Вечное Пламя

Глава 21

– Карла! Я уж думала, астрономы вас насовсем забрали!

Худоба Патриции вызывала тревогу, но сама девушка, по-видимому, была в хорошем настроении. Карла перебралась на другую сторону небольшой переговорной комнаты, поближе к ней. Из-за всех этих приготовлений к полету последний раз они разговаривали больше шести черед тому назад.

– Если бы все было так, как хотела Тамара, я бы прямо сейчас проходила очередной тренинг по технике безопасности, – сказала в ответ Карла. – Я в настоящем Моските проведу меньше времени, чем потратила внутри этого макета.

– Лучше так, чем оказаться неподготовленной, – заметила Патриция.

– Верно. – В привязанной к ракете модели корабля каждый член экипажа совершал ошибки, которые вполне могли оказаться фатальными в условиях реального полета. – Но такое я пропускать не собиралась, какова бы ни была причина. «Разжалованный фотон?» Ассунто согласился, что результаты наших экспериментов были вполне убедительны. Не могу поверить, что он ударил нас с тыла.

– Разве разжалование считается за удар? – задумалась Патриция. – По крайней мере, он не назвал свой доклад «Пора выбросить фотоны из головы».

– Ты чересчур снисходительна, – недовольно возразила Карла. – Испортишь себе карьеру.

– А вам не кажется, что прежде, чем думать о снисхождении, стоит его сначала выслушать?

Карла заметила Онесто и подняла руку в знак приветствия.

– Тоже пришел за расправой? – Как бы сильно Онесто ни был очарован грандиозной книгой физики, он далеко не всегда относился с энтузиазмом к перспективе запачкать руки настоящей работой ученого. Когда он составил ей компанию за расчетами степенных рядов в эксперименте с помутнением, закончилось все тем, что он принялся стонать и хвататься за голову.

– Долг обязывает, – заметил он. – Кто-то же должен задокументировать эту революцию.

– Вплоть до каждого ответного удара, даже самого незначительного? – сказала в ответ Карла.

Онесто был удивлен.

– То есть название доклада ты принимаешь на свой счет?

– А как иначе? Должна же я защищать свой единственный шанс на бессмертие.

– А разве не Патриция выдвинула гипотезу о существовании фотонов?

– Да, зато я выбрала имя.

К моменту появления Ассунто в зале было полно людей. Он поместил несколько экземпляров своей статьи в раздатчик у входа в зал. Карла была обижена тем, что Ассунто не показал ей статью раньше, дав ей тем самым возможность подготовить ответ. Времени на хоть сколько-нибудь серьезную кооперацию у нее не было с того самого момента, как она решила примкнуть к экипажу Москита, но при всем этом она – пока что – оставалась в пределах досягаемости.

Безо всяких церемоний Ассунто приступил к делу.

– Эксперименты с помутнением, проведенные Карлой и ее командой, убедительно доказали, что светороды твердого тела могут занимать лишь строго определенные энергетические уровни. Возможное объяснение этих уровней основано на представлении светорода не в виде частицы, занимающей определенное положение в каждый конкретный момент времени, а в виде стоячей волны, охватывающей всю ширину соответствующей энергетической ямы.

– С другой стороны, когда те же самые светороды покидают твердое тело и оказываются на свободе, их поведение в процессе рассеяния света указывает не только на то, что они действительно являются частицами, но и что рассеиваемый ими свет также состоит из частиц, примерно втрое превышающих светороды по своей массе.

– И все же свет, вне всякого сомнения, является волной. Джорджо и Нерео показали нам, как измерить его частоту, используя интерференционную картину, возникающую при прохождении света через несколько щелей. Хотя Карла и Патриция никогда не ставили своей целью опровержение этой идеи, они, тем не менее, просят нас согласиться с тем, что подобная волна всегда сопровождается надлежащей свитой частиц – которые не столько движутся вместе с волной под действием какой-либо поддающейся объяснению силы, сколько связаны с ней некой аксиомой – слишком сильной и туманной, чтобы уступить любым дальнейшим попыткам осмысления или научного изыскания.

Карла старалась сдерживать свой гнев; говоря по правде, это момент был самым слабым звеном их теории. Но сколько бы сарказма ни выливалось на эту странную гибридную онтологию, факт оставался фактом: дискретная природа света была настолько же очевидна, что и его волновые свойства.

– Как же нам поступить? – продолжал Ассунто. – Я предлагаю решение, основанное на успешном применении принципа Патриции. В соответствии с этим принципом уравнение, описывающее частицу, запертую в потенциальной яме, преобразуется в уравнение стоячей волны в той же самой яме. Такая волна может принимать лишь строго определенные формы, каждая из которых обладает характерным значением энергии.

