Проблема эта весьма глубока и до сих пор не решена полностью. Поэтому ограничимся здесь тем, что наметим контуры одного из возможных ответов на поставленный вопрос. Не скроем этого, он удовлетворил бы нас в наибольшей мере. Пусть имеется все та же бутылка с порохом, на сей раз крепко заткнутая пробкой, и пусть в некоторый момент вы подожгли порох каким-нибудь не оказывающим на бутылку влияния способом, например с помощью солнечных лучей, которые сфокусировали увеличительным стеклом. По мере сгорания пороха давление внутри бутылки увеличивается. Вопрос первый: почему стенки бутылки не выпускают продукты сгорания, если, как мы установили, никаких стенок на самом деле не существует, а существуют лишь атомные ядра, расположенные друг от друга на гигантских по сравнению с их собственными размерами расстояниях?
Молекулы горячих газов взаимодействуют не с самими молекулами стенок бутылок, а с чем-то, что находится в промежутках между молекулами. Что же такое там может находиться? Молекулы стенок бутылки взаимодействуют между собой, иначе говоря, они обмениваются энергией. Но мы уже говорили, что энергия может излучаться и поглощаться лишь порциями — квантами. В твердом теле такие кванты энергии получили название фононов. Промежуток между молекулами стенок бутылки заполнен большим количеством фононов. На первый вопрос можно найти вполне удовлетворительный ответ, если предположить, что эти-то частицы и осуществляют передачу энергии между любой парой молекул, независимо от того, принадлежат они обе стенке или одна — стенке, вторая — газу. Если молекула принадлежит газу, она не может пройти сквозь стенку, поскольку этому мешают столкновения с множеством фононов. Что здесь самое замечательное? Нет нужды рассматривать отдельные акты взаимодействия. Все происходящее в нашей системе исчерпывающим образом описывается, если исходить из утверждения, что сумма количеств движения всех молекул и всех фононов либо равна нулю, либо равна количеству движения центра масс системы.
Подобные представления позволяют ответить на второй важный вопрос: почему в некоторый момент времени вылетает пробка или лопается бутылка и система, ранее представляющаяся нам как целое, разлетается на множество частей? Происходит так потому, что имеются некоторые ограничения, накладываемые на энергию фононов. Поскольку и молекулы, и фононы обладают лишь кинетической энергией (в отсутствие поля отсутствует и потенциальная энергия), мы можем, во всяком случае на данном уровне рассмотрения, обойтись без привлечения понятия потенциальной энергии.
Волчки и гироскопы
Действие закона сохранения момента количества движения наблюдал каждый ребенок, который хоть раз в жизни запускал волчок. Момент количества движения относительно данной точки — это произведение массы на скорость, с которой перемещается данная масса, на расстояние от центра масс до этой самой точки. Момент количества движения — вектор, в каждый момент времени направленный перпендикулярно к плоскости, в которой происходит движение. Так же, как количество движения, момент количества движения — величина аддитивная. Момент количества движения сложной системы относительно данной точки равен сумме моментов количества движения отдельных частей относительно той же точки. Последнее свойство, в частности, приводит к тому, что отличным от нуля моментом количества движения обладает физическая система, вращающаяся как единое целое вокруг некоторой оси. При этом направление момента количества движения совпадает а направлением оси вращения.
Закон сохранения момента количества движения утверждает, что момент количества движения любого тела или системы тел остается неизменным, если отсутствует взаимодействие этой системы с другими телами. При взаимодействии нескольких систем суммарный момент количества движения всех систем также остается неизменным. Из неизменности момента количества движения следует неизменность его направления. Проще говоря, всякое вращающееся тело сохраняет направление оси своего вращения. Поэтому волчки не падают на пол. Поэтому не падают на бок двигающиеся велосипеды и мотоциклы — их колеса сохраняют направление оси вращения. Именно поэтому Земля сохраняет направление оси своего.вращения, от неизменности наклона земной оси и происходит регулярная смена времен года.