Читать книгу Игровая площадка «Земля». Приключенческая теория Мироздания - Алексей Лельчук - Страница 6

Ни для кого не секрет, что современная физика давно уже не считает мир состоящим из твердых шариков атомов и элементарных частиц. Вместо них теперь наука говорит о формулах вероятности того, что эти частицы находятся в определенном месте, о невозможности точно определить это место, а также о том, что эти частицы можно с тем же успехом считать полями, состоящими из бестелесных гравитационных, электромагнитных и других волн. Кроме того, мы знаем, что течение времени зависит от скорости движения, и о том, что расстояние зависит от того, есть ли рядом нечто массивное. Помимо этого, мы не знаем, существуем ли мы в одной единственной Вселенной или одновременно живем в бесчисленных параллельных мирах, не знаем, как точно решить уравнения, описывающие нашу Вселенную, и понятия не имеем, почему эти уравнения имеют именно такой вид, а не какой-нибудь другой.

Причем, такое положение вещей не является фантастикой и досужими рассуждениями теоретиков. Теорию относительности трудно представить себе наглядно, и еще труднее понять ее истинный смысл, но ее уравнения давно применяются для конструирования всего практичного и полезного, что связано с космосом – от запусков межпланетных станций, до точного наведения околоземных спутников, обеспечивающих нашу мобильную связь и GPS-навигацию. Квантовые эффекты проявляются и учитываются проектировщиками микросхем и всей остальной электроники, потому что размеры деталей микросхем уже приближаются к размерам отдельных атомов.

Поэтому я на некоторое время оставлю свою гипотезу и расскажу вам о том, на что я опираюсь в своих размышлениях. Это будет очень краткое изложение современных физических теорий, понятий кибернетики, фактов истории, социологии и психологии, и, надеюсь, оно поможет вам понять, как сложен, удивителен и непонятен наш мир.

Пространство многих измерений

Начнем с самого простого – геометрии пространства. Все мы умеем рисовать линии и круги, а также лепить из пластилина шарики и кубики. Мы знаем, что у них есть длина, у многих есть ширина, а у некоторых еще и высота. И, кажется, мы помним из школьного курса то ли физики, то ли геометрии, что они называются измерениями.

Но вот эзотерики теперь говорят нам, что душа человека существует одновременно во многих измерениях, и слушатели не могут их понять и удивляются, как это – одновременно во многих, и какое отношение душа имеет к длине и ширине. Обычно люди думают, что это какие-то отдельные друг от друга пространства, и трудно себе представить, как можно быть во всех них одновременно.

Конечно, пути Господни неисповедимы, и может быть, действительно «измерения» в данном случае – лишь слово, которое обозначает нечто невообразимое для нас. Большой мир вполне может быть сложен и разнообразен настолько, что мы не можем его представить себе в своих трехмерных образах. Но задача этой книги – попытаться смоделировать представление о трансцендентных вещах, исходя из известных нам научных и обыденных знаний. Поэтому попробуем истолковать слово «измерения» буквально, как оно используется в физике, и посмотрим, сможем ли мы описать этим словом то, о чем говорят и пишут эзотерические авторы.

Итак, в физике измерения – это просто длина, ширина и высота, ну и кое-что еще, если измерений больше чем три.

Чтоб не запутаться, начнем с единицы. Одномерное пространство – это линия. Есть одна координата, и объекты в этом пространстве имеют только длину. Очень тесное пространство. Жители могут только стоять рядом друг с другом, немного перемещаться от одного к другому или двигаться в одном направлении синхронно, все вместе. Представим себе тоннель метро, жители которого – поезда разной длины. Классическое одномерное пространство – это один-единственный тоннель бесконечной длины, и в нем не разгуляешься. Движение каждого поезда ограничено положением двух соседних поездов. Ни о какой сложной структуре и организации в таком пространстве не может быть и речи. Это просто ряд предметов разной длины, которые даже не могут поменяться местами.

В таком несчастном пространстве можно допустить множественность миров. Представим себе, что от нашего туннеля отходит еще один туннель, который идет параллельно. Разветвление будет восприниматься жителями как портал в другой мир, в параллельное пространство. В него можно будет входить, жить там и выходить обратно. Но само это параллельное пространство такое же тесное, как и первое. Даже если построить сложную сеть тоннелей, то есть систему множественных миров, связанных друг с другом множеством порталов (о чем мечтают фантасты), то не получится создать сложную осмысленную структуру. Жители смогут с большим трудом протискиваться в разные тоннели, но даже увидеть, какая перед тобой развилка, невозможно. Невозможно и подать сигнал жителю, который не является твоим непосредственным соседом.

Теперь вернемся к одной единственной трубе, которая висит в пустоте, но простирается из минус бесконечности в плюс бесконечность. Добавим еще одно измерение. Это значит, что мы вскрыли трубу по всей ее длине и открыли ее жителям всю плоскость, которая простирается вокруг. Более того, сами жители могут из тонких веревочек превратиться в широкие ковры самого разного размера и формы.