– Но если наши представления о механике простой частицы требуют столь нового и радикального подхода, разве не следует нам проявить последовательность в его применении? Предположим, что мы можем идентифицировать другую систему, внешне подчиняющуюся тем же самым уравнениям, которые, как считалось ранее, адекватно описывают движение частицы в потенциальной яме. Разве не следует применить тот же самый подход и к ней?

Карла не представляла, какой пример он имел в виду, но по первому впечатлению идея звучала вполне здраво.

– Представим себе монохроматическую световую волну, движущуюся в конкретном направлении и обладающую определенной поляризацией. В реальном мире мы никогда не встречаемся с настолько простыми явлениями – однако настоящие волны, движение которых мы действительно наблюдаем в вакууме, всегда можно представить в виде суммы таких идеализированных волн.

– Поскольку такая волна обладает единственной частотой, всю информацию о ее изменении во времени мы можем почерпнуть из одного измерения величины, или амплитуды, светового поля в выбранной точке пространства. Данная амплитуда ведет себя довольно просто – она осциллирует с частотой, равной частоте всей волны.

– Вам это ничего не напоминает? Например… частицу, которая катается туда-сюда в своей потенциальной яме?

Ассунто сделал паузу, как бы ожидая возражений, но в зале по-прежнему царила тишина. Карла хотела опередить его – завершить аналогию, осознать ее последствия и найти какой-нибудь фатальный изъян, ускользнувший от его внимания – но ее охватил ступор, и возможность была упущена.

– Аналогию можно выразить точно, – заявил Ассунто. – Амплитуда нашей идеальной световой волны соответствует расстоянию между частицей и центром одномерной параболической потенциальной ямы с бесконечно высокими стенками. Энергию световой волны можно разделить на две части – первая аналогична потенциальной энергии частицы, связанной исключительно с ее положением внутри ямы, а вторая является аналогом кинетической, зависящей только от скорости ее движения.

– Карла со своей командой уже показала нам, что произойдет, если применить принцип Патриции к частице, запертой в потенциальной яме твердого тела. Наша система по сути даже проще, так как потенциальные ямы в твердых телах являются трехмерными и по форме отличаются от идеальных парабол. В более простом варианте те же самые расчеты дают бесконечную последовательность энергетических уровней, отделенных друг от друга одним и тем же интервалом.

– От чего зависит расстояние между соседними уровнями? В твердых телах оно определяется естественной частотой колебаний, совершаемых частицей в потенциальной яме – то есть в нашем случае зависит от частоты, с которой осциллирует амплитуда светового поля. Другими словами, энергия световой волны должна принадлежать некоторому дискретном множеству, а величина интервала между двумя соседними уровнями будет равна частоте света, умноженной на постоянную Патриции.

Карла в точности знала, к чему сейчас ведет Ассунто – и что именно означало уничижительное название его доклада.

– Однако этот интервал в точности совпадает с энергией, приписываемой каждому из фотонов, связанных с данной световой волной! – объявил он. Поэтому тот факт, что энергия волны может изменяться лишь дискретными шагами, больше не требует существования особых фиктивных частиц, которые повсюду следуют за волной, как зудни, увлекаемые дуновением ветра.

Ассунто изобразил у себя на груди два схематичных примера.

– Есть ли на этом рисунке частицы света? – задумчиво произнес он. – Нет, если под «частицей света» понимать нечто вроде крошечной песчинки. Количество фотонов, сопровождающих каждую световую волну, по сути представляет собой всего лишь обозначение ее энергетического уровня, который определяется числом шагов, отделяющих его от уровня с минимальной энергией. Это не количество каких-то предметов, которые можно было бы взять в руки.

– На самом нижнем уровне, с нулевым числом фотонов, энергия нулю не равна, – возразила Карла. – Это…

– Странно? – подсказал Ассунто. – Я согласен. Но то же самое верно и в отношении ваших светородов в твердых телах: они не могут неподвижно лежать на дне своих потенциальных ям.

– Да, но в этих ямах, по крайней мере, хоть что-то есть, – сказала в ответ Карла. – Вы утверждаете, что пустое пространство само по себе обладает энергией – и вклад в нее вносит каждая из возможных мод светового поля! – Каждая частота, каждое направление, каждая поляризация, которыми могла бы обладать произвольная световая волна, оставили бы в вакууме свой след – и наличия самих волн при этом не требовалось.

– Обнаружить можно лишь изменение энергии, – сказал Ассунто. – Ее фактическое значение – бессмысленная величина: если переопределить все энергетические уровни, добавив или отняв одно и то же значение, то наблюдаемые результаты от этого не изменятся. Поэтому меня совершенно не волнует, отличается ли от нуля теоретическое значение энергии в пустом пространстве… но если вы хотите вычесть эту величину из энергии всех наблюдаемых объектов, обнулив тем самым энергию вакуума, – пожалуйста, действуйте. Это ни на что не повлияет.

