Вероятностный мир

Глава вторая.Еще два старта.

Слово «квант» родилось на свет вместе с XX веком: оно впервые раздалось в тишине научного заседания 14 декабря 1900 года. Это было традиционное заседание Немецкого физического общества в Берлине. Новое слово произнес университетский профессор Макс Планк.

Похоже, он ни в малейшей степени не сознавал, что открывает в естествознании новую эру. Родившийся в 1858 году, Планк принадлежал в свой звездный час, как н Дж. Дж. Томсон, к поколению сорокалетних. И так же, как Томсон, он тогда почувствовал, что научное открытие — бремя. И тем тяжелее это бремя, чем ощутимей в открытии принципиальная новизна. Вспомним: тремя годами раньше — в апреле 1897 года — Дж. Дж. не с ликованием, а «с большой неохотой» докладывал лондонским физикам о несомненной реальности электрона, а теперь — в декабре 1900 года — Планк докладывал берлинским физикам о вынужденном введении понятия «квант» с таким чувством, словно он совершает «акт безнадежного отчаяния».

Его тогдашнее самоощущение тем понятней, что был он образцово добропорядочным и тихо обстоятельным исследователем. Всем своим складом он противостоял расхожей романтической иллюзии, будто на вековечные ценности науки способны посягать только натуры бунтарские.

«Акт отчаяния» — в его сдержанных устах это не было театральной фразой. И не была проявлением безрассудства возникшая у него идея. Он говорил о ней скромнее скромного: «математический прием». Сохрани-· лось интереснейшее признание Планка в письме к искусному экспериментатору Роберту Вуду:

А дело заключалось в том, что на протяжении шести лет он искал единую формулу для распределения энергии в спектре электромагнитного излучения нагретого тела (в идеальном варианте). То, что было найдено до него, отражало раздельными формулами крайние случаи испускания длинных и коротких волн. А общее решение проблемы никому не давалось в руки. И ему не давалось, пока… Пока он не увидел, что успех достигается, если предположить… Если предположить кое–что очень странное: свет испускается и поглощается чередою отдельных порций!

Это и явилось его идеей. Для этих–то порций излучения и нашлось слово «квант» (от латинского «квантум» — «сколько»).

Впрочем, дело было, конечно, несравненно сложней. И драматичней. Явившуюся ему идею Планк вовсе не сразу осмыслил сполна. Она, эта идея, уже служила его теоретическому построению, а он не давал ей воли. Это походило вот на что: представьте, уже сделано верное изображение действительности, но оно ведет на пленке скрытую жизнь, пока не пущен в ход проявитель. Два десятилетия спустя сам Планк в Нобелевской лекции сказал, что «первый шаг», истинно вводивший в картину природы «кванты энергии», сделал не он, а другой исследователь. Справедливости ради, надо, однако, заметить, что тот отважный исследователь, делая свой решительный шаг, честь первенства все–таки отдал Планку: он написал, что «Планк ввел в физику новый гипотетический элемент — гипотезу световых квантов».

Так или иначе, а нам сейчас нужно только в простых словах выразить суть происшедшего в физике события.

…Поле и вещество постоянно взаимодействуют. И, стало быть, обмениваются энергией. Без такого обмена нет взаимодействий. И всегда представлялось, что в этом процессе есть черта непрерывности. В каком смысле? В самом удобопонятном.

Излучая свет, тело отдает окружающему полю какую–то часть своей энергии. Но можeт отдать и чуть больше и чуть меньше. И чуть–чуть больше или меньше. И чуть–чуть–чуть больше или меньше. В общем, это «чуть» может быть сколь угодно малым. А поглощая свет, тело может принять от поля тоже любые дозы энергии. Так, от непрерывной нити можно отрезать кусок, какой нам заблагорассудится. Так, из стакана можно глотнуть столько воды, сколько сумеется. Короче: истинно–непрерывное — сплошное — делится как угодно. И такой непрерывной физической сущностью — как угодно делимой — всегда представлялась энергия. И непрерывными — дробимыми на сколь угодно малые шажки — всегда представлялись физические процессы.

Это аксиоматическое, казалось бы, не нуждавшееся в доказательствах и никем никогда не доказанное, естественное убеждение приобрело силу натурфилософского принципа: «Природа не делает скачков» («натура нон фацит сальтус»).

А Планку пришлось допустить классически недопустимое: энергия излучается и поглощается только целыми квантами! Не может быть испущен квант света и еще чуть–чуть: либо один квант, либо два, три, сто, миллион, но не миллион с осьмушкой или с четвертью. Нет осьмушек, нет долей кванта. Непрерывность исчезала из картины обмена энергией между полем и веществом.

Это пришлось допустить ради вывода правильной формулы. Правильность санкционировал эксперимент. Много лет спустя, говоря о своем историческом сообщении 14 декабря 1900 года, Макс Планк со спокойным удовлетворением вспоминал:

Можно ли представить лучший повод для торжества теоретика!

Но для классика Планка это заслуженное торжество было втайне отравлено антиклассичностью его хорошо работавшей идеи. Ему вовсе не хотелось посягать на принцип непрерывности в картине физических событий…

С молодости Планк был верен этому принципу: двумя десятилетиями раньше — в 1879 году — на страницах своей докторской диссертации он уверял, что атомистические взгляды на строение материи приводят к противоречиям. Он полагал, что дробимость вещества не может иметь предела. А теперь принужден был сам допустить, что даже у дробимости энергии есть границы!

Получалось, что кванты — безусловно неделимые сгусточки излучения. Наименьшие из возможных сгусточки света. Настоящие — в первоначальном смысле этого слова — «атомы» электромагнитного поля. И нельзя было сказать себе в оправдание или в утешение: «как бы атомы». Нет, хотя никто еще в 1900 году ничего не знал об устройстве атомов вещества, все же ясно было, что как–то они устроены и, стало быть, делимы. А кванты открылись теоретическому прозрению как нечто, заведомо не поддающееся дальнейшему измельчению. Иначе незачем было бы вводить их в теорию.