Двумерное пространство – это плоскость, в которой у каждого объекта есть два измерения – длина и ширина. Объекты могут иметь сколь угодно разные размеры, сложную форму, дырки любого размера и формы посередине, меньшие формы внутри этих дырок и дырки в этих формах внутри дырок внутри форм. В таком пространстве жить гораздо веселее. Можно ползать в разные стороны, шевелить щупальцами и обниматься с соседями. Можно ограничивать зону пространства, в которую не будет доступа другим, можно обходить соседей и путешествовать достаточно далеко в разные стороны.

При этом одномерное пространство остается прямой узкой дорогой, проложенной посередине двумерной пустыни. Как только ты наползаешь на эту дорогу, ты попадаешь в это одномерное пространство и находишься одновременно в нем и в большом двумерном пространстве. Правда, в одномерном пространстве его жители видят тебя всего лишь как нитку, вдруг появившуюся ниоткуда. Если ты движешься по плоскости поперек нитки, то на полоске оказываются все время разные твои части, и одномерные жители видят калейдоскоп разных ниток, не могут ничего понять и сходят с ума.

Поэтому если ты хочешь по-человечески присутствовать в одномерном пространстве, чтоб там тебя не пугались, ты прислоняешься к нему, лежишь примерно на одном месте, чтобы пересекать полоску лишь одной своей линией, которая может лишь немного изменяться время от времени, оставаясь при этом похожа сама на себя. Тогда одномерные жители видят тебя как своего соотечественника, и не знают о твоем более широком бытии, а ты можешь двигаться только вдоль этой полоски, приклеенный к ней одной линией своего тела. Довольно ограниченная жизнь, учитывая окружающий тебя простор плоскости. Зато ты можешь более-менее содержательно участвовать в одномерной жизни. Если ты вдруг решишь немного сдвинуться поперек полоски, то одномерные жители увидят, что ты превратился в кого-то другого, и назовут тебя оборотнем. Если тебе вдруг захочется прикоснуться к этой полоске другой частью своего двумерного тела, то жители воспримут это как рождение еще одного одномерного существа. Они не будут понимать, как оно может быть связано с тобой. Это существо может родиться рядом с тобой, а может и вдали, через несколько соседей, если ты протянешься немного дальше вдоль линии, прежде чем к ней прикоснуться. И это существо может быть совсем не похоже на первое, на ту линию, которой ты сначала вошел в одномерную полоску. Эти два существа будут связаны между собой, но в одномерном пространстве эта связь будет не видна.

Итак, во втором измерении мы можем ползать и пульсировать, как хотим, но только на плоскости. Как разноцветные ковры самых немыслимых форм, ползающие по пустыне. Мы можем обойти соседа со стороны, но мы никак не можем посмотреть, что у него внутри – что внутри ограниченного пространства. Собственно, мы – люди, не умеющие летать, – на нашей плоской Земле являемся жителями двумерного пространства. Или представим себе муравьев, которые могут ползать только по плоскости.

Но все-таки это не хорошая аналогия структуры двумерного пространства, потому что люди и муравьи – это маленькие точки, которые движутся, взаимодействуют, но сами в данной модели не имеют внутреннего строения. Аналогией двумерного мира являются, например, планы городов, дорог, полей и лесов, которые имеют размеры, формы и внутреннюю структуру. Вся эта структура – плоская. Ее постепенное изменение можно назвать жизнью, и действительно, города, деревни и окружающие их поля, леса и дороги растут и развиваются очень похоже на живые существа. В их развитии есть определенные законы, но конкретный рост определяется множеством случайных причин, предыдущим состоянием и взаимодействием с соседними существами. Дома достраиваются друг к другу как клетки в тканях, дороги пробиваются как корни или кровеносные сосуды, поля и леса расползаются или сокращаются как живые ткани. Если взять историю ландшафта за 100 лет и просмотреть ее на большой скорости, мы увидим это движение.

Теперь представим себе двумерное живое существо – одноэтажная деревня со всеми ее домами, стенами, комнатами, огородами и дорожками. И целый мир таких существ – деревни и города, которые растут, уменьшаются, переплетаются. И дадим этому миру третье измерение – начнем строить этажи вверх и копать их вниз. Теперь все объекты нашего пространства определяются тремя измерениями – длина, ширина, высота. Конечно, мы не ограничимся сплошными потолками – по всем трем измерениям наш многоэтажный дом растет, как хочет. Отверстия, переходы, комнаты, арки и галереи – по всем направлениям, вперед, в стороны и вверх. Огромный объемный ландшафт, состоящий из многих объектов и групп, растущих и движущихся по всем трем направлениям.

Собственно, нам не нужно ничего особенного представлять, мы живем в трехмерном мире, и все наши объекты трехмерные. Например, наше тело – это и есть огромный трехмерный ландшафт, состоящий из множества связанных друг с другом растущих и движущихся органов.

Представим теперь, что для плоского мира мы – высшее измерение. Каким может быть существо, живущее одновременно в трехмерном и в двумерном мире? Двумерный мир – это срез нашего мира. Это один этаж в многоэтажном доме. Это поверхность моря по сравнению со всей глубиной вниз и высотой вверх.

Например, вы идете купаться в море и стоите по пояс в воде. Срез вашего тела по плоскости воды – это ваша двумерная часть, которая будет «жить» в двумерном мире поверхности воды. Вы одновременно существуете в трехмерном и двумерном мире. Снимок томографа – вот двумерная жизнь. Там есть свои объекты – круги, овалы, линии – они как-то друг относительно друга расположены, и двумерные существа считают их самостоятельными и независимыми друг от друга. А в третьем измерении это вполне себе объемные и содержательные органы.

