в атмосфере энергию и в конце концов падающему на Землю, электронам как будто суждено рухнуть на ядро, отчего материи грозит схлопывание. Стабильность материи — некое чудо, необъяснимое с точки зрения классической физики, ведь ее законы не запрещают электронам упасть рано или поздно на ядро атома, а материи — обрушиться. Хэнк Пим как будто в курсе этой возможности обрушения: он снабжает свой костюм «регулятором» и говорит, что в случае его неисправности Человек-муравей «перейдет в квантовый мир». Вот только он забывает об основополагающем правиле квантового мира: связанный электрон не может быть неподвижным и скорость его тем выше, чем меньше объем пространства, в котором он заключен.
Это вытекает из предположения, высказанного в 1924 году французским физиком Луи Де Бройлем, что частицы ведут себя как волны. Бройль всего лишь перевернул ситуацию со светом: необходимость ввести «частицу света», фотон, возникла потому, что свет — обычно описываемый как электромагнитная волна — порой ведет себя так, будто он состоит из частиц. Волна материи — казалось бы, такая же странная идея, как частица света, однако волновая гипотеза получила подтверждение в 1927 году в опыте с рассеиванием пучка электронов при помощи кристалла. Луи де Бройль вывел закономерность: длина волны, связанной с электроном, обратно пропорциональна его скорости. Точно так же при помещении частицы в емкость длина ее волны всегда зависит от размеров этой емкости. Схожая ситуация наблюдается при вибрации гитарной струны: длина волны ее колебания не превышает удвоенной длины струны. Отсюда вывод: чем меньше емкость — и, следовательно, длина волны, — тем выше скорость электрона.
Так почему же электрон не подлетает все ближе к ядру? Потому что это заключало бы его во все более ограниченную атомную емкость и все сильнее разгоняло бы. Точнее, раз скорость электрона обратно пропорциональна размеру «атомной емкости», то энергия его движения, изменяющаяся как квадрат скорости, будет обратно пропорциональна квадрату этого размера. Одновременно энергия электростатической связи между протоном и электроном — а она отрицательная — меняется обратно пропорционально размеру атома. В итоге при уменьшении атома энергия движения растет быстрее, чем энергия взаимодействия между ядром и электроном. Результат диктуется большей из этих двух энергий: если движение слишком быстрое, то атом разрывается, если слишком велика энергия связи, то он падает. Размер атома — это оптимальный компромисс: тот, при котором общее значение энергии — сумма энергии движения и энергии электрической связи — минимально. Это условие и приводит к размеру атома — нескольким десятым нанометра, — установленному экспериментально. Следовательно, никакой физике, даже квантовой, изменить размер атома не под силу.
Отметим, наконец, что процесс, якобы объясняющий уменьшение Человека-муравья, имеет место при постоянной массе: все атомы героя вроде бы остаются при нем, меняется только разделяющее их расстояние. Первое затруднение: сложно представить, чтобы уменьшенный человек, по-прежнему весящий 75 кг, перемещался на спине у летучего муравья [4], весящего миллиграммов десять. С другой стороны, уменьшение роста человека в 100 (минимум) раз сопровождается уменьшением его объема в 100 х 100 х 100, то есть в миллион раз. Получается, что его объемная масса — масса, поделенная на объем тела, — достигает нескольких тонн на кубический сантиметр, а это… показатель белого карлика! Данный астрономический объект — результат эволюции звезды типа Солнца. Если его масса равна доле массы Солнца, то размер близок к размеру Земли [5]. Для достижения этого экстремального режима вещество белого карлика подвергается ионизации высокими температурами. Иначе говоря, электроны отрываются от ядер, и получившаяся плазма может подвергаться сжатию высокой гравитацией звезды, очень массивной и при этом очень маленькой. Давление сжатых электронов уравновешивает гравитацию и не дает звезде самоуничтожиться. Белые карлики состоят из одной из самых плотных среди всех известных форм материи, уступающей только нейтронным звездам. Первые оценки их объемной массы, сделанные в 1910-е годы, были сочтены «невозможными», настолько они выходили за пределы обычных значений.
Что стало бы с миниатюрным человечком?
Но допустим, что миниатюризация сработала, и попробуем представить последствия этого для нашего героя. Хэнк Пим объясняет подвиги Человека-муравья его миниатюрными размерами и сравнивает их с возможностями муравья, способного, как он говорит, поднять вес в пятьдесят раз тяжелее его самого [6].
Отметим, что этот довод уже использовали создатели Супермена — Джерри Сигел и Джо Шустер — для объяснения силы Железного человека. В двух комиксах под названием «Научное объяснение удивительной силы Кларка Кента (он же Супермен)» они сравнивают его доблести с возможностями насекомых: «Кент прилетел с планеты, телосложение обитателей которой на много миллионов лет опережает наше. Взрослые криптонианцы обладают титанической силой. Невероятно? Нет! На нашей планете тоже есть сверхмогучие существа. Скромный муравьишка может тащить груз в сто раз тяжелее его самого. Кузнечик прыгает — в человеческом масштабе — на десятки метров». В обоих случаях мы сталкиваемся с экстраполяцией некоего свойства — силы — из одного масштаба в другой. Как обстоит дело в действительности?
Сила, развиваемая конечностями, пропорциональна их сечению и растет только в двух измерениях, поэтому она пропорциональна квадрату размера туловища. Напротив, масса тела пропорциональна его объему, который увеличивается в трех измерениях; масса, следовательно, пропорциональна размеру туловища в кубе. Таким образом, физическая сила пропорциональна силе массы тела в степени 2/3. Это означает, что, хотя самые тяжелые из нас и сильны, но все же не настолько, как можно подумать: тот, кто в 8 раз тяжелее, только в 4 раза сильнее. Конечно, два человека с одинаковой массой могут добиваться совершенно различных физических показателей. Применим наше соотношение, чтобы вывести возможности муравья из возможностей человека. Человек весит в среднем 75 кг и обычно не может поднять вес, превышающий его собственный. А муравей, весящий всего 10 мг (в 7 500 ООО раз меньше человека), как следует из нашего уравнения, может поднять вес только в 38 300 раз (7 500 0002/3 = 38 300) меньший, чем человек, то есть немного менее 2 г. Это примерно в сто раз больше веса самого муравья. Закон соотношения между силой и массой позволяет думать, что Человек-муравей способен на такие же потрясающие усилия пропорционально своему размеру [7] и что Супермен — это вам не супермуравей. Человек-муравей выигрывает у Супермена со счетом 1:0! Но супергерой вряд ли сравнится подвигами с муравьями: их экзоскелет состоит из очень стойкого каркаса из хитина и карбоната кальция и превосходит прочностью скелет героя, состоящий из фосфата кальция. Такой скелет может и разрушиться от непомерных грузов…
Эта игра