У Планка был один выход: отрицать физичность собственной идеи, а признавать лишь ее подсобную — математическую — ценность. Иными словами, введя кванты по необходимости в формулу, в картину природы их не вводить! «Рабочая гипотеза» — не больше. «Строительные леса» — вот и все. Так он и поступил.

(Тут для развлечения можно вообразить, как бенедиктинский монах Бертольд Шварц, изобретя порох и уже устроив громкий взрыв, сказал бы окружающим: «Нет–нет, я пошутил!..»)

Даже через десять лет после своего великого «акта отчаяния» уже стареющий Макс Планк призывал молодого Иоффе очень осторожно обращаться с идеей квантов: «не идти дальше, чем это крайне необходимо» и «не посягать на самый свет». Последнее означало: не думать, будто свет действительно представляет собою поток квантов.

Эта позиция Планка оставалась неизменной до конца его дней, а он умер уже после второй мировой войны почти девяностолетним стариком, зная, как физическая реальность квантов излучения была чудовищно продемонстрирована потрясенному человечеству атомными взрывами над Хиросимой и Нагасаки. Через полтора десятилетия после его смерти Нильс Бор, накануне собственной кончины, говорил историкам в своем заключительном интервью:

Почувствовав, что это утверждение звучит, пожалуй, слишком сильно, Бор добавил, что Планк все же испытывал удовлетворение от своего открытия. А как же тогда «попытки устранить»? «Все шло к этому…» — смягчил свое осуждение Бор.

…К счастью для познания природы, жизнь замечательных идей не подвластна воле или безволию их провозвестников. Планк в 10–х годах оттого и предостерегал молодого Иоффе от покушения на природу света, что несколькими годами раньше такое покушение уже предпринял другой молодой исследователь. И притом с несомненным успехом.

То был Эйнштейн. Его–то «первый шаг» и вспомнил Планк в Нобелевской лекции.

Двадцатишестилетнему эксперту 3–го класса из швейцарского бюро патентов почему–то крайне необходимо было то, чего чурался Планк: «идти дальше». В одном и том же 17–м томе немецких «Анналов физики» он опубликовал на протяжении 1905 года три работы, навсегда вошедшие в историю естествознания. Одна открывала путь к окончательному доказательству атомистической структуры вещества. Другая содержала последовательно осмысленные основы теории относительности. Третья вводила в физику квантовую теорию света.

Эйнштейн осмелился провозгласить физическую реальность квантов. Он заговорил о них как о частицах излучения. Буквально: как о тельцах, «локализованных в пространстве»! Если раскрыть это определение, то получится вот что: в своем движении сквозь пространство кванты все время занимают каким–то образом ограниченное место (или «локус» по–латыни). В этом выразилась вся рискованность мысли Эйнштейна.

Превращение, ставшее уделом идеи квантов, выглядит так…

В 1900 году Планк оповестил коллег: отныне излучающие тела отпускают свет теоретикам определенными порциями!

Только теоретикам, потому что на самом деле квантов нет, ими нельзя обладать: отмеренные в момент испускания неизвестным природным механизмом эти порции тотчас сливаются в непрерывный световой поток. Квант — не более чем капля, падающая в океан: там она немедленно теряет свою отдельность, свою локализованность, свою капельность.

В 1905 году Эйнштейн уведомил коллег об иной возможности: испущенные кванты — это корпускулы, сохраняющие в пространстве свою целостность!

Свет отпускается порциями не на мгновение и не только теоретикам: он действительно существует в виде потока квантов. Свидетельством тому законы фотоэлектрического эффекта — возбуждения светом электрического тока, когда световые лучи падают на металл.

Опытные законы этого явления необъяснимы, если свет вымывает из металла блуждающие там электроны, наподобие того, как морские волны постепенно размывают берега. Но эти законы становятся легко выводимыми, если верна другая картина: свет не вымывает, а выбивает электроны. Он обрушивается на вещество, как ливень. Удачливые капли–кванты сталкиваются с попавшимися на их пути электронами и отдают им свой энергетический запас. Энергии квантов и вероятностей столкновений хватает как раз на то, чтобы возникало наблюдаемое истечение электронов — фототок.

Планковские порции излучения, став эйнштейновскими световыми частицами, обнаружили черты крупиц вещества!

Нет, Эйнштейн не сказал в резерфордовском духе, будто теперь он знает, «как выглядит квант». Он не искал для этого предметных сравнений: дробинка… стрела… волновой гребешок. Ему не представилось ничего такого — модельно–механического. Ему довольно было умозаключения: в квантах классического электромагнитного поля явственны свойства обыкновенных частиц.

Как просто и как непонятно! Эйнштейн задал непосильную работу нашему воображению. И непостижимо, как его собственное воображение смирилось с тем, что тут открылось…

….Вот что произошло в физике микромира еще прежде, чем появилась загадка устойчивости планетарного атома: на протяжении пяти лет — в два приема — стартовала теория квантов, чтобы со своей стороны стать, по выражению Макса Планка, источником непреходящего мучительного беспокойства для ученых.

Однако почему же мучительного?

Но сначала — для ясности ответа — кое–что о другом…

Пережил ли и Эйнштейн в час своей решимости хоть малейший приступ отчаяния или ему в отличие от Планка это чувство осталось незнакомым?

Впечатление такое, что за скучным конторским столом в бюро патентов и на приветливых улицах швейцарской столицы он одиноко наслаждался своими теоретическими видениями. И нимало не огорчался из–за их явной несовместимости со здравым физическим смыслом. Чудится: его вела победительная моцартовская беззаботность, когда на протяжении одного года он предлагал дисциплинированно мыслящему читателю «Анналов физики» удивительные плоды своих размышлений. Совсем по Пушкину — как в минуту встречи Моцарта с Сальери:

Кажется даже, что его нежданные и сверхсерьезные шутки никак нельзя было назвать плодами долгих размышлений. Точнее, чем к кому бы то ни было в физике нашего века, подходили к нему слова, сказанные некогда о Леонардо: «Силы в нем было много, и сочеталась она с легкостью». Если в том году— 1905–м — исполнилось ему всего двадцать шесть, то откуда же было взяться сроку на томительно долгое выращивание плодов? Решали не затраченные часы и дни, а мощь и свобода мысли. Пожалуй, свобода поражает еще больше, чем мощь, и легкость — еще больше, чем сила.

