Всё, что движется: Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

© Семихатов А., 2022
© ООО «Альпина нон-фикшн», 2022
ISBN 978-5-00139-749-6

УДК 524.8
ББК 22.637
 
С30

Научные редакторы Владимир Сурдин, канд. физ.-мат. наук,
Сергей Нечаев, д-р физ.-мат. наук
Редактор Петр Фаворов

Семихатов А.
Всё, что движется: Прогулки по беспокойной Вселенной от  космических орбит 
до квантовых полей / Алексей Семихатов. —  М. : Альпина нон-фикшн, 2022. — 
628 с.

ISBN 978-5-00139-749-6

Эта книга — рассказ о фундаментальной научной картине мира в развитии от более наглядного к более абстрактному: от брошенного камня до объяснения уравнений 
Эйнштейна и Шрёдингера. Человек разбирается в устройстве Вселенной, наблюдая 
за движением, догадываясь о правилах, которые регулируют все, что происходит, 
и получая подсказки о скрытых частях мира или о новых правилах из несоответствий 
между ожидаемым и реальным движением: знаменитые примеры включают предсказанное существование Нептуна, Планеты 9 и невидимого вещества в галактиках, причины ускоренного расширения Вселенной, квантовую природу теплового излучения. 
В книге обсуждаются функционирование Солнечной системы и возможности путешествий по ней; взаимоотношения пространства, времени и движения в специальной 
теории относительности и определяемые ими проблемы галактических перелетов; 
общая теория относительности и ее эффекты, включая некеплеровы орбиты, замедление времени, гравитационные волны и экзотические способы сверхсветового перемещения; энтропия как незнание о микроскопическом движении и ее приложения 
от тепловых машин до демона Максвелла и черных дыр; квантовая механика, включая 
прохождение сквозь стены, уникальность устройства атомов, запутанность и интерпретации, призванные прояснить состояние кошки Шрёдингера. По правилам нашей 
Вселенной в ней невозможен покой, и читателю предстоит оценить ее беспокойное 
разнообразие.
УДК 524.8
ББК 22.637

С30

Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, 
включая размещение в сети интернет и в корпоративных сетях, а также запись в память ЭВМ для частного или пуб личного использования, без письменного разрешения владельца авторских прав. По вопросу организации доступа к электронной библиотеке издательства обращайтесь по адресу 
mylib@alpina.ru.

Содержание

Очень короткое предисловие ................................................................................ 7
Благодарности ...................................................................................................... 9

ЧАСТЬ 1. КОСМИЧЕСКИЕ ПРОГУЛКИ

Прогулка 1. Движение по правилам ............................................................... 15
От качества к количеству — Открытие Солнечной системы — 
Относительность и инерция — Законы движения — Всеобщее 
притяжение — Уравнения движения — Больше чем Кеплер — Движение 
как организация
Добавления к прогулке 1  .....................................................................42
Признания и литературные комментарии .........................................47

Прогулка 2. Танец с небесами ........................................................................ 49
От Земли к Луне и обратно — Центр масс — Кто за рулем — Космические 
парковки XVIII века — Гало-орбиты — Греки и троянцы — Полет 
из пращи — Где прибавить ходу — Рандеву — Танец с небесами
Добавления к прогулке 2  ....................................................................83
Признания и литературные комментарии .........................................86
Движение на прогулках 1 и 2  ............................................................... 87

Прогулка 3. Невидимое —  из движения видимого ........................................89
Тысячи планет из движения — Планета как объяснение — Гармония 
целых чисел — Тайна девятой планеты — Тайна первой планеты — 
Несогласное вращение
Добавления к прогулке 3 ....................................................................119
Признания и литературные комментарии ....................................... 124
Движение на прогулке 3  .................................................................... 125

Прогулка 4. Прочь от Кеплера: размер, форма и беспорядок ...................127
Ничто не идеально — Размер имеет значение — От прилива до разрыва — 
Движение откликается на форму — Спасение эллипсов поцелуями — 
Борьба всех со всеми — Драма для троих
Добавления к прогулке 4 ................................................................... 160
Признания и литературные комментарии ....................................... 165
Движение на прогулке 4 .................................................................... 166

