«Эврика» 1962. НЕИЗБЕЖНОСТЬ СТРАННОГО МИРА

Волновая теория мира

Больше полувека прошло с тех пор, как увидел и нарисовал новую картину механики мира Альберт Эйнштейн, а приходится сознаться, что и сегодня свыкнуться с его выводами нелегко.

И физик добавит, что когда-то знаменитый математик Лагранж сказал о Ньютоне: «Он самый счастливый: систему мира можно установить только один раз»*. Лагранж ошибался. Теперь мы знаем: это можно сделать по меньшей Мере дважды! Эйнштейн был вторым самым счастливым.

Ни одна физическая теория не вызывала такой бури в человеческих умах. И Ленин недаром писал об Эйнштейне как о «великом" преобразователе естествознания». Естествознания вообще, а не только механики, не только физики! Это легко понять: в 1905 году человечество узнало, что прежние естест* веннонаучные представления о времени и пространстве должны быть заменены новыми. Речь шла не о частных физичес-4 ких представлениях — не об исправлении деталей в прежней картине мира, а о революции во взглядах на закономерности движения материальных тел. Такую научную революцию не с чем сравнивать.

Правда, через два десятилетия, когда к середине 20-х годов нашего века окончательно оформилась квантовая механика микромира, естествознание пережило еще одно, столь же глубокое, «потрясение основ». Но к этой новой революции многие физики были уже психологически подготовлены странностями теории относительности: после покорения Арктики легче было обживать Антарктиду. За два десятилетия, разделявших две революции в современной науке о природе, появилось больше 5 тысяч книг и статей об открытиях механики Эйнштейна. Это были открытия из числа тех, какие не могут оставаться делом одних лишь физиков. И не надо удивляться, что о теории относительности писали философы, публицисты,- писатели, государственные деятели, историки, даже богословы. А все началось в 1905, году с маленькой рукописи, озаглавленной застенчиво и не очень обещающе — «К электродинамике движущихся тел», опубликованной в 5-й тетради 17-го тома сугубо специальных1 «Анналов физики» — научного издания, за которым и в ту пору и позже вовсе не все теоретики считали своим обязательным долгом следить из номера в номер.

Она стала бесценным историческим документом, эта небольшая рукопись — 30 страниц текста! И с нею связан один замечательный эпизод, который имеет отношение уже не к идеям Эйнштейна, а к его судьбе и трагизму эпохи, в которую ему довелось работать и жить. Не рассказать этот эпизод нельзя.

...В начале 1933 года, когда Гитлер пришел к власти, Эйнштейна, по счастью, не было в Германии. Он читал лекции в Калифорнии. Нацисты его ненавидели, за ним значились три «преступления»: он был неарийцем, антифашистом, противником войн. Незадолго до его поездки в Америку Амстердамский антивоенный конгресс заочно избрал его членом Постоянного комитета борьбы против войны и фашизма/ Европа встретила Эйнштейна чудовищными известиями: его дом возле Потсдама разгромили гестаповцы, в Берлине было обещано 50 тысяч марок за его голову. (Не знаю, стали ли известны имена тех, кто предлагал, и тех, кто утверждал эту расходную статью в бюджете гитлеровской Германии. Может быть, идея принадлежала чиновнику-гестаповцу Эйх- ману и физику-гестаповцу Ленарду?)

Прожив несколько месяцев в Бельгии на приморской даче, охраняемой полицией от нацистских провокаторов и убийц, он должен был и отсюда бежать: германская граница проходила слишком близко. Судьба изгнанника в конце концов привела пятидесятичетырехлетнего Эйнштейна в тихий университетский городок Принстон по ту сторону океана.

Он всегда чуждался прямой политической деятельности. Но отвращение и ненависть к фашизму всегда были в нем сильнее нелюбви к политике. И антифашисты всего мира знали, что они в своей праведной борьбе всегда могут рассчитывать на безоговорочную поддержку великого ученого- мыслителя, живущего в своем заокеанском уединении. Его авторитет был безграничен на всех материках. (Недаром еще в десятые и двадцатые годы на его имя приходили письма с самым лаконичным адресом: «Европа, Эйнштейну».) И однажды, в 1936 году, когда шла война в Испании и американские антифашисты снаряжали добровольческий батальон «Авраам Линкольн», они обратились к Эйнштейну с неожиданной просьбой: они попросили у него рукопись теории относительности —• знаменитую рукопись 1905 года. Нужно ли объяснять, зачем она понадобилась в те трагические дни Испании? Коллекционеры готовы были заплатить за нее громадные деньги, а деньги были необходимы для оснащения добровольцев.