Нежданными «шутками» для физического здравомыслия звучали многие утверждения теории относительности.

И ряду из них предстояло сыграть крайне важную роль в нашей хорошей истории.

…Масса всегда почиталась неизменным достоянием всякого тела, пока оно сохраняет свою цельность. А теперь вдруг обнаружилось, что масса относительна: в покое — одна, в движении — другая. Ее величина возрастет с увеличением скорости тела.

Отчего же никто в течение веков не замечал ничего подобного?

Ответ в математическом законе этого возрастания массы: оно ничтожно, пока скорость движения мала по сравнению со скоростью света, и потому совершенно неощутимо в нашем мире медленных и тяжелых вещей. В земном обиходе представляется колоссальной даже скорость звука — 340 метров в секунду. Но эта скорость почти в миллион раз меньше световой: свет пролетает в секунду 300 000 километров. И по закону, установленному Эйнштейном, современный сверхзвуковой самолет тяжелеет в полете примерно на одну триллионную долю своего первоначального веса в покое — на аэродроме. Одна триллионная (10^–12) — если масса самолета, допустим, 10 тонн, то это — одна стотысячная грамма. Как ощутить и замерить такую малость? Естественно, что в прежние века, когда земные экипажи двигались совсем уж неторопливо, никакие наблюдения не могли подсказать исследователям мысль о возможной зависимости массы от скорости.

Что же подсказало ее Эйнштейну? Разумеется, тоже не прямые наблюдения. К ней привела неумолимая логика. А она опиралась на открывшиеся ему неклассические черты в устройстве времени и пространства. Ну а эти черты открылись не без участия тонкого и очень точного эксперимента.

В 1881 году — мальчику Эйнштейну из южнонемецкого города Ульма было тогда около двух лет — чикагский физик Альберт Майкельсон провел нашумевшие оптические измерения. Определялась скорость распространения света от земного источника в двух противоположных направлениях: в сторону движения самой Земли и в обратную сторону. Земля летит по своей орбите со скоростью 30 километров в секунду. Ожидалось, что в первом случае скорость света относительно Земли уменьшится на эту величину (300 000 — 30), а во втором — увеличится (300 000 + 30). Результаты обоих измерений совпали! Не имело значения, догонял ли источник испущенный им свет или удалялся от него. (Оговоримся, что на самом–то деле во втором измерении Майкельсона источник как бы оставался на месте: измерялась скорость светового луча в направлении, перпендикулярном полету Земли, и потому быстрота этого полета на световую скорость вообще влиять не могла. Ясно, что сути опыта это не меняло.) В общем, получалось, что от движения источника скорость света не зависит!

Это вопиюще противоречило классической механике.

Но легче было усомниться в добропорядочности опыта, чем во всесилии формул. Измерения повторялись со всевозрастающей точностью. Но успокоения не приносили. Напротив, все яснее делалось, что Майкельсон был прав. Двадцать с лишним лет, пока рос и без особого блеска двигался по дороге жизни мальчик из Ульма, умнейшие теоретики выдвигали сложные гипотезы, дабы выручить механику Ньютона из беды. Они не решались сделать только самого простого и самого трудного: признать, что эта механика, великая и совершенная, дошла до границ своей применимости. Очевидно, обнаружилась область движений, попросту ей не подвластная. И надо строить новую механику — такую, что ньютоновская окажется в ней только частью правды природы.

Эту новую механику предложила теория относительности.

Молва тотчас приписала ей ужасающую замудренность — недоступность трезвому разумению. Без стеснения ее называли абракадаброй. В просторечии — бессмыслицей.

Даже через тридцать лет Эйнштейн, уже стареющий, и жаловался, и предостерегал:

А еще позднее, когда ему было шестьдесят восемь, он в своей «Автобиографии» сказал по поводу одной идеи, что у него нет в ее защиту никаких аргументов, кроме «веры в простоту и понятность природы». Всю жизнь он оставался верен себе. То, что третировалось как абракадабра, — детище его ранней молодости — тоже родилось из этой философической веры в гармоническую простоту истинной картины мира. Она, эта вера, отвращала юношу Эйнштейна от хитроумных оправданий классической теории, когда та не умела справиться с трудностями физики. Искусственными допущениями можно было на время выпутаться из любых противоречий. «Но какое отношение имеет к этому природа?» — задавался он молчаливым вопросом.

Это не выдуманный здесь для удобства рассказа риторический вопрос. Почти дословно так сформулировал его сам Эйнштейн, объясняя читателям «Таймс» побудительные мотивы своих исканий.

Юношей он тоже пытался конструировать классические оправдания и для результатов Майкельсона, и для гипотезы Планка. Как это происходило, он в «Автобиографии» не рассказал, но замечательно, что и он вкусил от соблазнов, которые сам же внутренне осуждал. И вот оказывается: его победительная легкость 1905 года имела свою драматическую предысторию. Вполне обыкновенную, если только позволительно называть обыкновенными «страдания мыслей, лежащих на сердце», как выразился однажды Нильс Бор. Были месяцы, когда он, двадцатиоднолетний, размышляя на классический лад о непонятном постоянстве скорости света и о планковских квантах, тоже пережил смятение:

И наконец, в его признаниях точно повторились слова Планка — даже дважды:

А все–таки… а все–таки его отчаяние было иного свойства, чем у Планка. Тот совершенно не был готов к расставанию с классическим идеалом описания природы, а он, Эйнштейн, был готов к этому совершенно. Пытаясь «докопаться до истинных законов» старыми путями, он, оказывается, уже втайне искал новый общий принцип механики. И что всего неожиданней — искал его уже долго: «Такой принцип я получил после десяти лет размышлений…»

После десяти? Но если в двадцать шесть он его нашел, то, стало быть, начал искать в шестнадцать? Да, именно так. Вопреки поверхностному впечатлению, оказывается, было откуда взяться сроку на долгую работу мысли. В этом–то настойчивом поиске нового общего принципа его вела подспудная вера в простоту и понятность природы.