Карла замолчала. Этот вывод по-прежнему казался ей абсурдным, но возразить против него ей было нечего.

– Что же мы получаем в итоге? – продолжил Ассунто. – Мы начали со светового поля Ялды, которое обладает точным значением в каждой точке пространства и в каждый момент времени. Однако теперь, благодаря принципу Патриции, у нас есть теория, в которой подобный образ мышления более не применим. Подобно тому, как светород в твердом теле не имеет фиксированного положения и размазан по своей потенциальной яме, амплитуда световой волны также должна охватывать некоторый интервал. Этот вывод не обязательно противоречит известному нам поведению волн в традиционной оптике, так как разброс значений в световой волне достаточно высокой интенсивности может значительно уступать пиковой амплитуде света. Но мы не должны рассчитывать на применимость законов обычной оптики, как и предполагать, что неприменимость старых законов указывает на явление, аналогичное столкновению песчинок, когда отдельный светород «рассеивает фотон» – то есть когда количество фотонов для света с одной частотой и направлением уменьшается на единицу, а для света с другой частотой и направлением на ту же единицу увеличивается.

Ассунто раскинул руки, давая понять, что выступление подошло к концу. Новые подробности будут отражены в самой статье, но его презентация была окончена.

– Вопросы?

Большинство людей в зале выглядели так, будто все еще пытались с трудом переварить услышанное, однако Онесто ответил незамедлительно.

– А как же светороды? – спросил он у Ассунто.

– А что с ними не так?

– Можно ли описать их в рамках той же самой концепции? Если фотоны в действительности являются всего лишь ступеньками в энергетической лестнице световой волны, нельзя ли аналогичным образом интерпретировать и светороды?

– Когда светородная волны в твердом теле переходит в состояние с более высокой энергией, это не приводит к появлению нового светорода, – сказал Ассунто. – Это просто означает, что соответствующий светород приобрел дополнительную энергию.

– Это я понимаю, – сказал в ответ Онесто. – Но я не имею в виду энергетические уровни твердого тела. Вы рассмотрели световую волну в вакууме и показали, что энергетические уровни каждой моды соответствуют тем величинам, которые Карла и Патриция назвали бы количеством фотонов, содержащихся в световой волне. Так почему же вы не можете поступить подобным образом со светородной волной в вакууме и найти для каждой из ее мод энергетические уровни, соответствующие количеству светородов?

– Потому что это совершенно разные волны! – воскликнул Ассунто. – Световая волна мало чем отличается от колебаний струны: чем выше ее максимумы, тем большей энергией она обладает. Учитывая это соотношение между энергией и размером волны, мы можем с успехом воспользоваться принципом Патриции, в соответствии с которым энергия должна принимать дискретные значения.

– Но ведь мы уже применили принцип Патриции к энергии одной частицы именно для того, чтобы получить светородные волны. Энергия светородной волны ни имеет никакого отношения к ее размеру; общий размер волны не играет никакой роли, важна лишь ее форма и частота. Как бы вы снова применили принцип Патриции к такой волне? Это дало бы абсурдные результаты.

– Ясно. – Онесто явно не был удовлетворен таким ответом, но пока что его личному восприятию природной симметрии придется уступить этим досадным формальностям.

Патриция повернулась к Карле.

– Вы должны быть довольны! Ассунто не пытался оспорить наши результаты; он просто нашел более удачную интерпретацию фотона.

– Теория интересная, – неохотно согласилась Карла. По правде говоря, ей по-прежнему казалось, что Ассунто посягнул на ее территорию – проник в ее комнату и поменял местами опорные веревки; и не важно, привел ли он их в более аккуратный вид или нет. – Нам следовало бы и самим обратить внимание на эту закономерность, – добавила она. Формула, выражающая энергию световой волны, – это элементарная оптика, известная уже несколько поколений. Если бы идея энергетических уровней не пришла к ним с Патрицией в их голодном полузабытье, они вполне могли бы заметить эту аналогию и исследовать ее задолго до того, как Ассунто обратил на их результаты хоть какое-то внимание.

– И что теперь? – горячо поинтересовалась Патриция. – Возможно, мы могли бы вместе написать новую статью, заново проанализировав эксперимент с рассеянием с точки зрения идей Ассунто?

– Может быть, после того, как я вернусь, – ответила Карла.

– Ой, ну конечно. – От возбуждения Патриция совсем забыла про Москит. – Через шесть дней вы будете –

– Лететь в пустоте, – сказала Карла. Она смотрела, как остальные физики покидают зал, почтительно собирая экземпляры статьи Ассунто. – Так что потом я расскажу тебе, действительно ли пустое пространство заполнено таинственной и неискоренимой энергией.