Представим себе дерево – это трехмерное существо. Предположим, что наводнение затопило его водой на уровне кроны. На поверхности воды – двумерное пространство. Как выглядит дерево в этом пространстве? Это множество кружков разного размера и немного разной формы (срезы веток) и между ними множество линий разной, но не очень большой длины (срезы листьев). У них есть некоторая внутренняя структура, годовые кольца, линия коры, цвет листа. Все они отделены друг от друга, движутся по-разному, хотя иногда сильные порывы ветра сдвигают всех в одну сторону одновременно. А в более высоком, третьем, измерении это вовсе не кружки, а длинные цилиндрические и широкие пластинчатые объекты, да еще и соединенные друг с другом, да еще и растущие все по очереди из одного корня.

Думаю, это хорошая аналогия с генеалогическим деревом, с соединенностью людей в семьи, народы, группы по интересам и рабочие коллективы.

Представьте себе, что вы как трехмерное существо захотите поучаствовать в жизни какого-нибудь двумерного мира, например, плоскости пляжа. Чтобы не пугать местных двумерных жителей постоянным исчезновением и появлением, вы ляжете на одном месте, и будете плоскостью своей спины существовать в плоскости пляжа, иногда слегка меняя положение рук и ног. Когда вы, наконец, загорите достаточно и встанете, то вы умрете в двумерном мире, прекратите в нем свое существование.

Ну и теперь представим себе, что наш трехмерный мир – это срез четырехмерного пространства. Вы представляете себе, сколько там дополнительного места по сравнению с трехмерной «плоскостью»? Вопросы «где расположена душа», «где живет Бог» теряют смысл. В четырехмерном объеме столько места и для души, и для Бога, что скорее возникает вопрос – а как такая большая душа умещается в таком компактном трехмерном теле? Что именно из души проявляется здесь, в нашем мире, и что представляет из себя все наше четырехмерное существо?

Представим себе какой-нибудь простой объект, например, кубик, и посмотрим, как он выглядит в разных пространствах. Будем уменьшать размерность. Срез куба на плоскости – это квадрат. Срез двумерного квадрата одномерным пространством – это отрезок. Теперь увеличим размерность. Можно считать, что трехмерный куб – это срез четырехмерного куба нашим трехмерным пространством. Как выглядит сам четырехмерный куб?

Попробуем догадаться по аналогии. Кубы меньшего порядка являются частью кубов большего порядка, они вложены друг в друга. Одномерный куб – это отрезок, короткая линия. Двумерный куб (квадрат) – это четыре одномерных куба (линии), соединенные ноль-мерными кубами (точками). Трехмерный куб (просто куб) – это шесть двумерных кубов (квадратов), соединенные своими одномерными сторонами. Четырехмерный куб – это, видимо, восемь трехмерных кубов, соединенных своими двумерными гранями.

Самое интересное, что из палочек и кусочков пластилина вполне можно сделать такую объемную конструкцию. Конечно, это будет не четырехмерный куб, а его трехмерное изображение в нашем пространстве. Так же мы можем нарисовать кубик на плоскости бумаги, и это будет двумерное изображение трехмерного куба. Кстати, ничто не мешает нарисовать на бумаге и изображение четырехмерного куба. Попробуете?

Вот такая история получается со многими измерениями. Если они есть, то они здесь, мы прямо сейчас можем непосредственно являться частью четырехмерного, пятимерного или сколь угодно мерного мира. И наш трехмерный мир – это очень малая и вполне определенная часть многомерного мира. Но мы не можем этого никак ощутить, и не сможем в принципе, пока не выйдем из трехмерной «плоскости».

Возвращаясь к моей основной гипотезе, можно предположить, что вся материальная вселенная, и человеческое тело в том числе, расположены полностью в трехмерном пространстве. А вот наше создание (или то, что называют душой) – это существо гораздо более многомерного пространства, которое лишь своим краешком задевает трехмерный мир. Наша способность ощущать себя «более объемно» искусственно закрыта нами же самими для того, чтобы сосредоточиться на трехмерной жизни. Рождение – это процесс прикосновения и приклеивания себя к трехмерной «плоскости Бытия», а смерть – выход из этой плоскости.

Другое дело, что тут я рассказал о прямоугольных эвклидовых пространствах, потому что таково наше пространство, и его проще всего представить. Но пространство большего порядка, внутри которого существует наше, может быть неэвклидовым, а например, сетевым, аморфным, живым. Если представить себе пространство в виде рисунка, то Большой мир – это сложный узор из множества точек и пересекающихся линий, поперек которого идет прямая линия – наш линейный мир.

Пространство, время и пространство-время

В прошлой главе мы рассмотрели очень простую тему, которую даже современной наукой не назовешь. Прямоугольную систему координат предложил Рене Декарт еще в 1637 году, поэтому ее так и называют – декартова система координат. Мы попытались наглядно представить себе пространство, в котором больше измерений, чем в реальном мире. Нам это нужно было, чтобы хоть как-то визуализировать представления о других измерениях, которые гипотетически высказывают эзотерики.

