Даниил Данин - Вероятностный мир

• Название: Вероятностный мир
• Автор: Даниил Данин
• Издательство: Знание
• Жанр: Альтернативная история
• Год: 1981

14 декабря 1900 года впервые прозвучало слово «квант». Макс Планк, произнесший его, проявил осторожность: это только рабочая гипотеза. Однако прошло не так много времени, и Эйнштейн с завидной смелостью заявил: квант — это реальность! Но становление квантовой механики не было спокойно триумфальным. Здесь как никогда прежде драма идей тесно сплеталась с драмой людей, создававших новую физику. Об этом и рассказывается в научно–художественной книге, написанной автором таких известных произведений о науке, как «Неизбежность странного мира», «Резерфорд», «Нильс Бор». Собирая материал для своих книг, автор дважды работал в архиве Института теоретической физики в Копенгагене.

Книга научно–художественная. Для широкого круга читателей.

---

Причиной тому глубокое различие между пространством и временем: в пространстве есть направления «туда» и «обратно», а во времени лишь одно направление — «туда». И возвращение близнеца–космонавта состоялось только в пространстве. А во времени то была уже другая Земля: на ней навсегда утекли 20 земных лет. Восстановился ритм часов, но само время ушло безвозвратно. Братья встретились на другом листке календаря, чем тот, на котором когда–то расстались. А в пространстве они обнялись там же — оно никуда не делось.

Гораздо серьезней другое недоумение (и оно действительно доставило теоретикам немало хлопот). Почему бы в этих рассуждениях не поменять местами близнецов? Всякое движение относительно. Так отчего бы не счесть покоящимся брата на ракете, а движущимся с громадной скоростью брата на Земле? Тогда все перевернулось бы и сохранившим свою юность оказался бы к моменту встречи земной близнец, а постаревшим на двадцать лет — близнец–космонавт. Иными словами, не иллюзия ли этот «парадокс часов»? Пришлось бы и вправду признать, что это так, если б и в самом деле близнецов можно было поменять местами. Но делать этого нельзя: Земля и ракета тут не равноправны. В движении Земли за протекшее время ничего не менялось — она двигалась с прежним постоянством. (Из–за длительности срока нужно говорить об ее полете вместе с Солнцем, оставляя без внимания ее вращение по орбите.) А ракета двигалась не только по инерции: при отлете в космос, при повороте назад, при возвращении она то ускорялась, то тормозилась — словом, переживала то, чего не переживала Земля. Потому и не равноправны истории жизни обоих братьев. И то, что можно сказать об одном, вовсе нельзя сказать о другом…

Еще один — уже знакомый — вопрос напрашивается сам собой: отчего же в прежние века никто не замечал относительности времени и пространства? Ответ тот же, что и на «нежданную шутку» возрастания массы от скорости: все дело в математическом законе замедления времени и сокращения длины.

Он, этот закон, совершенно тот же, что и для увеличения массы: пока скорости малы по сравнению со световой, эти эффекты до крайности ничтожны. Помните? Даже сверхзвуковой лайнер делается в полете массивней всего на триллионную долю своей аэродромной массы — «массы покоя». Вот так и ход часов в его кабине замедляется всего на триллионную долю земного ритма. И длина его в направлении полета убывает на ту же неощутимую долю. А что уж говорить об еле–еле ползущем трамвае?! Эйнштейн мог поклясться кондукторше, что говорит правду, правду и только правду, но не достало бы чувствительности никаких приборов для экспериментального подтверждения его правоты.

Однако когда скорость приближается к световой, все эти «шутливые уверенья» теории относительности делаются сверхсерьезными. Масса тела начинает расти неудержимо. Ритм времени замедляется неотвратимо. Длина сокращается катастрофически. Простенькие формулы — непритязательные, как в школьных задачах по алгебре, где самое сложное действие это извлечение квадратного корня, — начинают показывать картину ошеломляющих последствий. Если бы ракете можно было задать скорость, в точности равную световой, с нею произошли бы по меньшей мере три невозможных события:

— ее масса стала бы бесконечной,

— течение времени на ней прекратилось бы,

— ее длина свелась бы к нулю.

Довольно утраты времени и третьего измерения, чтобы прийти к неизбежному выводу: никакому физическому телу задать световую скорость нельзя! Приближаться к ней можно, но достигнуть ее немыслимо. Она — предел физических скоростей во Вселенной.

