Чарльз Флауэрс - 10 ЗАПОВЕДЕЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ. ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА

• Название: 10 ЗАПОВЕДЕЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ. ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА
• Автор: Чарльз Флауэрс
• Жанр: Прочая научная литература

В увлекательной форме рассказывается о 10 величайших открытиях двадцатого столетия: расширяющейся вселенной, распространении света, квантовой механике, блуждании континентов, теории большого взврыва, теореме о неполноте, геноме человека, открытиях антропологов, искусственном интеллекте, бессознательном.

Для старшеклассников, преподавателей и широкого круга читателей, интересующихся состоянием современной науки

---

Между тем, уравнения и мысленные эксперименты Эйнштейна принципиально изменяли сам подход к проблеме. Гравитация переставала быть просто силой, удерживающей Землю на орбите (подобно тому, как мы держим на поводке собаку), а превращалась в нечто совершенно иное. Масса Солнца создавала не просто гравитационные силы, а непосредственно линии и поверхности того, что можно назвать геометрией или «тканью» пространства-времени, а небольшие объекты (вроде Земли) двигались по этим искривленным линиям и поверхностям, подобно мальчишкам, катающимся на роликовых досках-скейтбордах.

Читатель наверняка уже заметил, что любая попытка разъяснить или проиллюстрировать идеи Эйнштейна скорее порождает новые вопросы и сомнения, чем разрешает старые, однако именно это, совершенно неожиданное и необычное представление об искривлении линий в едином пространстве-времени, создаваемом гравитационными массами, позволило ученым более точно описать окружающий нас мир. Сам Эйнштейн объяснял необходимость развития общей теории относительности желанием преодолеть очевидную ограниченность описанной выше специальной теории относительности. Вспомним, что еще с первой работы 1905 г. в исходной теории рассматривалось движение различных объектов (совершенно неважно, идет речь о движении поездов, космических кораблей, пароходов или лифтов) лишь с постоянной скоростью относительно других, считающихся неподвижными, систем отсчета. Естественно, что Эйнштейн пытался (хотя бы только мысленно) рассмотреть гораздо более сложную ситуацию, в которой сами системы отсчета движутся с ускорением.

Давайте еще раз, вслед за Эйнштейном, пофантазируем на тему галактических сражений и представим себе, что наш космический корабль резко ускоряется, пытаясь просто побыстрее ускользнуть от противника в глубинах Млечного Пути. Мы не можем определить скорость движения, но в какой-то момент видим, как лазерный луч противника пробивает обшивку корабля и создает выходное отверстие на противоположной стенке (эксперимент мысленный, так что не стоит беспокоиться о последствиях и ранениях). Эйнштейн логически пришел к выводу, что в ускоряющемся корабле мы с удивлением должны заметить «кривизну» траектории лазерного выстрела, хотя свет всегда должен двигаться по прямой линии. Изгиб траектории соответствует изменению пространства под воздействием того, что мы на своем обычном языке (исходя из законов Ньютона) называем гравитацией. Иными словами, Эйнштейн вдруг пришел к выводу, что искривление пространства, обусловленное ускорением, эквивалентно искривлению, связанному с гравитацией, т. е. гравитация и ускорение системы отсчета представляют собой одно и то же физическое явление. Именно это он назвал позднее «счастливейшей мыслью всей моей жизни».Эйнштейн пришел к этому выводу после многих лет напряженной работы и кропотливых расчетов, но очень многие физики не смогли понять и признать это великое открытие из-за сложности используемого математического аппарата, а также из-за того, что предлагаемая теория вела, по их мнению, к слишком революционной ломке основных понятий классической физики. Картина непрерывно меняющегося, искривляющегося или деформируемого пространства-времени противоречила «здравому смыслу» не только обывателей, но и самих физиков-теоретиков.

Входящие в теорию Эйнштейна уравнения, действительно, настолько сложны, что неспециалисту легче отработать неделю землекопом, чем проследить за логикой их вывода в самых простейших случаях, поэтому нам остается лишь принимать к сведению ошеломляющие выводы предлагаемой теории. Подчеркнем еще раз две основные особенности творчества Эйнштейна: во-первых, он всегда следовал логике математических выкладок (даже в тех случаях, когда выводы теории противоречили фундаментальным представлениям, выработанным человечеством в течение тысячелетий); во-вторых, если какие-то интуитивные прозрения казались ему разумными, то он продолжал упорно отстаивать их, несмотря на отсутствие прямых доказательств. Читатель, всерьез заинтересовавшийся теорией относительности, имеющий некоторые познания в высшей математике и сохранивший страсть к игре воображения и интеллекта, может задуматься над некоторыми из выведенных Эйнштейном уравнений хотя бы для того, чтобы получить представление о том, как логически безупречные математические построения могут приводить к внешне абсурдным результатам теории относительности.