Да, радостно наслаждаться своими теоретическими видениями за столом патентного бюро и на улицах Берна он стал не раньше, чем почуял твердую почву под ногами, — не раньше, чем искомый принцип ему открылся. И был он, этот принцип, действительно просто формулируем. Довольно четырех слов, чтобы высказать его без комментариев: время и пространство относительны.

Но без комментариев эти четыре слова не только просты, но и пусты.

Классический идеал описания природы покоился на убеждении, что время абсолютно и абсолютно пространство.

Это означало: во Вселенной висят видимые всеми Часы, идущие в едином ритме для всех наблюдателей. Для всех время одно!

То же с пространством: во Вселенной есть единый для всех масштабов расстояний — всегда и всюду равно обязательный эталон длины.

Такая неизменяемость — ни–от–чего–независимость! — хода часов, измеряющих время, и длины линеек, измеряющих пространство, представлялась бесспорной и даже необсуждаемой. Неискушенному сознанию и сегодня кажется, а разве может быть иначе?

…Уже многократно рассказана–перерассказана фантастическая притча об «Эйнштейновых близнецах»: один из них улетает с околосветовою скоростью в космический рейс и, пропутешествовав два года, возвращается домой, а на пороге его встречает брат–двойняшка, постаревший на двадцать лет. И оба не удивляются происшедшему, потому что еще при расставании заранее знали, что ход времени на ракете замедлится в десять раз из–за ее громадной скорости по отношению к Земле. А если бы ракете была задана скорость, еще более близкая к световой, близнец–космонавт путешествовал бы по своим часам еще более короткий срок, скажем, год или месяц. Между тем его оставшийся на Земле брат прожил бы за это малое время все те же двадцать земных лет.

Эта возможная в будущем история фантастична лишь потому, что человечество покуда не может запускать ракеты с околосветовыми скоростями. В остальном все вполне реалистично. И правдива даже та подробность, что оба близнеца — по–прежнему молодой и так наглядно постаревший — встретятся без удивления.

Люди будущего, они с пеленок усвоят относительность времени и пространства, как мы и наши деды–прадеды с пеленок усваивали абсолютность того и другого. Задумаемся: эта примелькавшаяся притча с близнецами до сих пор всюду именуется «парадоксом часов», а парадокс— это нечто несообразное с общепринятым пониманием вещей. Называя научную правду парадоксальной, мы нечаянно признаемся, что еще не можем сладить с ее новизной.

Эту необоримую новизну теория относительности сохраняет по сей день. Сохраняет, хотя давно уже нет на свете «мальчика из Ульма», а найденные им законы природы давно уже служат — и верно служат! — повседневной практике конструирования ускорителей, атомных реакторов и многого другого… О какой же сохраняющейся новизне может идти речь? Вернее было бы говорить о трудно искоренимой «старизне» нашей психологии. Ей принадлежат все наши веры и предубеждения. Среди них: бесконтрольное ощущение универсальности — всепригодности — наших земных секунд и метров. А все оттого, что каждодневный опыт жизни надежно ручается за эту всепригодность.

Эйнштейн недаром написал:

Попросив прощения у Ньютона, Эйнштейн как бы попросил прощения и у всех землян вообще: все мы в своем непосредственном опыте насквозь пронизаны наследственным ньютонианством — мускульной философией наших движений и зримой механикой окружающих нас вещей.

Такого рода прощения должны были бы попросить у современников и все вершители квантовой революции: она еще дальше увела нас от нас самих — еще глубже окунула наше сознание в сферу природных взаимосвязей, неощутимых в земной повседневности.

А откуда вывел Эйнштейн относительность времени и пространства? Он доверился природе.

Она продемонстрировала: скорость света остается одной и той же, догоняет ли источник свет или уносится в противоположную сторону. Короче: от движения «тела отсчета» скорость света не зависит. Юноша из Ульма признал постоянство этой скорости мировым законом.

Он поступил покоряюще просто: неоспоримый факт, противоречивший, однако, механике Галилея — Ньютона, он сделал исходным пунктом новой механики. И тотчас отпала нужда в оправдании странного факта: он автоматически включался в описание движения материальных тел как постулат. Правда, один историк уверяет, что Эйнштейн тогда еще не знал результатов Майкельсона. Возможно. Но так или иначе, а в постоянстве скорости света он не сомневался. Это главное.

От экспериментальных данных он сделал шаг в абстракцию. Коротенький шаг, уводивший, однако, так далеко, что безупречную дорогу в эту физическую даль не сумели проложить ни Антон Лоренц, ни Анри Пуанкаре, расчистившие путь теории относительности, но ее не создавшие.

Никакое движение нельзя описать без выбора «тела отсчета» времен и расстояний. В измерениях чикагского экспериментатора «телом отсчета» дважды был источник света: сначала, когда он вместе с Землей прямолинейно и равномерно двигался вслед за световым лучом, потом — когда он точно так же двигался в другую сторону. Хотя источник был один, получалось, что «тел отсчета» для измерения скорости света было как бы два: Земля, несущая источник, выступила «единой в двух лицах». Да ведь Майкельсон и впрямь провел в одном опыте два опыта, а в принципе он мог провести оба измерения раздельно. Тогда уж без обсуждения было бы ясно, что узнал он скорость света относительно двух «тел отсчета», двигавшихся в свой черед относительно друг друга прямолинейно и равномерно — по инерции. А свет этого точно и не заметил. Нет, действительно не заметил! Его заколдованная скорость оказалась одной и той же.

