Шрифт
Source Sans Pro
Размер шрифта
18
Цвет фона
Введение. Заря человеческой Вселенной
В 1931 году был сделан один фотоснимок. На нем Альберт Эйнштейн стоит рядом с великим комедиантом Чарли Чаплином, самым знаменитым в то время человеком в мире. Эйнштейн тогда посетил Нью-Йорк, и случайная встреча в «Юниверсал Студиос» закончилась приглашением на премьеру нового фильма Чаплина – «Огни большого города». Сейчас, глядя на фото, где физик и актер, наряженные в смокинги, широко улыбаются, мы с изумлением понимаем, что вторым по известности в мире на тот момент был именно Эйнштейн.
Он не считал себя обязанным мировой славой тому, что обычные люди поняли его теорию относительно-сти. Теории Эйнштейна вообще касались материй, далеких от повседневности. Это само по себе вызывало оторопь. Британский философ и математик Бертран Рассел не был специалистом-физиком, однако, когда ему разъяснили идеи Эйнштейна, он ошеломленно сказал: «Если подумать, я всю жизнь занимался каким-то вздором». (Впрочем, продолжил Рассел тем, что написал «Азбуку относительности», блестящее растолкование теории Эйнштейна для непрофессионалов.)
Относительность в некотором смысле перевернула и время, и пространство. Средней личности такого не осилить. E = mc² стало самым знаменитым уравнением в истории человечества, но повседневную жизнь его значение никак не затрагивало. Люди так же точно продолжали жить своей обычной жизнью, как если бы никаких измышлений Эйнштейна не существовало ни в теории, ни на практике.
Но и это самоочевидное допущение оказалось неверным.
Когда теория Эйнштейна перевернула время и пространство, что-то произошло и в жизни: материя Вселенной разорвалась и соткалась в новую реальность.
Мало кто понимает, что Эйнштейн не просто работал с цифрами на доске – он должен был представить себе эту новую реальность. С детства у него была примечательная способность визуализировать в голове различные сложные вопросы и их решения. Студентом он решил попытаться представить, каково было бы путешествовать со скоростью света. Скорость света, согласно расчетам, равняется 186 тысячам миль в секунду, но Эйнштейн считал, что в свете есть что-то еще загадочное, до сих пор не открытое. Итак, он спросил себя не о том, что есть свет в представлении физиков, но о том, каков будет опыт путешествия по световому лучу. Теория относительности оказалась, таким образом, основанной на том, что скорость света равна одной и той же величине безотносительно того, с какой скоростью и в каком направлении – друг к другу или друг от друга – движутся наблюдатели.
Вышесказанное подразумевает, что ни один объект в физической Вселенной не может двигаться быстрее, чем свет. А теперь представьте, что вы летите со скоростью, равной скорости света, и вам надо бросить бейсбольный мяч в том же направлении, в каком вы летите. Вырвется ли он из вашей руки? Ведь вы, в конце концов, уже достигли предела скорости, вы не можете сообщить мячу дополнительного ускорения! А если мяч все-таки полетит, то как он поведет себя в полете?
Эйнштейн, который мог представить себе проблему как картинку, искал решения, которое было бы столь же понятным интуитивно. Столь великолепным, сколь оно есть, его делает то, сколько воображения было в него вложено. К примеру, Эйнштейн представил себе тело в свободном падении. Любому, кто испытывает нечто подобное, покажется, что гравитации не существует. Если же в свободном падении вынуть из кармана яблоко, оно будет парить в воздухе позади падающего, и гравитация снова покажется несуществующей.
Как только Эйнштейн представил эту картину, его осенила революционная мысль: а что, если в этой ситуации притяжения и правда нет? Гравитацию всегда считали силой, присутствующей между двумя любыми объектами, а он увидел ее как деформированное пространство-время – и предположил, что пространство и время могут быть важными для существования гравитации, а искривленное пространство-время в окрестности сколлапсировавших объектов наподобие черных дыр приведет к тому, что время будет растянуто до предела, как это видится стороннему наблюдателю.
Эйнштейновскую «картинку» мы можем увидеть в реальности, когда видим на экране космонавтов в невесомости внутри космического корабля. Камеры показывают их плавающими в пространстве, абсолютно свободными от притяжения, и любой незакрепленный предмет внутри корабля тоже невесом – так и предсказывал Эйнштейн. Чего же мы не увидим на камерах? Для того чтобы притяжение стало нулевым, корабль должен сам двигаться со скоростью, при которой поле притяжения Земли ничего не значит. Как и предполагает теория относительности, скорость делает притяжение изменяемой величиной.