Читатели, помнящие известные фотографии играющего на скрипке Эйнштейна (кто-то из аккомпаниаторов отметил, что он играл «абсолютно правильно, но совершенно неинтересно»), надеюсь, простят мне несколько натянутое сравнение его творческого метода с музыкальной темой в конце 16-го струнного квартета Бетховена, которую многие музыкальные критики обычно трактуют в форме вопроса и ответа. «Должно ли это случиться? Да! Это должно случиться!».

Лишь однажды Эйнштейн изменил своей твердой позиции и отказался от собственных интуитивных предвидений, о чем впоследствии вспоминал как о «главной ошибке жизни». Напомним, что великие теории Эйнштейна были предложены задолго до открытия Хабблом процесса расширения Вселенной, узнав о которых, Эйнштейн впервые в жизни не смог преодолеть внутреннее «чувство очевидности» и попытался спасти статичную картину мироздания. В его уравнениях была использована так называемая «космологическая постоянная», связанная с еще неизвестным взаимодействием (некий вариант антигравитации) и позволяющая Вселенной сохранять неизменным свой размер. Открытия Хаббла сделали эту «уловку» излишней, и Эйнштейн убрал поправку из уравнений, о чем впоследствии неоднократно сожалел.

Позднее оказалось, что его теория гравитации вполне подходит именно к такой динамичной (расширяющейся или сжимающейся) модели строения мира. Дело в том, что скорость разбегания галактик, вычисляемая по уравнениям теории относительности, никак не удавалось связать ни с общим количеством известного нам вещества Вселенной, ни со временем образования новых галактик, вследствие чего ученым позднее пришлось вытащить из архивов запыленные старые публикации, посвященные космологической постоянной, и внимательно перечитать их заново. К удивлению многих, эта величина (введенная Эйнштейном для удобства решения конкретной задачи) через десятилетия вновь оказалась в центре внимания теоретиков, а ее использование перестало считаться ошибкой гения (по крайней мере, ошибкой в обычном значении этого слова). Биография Эйнштейна еще раз продемонстрировала, как трудно в жизни великого человека отделить его достижения от его личности (поэт Йитс когда-то писал, что «танцор и танец неразделимы!»).

Хаббл обнаружил разбегание галактик в пространстве, а Эйнштейн доказал, что в кажущемся стабильным мире не сохраняются даже самые фундаментальные представления о пространстве и времени, так что мы можем определить лишь наше собственное, «домашнее» время и описывать лишь близкие нам события. Наблюдая за космическими объектами, мы буквально вглядываемся в «прошлое», в то время как во Вселенной какие-то неведомые нам, мощные и невидимые силы непрерывно преобразуют пространство-время, создавая на нем новые складки и необычные формы.

Отсутствие понятия одновременности в окружающем нас мире, возможно, станет ближе и понятнее читателю, если вспомнить, что даже обычное человеческое общение осуществляется только через физическую среду или посредством технических устройств (например, с использованием электромагнитных волн), т. е. всегда происходит с какой-то, может, очень незначительной, но неизбежной задержкой. Философски настроенный читатель может уловить в этом даже некий символ вечного одиночества любого индивидуального человеческого существования.

Несмотря на все сказанное, большинство физиков поколения Эйнштейна довольно быстро свыклись с необычными приемами и выводами теории относительности, поскольку полученные Эйнштейном уравнения широко использовались, приобретали новый смысл и приводили к новым, хотя и внешне парадоксальным результатам. В каком-то смысле теория относительности оказалась более приемлемой и «понятной», чем описываемая в следующей главе квантовая теория Бора, постулирующая принципиальную нестабильность мира и непредсказуемость поведения атомов, составляющих основу воспринимаемого нами мира. Эйнштейн твердо верил в существование строгих законов природы, определяющих «правила существования» вещества, и ему была глубоко чужда сама мысль о том, что при изучении атома можно столкнуться с изменением свойств вещества, с неким переходом от материи к набору вероятностей.

Как будет показано ниже, в квантовой физике поведение субатомных частиц (даже тех, которые составляют наше собственное тело) совершенно не согласуется с представлениями о «здравом смысле» и может быть описано лишь исключительно сложным математическим аппаратом. Размышляя о законах природы и личной роли ученых в формулировке «правил поведения» вещества, лауреат Нобелевской премии Роберт Лофлин пишет: «Развитие физики доказывает нам, что правила и законы, выводимые без какого-то интуитивного угадывания, почти всегда оказываются ошибочными, из чего можно сделать вывод, что законы природы должны быть скорее угаданы, чем изобретены или придуманы». По-видимому, это справедливо и по отношению к законам квантовой физики, хотя в ней граница между открытием и угадыванием законов до сих пор остается зыбкой и неопределенной.