Нереальная реальность. Вся трилогия в одной книге - Андрей Кананин

Луна кажется совершенно не приспособленной для жизни. Нет атмосферы, жидкой воды, поверхность пронизывается жёсткой космической радиацией. Но не всё так плохо. Луну можно и нужно осваивать.

Не так давно в районе полюсов нашего спутника достоверно обнаружены достаточные запасы водяного льда. Возникает естественный вопрос: откуда на Луне замёрзшая вода?

Ответ достаточно неожиданный.

Известно, что кометы представляют собой огромные ледяные глыбы. Когда комета падает на Луну, то происходит гигантский взрыв. Его энергии достаточно, чтобы полностью испарить вещество кометного ядра. Происходит образование ударно-синтезированных газов, в том числе водяного пара. Вокруг планеты на непродолжительное время образуется газовая оболочка, своеобразная мини-атмосфера, которая, конечно, быстро рассеивается. Но часть газа оседает в холодных, приполярных областях и моментально замерзает.

За четыре миллиарда лет тысячи больших комет врезались в поверхность Луны. Масса только одной из них может достигать миллиарда тонн. Таким образом, лунный ледяной слой постоянно наращивался за счёт падения всё новых и новых комет. К сегодняшнему дню сформировались значительные запасы водяного льда. Это отличная новость для будущих обитателей лунных баз. Там, где есть вода, пускай даже замёрзшая, можно достаточно комфортно жить и работать.

Пройдёт совсем немного времени, и Луна станет обыденным элементом инфраструктуры нашей цивилизации.

Колонизация нашего естественного спутника – это первый и самый естественный шаг в освоении землянами космического пространства. Но это и в чём-то вынужденная необходимость.

Запасы энергетических и сырьевых ресурсов на Земле ограничены. Луна же представляет собой настоящую кладезь полезных ископаемых. В первую очередь, это гелий-3, находящийся в поверхностном слое лунного грунта. Промышленное использование этого изотопа может полностью решить проблему обеспечения Земли энергией на сотни лет. Кроме того, на Луне много водорода, кислорода, кремния и других элементов. Местные ресурсы могут обеспечить существование автономных лунных баз, а также подготовку пилотируемых кораблей для дальних миссий в глубины Солнечной системы.

Луна должна стать нашим трамплином для освоения космоса.

Глава 18. Энергия

Если бы инопланетный учёный из другой вселенной, не имеющий ни малейшего представления о нашем Мироздании, попросил меня всего в двух словах охарактеризовать главные свойства нашей Вселенной, то я бы, пожалуй, ответил: причинность и энергия.

Что такое причинность каждый из нас понимает почти на интуитивном уровне. Это влияние одного события на все последующие, их взаимозависимость.

Нет ничего, что существует без причины.

В принципе, причинная цепь событий может быть бесконечно продолжена как в будущее, так и в прошлое. Вы не без оснований можете утверждать, что причиной вашего появления на свет стал Большой Взрыв.

Именно причинность обеспечивает согласованность всех процессов и всего движения во Вселенной.

А вот гарантом того, что в нашем мире не будет нарушена причинность, как раз служит энергия.

Понятие энергии является ключевым для всех объектов и событий во Вселенной без исключения. Именно энергия помогает соединить в стройную систему отдельные части физики. По большому счёту всё в мире является энергией, в том числе материя, которая представляет собой её форму.

В принципе понять, что такое энергия, достаточно просто. Это способность совершить работу. Любое движущееся тело может оказать силовое воздействие на препятствие, встречающееся на пути. То есть, совершить работу. Поэтому обладает энергией.

Работа происходит, когда объект преодолевает силу, действующую в направлении, противоположном его движению. Чем дольше движение, тем большую работу необходимо проделать. Чем сильнее противодействие движению, тем больше работы придётся совершить, чтобы преодолеть сопротивление. Для разной работы нужна разная энергия.

Поясню сказанное на простом примере.

Вам не составляет труда поднять эту книгу со стола. Но вы не сможете закинуть её в открытый космос. Для этого необходимо потратить недоступное для вас количество энергии.

