последний представляет из себя колебания кристаллической решетки в направлении перпендикулярном направлению распространения звука. Так вот, этот последний описывается теми же уравнениями, что и свет. Отсюда и пошла гипотеза эфира, как упругой среды, в которой свет распространяется, подобно звуку. В своем первоначальном виде эта гипотеза была отвергнута, но с рождением квантовой теории поля она, можно сказать, возродилась. Вакуум есть эфир, это не пустое пространство, а пространство нереализованных возможностей. Могут быть разные вакуумы, структура каждого из них накладывает ограничения на форму событий, которые могут произойти в мире с таким вакуумом. На это и напирает  Линде в своем "мултиверсе", в каждой из его вселенных свой вакуум.

Алексей, спасибо за приглашение. для такого "физически малообразованного" человека, как я во многих параграфах идеи недостаточно "разжеваны". Вот например, очень интересно, но совершенно непонятно, почему будет так, как Вы говорите здесь:

"Даже такой простой акт самоорганизации, как возникновение атомов водорода и гелия, нельзя принимать за что-то само собой разумеющееся. Мы вполне можем представить себе мир, управляемый почти теми же самыми законами, что и наш, где бы организация вещества не дошла бы даже до этой ступени. Вот, допустим, имел бы наш мир не три пространственных измерения, а больше (четыре?), как в фантастических мирах Даниила Андреева. И все, атомов бы не было, поскольку электроны не удержались бы у ядер. А имей он вместо трех два измерения (тогда бы мы жили в плоскости, как картинки на листе бумаги), и атомы были бы настолько устойчивы, что никогда бы не теряли электронов и химические реакции не были бы возможны.

Мне вот надо это совершенно разжевать, почему электроны не удержались бы у ядер в четырехмерных мирах. Вполне возможно, это просто совершенно очевидно, но, увы, не такому читателю, как я. 

 Несмотря на свою " физическую неграмотность" хочется постичь описанное "своим умом", путем, тка сказать " научного познания". Если я не могу что-то "сама понять" ( т е , конечно не сама, а с помощью), то научнно- популярный текст приобретает характер религиозно- догматического: раз авторитет сказал, значит надо верить.

А вот примеры очень доступных пассажей, где меня " провели" от начала до конца, и можно понять " научно- критически", а не "на веру"

"в условиях химической лаборатории невозможно. Более того, выяснилось, что все вещества можно разложить на так называемые элементы, которые в химических реакциях не подвергаются никаким превращениям. "

Постепенно выяснилось, что такие свойства элементов связаны с необыкновенной устойчивостью их атомных ядер. Именно ядро, состоящее из протонов и нейтронов, крепко связанных друг с другом внутриядерными силами, и опеределяет индивидуальность атома данного элемента, пребывающую неизменной в ходе химических реакций. Электронная же оболочка атома легко срывается в ходе этих реакций, электроны, связанные с ядром значительно более слабыми, чем ядерные, электромагнитными силами, запросто переходят от одного атома к другому. Таким образом в организации вещества проявляется и постоянство, обусловленное сильными взаимодействиями (ядра устойчивы) и изменчивость, обусловленная относительной слабостью электромагнитных сил, привязывающих электроны к ядру."

 "ядра легких элементов могут соединяться друг с другом, образуя элементы более тяжелые. Этот процесс называется ядерным или, чаще, термоядерным синтезом. Приставка “термо” (температура) необходима потому, что синтез, как правило, требует для своего осуществления огромных температур в миллионы и даже сотни миллионов градусов, т.к.  дальнодействующее электрическое отталкивание мешает одноименно заряженным ядрам  приблизиться друг к другу. Нужно разогнать частицы, чтобы преодолеть этот энергетический барьер, но коль скоро барьер преодолен, частицы оказываются в зоне действия сильных ядерных сил, которые со страшной силой тянут их друг к другу. "

 "Читателю может показаться это странным, но звезды удерживает от коллапса давление испускаемого ими света, противостоящего напору сил тяготения. Вместе с падением интенсивности термоядерной реакции падает и давление света и звезда начинает сжиматься. "

Алекс, спасибо за комментарий. Вы затронули важную, трагическую для нашей культуры тему. Совершенно не желая быть жрецом, и даже всячески пытаясь обращаться к разуму и знанию, я поневоле становлюсь им, поскольку детальное объяснение некоторых вещей требует определенного образования, которое в рамках нашей культуры большинство населения не получает. Однако, если у кого то появится желание узнать об этих вещах побольше, моя цель достигнута.

