Восхождение человечества

Как раз в это время были обнаружены странности с поведением света. В 1881 году Альберт Майкельсон в ходе экспериментов, которые ученый провел с применением изобретенного им прибора и повторил через шесть лет совместно с Эдвардом Морли, установил, что скорость света всегда остается постоянной и не зависит ни от скорости источника света, ни от скорости наблюдателя. Открытие американских физиков противоречило законам Ньютона, что взволновало мировое научное сообщество и породило множество вопросов.

Вряд ли молодой Эйнштейн был в курсе этих споров. Он не входил в число наиболее прилежных студентов университета.

Однако к моменту переезда в Швейцарию он уже задавался вопросами, как выглядел бы наш мир с точки зрения путешественника, движущегося вместе со световым лучом.

Поиск ответа на вопрос, что такое свет, был достаточно трудным, потому что путь к истине полон парадоксов. И все же, как в любой творческой деятельности, самое важное здесь — правильно сформулировать вопрос. Гениальность таких людей, как Ньютон и Эйнштейн, заключается в том, что они умеют ставить прозрачные, почти детские вопросы, ответы на которые имеют фундаментальное значение.

Поэт Уильям Купер за это качество называл Ньютона «мудрецом, похожим на дитя», и такое описание вполне применимо и к Эйнштейну, чьего лица, казалось, никогда не покидало удивленное выражение. О чем бы ни писал гениальный ученый — о попытке догнать световой луч или о падении сквозь пространство, — его тексты всегда были полны простых, красивых и наглядных аналогий. Я приведу один подобный фрагмент его работы, в которой он описывает принцип относительности. Эйнштейн делает это на примере того, как он, работая клерком, каждый день ездил на трамвае на службу. Исходный пункт — дом со старинными часами, конечный — Швейцарское патентное бюро.

Отправной точкой рассуждений становится почти детский вопрос: «Как бы выглядел окружающий мир, если бы я путешествовал на световом луче?» Если трамвай будет удаляться от часов со скоростью света, то, с точки зрения пассажира, эти часы остановятся.

Позвольте мне разъяснить, почему так происходит. Предположим, что часы расположены у меня за спиной. Они показывают полдень. Это момент отправления. Но допустим, что я удаляюсь от них на световом луче на 300 000 километров. Такое расстояние я преодолею за одну секунду. Но часы будут по-прежнему показывать полдень, потому что отраженному от них свету требуется та же секунда, чтобы добраться до меня. Таким образом, до тех пор, пока я путешествую на трамвае со скоростью света, я буду наблюдать, как часы на башне будут показывать одно и то же время.

Это удивительный парадокс! Я не стану вдаваться в его последствия и проблемы, которыми был озабочен Эйнштейн. Только констатирую факт, что если я путешествую на луче света, то окружающее время для меня останавливается. Это означает, что, достигнув скорости света, я останусь один в своем собственном пространстве и времени, которое все более и более будет расходиться со временем остального мира.

Подобные парадоксы помогают понять две вещи. Первая очевидна: универсального времени не существует. Вторая сложнее: путешественник и домосед воспринимают один и тот же опыт по-разному, как и каждый из нас. Например, если я еду на трамвае, то законы, связывающие скорость, время и расстояние, для меня точно такие же, как и для человека, стоящего на тротуаре под часами. Однако фактические значения, которые получим я и стоящий на мостовой человек, не совпадут.

В этом — суть принципа относительности. Однако встает очевидный вопрос: «Что объединяет разные точки зрения?» Прежде всего — свет, который является носителем информации, связывающей нас. Именно поэтому с 1881 года физиков озадачивает факт: когда мы обмениваемся сигналами, информация между нами всегда движется с одной и той же скоростью. Иначе говоря, скорость света — постоянная величина. При этом время, пространство и масса — характеристики, индивидуальные для каждого наблюдателя, но на всех нас действуют одинаковые законы, потому что и трамвай, и человека, стоящего на тротуаре, связывает скорость света, которая при любых условиях остается неизменной.