Теперь мы попробуем представить себе одно конкретное пространство четырех измерений, которое существует настолько реально, что уравнения, описывающие его, применяются для решения практических задач космонавтики и астрономии. Это четырехмерное пространство-время.

Описание этого пространства ввел Герман Минковский в 1908 году для наглядного представления уравнений теории относительности, которые опубликовал Альберт Эйнштейн за три года до этого, в 1905 году. В этой системе координат к трем пространственным осям, по которым откладываются длина, ширина и высота, добавляется еще одна ось, по которой откладывается время.

Представить себе четыре измерения ни у кого из нас не получится, поэтому физики для иллюстрации процессов в пространстве-времени рисуют уменьшенный вариант, в котором две пространственные координаты и одна временная.

Итак, представим себе двумерный мир, плоскость, на которой живут двумерные организмы – ажурные ковры самой разной формы, как я описывал в прошлой главе. С течением времени их форма и положение меняются, но вместо того, чтобы наблюдать последовательные изменения на плоскости, мы делаем ряд мгновенных последовательных снимков объектов и складываем эти снимки стопкой друг на друга. В трехмерном пространстве-времени каждый объект представляет собой фигурную колонну, которая простирается из прошлого в будущее.

В этом пространстве-времени уже ничего не движется. Все двумерное движение зафиксировано в различных формах трехмерной колонны. Каждая точка пространства-времени представляет собой не положение объекта, а событие, которое происходит с этим объектом, то есть, его положение плюс скорость движения. Теория относительности описывает именно события, а не положения.

Мы привыкли, что можно представить и описать мир как собрание изначально неподвижных объектов – измерить, что где расположено, подставить в формулы, вычислить и получить описание состояния мира. Затем, в обычном понимании, мы можем посмотреть, как движутся объекты, измерить скорость и направление движения, опять подставить в формулы, вычислить и получить описание того, как состояние изменилось.

На самом деле, нет таких формул в теории относительности, в которые можно было бы подставить только лишь положения объектов. Нужно обязательно учитывать и скорость движения, то есть течение времени. То есть, наша Вселенная состоит не из объектов, с которыми что-то может случаться, а может и не случаться. Вселенная состоит из событий, действий, движения. Если представить себе наш мир как кинофильм, который мы смотрим, то этот фильм нельзя остановить. Как только мы выключим мотор, наши уравнения перестанут действовать, и вместо застывшего кадра мы увидим пустой экран и даже не сможем сказать, какого он цвета – белый, черный или серо-буро-малиновый.

Это очень интересная концепция, мне она кажется очень важной и удивительной. Нет состояния, есть событие. Нет положения, есть движение. Нет формы, есть преобразование. Можно сказать, что это соответствует нашему повседневному восприятию действительности. Ведь все, что мы видим и чувствуем вокруг нас, всегда находится в движении. Даже в безветренную погоду, бывает, шевельнется лист на дереве, скрипнет половица в доме, стукнет сосед в соседней квартире. А если закрыть глаза и уши и постараться отключиться от внешнего движения вещей, то мы тут же оказываемся в мире движения собственных мыслей, и, согласитесь, это движение уж точно невозможно остановить.

Эта концепция высказывается в китайской философии, рассматривающей мир как непрерывную череду изменений. В «И-Цзин», «Книге перемен», каждая из 64 жизненных ситуаций описывается в движении – из чего она возникла, и во что она выльется. Гадание на «И-Цзин» состоит из начальной ситуации, серии «движущихся линий», описывающих возможные изменения и конечной ситуации. В «Дао-Де-Цзин», «Книге Пути и Добродетели», вообще всё, что происходит на свете, трактуется как индивидуальный и неопределимый Путь, то есть движение, поток событий, интуитивно связанных друг с другом неведомыми причинами и следствиями.

Уравнения классической физики, которые мы проходим в школе, рассматривают неподвижные предметы, приводимые в движение определенными силами, потому что так удобнее делать практические расчеты в технической области. Можно сказать, что это упрощенный подход, который применяется, потому что дает многочисленные практические результаты. Но западное мышление часто переносит этот подход на психическую и социальную жизнь людей, и сталкивается с непредвиденными проблемами. Тогда часто люди Запада обращаются к восточной философии и находят в ней ответы на свои глубинные вопросы, опираясь на этот основополагающий принцип человеческой психики и восприятия – всё течет, всё изменяется.

Но ведь оказывается, что и материальный мир в своих основах – на Западе и на Востоке – подчиняется этому же принципу, он состоит из событий, а не из состояний. И это обнадеживает меня в поисках соответствия между физикой и психикой, между материализмом и эзотерикой, между Богом и Его отсутствием.

И мы быстро нашли бы это соответствие и постигли бы Божественное откровение, если бы не конкретные цифры. Уравнения теории относительности идеально точно сводятся к уравнениям классической физики при тех скоростях движения, с которыми движутся объекты в пределах Земли. То есть, ни в каких практических ситуациях мы с вами не сможем заметить этой связи пространства и времени и, соответственно, ощутить событийную природу физического мира. В практической жизни мы находимся полностью во власти классической физики, в которой объект А будет неподвижно лежать в положении Х до тех пор, пока на него не подействует сила F. Ни философия Пути, ни Книга Перемен не применимы к физическому миру Земли, и нам остается только мечтать о том, чтобы своим сознанием влиять на мир вокруг себя. Нет, чтобы повлиять, нужно кроме движения сознания приложить еще и движение рук.