С другой стороны, вы без труда забросите в открытый космос куда более тяжёлый предмет с поверхности небольшого астероида, так как на нём значительно меньше сила тяжести. Поэтому, для её преодоления вам придётся проделать значительно меньшую работу.

Важно понимать, что работа – это не форма энергии. Это способ её переноса из одного места в другое, а не переносимая сущность.

Существует две формы энергии.

Первая – кинетическая, то есть способность совершать работу благодаря движению.

Вторая – потенциальная, то есть способность совершать работу благодаря своему положению.

Все, встречающиеся в литературе специальные термины, вроде химической, тепловой, электрической или ядерной энергии не существуют как таковые. Это названия разных форм и комбинаций кинетической и потенциальной энергий.

Правда, существует ещё энергия электромагнитного излучения, например, энергия света звёзд. Но она не содержится в материи, поэтому является исключением из общего правила.

Потенциальная энергия называется так потому, что её можно преобразовать в кинетическую энергию движения. Объект, падающий с высоты на землю, содержит в себе много потенциальной энергии, но в момент перед ударом теряет её, преобразуя в кинетическую.

Приведу следующую аналогию. Акробат в цирке, прыгает с высоты на поднятую ступень качели в виде рычага, на противоположном конце которой стоит второй акробат. В момент касания качели первый акробат конвертирует потенциальную энергию в кинетическую. Это позволяет подбросить второго акробата под купол цирка, хотя сам он никакой видимой работы не совершает.

Таким образом, потенциальная и кинетическая энергия взаимосвязаны, а их сумма является постоянной. Это подводит нас к пониманию идеи о сохранении энергии, к осознанию того факта, что энергия никогда не может возникнуть из ничего.

На первый взгляд кажется, что эта книга на столе не способна совершить никакую работу в принципе. Это обманчивое впечатление.

Поменяйте её положение, поднимите над столом. В таком положении она будет обладать потенциальной энергией. А теперь отпустите. В соответствии с законом притяжения, книга начнёт падать со всё увеличивающейся скоростью, то есть двигаться, а, следовательно, приобретёт кинетическую энергию. Так происходит потому, что книга обладает потенциальной энергией гравитационного поля. Именно оно реально производит работу при падении.

Потенциальная энергия есть везде, где можно совершить работу, которая пока ещё не произведена.

Помимо работы, ещё одним способом передачи энергии является тепло. В этом случае она переносится за счёт разницы температур.

Всегда действует одно незыблемое правило: энергия перетекает от горячего объекта к холодному. Тепловая энергия – один из подвидов кинетической. Потому что теплота является формой движения молекул.

Преобразование энергии из одного вида в другой регулируется законом сохранения энергии. Из него следует, что, хотя энергия может принимать различную форму, её полное количество не меняется со временем и остаётся постоянным в любой замкнутой системе.

Допустим, что в вашем бумажнике есть определённая сумма денег. С ними можно производить любые обменные операции, но нельзя ничего потратить. Вы можете иметь купюры разного номинала, менять их на мелочь и обратно. У вас будут разные виды денежных знаков и монет, но общая сумма всегда останется неизменной, не возрастая, но и не уменьшаясь. Аналогично перераспределяется энергия.

Наука о преобразовании энергии называется термодинамикой.

Сохранение энергии является центральным принципом физики. Это закон совершенного энергетического баланса Мироздания.

Именно поэтому энергия представляет собой уникальное явление во Вселенной. Не может произойти ни одного события, в котором возникает или уничтожается энергия. Она есть в природе по факту. И она всегда переносится из одного места в другое.

Энергия является центральным ограничителем любого события, которое только может случиться в мире. Ничто не может произойти, если в результате этого изменится полная энергия Вселенной.

И всё же есть один гипотетический сценарий, при котором энергия может «потеряться». Если существуют дополнительные измерения, то уносимая в них гравитацией энергия может «просочиться» сквозь пространственную трещину. Любопытно, что подобную утечку можно попытаться уловить даже современным оборудованием.

Сколько полной энергии во Вселенной?

Любой неподготовленный человек скажет, что невообразимо много. Достаточно взглянуть на ночное небо с миллиардами звёзд – источниками энергии. Но такой вывод станет стратегической ошибкой, поскольку в подобном рассуждении не учитывается гравитация.