Минас Кафатос - Ты – Космос. Как открыть в себе вселенную и почему это важно

Шаг за шагом квантовая революция, разразившаяся при жизни Эйнштейна, развенчивала каждую частицу того, что казалось надежным. Если подумать, то последствия были разрушительны. Известен афоризм признанного британского физика и астронома сэра Артура Эддингтона, наблюдавшего за особенностями процесса в квантовой области науки: «Творится что-то неведомое, и мы не ведаем что». Эти слова считают шуткой об ушедшей эпохе. Эддингтон, одним из первых подтвердивший, что теория относительности соответствует на самом деле реальности, жил до того, как физики сосредоточились на тотальном объяснении космоса, «всеобщей теории всего», которая, по некоторым представлениям, уже не за горами.

Но в шутке (на которые Эддингтон действительно был мастер) должна быть и своя правда. Даже такие уверенные умы, как Стивен Хокинг, так или иначе отказались от «теории всего», сосредоточившись на небольших теориях, объясняющих те или иные аспекты реальности, но не всю ее. Но что, если истина в ином: реальность настолько загадочна, что в ее истолковании ошибается каждый, и ошибается с самого своего рождения?

Теория относительности была столь умопомрачительной, что массовому сознанию она представлялась последним и величайшим достижением физики. Но это было далеко от истины. История о том, что реально, а что нет, совершила еще один неудобный поворот, известный теперь как квантовая революция. Она не была независимой от работ Эйнштейна: скорее, это отросток формулы E = mc², утверждающей, что количество энергии внутри любой части материи равняется массе самого объекта, помноженной на скорость света в квадрате. В этом утверждении содержится огромный объем знаний, применимых к столь различным явлениям, как расщепление атома и черные дыры.

Равное – значит, такое же, и, следовательно, энергия есть то же, что материя, или масса эквивалентна энергии. Трудно представить себе нечто более поразительное, поскольку с позиции пяти чувств материя (песчаная дюна, буханка хлеба, эвкалиптовое дерево) совершенно не похожа на энергию (молния, радуга, магнетизм, движущий стрелку компаса). Спустя годы было доказано, что формула Эйнштейна все-таки верна. Но нельзя сказать, что разгаданы все ее загадки. Изобразив природу полностью преобразуемой, с материей, постоянно превращающейся в энергию, формула поставила вопрос: а как же это работает?

К неудовольствию верующих в реальность песчаных дюн, деревьев и радуг, оказалось, что строительные блоки природы – субатомные частицы – иногда ведут себя как материя, а иногда и как энергия. Самый известный пример – свет. Когда он ведет себя как энергия, он – волна. Волна имеет длину; таким образом, радуга или любая призма подтверждают то, что обычный солнечный белый свет – на самом деле смесь нескольких цветов, и у каждого из них своя длина волны. Но когда свет ведет себя как материя, он движется в виде частиц – фотонов, которые сами по себе суть порции энергии. «Порция» по-латыни – «квант» ; это название и избрал Макс Планк, немецкий физик, начавший квантовую революцию в 1900 году и получивший Нобелевскую премию в 1918 году.

E = mc² значит, что реальность может быть сведена к одному уравнению (во что-то подобное и верил к концу жизни Эйнштейн), но его прорыв привел к столкновению с квантовой теорией, уравнения которой с относительностью несовместимы. С таким противоречием физики сталкиваются даже сейчас, и оно – причина разрыва в ткани повествования о том, что реально, а что нет. Это не то чтобы потрясающе сложно: речь о больших вещах в сравнении с малыми. Все большие вещи – от ньютоновского яблока до далекой огромной галактики – ведут себя так, как предписывает им эйнштейновская теория относительности. Малые же вещи, вроде кванта или субатомной частицы, подчиняются особому набору правил, достаточно странных, или, по определению Эйнштейна, «жутких».

В детали этого «жуткого поведения» мы вникнем позже, а сейчас нас волнует большое. К концу двадцатых годов все поняли, что относительность и квантовая теория невероятно успешны, каждая по-своему, но стало очевидно и другое: они не взаимосвязаны. Вопросом дня были гравитация и ее невероятные нелинейные (искривленные) эффекты. Эйнштейн произвел революцию в изучении гравитации, используя визуальные образы, чтобы получить новые ответы на вопросы. Мы уже рассматривали образ тела в свободном падении; есть и другие. К примеру, Эйнштейн представил себе пассажира, стоящего в лифте, который, ускоряясь, трогается вверх. Пассажиру кажется, что сам он становится тяжелее, но он не знает почему, поскольку не видит ничего за пределами лифта. С его точки зрения, дело может быть и в воздействии притяжения, и в эффекте ускорения. Оба объяснения верны, а поэтому, утверждает Эйнштейн, у силы притяжения никаких привилегий здесь нет.