Можно возразить: Земля летит вовсе не по инерции, а под действием силы солнечного притяжения, и путь ее вовсе не прям, а криволинеен — она описывает эллипс. Это верно. Но радиус ее орбиты так огромен (150 000 000 километров) и период одного оборота так долог (целый год), что за кратенькое время эксперимента позволительно без греха почитать движение Земли прямолинейным и равномерным.

«Тел отсчета», или «систем координат», — превеликое множество: описывать движение можно относительно чего угодно. Однако физики давно уже выделили в особый класс «тела отсчета», движущиеся по инерции. Их так и называют — инерциальные, или Галилеевы системы координат. Есть у них одна привлекательнейшая черта — кроме всего прочего, психологически приятная…

Легко вообразить: физик–наблюдатель сидит на таком «теле отсчета», оснащенный линейками и часами, наблюдает и описывает механические события в мире. А сам при этом не испытывает никакого действия внешних сил и со своей стороны никак не воздействует на окружающее, иначе он тотчас перестал бы двигаться только по инерции. Другими словами, его присутствие в мире никак не отражается ни на происходящих событиях, ни на их описании. И если вообразить другого наблюдателя на другом инерциальном «теле отсчета», о нем можно сказать в точности то же самое. И о третьем, четвертом, любом — то же самое. У всех описания происходящего будут равного достоинства — все они установят в природе одни и те же закономерности, выраженные в одинаковых формулах. Иными словами, все инерциальные системы координат равноправны.

Классики делали из этого равноправия единственное исключение: они полагали, что есть одно «тело отсчета», пребывающее в абсолютном покое. У теологов было для него слово Бог (с большой буквы). Художникам рисовался главный наблюдатель на заоблачном троне. Физики предпочитали говорить об абсолютном пространстве или о мировом эфире.

Да, кстати, опыт Майкельсона и был задуман для ответа на вопрос: дует ли навстречу Земле «эфирный ветер», когда она летит сквозь неподвижный эфир? Так бегун на закрытом стадионе сам создает себе встречный ветер, хотя воздух недвижим. Свет представлялся колебаниями эфира, и «эфирный ветер», дующий навстречу летящему источнику излучения, должен был бы тормозить световой луч. Обнаруженное постоянство скорости света стало приговором и моделям неподвижного эфира, и взгляду на свет как на «эфирное создание».

Но сторонники научных мифов религиозно неуступчивы. Даже через два десятилетия после рождения теории относительности — после, а не до! — физик Миллер объявил, что он все–таки почуял дыхание эфира. И при этом всерьез отметил, что в стене его высокогорной лаборатории было сделано окно, дабы освободить эфирному ветру путь к прибору. Этой избыточной деталью он нечаянно сам скомпрометировал любимую им идею всепроникающего эфира (если всепроникающий, то зачем же окно?). В начале 30–х годов его коллега Георг Иосс опроверг результаты Миллера, не отказав себе в удовольствии написать: «К сожалению, Миллер не указал, было ли в противоположной стене другое окно, чтобы эфирный сквозняк стал сильнее».

Те несостоятельные опыты сердито комментировал наш академик Сергей Иванович Вавилов. Потому сердито, что в подоплеке тогдашних игр с эфиром лежала надежда выбить из фундамента теории относительности краеугольный камень.

Шаг в абстракцию от измерений Майкельсона привел молодого Эйнштейна к первому постулату его механики:

К этому классически абсурдному постулату он прибавил второй, звучавший даже для классического уха как самоочевидность:

А дальше начались логические следствия — «нежданные шутки» — те, что вскрыли зависимость массы от скорости и многое другое, поныне ставящее в тупик наше бедное воображение…

Если для всех наблюдателей, несмотря на их перемещение относительно друг друга, скорость светового луча оказывается одной и той же — 300 000 километров в секунду, — значит, по причине движения что–то у них происходит с километрами и секундами! Не может быть, чтобы у них у всех был общий масштаб длины и общий ритм времени: тогда наблюдатель, догоняющий луч, увидел бы, что за секунду свет прошел меньшее число километров, чем то, какое отметил бы удаляющийся от луча наблюдатель. Одинаковость полученных ими для скорости света результатов возможна, только если у одного из них врут измерительные приборы. Но оба могут поклясться, что приборы работают с предельной точностью. Тогда оба должны признать, что происходит чудо. Однако для истинного чуда есть в этом расхождении их приборов что–то слишком уж систематическое. Вранье тут явно мнимое: оно узаконено природой. Но как? Оба наблюдателя вынуждены согласиться, что нет у них общего масштаба расстояний и времен. Их приборы замеряют разные километры и разные секунды. Остается уловить, как эти различия зависят от их собственной скорости относительно источника света.

…Ходит анекдотическая история про Эйнштейна: кондукторша в берлинском трамвае однажды отчитала его с досадой: «Беда мне с вами — не умеете вы считать!» Он виновато улыбнулся.

Однозначно ясно, что еще сказала бы она, добавь он к своей арифметической ошибке таинственное сообщение полушепотом: «А знаете, я вдобавок хочу предупредить вас по секрету, что мои карманные часы, — вот эти, — идут в вашем трамвае чуть–чуть медленнее, чем шли они на остановке, а наш вагон стал чуть–чуть короче, чем был, и — честное слово! — это правда» Угадывается ее уже не досадливый, а сокрушенный голос: «Ах, бедный вы мой, я как чувствовала! И чего ж они, бессердечные, пускают вас из Далльдорфа без провожатых?!» (В Лондоне кондукторша сказала бы — «из Бедлама», в Москве — «из психушки».)

