Тибо Дамур - Мир по Эйнштейну. От теории относительности до теории струн

• Название: Мир по Эйнштейну. От теории относительности до теории струн
• Автор: Тибо Дамур
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-9614-2389-1

Как зарождалась теория относительности? Как повлияли революционные идеи Эйнштейна на представления о пространстве и времени, на науку и технику? Каково их место и значение в сегодняшней науке? Книга дает читателю возможность проникнуть в мир Эйнштейна, разделить те особые моменты, когда ему удавалось приподнимать краешек большой завесы, постигая скрытые механизмы Вселенной. Автор шаг за шагом скрупулезно, но занимательно и доступно рассказывает об истоках и формировании идей Эйнштейна, показывает их борьбу с устоявшимися представлениями, непростой путь внедрения этих идей в головы физиков и философов и значение для нашего времени.

---

«Как бы мне хотелось поговорить с тобой об Эйнштейне! Мне часто пишут, что я основываюсь на его идеях или же он на моих, однако, не зная алгебры, я ни слова не понимаю в его теории. И я сомневаюсь, что он, со своей стороны, читал мои романы. Возможно, мы похожим образом деформируем время. Но я не смог бы прояснить это ни для себя, ни тем более для него, поскольку мы незнакомы и поскольку я не знаю ту науку, в которой он достиг таких высот, так что с первых строк меня останавливают “символы”, значения которых я не понимаю».

В подготовительных материалах к роману «Под сенью девушек в цвету» содержатся явные упоминания имени Эйнштейна: «Лица этих девушек (очень по-эйнштейновски, но не надо этого говорить, это только запутает) не имеют в пространстве постоянного размера и формы». Наконец, в письме к Вениамину Кремьё в 1922 г. Пруст говорит об интервале времени между вторым пребыванием в Бальбеке и утренником у Германтов, которому он собирается изменить размер: «эйнштейнизируем его», а затем показывает, что некоторые анахронизмы, возникающие в начале «Поиска», имеют место «из-за сплюснутой формы, которую принимают мои герои в результате движения по временной орбите».

В виду данных обстоятельств становится ясно, что Марсель Пруст, должно быть, внимательно следил за ходом визита Эйнштейна. Безусловно он читал многочисленные статьи в парижской прессе, освещавшие лекции Эйнштейна либо представлявшие попытку осознать его теории. Однако прежде всего, я думаю, Пруст просил своих друзей, посетивших знаменательную публичную лекцию 31 марта в Коллеж де Франс, помочь ему более живо прочувствовать неповторимую атмосферу того дня. Вполне вероятно, что его близкий друг физик Арман де Гиш (с которым Пруст говорил об Эйнштейне несколько месяцев ранее) присутствовал на конференции Эйнштейна. Мы не располагаем полным списком участников той конференции, но среди небольшого числа прямо указанных имен можно заметить нескольких близких друзей Пруста. В частности, можно найти имена Анны де Ноай, княгини Эдмон де Полиньяк и графини Анри Греффюль.

Последняя, урожденная Элизабет де Караман-Шиме, была связана с Прустом и его произведением несколькими путями: герцог Арман де Гиш был ее пасынком, в течение многих лет она находилась в постоянном контакте с Прустом и, что самое главное, являлась прототипом одного из самых важных персонажей произведения Пруста, принцессы Германтской. Весьма заманчиво предположить, что именно благодаря принцессе Германтской Пруст мог иметь представление о выступлении Эйнштейна, посвященном концепции времени!

1922 г. стал последним годом жизни Пруста, он отдал свои последние силы, чтобы закончить и довести до совершенства «В поисках утраченного времени». По воспоминаниям Селесты Альбаре{42}, в начале весны 1922 г. он снова принялся за финальную фразу романа «Обретенное время», завершающую описание утренника у принца Германтского. Действительно, однажды после полудня, около четырех часов, Пруст, едва проснувшись, позвал Селесту, чтобы поделиться с ней «значительной новостью»: «Этой ночью я написал слово “fin” (конец). […] Теперь я могу умереть». Давайте снова перечитаем эту финальную фразу, вызывающую воспоминание об эйнштейновском пространстве-времени и, возможно, переписанную Прустом с учетом представлений о выступлении Эйнштейна о концепции времени, почерпнутых из общения с Арманом де Гишем или принцессой Германтской:

«Если бы только мне было отпущено достаточно времени, чтобы закончить труд, я бы обязательно использовал это, чтобы отметить его печатью Времени, идея которого так сильно овладела мною теперь, и я бы описал людей как существ, занимающих значительно большее место, нежели то ограниченное, что отведено им в пространстве, место, которое, напротив, безмерно вытянуто во Времени, поскольку люди, как гиганты, погруженные в года и прикасающиеся одновременно к разным эпохам, разделенным таким количеством дней».