Вокруг нашего мира существует только движение и путь, в сознании людей также все движется и изменяется. Но физический мир специально сделан так, что в нем существуют неподвижные объекты, которые будут стоять на месте сколько угодно времени и ждать, пока мы не решимся действовать. Это тоже интересная концепция.

Ну и чтобы у вас не было иллюзии, что в теории относительности все так наглядно, что непонятно даже, над чем это физики ломают голову, я расскажу вам, что, конечно, четырехмерное пространство-время – это не совсем колонны, которые мы можем представить себе по аналогии с древнегреческими портиками. К сожалению, не всё так просто. В обычном декартовом пространстве расстояние между точками любого количества измерений описывается теоремой Пифагора, оно равно корню из суммы квадратов координат по всем осям. Это очень просто, мы проходим это в школе. Квадрат величины, если вы не помните, это величина, помноженная на себя. Но в пространстве-времени Минковского квадраты ширины, длины и высоты складываются друг с другом, а вот квадрат времени – вычитается. Ох! вот это никак нельзя себе представить, потому что квадрат не может быть отрицательным. И это означает, что время в пространстве-времени – это не реальная величина, а так называемая «мнимая», она обозначается буковкой i перед числом. И все пространство-время описывается так называемыми «комплексными числами», которые представить себе никто не может, а может только вычислить по определенным формулам.

Так что, нам еще есть над чем подумать.

Скорость света и наблюдатели

Пространство-время – это теоретическая модель, мы не можем ощутить его в реальности. Но эта модель возникла в ответ на необходимость описать совершенно реальные явления, которые были обнаружены в результате экспериментов. Один из экспериментов состоял в измерении скорости движения света вдоль и поперек движения Земли относительно окружающего космоса. Классическая физика предсказывала в данном случае, что скорости вдоль и поперек будут разными, потому что свет распространяется по некоему неподвижному эфиру, пронизывающему все пространство. Из-за этого, вдоль движения Земли скорость света должна была бы складываться со скоростью Земли и отличаться от скорости поперечного движения, которая ни с чем не складывается.

Но скорости эти оказались одинаковыми, а значит, никакого эфира нет, и классические уравнения не работают. Для наглядности я опишу более понятный мысленный эксперимент, который показывает, как работает теория относительности.

Движение света в теории относительности описывается двумя очень важными утверждениями. Первое – ничто не может двигаться быстрее света. Второе – мы воспринимаем скорость света одинаково, независимо от того, движемся ли мы вместе с источником или смотрим со стороны на движущийся источник.

Первое утверждение говорит о принципиальной ограниченности процессов, происходящих в нашей Вселенной, а значит и об ограниченности самой Вселенной. Как именно она ограничена – по размерам, по времени существования, по причинам и следствиям – мы не можем сказать. Но здравый смысл подсказывает, что если движение как таковое лежит в основе Вселенной, и основная величина, характеризующая движение, ограничена, то и вся Вселенная не является бесконечным равномерным пространством, как описывает его классическая физика и наш повседневный опыт. Сама собой приходит мысль о некоей замкнутой структуре, расположенной внутри чего-то большего, где движение либо не ограничено, либо в принципе отсутствует в привычном для нас понимании. Это еще одна важная концепция, которая движет нас в сторону основной гипотезы этой книги.

Про одинаковость скорости света для разных наблюдателей можно порассуждать более подробно, потому что это один из центральных вопросов теории относительности. С этим постулатом связано множество примеров, формул и практических результатов, но я ограничусь одним примером. Впрочем, подробное описание вы можете пропустить и сразу прочитать вывод, если запутаетесь в поездах, мячах и звездолетах.

Сначала будем говорить о законах классической физики (и нашего повседневного опыта) для движения с небольшой скоростью. Представим себе вагон поезда, проезжающий мимо станции. Поезд едет настолько мягко, что внутри вагона движение совсем не чувствуется, и может показаться, что вагон неподвижен. Точно посередине вагона стоит человек, а на платформе – еще один человек. В тот момент, когда движущийся человек оказывается строго напротив неподвижного, он бросает два мяча в разные стороны с одинаковой скоростью. Мячи пролетают полвагона и одновременно ударяются о переднюю и заднюю стенки вагона. Для обоих наблюдателей очевидно, что мячи достигнут стенок одновременно. Наблюдатель в поезде не замечает движения поезда и видит лишь, что два мяча с одинаковой скоростью долетели до стенок. Человек на платформе видит, что задний мяч пролетает меньшее расстояние, потому что задняя стенка вагона его догоняет, а передний мяч пролетает большее расстояние, потому передняя стенка от него убегает. Но он понимает, что относительно него самого передний мяч летит с большей скоростью, потому что скорость броска складывается со скоростью поезда, а скорость заднего мяча уменьшается на скорость поезда. Увеличение и уменьшение скоростей в точности компенсирует уменьшение и увеличение расстояния, так что мячи действительно долетают до стенок одновременно.

