Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

Поки що все гаразд. Але виникає проблема. Нині, коли моя донька виросла, вона полюбляє водити машину. Скажімо, вона їде за автівкою приятеля й набирає його номер на мобільному телефоні (користуючись із міркувань безпеки гарнітурою), щоб сказати, що йому треба повернути праворуч, аби дістатися туди, куди вони обоє їдуть. Поки вона говорить у телефон, електрони скачуть туди-сюди, породжуючи електромагнітну хвилю (у мікрохвильовому діапазоні). Ця хвиля дістається до мобільника її приятеля зі швидкістю світла (насправді вона йде спочатку на супутник, а потім спрямовується вниз до її приятеля, проте опустімо на деякий час це ускладнення), і він дістає сигнал якраз вчасно, щоб повернути там, де треба.

Якими тепер будуть результати вимірювань, що їх провів спостерігач на землі? Здоровий глузд підказує, що мікрохвильовий сигнал долетить від машини моєї доньки до машини її приятеля зі швидкістю, рівною швидкості світла, яку можна виміряти за допомогою встановленого в машині моєї доньки детектора (позначимо її символом с ), плюс швидкість її машини.

Проте здоровий глузд оманливий якраз тому, що ґрунтується на буденному досвіді. А в щоденному житті ми не вимірюємо час, який потрібен світлу чи мікрохвилям, щоб долетіти з одного кінця кімнати в інший чи від одного телефона до сусіднього. Якби здоровий глузд був застосовний до цієї ситуації, це означало б, що хтось на землі (озброєний хитромудрим вимірювальним приладдям) виміряв би коливання туди-сюди електронів у телефоні моєї доньки та спостерігав би випромінювання мікрохвильового сигналу, який поширювався б зі швидкістю, скажімо, с + 10 м/год.

Проте видатним тріумфом Максвелла було доведення, що обчислити швидкість електромагнітних хвиль, випромінюваних коливним зарядом, можна суто шляхом вимірювання сили електрики й магнетизму. Таким чином, якби людина на землі спостерігала, що хвилі мають швидкість с + 10 м/год, це означало б, що для цієї людини сили електрики й магнетизму відрізняються від спостережуваних моєю донькою значень, з точки зору якої хвилі рухаються зі швидкістю с .

Проте Галілей каже нам, що це неможливо. Якби для двох спостерігачів виміряні значення електрики й магнетизму відрізнялися, було б можливо визначити, хто з них рухається, а хто ні, оскільки для кожного з цих спостерігачів закони фізики – у цьому випадку електромагнетизму – набували б різних значень.

Тож правим мав бути або Галілей, або Максвелл, проте не обидва вони одночасно. Можливо, через те, що Галілей працював у ті часи, коли фізика була примітивнішою, більшість фізиків схилялися на бік Максвелла. Вони вирішили, що всесвіт повинен мати якусь систему відліку для абсолютного спокою й що обчислення Максвелла були застосовні винятково до неї. Усі спостерігачі, що рухаються відносно цієї системи відліку, отримали б інші результати вимірювання швидкості електромагнітних хвиль відносно себе, аніж ті, які обрахував Максвелл.

Давня наукова традиція надала цій ідеї фізичну підтримку. Урешті-решт, якщо світло є електромагнітним збуренням, збуренням чого саме воно є? Упродовж тисяч років філософи припускали існування «ефіру», певного невидимого фонового матеріалу, що заповнює весь простір, тож було цілком природно запідозрити, що електромагнітні хвилі поширюються саме в цьому середовищі точно так, як звукові хвилі поширюються у воді чи повітрі. У цьому середовищі електромагнітні хвилі поширюються з певною фіксованою, характерною швидкістю (обрахованою Максвеллом), а для спостерігачів, що рухаються відносно цього фону, ці хвилі рухаються швидше чи повільніше залежно від їхнього відносного руху.

Хоча такий варіант виглядає прийнятним, він є ухилянням від відповіді, оскільки, якщо повернутися до аналізу Максвелла, він означатиме, що всі ці різні спостерігачі, які перебувають у відносному русі, отримають різні результати вимірювання сил електрики й магнетизму. Можливо, це вважали прийнятним, оскільки всі досяжні на той час швидкості були настільки малими порівняно зі швидкістю світла, що будь-які відмінності були б у найкращому випадку мікроскопічними й напевне не фіксувалися б вимірювальними приладами.

Якось на громадському заході, де я був присутній, актор Алан Алда кинув виклик усталеним уявленням, сказавши, що мистецтво вимагає важкої праці, а наука – творчості. Хоча обоє вимагають і того, і того, його варіант мені подобається тим, що робить наголос на творчому, артистичному аспекті науки. Я б іще додав до цього твердження, що обидві ці сфери вимагають інтелектуальної мужності. Сама по собі творчість нічого не варта, якщо вона не застосована на практиці. Якщо відсутня мужність втілити новітні ідеї в життя, вони зазвичай загнивають та відмирають.