Если гравитация настолько подвижная сила, то что же с другими вещами, которые мы считаем надежными и неизменными? Другой решающий прорыв Эйнштейна касался времени. Вместо того чтобы считать время абсолютным (до теории относительности это казалось неоспоримым), он открыл, что время тоже зависит от системы отсчета наблюдателя и от близости к мощным гравитационным полям. Это явление Эйнштейн назвал «растяжением времени». Часы космического челнока на орбите идут совершенно точно для космонавта внутри него, однако, по сравнению с часами на Земле, они немного спешат. Приближаясь к скорости света, космонавт не сочтет, что часы на борту корабля показывают что-то не то, но для наблюдателя с Земли они будут несколько отставать.
Относительность – причина тому, что универсального времени не существует. Часы всей Вселенной никак нельзя синхронизировать друг с другом. Приведем в пример крайний случай: корабль, приближающийся к черной дыре, неизбежно будет затронут ее сильнейшим притяжением настолько, что для наблюдателя на Земле часы на этом корабле разительно замедлятся, а на то, чтобы пересечь горизонт событий и оказаться поглощенным черной дырой, уйдет бесконечно много времени.
Все, о чем говорилось выше, известно уже сто лет, однако в наше время произошло нечто принципиально новое: оказалось, что относительность имеет значение для повседневной жизни! На Земле часы идут медленнее, чем в безвоздушном пространстве, удаленном от гравитации. Таким образом, будучи удалены от земного притяжения, часы ускоряются или, по крайней мере, должны ускоряться. А значит, часы на спутниках, используемых для GPS-навигации, должны немного спешить по сравнению с земными часами. Если бы они были синхронизированы «один в один», то, спрашивая у навигатора в машине, где вы, вы бы получали чуть-чуть неверный ответ. «Чуть-чуть» хватило бы, чтоб промахнуться на несколько кварталов (что было бы катастрофической ошибкой для любой системы навигации по картам).
Путь Эйнштейна к теории относительности начался с его визуальных представлений, и для наших целей это очень важно. Он и сам был поражен, когда работа его ума породила картину реальности, какова она на самом деле. Она такова и есть, и все предсказанное теорией относительности сбылось, включая черные дыры и замедление времени в присутствии больших гравитационных полей. Эйнштейн понял, что время, пространство, материя и энергия взаимозаменяемы. Это перевернуло привычный мир пяти чувств, на которые все мы привыкли полагаться: все видимое, слышимое, обоняемое и осязаемое может оказаться не тем, чем кажется.
Вы можете доказать это себе, создав собственную визуализацию. Представьте себя в поезде, движущемся по путям. Вы смотрите в окно и видите, что на другом, соседнем пути есть еще один поезд. Вперед он не движется, и вы решаете, будто он стоит. Но это не так, ваши глаза лгут вам: в действительности оба поезда идут в одном и том же направлении с одной и той же скоростью! Мы мысленно подстраиваемся под то, что лгут наши чувства. Мы подстраиваемся под ложное утверждение, что солнце всходит на востоке и заходит на западе. Когда позади на дороге оказывается пожарная машина с сиреной, звук этой сирены становится громче, когда машина приближается к нам, и тише, когда она отдаляется. Но разумом мы понимаем, что звук этот все время один и тот же. То, что он становится сильнее или слабее, – обман нашего слуха.
Ни одному чувству нельзя верить безоговорочно. Если вы скажете кому-нибудь, что сейчас опустите его руку в кипяток, но вместо этого погрузите ее в ведро ледяной воды, ваш «подопытный» вскрикнет, как если бы в ведре действительно был кипяток. Ожидания разума заставляют чувство создавать ложную картину реальности. Таким образом, взаимоотношения между тем, что мы видим, и тем, что мы думаем, работают в обе стороны. Разум может не так понять то, что видят глаза, а глаза могут показать разуму не то, что есть. (Здесь мы вспоминаем историю, случившуюся с нашим знакомым. Когда он пришел с работы, жена сказала ему, что в ванне огромный паук, и попросила помочь от него избавиться. Он поднялся наверх и отдернул занавеску душевой. Жена внизу услышала, как он завизжал от страха, подумав, что видит громаднейшего паука в мире. Истина же состояла в том, что было первое апреля, а в ванне плавал живой омар!)
Если разум и чувства могут дурачить друг друга, реальность внезапно становится тошнотворной. Как мы можем доверять «реальности» вокруг нас, если все зависит от того, как именно мы двигаемся или в какие гравитационные поля вовлечены? Эйнштейн сделал, пожалуй, больше, чем кто-либо другой до эпохи квантовой механики, для возникновения этого отвратительного чувства – «все не то, чем кажется». Предоставим слово ему самому. Вот что он говорил о времени: «Я понял, что прошлое и будущее – иллюзии: и то и другое содержится в настоящем. Настоящее существует, и оно – все, что существует». Сложно представить себе более радикальное утверждение. Эйнштейну и самому было не по себе, когда он осознал, как ненадежно наше восприятие окружающего мира, и, в конце концов, принял, что и прошлое, и будущее иллюзорны, и эти иллюзии искажают мир, движимый представлением, что течение времени действительно существует.