Теперь изменим условия эксперимента. Поезд, станция и наблюдатели будут те же, но человек в поезде будет звонить в колокол, а не бросать мячи. Движение звука определяется уже не силой броска, а тем, как звуковые волны распространяются по воздуху. Звук колокола будет лететь вперед и назад со скоростью звука (около 1200 км/ч) и достигнет обеих стенок вагона одновременно. Предположим, что на стенках закреплены микрофоны и лампочки, так что лампочки мгновенно включаются, когда микрофон поймает звук колокола. Человек в поезде не удивится тому, что обе лампочки вспыхнут мгновенно, потому что, как я сказал раньше, поезд идет плавно, так что человек может и не знать о движении поезда.

Человек на станции тоже увидит вспышки лампочек одновременно и, немного подумав, догадается, почему. Потому что воздух в закрытом вагоне движется с той же скоростью, что и поезд, поэтому скорость волны бегущей назад уменьшится, а скорость бегущей вперед увеличится так же, как и скорости мячей.

Еще немного изменим условия эксперимента. Вместо закрытого вагона мы пускаем открытую платформу. Воздух вокруг нее неподвижен, так же, как и человек стоящий на станции, а колокол и стенки платформы движутся. В этом случае звуковые волны побегут не по движущемуся воздуху внутри вагона, а по неподвижному воздуху станции, так что их скорость относительно станции будет одинакова. Но задняя стенка по-прежнему будет набегать на звук, а передняя будет от него убегать, так что, конечно же, задняя лампочка зажжется раньше, чем передняя. Это увидят оба наблюдателя. Для неподвижного это будет очевидно, потому что он понимает, что звук бежит по неподвижному воздуху. Движущийся наблюдатель тоже догадается в чем дело, потому что он будет чувствовать набегающий на него ветер и будет знать, что он движется относительно станции в отличие от предыдущего раза, когда он об этом не догадывался и считал себя и вагон неподвижными.

И вот последний шаг, когда начинается уже теория относительности – заменим звуковые волны световыми. Заменим поезд на звездолет, который летит со скоростью хотя бы в половину от скорости света (около 300 тысяч км/с пополам), а станцию – на планету, на которой по-прежнему стоит неподвижный наблюдатель. В точности такой эксперимент, конечно, никто не ставил, но ставились эквивалентные опыты, не такие наглядные для простого объяснения.

Пролетая мимо наблюдателя на планете, человек в звездолете включает фонарь, лучи которого летят к передней и задней стенкам звездолета. Световые волны распространяются сами по себе, что в космическом вакууме, что в воздухе внутри звездолета. Никакой физически ощутимой среды для распространения света не нужно, поэтому первые физики, которые размышляли об этом мысленном эксперименте, представляли себе, что волны света бегут по гипотетическому эфиру, который пронизывает все пространство, но никак не ощущается физически.

Здравый смысл подсказывает, что в нашем эксперименте эфир подобен неподвижному воздуху станции из прошлого примера, и свет достигнет задней стенки звездолета раньше, чем передней. И вот тут-то здравый смысл нас подведет! Неподвижный наблюдатель на планете увидит, что да, задняя лампочка загорится раньше, как и в случае со звуком. А вот движущийся наблюдатель увидит эти же лампочки одновременно, как если бы эфир внутри звездолета двигался вместе с ним.

Но эфир не может одновременно быть неподвижным и двигаться! В этом и состоит парадокс постоянства скорости света, который никак нельзя объяснить классическими уравнениями. Да и вообще нет никакого эфира, как показали последующие эксперименты и теории, а свет и другие электромагнитные волны распространяются по пространству сами по себе, в пустоте создавая волны электрического и магнитного полей.

Каждый наблюдатель видит свет так, будто источник света неподвижен относительно него. Для наблюдателя на планете свет распространяется по неподвижной «пустоте» космоса, а для наблюдателя в звездолете – по «пустоте», движущейся вместе со звездолетом. Хотя здравый смысл подсказывает, что одна и та же «пустота» не может быть разной в разных местах, а значит, один и тот же свет не может распространяться по-разному.

Вот что означает слово «относительность» в названии теории Эйнштейна. Наблюдатель может описать события только относительно своего собственного состояния – движения или покоя. Другой наблюдатель, движущийся с другой скоростью, увидит те же события по-другому.

И опять современная физика на концептуальном уровне подобна даосской философии Пути и более общей эзотерической доктрине. У каждого свой жизненный путь, более того, каждый видит по-своему не только свой личный путь, но и весь окружающий мир, по которому этот путь пролегает. Нет абсолютной истины, по крайней мере, в рамках земного существования, но есть некий скрытый от человека единый Образ, который питает различные свои представления для разных людей.

Кстати, еще немного про звездолет. Я не написал о еще одной немаловажной подробности. Чтобы наблюдатели увидели, что свет достиг краев звездолета, они должны получить сигналы об этих событиях. А сигналы также распространяются не мгновенно, а со скоростью света. Вот и попробуйте теперь разобраться, кто что увидит.

Волна или частица?

Относительность наших представлений о мире не ограничивается лишь движением. Не только движение объекта зависит от наблюдателя, но сам объект наблюдения может оказаться совершенно разными вещами в зависимости от того, чего мы от него ждем. В современной физике эта особенность называется «корпускулярно-волновой дуализм».