ЧАСТЬ 2. ВСЕЛЕНСКИЕ ПРОГУЛКИ

Прогулка 5. Абсолютное, относительное и безразличное ......................... 169
Не все скорости складываются — Относительны все, кроме одной — 
Энергия из массы — Темпы времени — Относительность и пространство- 
время — Замедление времени как необходимость — Сверхколлайдер: 
догнать свет — Движение, энергия и масса — Будущее, прошлое 
и безразличное — Космический старт: обмануть систему? — 
Сверхпривилегия от рождения — Заманчивые путешествия — 
Циолковский с нами
Добавления к прогулке 5  ................................................................... 215
Признания и литературные комментарии .......................................226
Движение на прогулке 5  ....................................................................228

Прогулка 6. Всеобщее свободное падение .................................................229
Свободное падение: одно для всех — Невесомость — Склейка простого 
в сложное — Самые прямые в искривленном — Геодезические на смену 
Кеплеру и Ньютону — Равенство без исключений — Падения света — 
Отрезанный ломоть пространства- времени — Правила черной дыры для 
навигации — Часть времени не помещается — Кривизна:  расхождение 
геодезических — Нельзя не вращаться
Добавления к прогулке 6 ................................................................... 278
Признания и литературные комментарии .......................................283
Движение на прогулке 6  ....................................................................284

Прогулка 7. Говорит и движется материя .................................................... 287
Десятирукий Агент — Наследник Пифагора — Почти произвольные 
правила — Десять голосов материи — Двадцать оттенков кривизны — 
Уравнения Эйнштейна — Конструктор вселенных — Совсем не наши 
вселенные — Наконец-то обмануть систему? — Пустая кривизна — Два 
тела, поле и волны
Добавления к прогулке 7  ...................................................................339
Признания и литературные комментарии .......................................346
Движение на прогулке 7  ....................................................................349

ЧАСТЬ 3. ОКРЕСТНЫЕ ПРОГУЛКИ

Отложенная прогулка 8. Движение рядом ..................................................353

ЧАСТЬ 4. ВНУТРЕННИЕ ПРОГУЛКИ

Прогулка 9. Измельчение в незнание .......................................................... 357
Растворенное движение и атомы — Пыльца, Сфинкс и случайные 
блуждания — Градусы раздробленного движения — Равенство 
возможностей — Вероятности:  организованное незнание — Мера 
и цена незнания — Беспокойная сестра энергии — Свобода, равенство 
и братство: последствия — Неубывать иль нет? — Широко образованный 
демон — Следы преступления Уилера — Расфасовка света — Квант 
действия

Добавления к прогулке 9 ................................................................... 412
Признания и литературные комментарии ....................................... 417
Движение на прогулке 9  .................................................................... 419

Прогулка 10. Неопределенность и непримиримость .................................. 421
Атом не должен существовать — Природа не терпит траекторий — 
Спасибо неопределенности — Атом почти не существует — Вражда, 
отбирающая свой ства — Господство целых чисел — Напряженное 
существование — Почему Менделеев был прав — Неугомонные 
колебания — Квантовая первооснова — Кипящая пустота — Один мир 
и  две системы — Вращение без движения — Спин электрона, 
 наконец-то! — Лишняя половина, и такая разница — Про что же 
уравнение?
Добавления к прогулке 10  ..................................................................478
Признания и литературные комментарии .......................................486
Движение на прогулке 10 ...................................................................487

Прогулка 11. В поисках утраченного движения ...........................................489
От величины к высказыванию — Как же о них думать — Урок 
демократии — Дискретное и непрерывное. Уединение и вдохновение — 
Движение и энергия на вершине абстракций — Уравнение Шрёдингера — 
Волновая функция в поисках реальности — Правило Борна — Главная 
тайна квантовой механики — Реальны все! — Часть и целое — Ловушка 
Белла — Основные подозреваемые — Лоцманы спасают реализм — 
Вспышки в пустоте — Реализм по выбору — Ускользающая реальность
Добавления к прогулке 11  .................................................................. 573
Признания и литературные комментарии .......................................585
Движение на прогулке 11  ................................................................... 587

Заключение. Вселенная в движении ............................................................589

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Физические законы .............................................................595
Приложение Б. Энергия ................................................................................. 601
Приложение В. Элементарные частицы в азартном изложении ..............607
Литература ...................................................................................................... 621
Источники ........................................................................................................626

Очень короткое предисловие
7

Очень короткое предисловие

О читателе. Эта книга для тех, кому мысли об устройстве мира приносят 
больше радости, чем расстройства; для тех, кого они скорее интригуют, 
чем раздражают.