Но нет, не симпатичные кондукторши, а разгневанные профессора позволяли себе говорить об Эйнштейне в этом стиле, только без сочувственного «ах!» А один из них — физик с несомненными заслугами, Нобелевский лауреат, глава института в Гейдельберге, Филип Ленард — человек с бесстрастным лицом и тускло–жестокими глазами иезуита — произносил слова куда более скверные, вдохновляя задолго до Гитлера националистическую травлю «неарийца» — создателя теории относительности. Впрочем, это было закономерно: до Эйнштейна его жертвой стал безупречный ариец Рентген, провинившийся тем, что сумел открыть лучи, которых Ленард в сходных опытах открыть не сумел, хоть и мог это сделать. Честнейшего Рентгена он обвинил чуть ли не в плагиате. Но позже фашизм вознаградил его за нацистские заслуги: в гитлеровской литературе по физике— бывала и такая! — рентгеновские лучи именовались «лучами Ленарда». В глумлении над теорией относительности от него не отставал и другой Нобелевский лауреат — Иоганнес Штарк, тоже одичавший от националистической мечты о гегемонии.

В физике принят термин «релятивистский» (от латинского корня) вместо слов «подчиняющийся теории относительности». Когорту безответственных преследователей своих физических идей Эйнштейн насмешливо называл «Антирелятивистским акционерным обществом с ограниченной ответственностью». Еще в 30–х и 40–х годах нашего века акции этого дружного общества стояли высоко, совсем упав в цене только после поражения гитлеризма…

…Из универсального постоянства скорости света математически легко выводилось, что собственная относительная скорость наблюдателей замедляет ход их часов и укорачивает их линейки. Ритм времени замедляется вообще, а масштаб расстояний уменьшается в направлении движения.

Эйнштейн вызвал бы еще более сокрушенное сочувствие берлинской кондукторши, если бы поспешил добавить: «Нет–нет, вы не слишком огорчайтесь — ширина и высота у вашего вагона те же, что были на остановке, а вот длина, как это ни печально, немножко убавилась, и снова даю честное слово — это правда!»

Когда бы в «парадоксе часов» оставшийся на Земле близнец мог наблюдать стремительно летящего на ракете брата, он увидел бы, что тот заметно сплющился в профиль. Этот эффект исчез бы только после возвращения ракеты на Землю: тогда у обоих братьев опять оказался бы один и тот же — прежний — маштаб длины, потому что теперь они опять покоились бы друг относительно друга. И ритм часов стал бы у них вновь одинаковым.

Естественно недоумение: но почему же «уплощение» близнеца–космонавта не оставило по себе реального следа, когда он вернулся из полета, а замедление времени на ракете оставило столь реальный след, что братья превратились в людей разного возраста?

Причиной тому глубокое различие между пространством и временем: в пространстве есть направления «туда» и «обратно», а во времени лишь одно направление — «туда». И возвращение близнеца–космонавта состоялось только в пространстве. А во времени то была уже другая Земля: на ней навсегда утекли 20 земных лет. Восстановился ритм часов, но само время ушло безвозвратно. Братья встретились на другом листке календаря, чем тот, на котором когда–то расстались. А в пространстве они обнялись там же — оно никуда не делось.

Гораздо серьезней другое недоумение (и оно действительно доставило теоретикам немало хлопот). Почему бы в этих рассуждениях не поменять местами близнецов? Всякое движение относительно. Так отчего бы не счесть покоящимся брата на ракете, а движущимся с громадной скоростью брата на Земле? Тогда все перевернулось бы и сохранившим свою юность оказался бы к моменту встречи земной близнец, а постаревшим на двадцать лет — близнец–космонавт. Иными словами, не иллюзия ли этот «парадокс часов»? Пришлось бы и вправду признать, что это так, если б и в самом деле близнецов можно было поменять местами. Но делать этого нельзя: Земля и ракета тут не равноправны. В движении Земли за протекшее время ничего не менялось — она двигалась с прежним постоянством. (Из–за длительности срока нужно говорить об ее полете вместе с Солнцем, оставляя без внимания ее вращение по орбите.) А ракета двигалась не только по инерции: при отлете в космос, при повороте назад, при возвращении она то ускорялась, то тормозилась — словом, переживала то, чего не переживала Земля. Потому и не равноправны истории жизни обоих братьев. И то, что можно сказать об одном, вовсе нельзя сказать о другом…

Еще один — уже знакомый — вопрос напрашивается сам собой: отчего же в прежние века никто не замечал относительности времени и пространства? Ответ тот же, что и на «нежданную шутку» возрастания массы от скорости: все дело в математическом законе замедления времени и сокращения длины.

Он, этот закон, совершенно тот же, что и для увеличения массы: пока скорости малы по сравнению со световой, эти эффекты до крайности ничтожны. Помните? Даже сверхзвуковой лайнер делается в полете массивней всего на триллионную долю своей аэродромной массы — «массы покоя». Вот так и ход часов в его кабине замедляется всего на триллионную долю земного ритма. И длина его в направлении полета убывает на ту же неощутимую долю. А что уж говорить об еле–еле ползущем трамвае?! Эйнштейн мог поклясться кондукторше, что говорит правду, правду и только правду, но не достало бы чувствительности никаких приборов для экспериментального подтверждения его правоты.

Однако когда скорость приближается к световой, все эти «шутливые уверенья» теории относительности делаются сверхсерьезными. Масса тела начинает расти неудержимо. Ритм времени замедляется неотвратимо. Длина сокращается катастрофически. Простенькие формулы — непритязательные, как в школьных задачах по алгебре, где самое сложное действие это извлечение квадратного корня, — начинают показывать картину ошеломляющих последствий. Если бы ракете можно было задать скорость, в точности равную световой, с нею произошли бы по меньшей мере три невозможных события:

— ее масса стала бы бесконечной,

— течение времени на ней прекратилось бы,

— ее длина свелась бы к нулю.

Довольно утраты времени и третьего измерения, чтобы прийти к неизбежному выводу: никакому физическому телу задать световую скорость нельзя! Приближаться к ней можно, но достигнуть ее немыслимо. Она — предел физических скоростей во Вселенной.

