Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

Я зараз порушив цю тему тому, що істинним мірилом генія Ейнштейна була, мабуть, не так його математична майстерність (хоча, усупереч усталеним уявленням, він був математично обдарованим), як його творчість та інтелектуальна впевненість, що живили його наполегливість.

Перед Ейнштейном стояло завдання узгодити дві суперечливі ідеї. Відкинути одну з них було легко. Винайдення способу зняти суперечливість вимагало творчого підходу.

Рішення Ейнштейна не було заплутаним, проте це не означає, що воно було простим. Мені це нагадує байку про Христофора Колумба, який перед відплиттям на пошуки Нового Світу виграв у корчмі безкоштовну випивку, побившись об заклад, що зможе змусити яйце стояти вертикально на прилавку. Коли корчмар пристав на його умову, Колумб розплющив кінчик яйця та спокійно встановив його вертикально на прилавок. Зрештою він не казав, що не буде його розбивати.

Ейнштейнове розв’язання парадокса Галілея – Максвелла пішло не далеко від цього. Адже, якщо вони обидва мали рацію, значить для виправлення картини треба було зламати щось інше.

Але що саме? Для того, щоб Галілей і Максвелл були праві одночасно, потрібне було щось вочевидь божевільне: у наведеному прикладі обидва спостерігачі мали б виміряти швидкість мікрохвилі, випроміненої мобільником моєї доньки, і виявити, що стосовно них вона однакова, замість отримати два значення, які відрізнялись би на величину швидкості машини.

Проте Ейнштейн поставив собі цікаве запитання: що, кінець кінцем, означає виміряти швидкість світла? Швидкість визначається шляхом вимірювання відстані, яку щось проходить за певну кількість часу. Тож Ейнштейн став міркувати так: два спостерігачі можуть отримати однакову швидкість руху мікрохвилі стосовно кожного з них, якщо відстань, яку має подолати промінь щодо них за фіксований проміжок часу (приміром, за секунду, відміряну кожним із них у власній системі відліку), буде однаковою.

Але це також дещо божевільно. Розглянемо простіший приклад із летючою блювотою. Згадаймо, що в моїй системі відліку вона пролітає від рота моєї доньки на задньому сидінні мені в потилицю, скажімо, на відстані метра, приблизно за чверть секунди. Але для когось на землі в цей проміжок часу машина їде зі швидкістю 10 миль на годину, що становить приблизно 14,5 фута на секунду. Таким чином, стосовно людини на землі за чверть секунди блювота пролітає приблизно 3,6 фута + 3 фути, разом 6,6 фута.

Отже, для двох спостерігачів відстані, які пролетіла блювота за той самий час, помітно відрізняються. Як же може бути так, щоб для мікрохвиль, які виміряли два спостерігачі, відстані були однаковими?

Першим натяком на можливість такого божевілля є те, що електромагнітні хвилі поширюються настільки швидко, що за час, який потрібен хвилям, аби дістатися від однієї машини до іншої, ці машини майже не пересунуться. Тож будь-яка можлива різниця у виміряній за цей час двома спостерігачами пройденій відстані буде фактично невідчутною.

Проте Ейнштейн поставив цей аргумент із ніг на голову. Він збагнув, що насправді обидва спостерігачі не могли виміряти відстані, подолані мікрохвилями, на відстанях, вимірюваних у людських масштабах, оскільки релевантні значення часу, який потрібен світлу для переміщення на відстані, вимірювані в людських масштабах, настільки малі, що в той момент їх виміряти неможливо. І аналогічно в людських масштабах вимірювання часу світло проходитиме настільки великі відстані, що їх також неможливо виміряти безпосередньо. Отже, хто може бути певним, що таке божевілля не може мати місце насправді?

Далі постало запитання: що потрібно, аби це дійсно сталося? Ейнштейн дійшов висновку, що для того, аби цей на перший погляд неможливий результат став можливим, два спостерігачі мають вимірювати відстані та/або час по-різному, але таким чином, щоб для обох із них світло пройшло ту саму виміряну відстань за той самий виміряний час. Тобто це якби спостерігач на землі у випадку з блювотою виміряв, що блювота пролетіла 6,6 фута, але при цьому також якимось чином порахував, що відрізок часу, протягом якого це сталося, був більшим за той, який я виміряв усередині машини, і, таким чином, обчислена (підрахована) ним швидкість блювоти щодо нього була б такою ж, як та, яку я обчислив щодо себе.

Далі Ейнштейн зробив зухвале припущення, що щось на кшталт такого дійсно відбувається, що Максвелл та Галілей праві одночасно й що всі спостерігачі незалежно від свого відносного стану руху виміряють швидкість будь-якого променя світла стосовно себе як однакову й таку, що дорівнює с.