О содержании. В ообще-то самая интересная часть «устройства мира» вокруг нас —  это мир людей, но книга не про это, а про то, в чем я понимаю 
немного больше: про устройство мира неодушевленного, но, впрочем, такого, который сделал возможным появление одушевленного. И интересует 
меня в этом устройстве, по существу, один-единственный мотив, зато такой, 
который связан со многими другими. Вселенная не просто находится в движении, но и в некотором роде существует через движение. В нем соединены 
пространство, время и материя. Открытие Вселенной началось с изучения 
движения и во многом продолжается так же: наблюдая за движением одних частей мира, мы делаем выводы о существовании и свой ствах других.

О жанре. Жанр этой книги —  прогулки. Прежде всего необременительные 
(хотя кое-где я  все-таки переборщил), имеющие своей целью не рассказать обо всем, а скорее заинтересовать  чем-то; всегда можно двигаться 
дальше, но при желании можно и слегка задержаться там, где  что-то привлекло внимание 1. Не возбраняется и еще раз взглянуть на то, что мы уже 
видели, но с несколько другой стороны. В книге нет ни претензии, ни попытки излагать историю событий, или людей, или даже идей: несистематические исторические экскурсы —  это просто элементы прогулки, а для 
тех, кого мне удалось заинтересовать, —  приглашение к самостоятельному 
углублению в подробности. В ряде случаев подробности (или отступления, 
с которыми не удалось совладать) приведены в добавлениях к прогулкам. 
А в поисках читательского внимания я время от времени выношу на поля 
то, что хотелось бы особенно отметить. Да, и из-за рода моих занятий это 
прогулки в первую очередь по теоретическому знанию; практика и эксперимент составили бы отдельную книгу. Литературными комментариями 
в конце каждой прогулки я пользуюсь не только по их прямому назначению, но в ряде случаев и для того, чтобы сознаться в переупрощениях, неиспользовании стандартных терминов и других серьезных прегрешениях.

1  Что до некоторой степени оправдывает мою любовь к примечаниям.

О дисциплине. Из-за многочисленных и разноуровневых связей идеи 
движения с другими темами мне следовало держать себя в руках и не отвлекаться на параллельные сюжеты. Полного успеха в таком самоограничении я не достиг. Пожалуй, только предисловие получилось по-настоящему коротким.

Благодарности
9

Благодарности

По прихоти судьбы —  разносчицы даров —
в прекрасный день мне откровенья были.
Я написал роман «Прогулки фраеров»,
и фраера меня благодарили.

Б. Окуджава

Я благодарен времени за то, что оно нашлось. А оглядываясь на это время, 
я могу только удивляться, как немного сделал я- и-только-я, чтобы эта 
книга появилась. Первый вариант начальных глав, предвкушая живой отклик, я попросил прочитать Ивана Семенова; он был настолько деликатен, 
что не только ничего не ответил, но и ни разу впоследствии не дал заподозрить себя в знании, что я хоть  что-нибудь написал. Сообразив, что так 
писать нельзя, я взялся кое-что переделывать —  не совсем напрасно, если 
судить по его же откликам на финальный вариант последних глав. Неоценимыми для меня оказались тренировки по дехаотизации мышления, в которых наряду с другими участвовали Виктория Гинанова, Дмитрий Мамонтов, Василий Панюшкин, Анастасия Решетняк, Валерий Ройзен и Мария 
Усачева; наши совместные упражнения развивали способность смотреть на 
вещи, которые я намереваюсь рассказывать, со стороны не рассказчика (т. е. 
меня самого), а слушателя. Видную роль в качестве этого последнего играл 
Дмитрий Ликин: он задавал вопросы, а потом отказывался воспринимать 
мои безнадежно развернутые, ab ovo, объяснения, чем поначалу будил 
негодование в недрах моего «я». Заинтересованной критикой рождающегося текста —  критикой, послужившей для меня источником здравомыслия, энергии, решимости и вдохновения, —  я обязан Ксении Ануфриевой, 
Виктории Гинановой, Василию Панюшкину и Марии Попцовой; их замечания и предложения даже могли стать причиной заметных улучшений. 
Алексей Кондратов не только прочитал предварительный вариант (около 
девяти десятых —  что, по-видимому, близко к абсолютному пределу), выказывая при этом удачную комбинацию снисходительности и скептицизма, 
но и написал блюз «Черная дыра»; возможно, вы уже  где-то слышали его 
исполнение. Сергей Кондратов и Дмитрий Баюк —  фактически мои соавторы в двух главах/прогулках (каждый в своей). Кроме более или менее 
регулярных причин, события, включая и написание книги, могут иметь 
еще и триггеры, которые косвенно способствуют их реализации; среди тех, 
кто решительно не ставил себе такой цели, но тем не менее спровоцировал меня на дополнительные усилия (помог, попросту говоря, преодолеть 