Замысел был прост, в согласии Эйнштейна никто не сомневался, но... этой рукописи не было среди его бумаг в Прин- стоне. Просто не было. Он вспомнил, что она осталась в свое время в архиве «Анналов физики». Если нацисты, уничтожавшие в Германии «неарийскую науку», еще и не сожгли оригинала теории относительности, то, во всяком случае, добыть этот оригинал было немыслимо. Что же оставалось делать? Эйнштейн сам предложил выход: он бросил очередные дела и сел переписывать от руки те прославленные тридцать страниц...

Так появился на свет второй автограф статьи «К электродинамике движущихся тел». Теория относительности во второй раз сослужила человечеству добрую революционную службу — только иа этот раз совершенно необычную для отвлеченной физической теории. ' (Позже, в конце войны, в 1944 году, рукопись 38-го года попала в библиотеку конгресса Соединенных Штатов — она была приобретена у прежнего владельца за 6 миллионов долларов. Но это уже был бизнес, только бизнес.)

Будет ли третий «самый счастливый» после Ньютона и Эйнштейна? Несомненно. Абсолютного и окончательного знания не существует — как к скорости света, к нему можно только приближаться. А когда придет пора для этого третьего, он скажет об Эйнштейне те слова, какие Эйнштейн сказал о Ньютоне в своем «Нечто автобиографическое»:

«Прости меня, Ньютон, ты нашел единственный путь, возможный в твое время для человека величайшей научной творческой способности и силы мысли. Понятия, созданные тобой, и сейчас еще остаются ведущими в нашем физическом мышлении, хотя теперь мы знаем, что если будем стремиться к более глубокому пониманию взаимосвязей, то мы должны будем заменить эти понятия другими, стоящими дальше от сферы непосредственного опыта».

Идеи, с которыми мы познакомились, и вправду очень далеки от нашего повседневного опыта. А впереди этому устоявшемуся опыту предстоят еще большие испытания. Одно из них уже подстерегает нас: надо разрешить последнее «фотонное сомнение» — частица ли фотон?

Начался весь разговор с града и ветерка, с провозглашения кванта электромагнитной энергии настоящей частицей. А кончится он, кажется, низведением фотона с этой высоты. История словно бы снова возвращается, по старому обыкновению, «на круги своя»: однажды ведь это было уже — световые корпускулы Ньютона не уцелели в споре со световыми волнами в эфире. Неужели новые корпускулы — фотоны Эйнштейна — постигнет та же судьба? Похоже, что так, но не совсем так: мы снова убедимся, что круги истории — это не колесо, в котором вертится белка, не движение по замкнутой линии («Ничего нет нового под Луной»), а витки расширяющейся диалектической спирали — движение вширь и вверх.

Из-за чего у .нас возникает сомнение — частица ли фотон? Да все из-за его предельной скорости. Из-за этой скорости частица света утрачивает третье измерение — длину в направлении полета. Она превращается в плоский призрак, путешествующий в полном безвременье, ибо, как мы узнали, на «фотонных часах» каждая секунда — вечность.

Конечно, надо бы сперва задаться вопросом: а что такое частица вообще? Признаться; не легкий это вопрос. И нам еще придется его себе задавать. Однако не стоит мудрствовать лукаво. Решим, что это заведомо ясно. Неужто, если вам поднесут настоящую частицу на блюдечке, мы «не узнаем ее в лицо»? Все дело как раз в том, что не «настоящую» частицу, а, скажем, поле тяготения нельзя поднести на блюдечке! Что бы там о ней ни говорить, любая частица в привычном смысле этого слова, в привычном повседневном представлении — физическое тело, или, если хотите, тельце, само создающее свой объем — свою ограниченность и свою отгра-- ниченность от окружающего. Само — благодаря силам внутренних связей и без помощи внешних стенок, без участия других тел и сил.

Так, значит, не столь уж труден вопрос о частицу? Нет, все-таки очень труден. Вот одинокое облако на небе. Его границы отчетливо видны со стороны. Но когда в безветрии летнего полдня на склоне Арагаца сидит такое облачко, беленькое, аккуратненькое, плотное, а вездеход, взбираясь по склону, влезает в него, эти ясные границы вдруг исчезают, и становится совершенно невыполнимым делом их очертить, — оказывается, они изменчивы, неопределенны, словно их* вовсе и нет.

