Почему Е=mc?? И почему это должно нас волновать - Джефф Форшоу

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 = mc² нам известно, что они взаимозаменяемы. С другой стороны, динамичная структура пространственно-временного 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.

Мы искренне надеемся, что написали книгу, которая поможет далеким от науки людям понять теории Эйнштейна. Она доступна для неспециалистов, поскольку на самом деле не настолько сложна. При наличии подходящей отправной точки путь к более глубокому пониманию устройства Вселенной можно преодолеть, совершая небольшие осторожные шаги. Наука по своей сути – скромное занятие, и эта скромность лежит в основе ее успеха. Теории Эйнштейна пользуются уважением, так как они правильны ровно настолько, насколько мы можем об этом судить, но все же это не Священное Писание. Откровенно говоря, они будут сохранять актуальность до тех пор, пока не появится нечто более совершенное. Великих представителей науки глубоко уважают не как пророков, а как кропотливых тружеников, которые вносят значимый вклад в наше понимание мироустройства. Безусловно, имена некоторых из них известны миллионам людей, но нет ни одного ученого, репутация которого могла бы защитить его теорию от жесткой критики эксперимента. Вселенная не считается с репутацией. Галилей, Ньютон, Фарадей, Максвелл, Эйнштейн, Дирак, Фейнман, Глэшоу, Салам, Вайнберг… Все они великие ученые, хотя первые четверо были правы только отчасти, а остальных эта же судьба вполне может ожидать в XXI столетии.

С учетом вышесказанного мы абсолютно уверены, что специальную и общую теории относительности Эйнштейна всегда будут помнить как два величайших достижения человеческого интеллекта, причем не в последнюю очередь потому, что эти теории демонстрируют силу воображения. На основании вдохновляющего сочетания чистой мысли и небольшого количества экспериментальных данных человек смог изменить представления об устройстве Вселенной. Физика Эйнштейна, которая доставляет огромное эстетическое и философское удовольствие и в то же время приносит огромную пользу, позволяет извлечь важный урок, истинную значимость которого редко ценят по достоинству. Наукой движет пытливый ум, наделенный даром мечтать, в сочетании с техническими возможностями и дисциплиной мышления. Если бы общество времен Эйнштейна пришло к выводу, что ему необходим новый источник энергии для удовлетворения нужд граждан, то невозможно даже представить, что некий просвещенный политик для решения этой проблемы направил бы общественные фонды на изучение природы пространства и времени. Но, как мы увидели, именно этот путь привел к открытию уравнения E = mc² и обеспечил возможность высвободить энергию атомного ядра. На основании простейших идей (что скорость пучка света – это одинаковая абсолютно для всех величина) был открыт настоящий клад. «На основании простейших идей…» Если бы нужно было написать эпитафию величайшим научным достижениям, она начиналась бы именно с этих слов. Пытливый ум получает удовольствие от наблюдения и анализа мельчайших, на первый взгляд незначительных деталей окружающего мира, что не раз приводило к самым удивительным открытиям. Чудеса окружают нас со всех сторон, и, если мы готовы их увидеть и осознать, перед нами откроются безграничные возможности. Пока во Вселенной есть люди, движимые естественным стремлением понять окружающий мир, Альберта Эйнштейна будут помнить, воспринимая его как источник вдохновения и пример для подражания.