Всё, что движется
10

лень), —  Ивар Максутов, Максим Карпов, Сергей Серегин, Елена Петровская, Алексей Шилов. Ряд сложных для меня вопросов я обсуждал с Аркадием Цейтлиным и Владимиром Лосяковым; книга, вероятно, была бы 
лучше, если бы я смог использовать все, о чем они говорили. Я благодарен за разъяснения Алексею Топоренскому и за призывы к стилистической 
дисциплине Валентину Кориневскому. Интеллектуальные провокации со 
стороны Михаила Аркадьева помогли мне яснее определить свое позиционирование в пространстве идей. Немало выгоды принесли мне семейные 
связи: разного рода вопросы и критику я получал от Ксении Семихатовой 
и ее бабушки (моей мамы) Ирины Красивской. И мне определенно повезло 
с тем, что предфинальный вариант согласились прочитать Владимир Сурдин и частично Дмитрий Казаков (которые  вообще-то являются для меня 
примером того, как систематически и с вниманием к аудитории рассказывать об устройстве мира). Помимо конкретных исправлений, Сурдин внес 
несколько предложений, которые я беззастенчиво использовал, не всегда 
это оговаривая. Я благодарен моему издателю Павлу Подкосову за приглашение, содержавшее в себе не только мотивированный отказ издавать 
книгу наспех, но и предложение вместо этого подготовить издание с командой «лучших людей», по его выражению. Это предложение имело последствия, включая положительные: многими фрагментами, где мой слог попадает в интервал от приемлемого и выше, я обязан редактору этой книги 
Петру Фаворову. Он, правда, и не думал ограничиваться слогом и стилем, 
а принялся методически изводить меня пожеланиями, плавно переходящими в требования, внести смысл туда, где его наличие вызывало у него 
сомнения (совершенно обоснованные, как я раз за разом убеждался). Под 
его неослабным давлением пришлось сделать то, что обычно бывает при 
подготовке второго издания, если книга удостаивается такого отличия: исправить глупости и разобраться с немалым числом неоднозначных и путаных формулировок, временами граничивших с ошибками. Одним словом, 
я бессовестно сел на шею Фаворову, сделавшему для создания новой версии ничуть не меньше меня, и в результате читателю уже сейчас фактически предлагается второе, «дополненное, исправленное и существенно переработанное» издание. (Первое, благо было в дюжине экземпляров, быстро 
разошлось.) Последующее научное редактирование, за которое неожиданно 
согласился взяться Сергей Нечаев, имело благотворные результаты в виде 
освежающей критики и сопутствующей ей расстановки смысловых точек 
над «i», включая такие, о существовании которых я ранее и не подозревал; 
в результате я открыл для себя новые связи между вещами, а в тексте появилось несколько уточняющих и дополняющих пояснений. Помимо всех 

Благодарности
11

этих «непосредственных» факторов, неоспоримо влияние, которое на меня 
оказали полтора десятка лет развития отношений с книгами того сорта, 
к которому я надеюсь присоединить и эту: благодаря Д. Б. Зимину (1933–
2021) я имел обязанность и привилегию каждый год читать две дюжины 
книг о науке для широкого читателя, а затем —  удовольствие обсуждать 
их в компании заинтересованных людей, которым Зимин доверил ту же 
задачу и к которым со страстью присоединялся (наряду со многим другим, что он делал для поддержания читающей, интересующейся, думающей среды). А прочитанные при этом книги оставили мне лишь небольшую незанятую область в гиперпространстве смыслов, из-за чего я начисто 
избежал мучительных раздумий, про что же писать.
И при всей благосклонности судьбы, которую она, возможно, проявляла 
по сей момент к этому замыслу, она не смогла бы помочь мне без постоянной вдохновенной и вдохновляющей поддержки моей жены Наташи.