Не менее, если не более наглядно твердит об этом закон возрастания массы со скоростью. Даже крошечный электрон — такой невесомый в покое — стал бы бесконечно массивным, когда бы удалось разогнать его до скорости света. А на разгон требуется затрачивать энергию. И чем массивней тело, тем больше энергетические затраты. Ускорители заряженных частиц — эти динозавры техники нашего века — огромны и сложны, кроме всего прочего, потому, что ускоряемые частицы надо в них нагружать колоссальными энергиями. В синхрофазотроне Дубны ядра водорода — протоны — разгоняются до скорости, меньше чем на 1% отличной от скорости света, а для этого их надо снабдить энергией в 10 миллиардов электронвольт. Их масса при этом удесятеряется, и они становятся сравнимыми с ядрами углерода. А для запуска со скоростью света — точно со скоростью света! — хотя бы одного–единственного электрона понадобилась бы энергия бесконечная, то есть все энергетические ресурсы природы…

Решительно все доступно только в детских сказках. В этом их прелесть для взрослых — они утешают нас в осознанном бессилии противиться законам естества. Но не сказочники, а научные фантасты лишь до 1905 года— до появления 17–го тома «Анналов физики» — имели право (право неведения!) отправлять своих героев в путешествия по космосу с неограниченной скоростью. А те, кто и позднее позволял себе так фантазировать, конечно, оставались фантастами, но переставали быть научными.

Для всего, что в покое обладает массой, неограниченная скорость — миф. А как же эйнштейновские частицы света — кванты электромагнитного поля? Они ведь не призраки — они вполне ощутимо материальны. Разумеется. Но все дело в том, что у них нет «массы покоя». Она равна нулю. Это кажется противоестественным: разве не очевидно, что если у чего–нибудь материального нет никакой массы, то оно попросту не существует? Совершенно справедливо. Однако это только то и означает, что частицы света не существуют в покое. Свет нельзя ни остановить, ни ускорить! Он — воплощение вечного движения с предельно возможной скоростью относительно любых наблюдателей. И в этом своем движении частицы света — кванты энергии — обладают реальной массой. Настолько реальной, что вот ведь сумел Петр Николаевич Лебедев определить давление света.

Как и об эйнштейновских близнецах, обо всем этом рассказано–перерассказанно тысячи раз. И все же нередко раздается искренне недоумевающий, а то и снисходительно жалеющий тебя голос: «Как! Вы не верите, что можно двигаться быстрее света?» Точно это вопрос веры или неверия!

Порою такой вопрос задается искусней: «Вот я мысленно во мгновение ока переношусь на Солнце — так разве мысль моя не обгоняет свет?» Действительно, свету на перелет от Земли до Солнца требуется восемь с лишним минут, а тут — один миг. Но на беду возражающего за этот миг никакого физического процесса между Землей и Солнцем не происходит. То биофизическое или биохимическое событие, которое имеет место, совершается в пределах нашей черепной коробки. А она невелика. И потому наикратчайшего мгновения достаточно для воображаемого переселения куда угодно — в соседнюю комнату или на Магеллановы Облака, в прошлое или будущее, к черту на кулички или за тридевять земель. Биопроцессам вовсе и не нужна световая скорость, чтобы совершиться в нашем скромном по размерам мозгу.

«А тахионы?» — спросил однажды молодой парапсихолог у молодого физика (что было весьма необычно, ибо телепаты, как правило, заранее знают ответы на все вопросы и меньше всего любят задавать их именно физикам). «А тахионы? Уверен, что как раз эти замечательные частицы, летящие со сверхсветовой скоростью, вызывают телепатические явления. А раз так, то телепатия доказывает реальность тахионов, а тахионы — реальность телепатии!»

Простим смешную нелогичность такой соблазнительной логики. Интересно вот что: это не придумано, а услышано летом 1978 года, и потом еще раз услышано летом 1979–го, когда тот же вопрос задавал уже пожилой философ уже пожилому естественнику. Слово «тахион» появилось в 70–х годах. Но для него сразу нашлось место в английском «Словаре современной мысли». Стало быть, оно сегодня — с успехом или без успеха — уже питает чью–то ищущую современную мысль.

У тахионной гипотезы есть любопытная черта: после 1905 года она могла возникнуть в любой день и где угодно, а могла и вовсе не возникнуть. У физиков не было в ней нужды. Гипотезы появляются не от хорошей жизни — стоит снова вспомнить планковский «акт отчаяния» и эйнштейновское «постепенно я стал отчаиваться». А эта гипотеза появилась скорее от хорошей жизни: ее породило радостное доверие к теории относительности, а вовсе не потребность «поправить» ее. Тахионы — бескорыстная игра ума.

Суть понятна: чисто математически можно так раскрыть эйнштейновские формулы, что скорость света вдруг окажется не верхним, а нижним пределом допустимых скоростей движения. Тогда запретными станут все скорости не выше, а ниже световой. Мы очутимся мысленно в «мире наоборот». Тахионы — воображаемые частицы такого математически разрешенного мира.

Но для телепатических построений такие частицы едва ли пригодны. Тахионы — по идее молодого парапсихолога и пожилого философа — должны служить переносчиками таинственной информации между человеческими особями. Однако эти частицы заведомо не могут испускаться и поглощаться атомными конструкциями того вещества, из которого мы достоверно сотканы. В нашем мире, где сверхсветовые скорости в физических событиях абсурдны, все законы физических взаимодействий должны были бы сначала стать иными, чтобы обеспечить тахионам, во–первых, рождение и, во–вторых, информационную роль.

Дж. Дж. Томсон когда–то не без яда сказал, что природа, по–видимому, создана не для удобства математиков. Можно заметить, что и не для удобства физиков. И уж того меньше — для удобства парапсихологов: их исследовательские муки еще все впереди и дойдут до кульминации не раньше, чем станет доподлинно известно, что же именно надо объяснить…

Когда Эйнштейн просил прощения у Ньютона, ему уже было шестьдесят восемь. Сорок два года прошло со времени появления теории относительности. Ее утверждения давно уже выдержали проверку на истинность. Уже не одно десятилетие физика атома и физика звезд на каждом шагу опирались на ее формулы. А Эйнштейн, обращаясь к Ньютону через века, почему–то заверял своего великого предшественника, что «понятия, созданные тобою, и сейчас еще остаются ведущими в нашем физическом мышлении»!