Смысл этой концепции заключается в том, что элементарная частица проявляет себя либо как волна, либо как частица в зависимости от того, какой эксперимент над ней ставят. В экспериментах, где материя рассматривается как собрание отдельных частиц, и измеряются свойства частиц – положение, скорость, количество – частицы ведут себя как частицы – маленькие шарики, имеющие положение, массу и скорость. В других экспериментах, где та же самая материя рассматривается как волна, и измеряются ее волновые свойства – частота, амплитуда, интерференционная картина – та же самая материя ведет себя как волна. Такое странное положение вещей было обнаружено в ходе так называемого «двухщелевого эксперимента», в котором поток электронов пролетал через стенку с одной или двумя щелями.

Для начала вспомним, как ведет себя при прохождении через отверстие поток частиц, и как ведет себя волна. Если мы стреляем из пулемета по щели в стене, то часть пуль пролетает прямо через щель, часть попадает мимо щели и застревает в стенке, а небольшая часть попадает в щель неточно, ударяется о ее край и немного отклоняется от прямой линии. Если за стенкой с щелью стоит еще одна стенка – назовем ее «экран», – то основная часть пуль окажется на экране прямо напротив щели, и по мере удаления от середины количество отклонившихся пуль будет плавно уменьшаться. Если мы изобразим плотность пуль на графике, то он будет иметь вид колокола.

Теперь представим себе немного другой эксперимент. В прямоугольной ванне мы пускаем от одной стенки прямую волну, а посередине ванны ставим еще одну стенку с щелью. Волна достигнет этой стенки, пройдет в щель, но дальше пойдет уже не прямая, а круглая, как будто от точечного источника. Можно представить себе, что на месте щели упал в воду камешек, и от него пошли круговые волны. Когда эта круглая волна достигнет экрана на дальней стенке ванны, то мы увидим на экране не колокол, а волнистую линию.

Если мы в обоих этих экспериментах заменим стенку с одной щелью на стенку с двумя щелями, то результаты будут примерно такими же, как и с одной. Пули за двумя щелями на экране лягут гуще посередине и реже по краям, получится два колокола. Волны от двух щелей перемешаются, но останутся волнами и создадут на экране сложную волнистую линию.

Пока что все описывается чисто классическими уравнениями: пули – это частицы, а волна – это волна. Не так с электронами или другими элементарными частицами.

Была построена экспериментальная установка, в которой электронная пушка выпускает ровный поток электронов, которые летят в сторону стенки с щелью. Если поток электронов пролетает через одну щель, то детектор на экране нарисует график плотности прилетевших на нее электронов в виде колокола, то есть посередине погуще, по краям пореже. При пролете через одну щель электроны ведут себя как частицы. Но если поставить перед потоком электронов стенку с двумя щелями, то вдруг непонятно почему электроны на экране будут ложиться полосами – где-то больше, где-то меньше. И детектор плотности электронов покажет ту самую волнистую линию, как если бы электроны были волнами. Хотя электронная пушка никак не изменилась, она выпускает точно такие же электроны. Только одну щель заменили на две.

Конечно, физики стали выяснять, в чем дело. Может быть, множество одновременно летящих электронов создает что-то наподобие волны? В следующем опыте электроны вылетали из пушки настолько редко, что можно было регистрировать попадание на экран каждого из них. Опыт длился долго, но результат оказался тот же – плотность распределения летящих по одному электронов была тоже волнистой, как будто каждый отдельный электрон в виде волны пролетал через обе щели. Очень странно.

И это не просто странно, это обалдеть как удивительно и непостижимо! Представьте себе, что то, на чем вы сидите, становится либо мягким пружинным диваном, либо жесткой деревянной скамьей в зависимости от того, хотите ли вы понежиться на нем и отдохнуть, либо встать ногами, чтобы дотянуться до верхней полки. Представьте, что дверь перед вами оказывается открытой или запертой в зависимости от того, насколько вам нужно за нее попасть. Представьте, что дождь… стоп! Дождь как раз совершенно честно является одновременно и потоком мелких круглых капель, которые вполне ощутимо бьют вас по лбу, а также и мягкой текучей лужей, в которую вы легко погружаете ботинок.

Да, жидкость хотелось бы считать отдаленной аналогией двойственности элементарных частиц, потому что она является одновременно и плотным физическим телом и носителем бегущих по ней волн. Но суть квантовой механики заключается в том, что частица – это не короткий волновой пакет, а волна – это не колеблющаяся из стороны в сторону частица. Когда электрон ведет себя как частица, в нем нет ни капли волновых свойств. А когда он волна – он только лишь волна, от края Вселенной до края.

В общем, мир можно представить не только как конструкцию из «твердых» атомов, но и как «мягкую» ткань из волновых участков, намагниченностей разных типов. Один тип волн – это электроны, другой – протоны, а например, электромагнитный кусочек – это фотон, то есть свет или радиоволна.

Можно сказать, что материя похожа на информацию, которая хранится на диске компьютера. Ведь на диске нет ничего кроме определенной последовательности намагниченных участков, а в целом мы видим программы, документы, изображения.

Мы не знаем, или его вправду нет?