Если бы мы «въехали в атом» и огляделись по сторонам, нам не удалось бы установить, где он кончается: мы не поняли бы, где надо вбивать колышки, дабы обозначить его наружные границы. И наш гномик Майкельсон, устроившись на протоне, собственно, затруднился бы сказать, на чем он там сидит. У частиц нет внешних стенок. С бильярдными шариками, с неизменными кирпичиками мироздания мы уже простились навсегда.

Ограниченность без границ! — так здесь начинаются трудности. Но не станем с ними бороться, чтобы они не победили нас. Как бы то ни было, ясно — «настоящую» частицу можно поднести на блюдечке. И это главное: Она «вещь».

А фотон? Как его поднести на блюдечке? Со всех точек зрения это невозможно. Находиться в покое фотон не может — тогда его попросту нет. А двигаться со скоростью фотона не может блюдечко. Но если фотон все-таки «вещь», то совершенно необычайная: с точки зрения любого наблюдателя, у него нет объема, ибо есть только два измерения — третье он потерял. Недаром никакой воображаемый наблюдатель не может оседлать фотон, недаром на фотон нельзя даже мысленно поместить часы — они не будут показывать время, нельзя к фотону прикрепить линейку — она не будет измерять длины, по крайней мере в направлении его полета. Словом, фотон не может служить обычным телом отсчета.

Между прочим, когда физик и его оппонент стали извлекать из нулевой массы покоя все свои удивительные выводы, они начали с того, что никакое физическое тело не может догнать частицу света. Это значило, что нельзя найти такое тело отсчета расстояний и времен, относительно которого фотон пребывал бы в покое. Но разве не должно было закрасться в наши головы одно возражение: а что, если взять в качестве тела отсчета времен и расстояний (а значит, и скоростей!) какой-нибудь другой фотон? Летят они рядом и друг по отношению к другу наверняка покоятся, и, следовательно, оба не существуют, у обоих исчезает масса. А так как они оба при этом все-таки существуют, то... Иными словами, мы попали бы в труднейшее- положение, если бы фотон мог служить телом отсчета. Но такой роли он принципиально играть не может: в его распоряжении нет необходимых для этого идущих часов и протяженных линеек — ему как бы нечем измерять чужую скорость и описывать чужое движение.

Должно ли нас удивлять, что портрет фотона обладает такими «невещественными» чертами? Что же тут неожиданного? Кванты излучения — представители вовсе не вещества, а другой формы существования материи: силовых полей. Разве не было бы странно, если бы в световых частицах не обнаруживала себя их физическая природа?

А природа света давно не вызывает сомнений: это волновой процесс в эфи... Хорошо, что я вовремя запнулся. Нет, эфир исчез из физической картины мира. Однако волны остались. Все-таки без них невозможно было бы понять многие явления и прежде всего дифракцию — огибание светом препятствий. Раньше ученые говорили об электромагнитных колебаниях эфира. А когда оказалась нереальной эта колеблющаяся среда, что заменило ее в картине мира? Да ничто не заменило! Стало ясным, что материален сам свет.

Помните строку Маяковского: «...как свет умерших звезд доходит»? Излучение отдаленных небесных тел идет к нам миллионы лет. Звезда могла умереть, но свет ее молодости продолжает еще идти к нам.

Прежде думалось: туда, куда свет еще не дошел, не дошли колебания эфира, но сам эфир от века был там, есть и будет . Теперь ясно, что туда не дошла еще сама материя света — электромагнитное поле, его энергия-масса. Это она растекается в пространстве со скоростью света. Что и как колеблется в материи поля — это особый вопрос. Но теперь по крайней мере понятно, почему электромагнитные волны любой длины, начиная от длиннейших' радиоволн и кончая самыми короткими гамма-волнами, распространяются с одинаковой скоростью. Это как бы не их собственная скорость, а быстрота растекания той полевой материи, в которой они возбуждены, той материальной сущности, что покидает источник излучения и начинает существовать независимо от него.

Раньше промелькнула перед нами картинка: камень на удочке опущен в пруд и колеблется, возбуждая все новые и новые волны в воде. Чем быстрее он колеблется, тем чаще отчаливают волны. На более быстрые колебания нужна в единицу времени затрата большей энергии. Она передается от камня волнам, и они уносят ее на своих гребнях к берегам. Пусть камень совершит за секунду одно полное колебание — отчалит одна волна. Пусть в другой раз число колебаний будет в десять раз больше — за секунду отчалят десять волн, и они унесут соответственно больше энергии.:.