Не менее, если не более наглядно твердит об этом закон возрастания массы со скоростью. Даже крошечный электрон — такой невесомый в покое — стал бы бесконечно массивным, когда бы удалось разогнать его до скорости света. А на разгон требуется затрачивать энергию. И чем массивней тело, тем больше энергетические затраты. Ускорители заряженных частиц — эти динозавры техники нашего века — огромны и сложны, кроме всего прочего, потому, что ускоряемые частицы надо в них нагружать колоссальными энергиями. В синхрофазотроне Дубны ядра водорода — протоны — разгоняются до скорости, меньше чем на 1% отличной от скорости света, а для этого их надо снабдить энергией в 10 миллиардов электронвольт. Их масса при этом удесятеряется, и они становятся сравнимыми с ядрами углерода. А для запуска со скоростью света — точно со скоростью света! — хотя бы одного–единственного электрона понадобилась бы энергия бесконечная, то есть все энергетические ресурсы природы…

Решительно все доступно только в детских сказках. В этом их прелесть для взрослых — они утешают нас в осознанном бессилии противиться законам естества. Но не сказочники, а научные фантасты лишь до 1905 года— до появления 17–го тома «Анналов физики» — имели право (право неведения!) отправлять своих героев в путешествия по космосу с неограниченной скоростью. А те, кто и позднее позволял себе так фантазировать, конечно, оставались фантастами, но переставали быть научными.

Для всего, что в покое обладает массой, неограниченная скорость — миф. А как же эйнштейновские частицы света — кванты электромагнитного поля? Они ведь не призраки — они вполне ощутимо материальны. Разумеется. Но все дело в том, что у них нет «массы покоя». Она равна нулю. Это кажется противоестественным: разве не очевидно, что если у чего–нибудь материального нет никакой массы, то оно попросту не существует? Совершенно справедливо. Однако это только то и означает, что частицы света не существуют в покое. Свет нельзя ни остановить, ни ускорить! Он — воплощение вечного движения с предельно возможной скоростью относительно любых наблюдателей. И в этом своем движении частицы света — кванты энергии — обладают реальной массой. Настолько реальной, что вот ведь сумел Петр Николаевич Лебедев определить давление света.

6

Как и об эйнштейновских близнецах, обо всем этом рассказано–перерассказанно тысячи раз. И все же нередко раздается искренне недоумевающий, а то и снисходительно жалеющий тебя голос: «Как! Вы не верите, что можно двигаться быстрее света?» Точно это вопрос веры или неверия!

Порою такой вопрос задается искусней: «Вот я мысленно во мгновение ока переношусь на Солнце — так разве мысль моя не обгоняет свет?» Действительно, свету на перелет от Земли до Солнца требуется восемь с лишним минут, а тут — один миг. Но на беду возражающего за этот миг никакого физического процесса между Землей и Солнцем не происходит. То биофизическое или биохимическое событие, которое имеет место, совершается в пределах нашей черепной коробки. А она невелика. И потому наикратчайшего мгновения достаточно для воображаемого переселения куда угодно — в соседнюю комнату или на Магеллановы Облака, в прошлое или будущее, к черту на кулички или за тридевять земель. Биопроцессам вовсе и не нужна световая скорость, чтобы совершиться в нашем скромном по размерам мозгу.

«А тахионы?» — спросил однажды молодой парапсихолог у молодого физика (что было весьма необычно, ибо телепаты, как правило, заранее знают ответы на все вопросы и меньше всего любят задавать их именно физикам). «А тахионы? Уверен, что как раз эти замечательные частицы, летящие со сверхсветовой скоростью, вызывают телепатические явления. А раз так, то телепатия доказывает реальность тахионов, а тахионы — реальность телепатии!»

Простим смешную нелогичность такой соблазнительной логики. Интересно вот что: это не придумано, а услышано летом 1978 года, и потом еще раз услышано летом 1979–го, когда тот же вопрос задавал уже пожилой философ уже пожилому естественнику. Слово «тахион» появилось в 70–х годах. Но для него сразу нашлось место в английском «Словаре современной мысли». Стало быть, оно сегодня — с успехом или без успеха — уже питает чью–то ищущую современную мысль.

Тахион. Гипотетическая частица, движущаяся быстрее света. Из–за «светового барьера» теории относительности тахионы не могут быть получены ускорением обычных частиц. Тахионы должны были бы порождать особого рода электромагнитную радиацию, но ее существование не установлено.

У тахионной гипотезы есть любопытная черта: после 1905 года она могла возникнуть в любой день и где угодно, а могла и вовсе не возникнуть. У физиков не было в ней нужды. Гипотезы появляются не от хорошей жизни — стоит снова вспомнить планковский «акт отчаяния» и эйнштейновское «постепенно я стал отчаиваться». А эта гипотеза появилась скорее от хорошей жизни: ее породило радостное доверие к теории относительности, а вовсе не потребность «поправить» ее. Тахионы — бескорыстная игра ума.

Суть понятна: чисто математически можно так раскрыть эйнштейновские формулы, что скорость света вдруг окажется не верхним, а нижним пределом допустимых скоростей движения. Тогда запретными станут все скорости не выше, а ниже световой. Мы очутимся мысленно в «мире наоборот». Тахионы — воображаемые частицы такого математически разрешенного мира.