Отчего такая честь? Разве новая механика не отменила классическую?

Это все равно, что спросить: разве движение со скоростями, близкими к световой, не отменило обычных движений? Нелепый вопрос, не правда ли? А если так, то и классическая механика жива–здорова. Теперь лишь ясно очертилась одна из границ ее применимости — ее плодотворности. Но и эта граница простирается так далеко, что даже нынешняя космонавтика для верного расчета траекторий спутников и космических станций нужды в эйнштейновских формулах не испытывает. Самые скоростные космические аппараты летят сегодня в десятки тысяч раз медленнее света. И формулы, основанные на старых добрых классических принципах, работают с точностью до 8 — 9–го знака после запятой.

А кроме широких пределов своей пригодности, старая механика завещала новой веками выработанный словарь познания. И вместе с этим словарем — обширный круг неотменяемых представлений. Эйнштейну в 1905 году не пришлось приниматься за словотворчество: теория относительности могла быть написана и была написана на языке классической физики.

В сущности, единственно новым и решающе важным обогащением старого словаря стало только само название механики Эйнштейна: релятивистская. Физики начали говорить о релятивистских формулах, релятивистской массе, релятивистском импульсе, релятивистских частицах и прочее и прочее. И вот получилось, что одно прилагательное сразу как бы удвоило прежний словарь. Возможности верного описания природы выросли скачком.

Если бы еще умели возрастать скачком возможности нашего воображения!

Теория относительности стартовала на удивление вовремя — как раз тогда, когда начал приоткрываться микромир, где уже почти ничего нельзя было бы достаточно верно описать прежними именами существительными без новых прилагательных: квантовый и релятивистский… Вот уж воистину:

Сверх этих двух тютчевских строк просятся в нашу хорошую историю два маленьких эпизода из «Войны и мира». Хотя, разумеется, у Толстого, как и у Тютчева, не о физике речь, да зато о нас с вами. Оба эпизода — о затруднениях нашего воображения, когда оно разлучается с логикой. И о затруднениях нашего понимания, когда оно лишается поддержки воображения.

…Шестнадцатилетняя Наташа Ростова, переполненная впечатлениями жизни и своими смутными чувствами, говорит матери — добросердечно здравомыслящей графине — о Борисе Друбецком:

Что делать графине? Как ей понять Наташу, если по заведенной логике общедоступных представлений нет на свете «узких, серых, светлых, четвероугольных» молодых людей, равно как и «темно–синих с красным»?

Но если «Николенька бы понял», то стало быть что–то такое на свете есть? Наверняка есть: вот ведь и Наташа это «что–то» понимает.

А каково нам? Мы–то с кем — со старой прямодушной графиней («Что ты врешь?») или с юной, всех влюбившей в себя и целый мир обольстившей Наташей («Неужели вы не понимаете?»)? Естественно, нам хочется с тщеславной поспешностью сообщить Наташе, что мы безусловно с нею и, как Николенька, превосходно ее понимаем: нельзя нам перед нею ударить в грязь лицом! Правда, то, что мы при этом искренне или притворно понимаем, может быть, вовсе и не совпадает с Наташиным пониманием. Но это и не важно: Наташа внушает нам странное знание— ни для кого не обязательное и точное только в пределах нашего доверия к проницательности ее детской души.

Однако дело еще сложнее.

Воображение, конечно, вольная птица. Но мы редко замечаем, что вылетает оно из клетки, которую всю жизнь расширяет наше трезвое познание действительности. В эту клетку воображение постоянно возвращается за питательным кормом. Такое независимое и возвышенное, оно на самом деле «ест с руки» — у логики с руки… В ночном разговоре с матерью Наташа лишь то и сделала, что вольно выразила свое логически созревшее суждение — нелестное для Бориса и лестное для Пьера. Она потому и спрашивает — «Неужели вы не понимаете?», что сама уже главное поняла — вполне разумно поняла — про обоих, и даже уверена в своей правоте. Она ведь немножко лукавит: ей просто не хочется окончательности, приговора, решения. И она высказывает свое суждение так, чтобы его нельзя было обсуждать, а можно было бы только схватить налету и без разбирательства принять за истину. Она ставит в тупик графиню, оттого что та не улавливает связи между образом и логикой.

А позднее приходит день, когда в иных обстоятельствах жизни попадает в сходное положение и Наташа. Это когда Толстой дает ее глазами свое знаменитое иронически уничижительное — «остраненное» — изображение оперных сцен:

Отчего другие аплодировали, а Наташе все казалось нелепым и стыдным? Может быть, она не понимала происходящего? Нет, Толстой не поскупился сказать, что она заранее знала смысл изображаемого — логика действия была ей известна. Не в том ли все дело, что ее воображение рисовало эти заранее известные события на сцене совсем по–иному? Ее даже осеняло желание «вскочить на рампу и пропеть ту арию, которую пела актриса».

Графине в ночном разговоре следовало смирить свою прописную логику. Наташе в театре пришлось — по не следовало бы! — смирить свое правдивое воображение.

Пришлось! Могла ли она, совсем еще девочка, долго противостоять атмосфере светски–ненатуральных восторгов лож и партера? Созерцание не сцены, а окружающего, сделало свое дело. После третьего акта «Наташа уже не находила этого странным». И наконец:

Между прочим, не заложено ли в этом сравнительно раннем эпизоде романа будущее Наташи Ростовой — благонравие и тривиальность ее взрослой жизни? Смирившееся воображение— непоправимая беда.

…А какое это имеет отношение к нам с вами?

У каждого есть право сказать: «Никакого!»

Но наука — дело человеческое. В поворотные времена ее истории тяжбы между логикой и воображением очень напоминают те, что заурядно происходят в обыкновенной жизни, хоть и остаются незамечаемыми или неосознаваемыми нами.