На лужайке Эйнштейна. Что такое НИЧТО, и где начинается ВСЕ - Аманда Гефтер

– Что-либо реально, только если инвариантно…

– Подумай сам. Инвариантно – то, что в любой системе отсчета одно и то же. Это нечто такое в мире, относительно чего у всех наблюдателей единое мнение. Мы так интуитивно определяем понятие «объективный». Так мы проверяем что-то на реальность. Если можно найти хотя бы одну систему отсчета, в которой оно исчезает, тогда это не инвариант, оно зависит от наблюдателя. Оно не реально.

Он на мгновение задумался.

– Итак, если нечто инвариантно, то оно реально. А если оно зависит от наблюдателя, тогда это что? Иллюзия?

– Нет. Я не говорю, что это галлюцинация или что это субъективно. Но оно в конечном счете не реально.

– Как радуга.

– Точно! Это физическое явление, оно не субъективно, но и не реально. Верно? Подожди. А откуда берется радуга?

– Радуга возникает, когда лучи солнечного света преломляются в капельках воды в воздухе.

– Правильно. Так нам нужно солнце и капельки воды, поэтому радуга объективна, но она зависит от вашей системы отсчета. Если вы перейдете на другое место, вы можете ее больше и не увидеть. Это вполне солидное физическое явление, а вовсе не обман зрения. Не существует физической разноцветной радуги как предмета, висящего в небе, который можно пощупать. Вы не можете ее ухватить. Она как мираж. Она не реальна.

– Она как цвет галактики, – подхватил отец. – Цвет галактики – вовсе не ее собственное свойство, он зависит от того, как галактика движется относительно наблюдателя. Из-за их относительного движения частота световой волны изменяется, а от частоты зависит, какого цвета мы ее видим. Если цвет галактики смещен в красную сторону спектра, то мы знаем, что она удаляется от нас. Если в голубую, – она движется к нам. Это эффект Доплера. Он зависит от наблюдателя.

Я кивнула.

– Если мы хотим отыскать конечную реальность, мы должны устранить все свойства Вселенной, зависящие от выбора системы отсчета, пока не останутся только те, которые действительно инвариантны.

Мама поставила на стол салатник с тарелками и вилками.

Кэссиди заскулила. Я посмотрела вниз. Она посмотрела на меня, высунула язык и подала лапу.

– Ты уверена? – спросила я ее. – Салат?

Я подбросила листик салата в воздух; ее челюсти схлопнулись, листик исчез.

Мама наградила меня неодобрительным взглядом.

Вечером я достала из чемодана несколько книг и статей и направилась в сторону нашей физической библиотеки. В коридоре мама сидела на полу рядом с собакой и шептала: «Да, я люблю тебя. Да».

– Все еще ненавидишь собак? – спросила я.

– Да, – проворковала она, и Кэссиди лизнула ее в нос.

В библиотеке отец сидел, развалившись в своем кожаном кресле, и листал книгу. Я устроилась поудобнее на кушетке.

– Посмотри эту статью, – сказала я. Она была написана Максом Борном, одним из основоположников квантовой механики, опубликована в Philosophical Quarterly в 1953 году и озаглавлена «Физическая реальность». Я прочитала вслух первые строки:

– «За последние сто лет понятие реальности в физическом мире стало довольно проблематичным».

Мой отец рассмеялся:

– Вот как?

Я продолжала читать вслух, отец внимательно слушал:

«Вырежьте из куска картона фигуру, – писал Борн, – скажем круг, и наблюдайте тени, которые он отбрасывает от удаленной лампы на плоскую стену. Тени от круга в общем случае окажутся эллипсами; вращая вашу картонную фигуру, вы можете получить любое значение длины оси эллиптических теней между близкими к нулю и максимумом. Это точная аналогия с поведением длины в теории относительности: в различных состояниях движения она может иметь любое значение между нулем и максимумом… Очевидно, что одновременного рассмотрения теней на многих различных плоскостях достаточно для того, чтобы доказать тот факт, что первоначальная картонная фигура является кругом, и однозначно определить ее радиус. Этот радиус есть то, что математики называют инвариантом преобразований, вызываемых параллельными проекциями»[22].

– На том же принципе основана томография, – нахмурился отец.

Мама, очарованная Кэссиди.

Фото: У. Гефтер.

Я продолжала читать:

«Проекция (тень в нашем примере) определяется относительно системы отсчета (стен, на которые может отбрасываться тень). В общем случае существует много эквивалентных систем отсчета. Инварианты суть величины, которые имеют одно и то же значение для любой системы отсчета и потому независимы от преобразований».

– То есть не зависят от наблюдателя.

– Точно. И вот зацепка, – сказала я, продолжая. – «И вот главный прогресс в структуре понятий в физике состоит в открытии того, что определенная величина, которая рассматривалась как свойство предмета, в действительности есть только свойство проекции».

– Это очень интересный момент, – сказал мой отец. – Прогресс в физике связан с осознанием того, что нечто, считавшееся когда-то инвариантным, на самом деле зависит от системы наблюдения. Как тень.

– Угу. Борн продолжает: «Я убежден, что идея инвариантов является ключом к рациональному понятию реальности». Затем он рассказывает о квантовой механике, аргументируя, что измерение – это проекции на какую-либо систему отсчета, с которой связана измерительная аппаратура. И он заканчивает словами: «Таким образом, инварианты суть понятия, о которых естествознание говорит так же, как на обыкновенном языке говорят о „вещах“… Что здесь приближает к реальности, так это всегда своего рода инвариантный характер структуры, независимый от аспекта, от проекций».

– Реальное – это то, что инвариантно.

Я кивнула:

– Реальное – это то, что инвариантно. Звучит слишком очевидно, но это невероятно глубокое умозаключение, как оно ни банально.

– Я начинаю понимать, – сказал отец, перелистывая страницы сборника научных трудов Эйнштейна. – В целом эта же идея лежит в основе теории относительности. Вот послушай. Эйнштейн размышлял об электричестве и магнетизме. При перемещении магнита возникает электрическое поле, и при перемещении электрона возникает магнитное поле. Но как можно различить, что на самом деле движется? Движение относительно – вы покоитесь относительно электрона или относительно магнита? Он писал: «Мысль, что это две принципиально различные ситуации, была невыносима для меня. Я был убежден, что разница между ними не могла быть существенной, а возникала только из-за разницы в системе координат. В системе [движущегося] магнита не было никакого электрического поля. В системе эфира электрическое поле, конечно, присутствует. Таким образом, существование электрического поля было относительно, в зависимости от состояния движения используемой системы координат, и только электрические и магнитные поля вместе можно было бы отнести к разновидности объективной реальности, которая не зависит от состояния движения наблюдателя или системы координат. Это явление магнитоэлектрической индукции помогло мне сформулировать (специальный) принцип относительности»[23].