Новый «Мир»: пространство-время

В предыдущей главе мы видели, что существенным элементом теории относительности Эйнштейна от июня 1905 г. стал пересмотр понятия времени. Абсолютное универсальное Время, которое, как казалось, естественно совпадает со знакомым каждому психологическим восприятием длительности, было ниспровергнуто и заменено множественностью Относительных Времен, несогласованных между собой, что демонстрируется парадоксом близнецов. Существование этой множественности частных времен, не имеющих согласия между собой и ассоциированных с отдельными явлениями, часами или биологическими организмами, которые их измеряют или воспринимают, поставило под сомнение образ мысли, используемый в рамках ньютоновской физики.

Значительный прогресс в физическом понимании этой новой концепции множественного эйнштейновского времени был достигнут математиком Германом Минковским, который к тому же был одним из профессоров Эйнштейна в политехе Цюриха. 21 сентября 1908 г. в Кельне Минковский выступил на 80-м конгрессе немецких ученых и врачей с докладом, озаглавленным «Пространство и время». С точки зрения физики{43} эта конференция знаменует рождение нового «Мира», если использовать слово, введенное Минковским для определения понятия пространства-времени. Его эффектное введение по праву заслужило мировую известность:

«Воззрения на пространство и время, которые я намерен перед вами развить, возникли на экспериментально физической основе. В этом их сила. Их тенденция радикальна. Отныне пространству самому по себе и времени самому по себе суждено исчезнуть как теням, и лишь некоторый вид объединения обоих сможет сохранить самостоятельную реальность».

Этот «союз» пространства и времени, воплощающий единственно возможную реальность, описываемую до Эйнштейна независимыми понятиями пространства и времени, получил название «Мира», или «пространства» (Die Welt), Минковского. Сейчас это называется пространством-временем. Чтобы глубже понять суть концептуальной революции, произошедшей в результате теории относительности, необходимо познакомиться с идеей пространства-времени и с его «хроногеометрической» структурой.

Напомним, что обычное, т. е. евклидово, пространство в том виде, в каком оно изучается в школе, представляет собой континуум с тремя измерениями (длина, ширина и высота), структура которого заключается в понятии расстояния между двумя точками. Математически расстояние между двумя точками определяется обобщением теоремы Пифагора. А именно, квадрат расстояния между двумя точками равен сумме квадратов расстояний по длине, ширине и высоте между рассматриваемыми точками{44}. Знание расстояния между любыми двумя точками позволяет определить все другие понятия обычной геометрии. Например, можно определить прямую как кратчайшую линию, соединяющую две заданные точки. Мы можем также определить угол между двумя прямыми, пересекающимися в точке А, исходя из длины сегмента, вырезаемого этими двумя линиями в круге единичного радиуса с центром в точке А. Возможный способ визуализации евклидовой геометрии трехмерного пространства заключается в том, чтобы представлять вокруг каждой точки в пространстве геометрическое место точек, которые отделены от данной точки единичным расстоянием. Другими словами, мы строим вокруг каждой точки сферу единичного радиуса. Ансамбль всех этих сфер определяет геометрическую структуру евклидова пространства (рис. 2).

Вспомнив геометрическую структуру обычного пространства, обратимся к структуре пространства-времени. Во-первых, что такое «точка пространства-времени» или «мировая точка», как говорил Минковский? Это «событие», т. е. то, что происходит в определенной точке пространства в определенный момент времени. Например, это может быть столкновение двух частиц или, если взять пример из повседневной жизни, обычная мимолетная встреча двух людей. Чтобы определить событие, требуется, как и для встречи, указать местоположение в пространстве, «где оно происходит», и момент времени, «когда оно происходит». Поэтому нужно задать четыре числа: три числа (длина, ширина и высота) для определения пространственного положения события и четвертое (дата) для идентификации положения во времени. Необходимость задания четырех независимых чисел для идентификации каждой точки пространства-времени означает на математическом языке, что пространство-время представляет четырехмерный континуум. Четыре независимых числа, позволяющих идентифицировать точки в четырехмерном континууме, называются на математическом языке четырьмя «координатами» данной точки. Поэтому можно считать, что длина, ширина, высота и дата определяют четыре координаты в пространстве-времени.