Двухщелевой эксперимент не закончился с обнаружением волновой природы электронов. Выяснились еще более удивительные вещи.

Итак, при установке двух щелей на пути электрона он оставляет на экране такой след, как будто он волна и пролетел одновременно через обе щели. Но экспериментаторы не готовы были так сразу сдаться. Решили все-таки выяснить, через какую щель пролетает электрон. Поставили у одной из щелей детектор, который фиксирует, пролетел электрон или нет. Пустили поток электронов, сначала кучей, потому по одному. О, чудо! В обоих случаях электроны опять стали вести себя как пули – равномерно рассеиваться на щелях и давать равномерную колоколообразную плотность попадания на экране.

Может быть, детектор у щели сильно влияет на полет электронов? Попробовали разные виды детекторов у разных щелей. Результат тот же – электроны летят как пули. Убрали все детекторы – те же электроны летят как волна. Похоже, что сам факт получения информации о точном месте пролета электрона влияет на то, кем этот электрон решает показаться экспериментатору.

На этом этапе у физиков, философов и всех заинтересованных лиц разгорелись ожесточенные споры о том, как присутствие человека может влиять на физические процессы. Важен ли сознательно мыслящий экспериментатор или достаточно механической регистрации данных? Как вообще психика может быть настолько связана с физикой? Что это за наука такая, результаты которой зависят от того, наблюдает кто-то за опытом или нет?

Мне вспоминается «теория кенгуру», которой однажды в третьем классе на переменке удивила нас Дашка Долотенкова, известная выдумщица. Теория заключалась в том, что каждый предмет превращается во что угодно, когда на него никто не смотрит. Например, в кенгуру. Но когда хоть кто-то бросает на него взгляд, он сразу превращается обратно, скажем, в стол, речку или Лёшу Лельчука.

Уравнения квантовой механики непостижимым образом говорят именно об этом. Пока физическая система на квантовом уровне не вступит во взаимодействие с измерительным прибором, ее состояние точно не определено. Не неизвестно, а именно не определено. Его нет. Электрон не является ни частицей, ни волной, пока его не измерили. Он является лишь возможностью быть тем или другим. И только когда мы его измерили, он становится или частицей, или волной.

Двухщелевой эксперимент был проведен в начале XX века, примерно тогда же были написаны уравнения квантовой механики, и с тех пор физики пребывают в недоумении. Более того, в начале XXI века тот же опыт был поставлен не с маленькими электронами, а с огромными по квантовым масштабам молекулами из 70 атомов углерода, и они вели себя так же двусмысленно.

Правда, за это время удалось заметить, что все-таки пытливая личность экспериментатора не нужна для того, чтобы электрон определился, кем ему быть. Важен сам факт того, что где-то в эксперименте фиксируется точное место пролета электронов. То есть, детектор у одной из щелей не обязательно должен быть подключен к компьютеру. Физик лично может и не узнать о том, где прошмыгнул электрон. Любой элемент окружающей среды, который получает информацию о месте пролета электрона, годится в качестве наблюдателя.

Очень странно. Но факт.

Сейчас это утверждение формулируется в более общем виде. Квантовая система является суперпозицией своих возможных состояний до тех пор, пока не провзаимодействует с окружающей средой.

На самом деле, это очень существенное добавление, потому что изолированные электроны и другие частицы существуют только очень короткое время в физических экспериментах, пока не пролетят от одной стенки до другой, или далеко в космосе, где их никто не видит. Все остальные частицы Вселенной постоянно взаимодействуют друг с другом, и все время играют роль наблюдателей друг для друга. Поэтому вещество или поле, состоящее из взаимодействующих друг с другом частиц, является вполне определенной материальной структурой.

Тут опять можно вспомнить философию Пути, а также поэтическое утверждение Александра Вертинского, которое я вынес в эпиграф к этой книге. Мир существует только во взаимодействии. Лишь взаимные действия создают реальность. До того, как Вселенная начала действовать, она существовала лишь как потенциальная возможность. И каждое новое действие превращает возможность в новую реальность.

Сеть!

Думаю, мы уже достаточно поговорили о физике. Мы остановились на представлениях, которые сложились к концу двадцатого века. Если мы почитаем книги, написанные физиками с тех пор, то обнаружим, что зыбкость представлений о материи только увеличивается. Появилась теория струн, согласно которой все частицы и волны сплетены из еще гораздо более мелких дрожащих продолговатых объектов. Теория петлевой квантовой гравитации, помимо других удивительных утверждений, предполагает, что пространство-время само по себе состоит из мельчайших элементов, образующих причинно-следственную сеть. В конце концов, приверженцы голографического принципа вообще допускают, что трехмерный (или четырехмерный) мир является гигантской голограммой, которая проецируется сюда с границы видимой Вселенной.

Общим для всех этих теорий является представление о том, что материальный мир в целом – это движущаяся гибкая ткань, сплетенная из чего-то трудно определимого, что лежит за пределами каких-либо материальных понятий. Как таковых минимальных элементов, из которых состоял бы мир, не существует. Есть сплошная сеть, в чем-то дискретная, в чем-то непрерывная, которая обнаруживает различные свойства и сложное строение при любом уменьшении масштаба исследований.

Обязательными свойствами этой сети являются движение, взаимодействие, наблюдение.