Почему электроны не удержались бы у ядер в мире четырех измерений или бы прилипли к ним в мире двух? Это то, что следует из расчета. Есть математические модели, которые описывают динамику микромира.

Далее Вы приводите примеры "удачных" пассажей. На мой взгляд, они не отличаются от "неудачных", поскольку содержат утверждения, которые человек, лишенный естественно научного образования, также не может проверить. То, что Вам кажется понятным, на самом деле столь же неочевидно, как и то, что Вам представляется непонятным. До начала 20 века многие ученые отрицали, что за понятием "атом" стоит какая бы то ни было реальность и гениальный Людвиг Больцман покончил с собой из за того, что его атомистическая теория не была принята.  

Эту реплику поддерживают: Сергей Любимов, Михаил Аркадьев, Iouri Samonov

Да, Вы правы, Алексей.  Опираюсь на школьную програму ф изики (не физико-маиематической школы) и кое-что, что я в 7-8 классе читала сверх программы. То есть мои знания определяются тем, как была написана школьная программа. Если в ней были пробелы, пробелы будут и в моей способности понимать.Видимо, школь не хотели, чтобы советские школьники строили воздушные замки о двухмерных и четырехмерных мирах.

Алекс, советская школа была еще не так плоха, во всяком случае в то время, когда я учился. Вот когда я смотрел, чему и как учили моего сына в английской школе, вот тогда то... "Налейте, налейте скорее вина, рассказывать больше нет мочи". 

Эту реплику поддерживают: Сергей Любимов

У меня такие же жуткие впечатления о государственной школе, в которой учится мой сын. Жуткие! а чем теперь занимается Ваш?

Мой сын работает в частной компании в Лондоне, компания занимается сбором и анализом рыночных данных. Он там технический директор. 

Впрочем. я попытаюсь ответить на Ваш первый вопрос. Дело в том, что в 4х мерном пространстве сила притяжения электрона к ядру убывала бы с расстоянием слишком быстро (как обратный куб расстояния), поэтому он бы не удержался, а в 2х мерном она, наоборот, убывала бы слишком медленно (как расстояние в минус первой степени). Вот в этом и есть качественная причина, но, разумеется, нужен строгий расчет, чтобы все это показать. 

Эту реплику поддерживают: Михаил Аркадьев

спасибо! прекраное и очень понятное обьяснение! Я где-то такое читала про крылья. Формула для подъемной силы, если я все не перепутала за давностью лет, такова, что чтобы поднять человеческий вес нужны были бы крылья непропорционально чудовищного размера.

Совершенно верно. Но удивительнее всего, что в меловом периоде были птеродактили с размахом крыльев в 15 метров, вес корпуса был, по видимому, как у человека или больше. Не понимаю, как они взлетали...

Эту реплику поддерживают: Алекс Лосетт

"ныряли" с обрывов?

А вот еще забавная информация. Во времена динозавров еще не было бактерий, которые перерабатывали древесину. Умершие дереья падали, но не гнили, и постепенно превратились в уголь. Страшно подумать, какой слой деревьев валялся на земле. Там же пройти было нельзя!

