Джон Хиггс - Всё страньше и страньше. Как теория относительности, рок-н-ролл и научная фантастика определили XX век

«Так чем ты занимаешься, – писал Эйнштейн своему другу Конраду Хабихту в мае 1905 года, – мороженый ты кит, копченая ты душа? Между нами повисло такое гробовое молчание, что я уж стал подозревать, не сболтнул ли в пустом трепе какого кощунства…»

Далее в «пустом трепе» Эйнштейн между делом упомянул четыре научные статьи, над которыми работал. Любая из них могла бы составить основу блестящей научной карьеры. Почти невероятно, что Эйнштейн завершил все четыре в столь короткое время. Историки физики привыкли говорить о 1905 годе как о «чудесном годе Эйнштейна». А слово «чудесный» далеко не самое обычное в лексиконе ученых.

В своих работах 1905 года Эйнштейн возвращается к открытиям Ньютона, сделанным в 1666 году, когда из-за чумы закрылся Кембриджский университет и ученый вернулся в материнский дом в пригороде Линкольншира. Время в деревне Ньютон проводил за разработкой математического анализа, теории цвета и законов всемирного тяготения, которыми обессмертил себя как величайшего ученого в истории Великобритании. Достижения Эйнштейна впечатляют еще больше, если учесть, что он не прогуливался по яблоневому саду, а целый день проводил в офисе. Он был служащим бернского патентного бюро, поскольку не смог получить академическую работу. И свои четыре статьи он написал, как ни удивительно, в свободное время.

«Первая [из задуманных статей] – о радиации и энергии света, и она по-настоящему революционна», – писал Эйнштейн. И он не преувеличивал. В этой статье он доказывал, что свет состоит из отдельных частиц – сегодня мы называем их фотонами, – а эфира не существует. Как мы увидим далее, этой статьей Эйнштейн невольно заложил основы квантовой физики и столь странной и контринтуитивной модели Вселенной, что и самому ему пришлось большую часть жизни разбираться с последствиями.

«Вторая статья – об оценке истинных размеров атома». Это была наименее противоречивая из четырех работ: полезная физика, не переворачивающая никаких установленных истин. Она принесла Эйнштейну докторскую степень. В третьей статье Эйнштейн путем статистического анализа взвешенных частиц, движущихся в воде, непреложно доказывал существование атомов, которое широко признавалось, но до тех пор не было убедительно продемонстрировано.

Важнейшее из открытий Эйнштейна стало итогом его размышлений о кажущемся противоречии между двумя физическими законами. «Четвертая статья – пока еще сырой черновик, она об электродинамике движущихся тел, несколько меняющей теорию времени и пространства», – писал Эйнштейн. Эти размышления станут в итоге специальной теорией относительности. Вместе с более широкой общей теорией относительности, которую Эйнштейн разработает через десять лет, она опрокинет уютный стройный космос, описанный Ньютоном.

Относительность показала, что мы живем в сложном и странном мире, где время и пространство не постоянны, а могут растягиваться под влиянием массы и движения. Это ир черных дыр и искривленного пространства-времени, имеющий вроде бы мало общего с той повседневной реальностью, в которой существуем мы. Относительность нередко описывают так, что ее суть кажется непостижимой, но ее главную, основополагающую идею можно передать и понять на удивление легко.

Представьте себе самый далекий, темный и пустой участок космоса, какой только есть, – вдали от звезд, планет и любого внешнего влияния. Теперь представьте, что вы парите в этой полной пустоте, от которой вас защищает теплый и уютный скафандр. Важно, чтобы вы представили себя висящим неподвижно.

Затем представьте, как мимо вас медленно проплывает, исчезая вдали, чашка чая.

Вроде бы вполне возможная ситуация. Первый закон Ньютона гласит, что тело, на которое не действует никакая внешняя сила, остается в покое или движется по прямой с постоянной скоростью. Кажется, он идеально описывает происходящее и с вами, и с чашкой.

Но как понять, что вы находитесь в покое, спросил бы Эйнштейн. Откуда мы знаем, что не чашка стоит на месте и не вы пролетаете мимо нее? С вашей точки зрения оба сценария будут выглядеть одинаково. И ровно так же одинаково – с точки зрения чашки.

В 1630-х годах Галилею говорили: невозможно, чтобы Земля вращалась вокруг Солнца, потому что люди на Земле не чувствуют движения. Но Галилей знал, что если движешься ровно, без ускорения или замедления, и нет никаких визуальных или акустических показателей движения, то понять, что ты движешься, невозможно. Никто не может быть уверен, что «неподвижен», утверждал Галилей, поскольку разница между движением и покоем незаметна без тех или иных внешних ориентиров, с которыми можно сравнить свое положение.