Брайан Кокс - Почему Е=mc²? И почему это должно нас волновать

Общая теория относительности Эйнштейна, получившая прекрасное подтверждение в ходе экспериментов, привела к тому, что мы начали воспринимать пространство-время не как неизменную смесь пространства и времени, а как более динамичную сущность – то есть то, на что можно воздействовать посредством присутствия массы и энергии, поскольку благодаря уравнению E = mc ² нам известно, что они взаимозаменяемы. С другой стороны, динамичная структура пространственно-временн о го континуума определяет движение объектов сквозь него. Мы больше не должны воспринимать пространство как инертную среду, в которой происходит все сущее, а время – как непреложное и абсолютное тиканье гигантских часов, расположенных на небесах. Пожалуй, главный урок, который следует извлечь из этого кардинального пересмотра картины мира, состоит в том, что неразумно экстраполировать опыт за пределы той области, в которой он получен. Почему быстро движущиеся объекты должны вести себя в соответствии с теми же законами, что и медленно движущиеся, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни? Разве мы имеем право делать выводы о поведении массивных объектов, изучив только более легкие?

Разумеется, повседневный опыт оказался плохим ориентиром и, как показал нам Эйнштейн, более глубокий уровень понимания гораздо элегантнее. Объединив в единое целое такие на первый взгляд несовместимые концепции, как масса и энергия, пространство и время, а также в конечном счете гравитация, специальная и общая теории относительности Эйнштейна навсегда останутся двумя величайшими достижениями человеческого разума. В будущем на основе новых наблюдений и экспериментов может сформироваться новое понимание происходящего, которое приведет к пересмотру представленных в этой книге идей. В действительности многие физики уже сейчас говорят о новом подходе к поиску более точных и более широко применимых теорий. Скромный урок, из которого следует, что не стоит экстраполировать опыт за пределы области исследований, распространяется не только на теорию относительности. В XX столетии в физике произошел еще один великий прорыв – открытие квантовой теории, которая позволяет объяснить поведение всех объектов на атомарном и даже еще более детальном уровне. Никто никогда не изучал устройство Вселенной на уровне малых расстояний, опираясь только на повседневный опыт. Люди, непосредственные наблюдения которых ограничены достаточно крупными объектами, воспринимают квантовую теорию как нечто противоречащее здравому смыслу, но в XX веке она лежит в основе многих неотъемлемых элементов современной жизни – от медицинской диагностики до самых передовых компьютерных технологий, поэтому мы должны принять ее независимо от нашего к ней отношения.

Сегодня физики столкнулись с дилеммой. Общая теория относительности Эйнштейна, лучшая из имеющихся теория гравитации, не согласуется с квантовой теорией. Либо одну из них, либо обе необходимо пересмотреть. Действительно ли пространство-время «распадается» на уровне малых расстояний? Может, на самом деле его вообще нет, а есть только иллюзия, сформировавшаяся под влиянием постоянно растущего множества «происходящих вещей»? Действительно ли фундаментальные объекты Вселенной представляют собой малейшие вибрации энергии, известные как струны? Или ответ содержится в какой-то другой теории, которую еще предстоит открыть? Это передний край фундаментальной физики, а ученые, которые работают в этой области, взволнованно и с вдохновением заглядывают в неизведанное.

В конце книги о теориях относительности Эйнштейна появляется соблазн внести свою лепту в формирование культа этой великой личности, который, к сожалению, сложился в последнее время. Однако это не входит в наши намерения. На самом деле такой культ сдерживает будущее развитие, поскольку создает впечатление, что наука – это прерогатива выдающихся людей, обладающих уникальной способностью понимать суть происходящего, недоступную остальным. Нет ничего более далекого от истины. Теория относительности не была результатом работы одного человека, хотя под влиянием книг, посвященных этой теме, порой может сложиться именно такое мнение. Вне всяких сомнений, Эйнштейн был одним из величайших представителей науки, но, как мы подчеркивали на протяжении всего повествования, он пришел к кардинальному пересмотру концепций пространства и времени под влиянием результатов, полученных благодаря любознательности и мастерству многих других ученых. Эйнштейн не был особенным человеком, а его интеллект не был сверхъестественным. Он был великим ученым, который сделал то, что делают все ученые: серьезно воспринял простые вещи и сделал из этого логические выводы. Гениальность Эйнштейна заключалась в том, что он серьезно отнесся к постоянству скорости света, которая вытекала из уравнений Максвелла, а также к принципу эквивалентности, открытому Галилеем.