Эту реплику поддерживают: Alexei Tsvelik

Дорогая Алекс, я как музыкант и гуманитарий, причем не имеющий никаких математических способностей, могу поделиться опытом. Начинал я читать в юности популярные книги по физике великих ученых, чей уровень не вызывал никаких проблем и не ставил вопрос об авторитете : например "Эволюция физики" Эйнштейна, статьи Н. Бора, популярные книги В.Гейзенберга, Дирака, Луи де Бройля, Шредингера и так далее. Все это было издано на русском языке в популярных сериях, в основном большими тиражами в прекрасных переводах.  Читал я много и перечитывал. Читал то, что появлялось вокруг этих книг, или было упомянуто в этих книгах. Читал годами. Постепенно возникало интуитивное ощущение качества написанного. Постепенно приходит интуиция того, какого уровня текст перед тобой - высокого научного, или подделка под него. Алеша Цвелик и Алеша Буров пусть расскажут, каковы их впечатления от моих усилий. Цену невыскоую я им, впрочем сам знаю, так как математика мне как символический язык так и не далась, хотя многое я читал. Но драма идей, в том числе математических, мне тоже оказалась не вполне чужой. 

Эту реплику поддерживают: Алекс Лосетт

Я в восхищении от Мишиных знаний, редко встретишь такого человека!

Михаил, я Вами восхищаюсь, но у меня так не получится. Я вот сижу и насильно давлюсь американскими  журналами по  искусству. Уверена, что Эйнштейн интереснее, но журналы - профессиональная необходимость. А время- то ограничено. Но вот для сына запомню, спасибо.

Да, для человека искусства читать этот картон... Я Вам не завидую.

Эту реплику поддерживают: Алекс Лосетт

Миша, ты знешь, как набиваться на комплименты :) Этому искусству я у тебя втихаря учусь.

Эту реплику поддерживают: Сергей Любимов

Я не делал Мише комплиментов. Я часто высмеиваю его и ругаю, но при этом не перестаю им восхищаться.

Эту реплику поддерживают: Алексей Буров

Когда поймешь,Леша, всю высоту и точность моей мысли, то переcтанешь досуже высмеивать и ругать, а начнешь истово кадить и молиться :)

Эту реплику поддерживают: Liliana Loss, Сергей Любимов

Надеюсь, Миша, не дожить до этого.

 истово кадить и молиться батюшка начинает, как только замечает в углу под образами нечистого собственной персоной... 

Эту реплику поддерживают: Alexei Tsvelik, Сергей Любимов, Михаил Аркадьев

Алексей, во-первых - спасибо от лица малообразованной публики. Я вот скачал Ваш календарь в файл, (так же я поступил и с текстами Александра Львовича), и теперь тщательно впитываю информацию мозговой мышцей. :)

Во-вторых - что-то я не очень понял про "кванты звука".

Это что же, если я себя, допустим, хлопну по пузу, и от удара по телу побежит волна, возникнет "пузон"? :)

Т.е., "фонон" - это квант колебания среды, например, воздуха, порождённый, например, колебанием голосовых связок, и воспринятый, например, посредством всего положенного человеческого инструментария - перепонкой там, наковаленкой и прочим... А кроме этого - вспугнувший за окошком воробья, пустивший рябь по пиву в кружке, и заставивший вздрогнуть соседку в коридоре, отвыкшую от хорошего русского мата? Ну, ладно, если так надо. :)

Сергей,

Все волновые процессы, включая описанные Вами, имеют также и корпускулярный аспект. Этот парадокс мучил ученых более 200 лет, он был особенно заметен на примере света, который считали то потоком частиц, то волной. 

Что касается удара по пузу, то он приводит к излучению не одного, а очень многих квантов звука. Отдельные кванты звука наблюдаются с помощью сложной аппаратуры. 

Нет, я имел в виду именно волну, которая некоторое время заметна на колеблющемся теле - часто бывает у полных женщин... Этот феномен нашел отражение даже в паре анекдотов... Прошу прощения, пошутить хотел. :)

Эта волна подпадает под все предыдущие рассуждения, как и любой другой волновой процесс.

Эту реплику поддерживают: Сергей Мурашов

Представляю себе сложность аппаратуры, способной фиксировать отдельные пузоны... :)