Свет и другие излучения являются сигналами, которые распространяются по Вселенной, словно рябь по воде, и не существует способа заставить их двигаться быстрее, чем они это делают. Свет, радиоволны или рентгеновское излучение передают новости и сообщения, формируя базовую сеть информации, которая связывает воедино материальную Вселенную. Даже если сообщение, которое необходимо послать из одной точки в другую, представляет собой сигнал точного времени, все равно мы не сможем получить его быстрее, чем его доставит свет или радиоволна. Для Вселенной не существует универсального времени, не существует сигнала от Гринвичской обсерватории, по которому мы могли бы настроить наши часы, не учитывая скорость света.

Тут необходимы пояснения. Человек, включающий фонарик, видит движение луча света или пули иначе, чем случайный прохожий. Последнему траектория света покажется длиннее, а поскольку скорость света для них одна и та же, то время, прошедшее между двумя событиями — включением фонарика и появлением светового пятна на противоположной стене, — будет для разных наблюдателей разным.

Неужели это реально? Да. Мы уже достаточно знаем о космических и атомных процессах, чтобы убедиться: при высоких скоростях все так и есть. Если бы я передвигался со скоростью, равной половине скорости света, то потраченные мной три с небольшим минуты с точки зрения пешехода на тротуаре длились бы на полминуты дольше.

Теперь разгоним трамвай до скорости света и посмотрим, как будет выглядеть пространство во время этого путешествия. Согласно теории относительности, предметы вокруг меня деформируются. Возникнут также цветовые искажения, но вызванные уже другими причинами. Шпили и островерхие крыши зданий будут словно кланяться путешественнику, остальные дома как будто поспешат столпиться вокруг него. Я двигаюсь по горизонтальной оси, поэтому горизонтальные расстояния покажутся мне короче, но высота объектов останется прежней. Формы автомобилей и силуэты людей сузятся. Все описанное верно и для того, на кого я смотрю, и, наоборот, для тех, кто смотрит на меня. Этот кэрролловский зазеркальный мир относительности симметричен, и мой трамвай для наблюдателя тоже как будто сплющится по длине.

Очевидно, что картина мира Эйнштейна отличается от модели Ньютона. Для последнего время и пространство были абсолютами, в рамках которых материальные события развивались единообразно. Подобный взгляд — это взгляд всевидящего ока, созерцающего картину, единую для всех. Эйнштейн смотрел на мир взглядом человека, при котором то, что вижу я, и то, что видите вы, зависит от каждого из нас, от нашего положения и скорости. И эту относительность нельзя устранить. Мы не можем знать, каков мир сам по себе, мы можем только сопоставлять свои наблюдения, общаясь между собой.

Я в своем трамвае и вы в кресле с книгой можем передать друг другу только наши личные впечатления. К тому же сообщения не передаются мгновенно, неизбежное запаздывание сигнала всегда связано с конечной скоростью распространения света.

В реальности трамвай не движется со скоростью света. Эйнштейн ездил на нем до Швейцарского патентного бюро. По вечерам ученый частенько заходил в кафе «Больверк». Работа с патентами была не слишком обременительной. Честно говоря, большинство заявок (например, предложение по усовершенствованию старого ружья или некоего устройства для управления переменным током) выглядели довольно глупо. На подобных бланках Эйнштейн частенько писал: «Ошибочно, неточно, не ясно».

По вечерам за столиком кафе «Больверк» он встречался со своими коллегами — и тут начиналась настоящая жизнь, потому что они говорили о физике. Эйнштейн, как правило, молчал. Он курил сигары, пил кофе и очень много думал. В его голове роились вопросы, так далекие от обычных физических проблем. Как происходит обмен информацией между людьми? Что это за процесс? Какие сигналы мы посылаем друг другу? Как мы расшифровываем эти послания?