Раннее зондирование космоса: первопроходцы XIX века

Дэвид Юм писал: «Кажется очевидным, что люди склонны в силу естественного инстинкта или предрасположения доверять своим чувствам и что без всякого размышления или даже до размышления мы всегда предполагаем внешний мир, который не зависит от нашего восприятия и который существовал бы даже при отсутствии или уничтожении нас и всех других способных к ощущению созданий».

Физические свойства, которыми ученые наделили пространство, скорее всего, не удастся зафиксировать. Но, несмотря на это, мы по-прежнему пытаемся это сделать. Одной из самых известных подобных попыток был эксперимент Майкельсона – Морли, поставленный в 1887 году. Он был призван развеять все сомнения относительно существования эфира. Когда Эйнштейн был еще очень юн, физики полагали, что все пространство наполнено невидимым эфиром, обусловливающим все свойства пространства. Древние греки решительно отвергали возможность существования абсолютного ничто. Представители этой цивилизации поднаторели в логическом мышлении и все время им пользовались, поэтому отлично понимали, какие противоречия заложены в идею «бытия ничто». Бытие – от слова «быть», а если что-то есть, то это уже нечто, а не ничто. Объединение «нечто» и «ничто» подобно рассуждению о ходьбе без движения. Еще в XIX веке ученые были уверены, что между планетами должно что-то существовать, иначе свету будет просто не в чем лететь. Все более ранние попытки доказать наличие такого гипотетического эфира не увенчались успехом, но Альберт Майкельсон утверждал, что если Земля действительно движется в пространстве, заполненном эфиром, то луч света, идущий в том же направлении, что и Земля, должен отражаться и приходить назад быстрее, чем луч света, направленный под прямым углом к траектории Земли.

Вместе с Эдвардом Морли Майкельсон поставил эксперимент, в котором применил прибор, закрепленный на устойчивой бетонной платформе, плавающей на поверхности большого бассейна с ртутью. Устройство, установленное на этом устройстве, было оснащено множеством зеркал, которые можно было легко вращать без какого-либо нежелательного наклона. Результаты были неоспоримыми: свет, шедший по горизонтали сквозь «поток эфира», проделывал путь ровно за то же время, что и свет, пересекавший «поток эфира» по вертикали. Можно было подумать, что Земля застряла на своей околосолнечной орбите, словно вдруг подтвердилась птолемеевская картина мира, созданная в Древней Греции. Однако отвергнуть теорию Коперника было немыслимо. Предположение о том, что эфир вращается вокруг Земли, также не выдерживало критики, поскольку такой вариант был давно исключен в ходе многих других экспериментов.

Разумеется, никакого эфира не существует. Пространство не имеет физических свойств. Генри Дэвид Торо[20]однажды сказал: «Знание дается нам не по частям, оно озаряет, как яркие вспышки небесного света». Джорджу Фицджеральду[21]потребовалось несколько лет, чтобы с помощью обычной прикладной логики, а не небесного света продемонстрировать, что существует иное объяснение отрицательного результата, полученного при эксперименте Майкельсона – Морли. Он предположил, что сама материя сжимается по оси своего движения и что степень такого сжатия возрастает прямо пропорционально скорости движения. Например, объект, который движется вперед, должен быть немного короче такого же объекта в состоянии покоя. Исследовательский инструментарий Майкельсона, да и вообще любые измерительные инструменты, а также человеческие органы чувств также немного сжимаются, поскольку все мы и остальные объекты на нашей планете движемся в одном направлении с Землей.

Сначала эта гипотеза не имела никакого правдоподобного объяснения. Наука – не политика, где можно с успехом обойтись без объяснений. Но спустя некоторое время великий голландский физик Хендрик Лоренц попытался решить эту задачу при помощи электромагнетизма. Лоренц был одним из первых ученых, заявивших о существовании электрона. Электрон действительно удалось открыть в 1897 году. Это была первая из известных субатомных частиц, а также одна из тех трех частиц, которые считались фундаментальными, то есть неделимыми. Многие физики-теоретики, в том числе Эйнштейн, считали Лоренца величайшим физиком своего времени. Именно Лоренц считал, что вышеупомянутый феномен сжатия (сокращения) является динамическим эффектом и что молекулярные силы, воздействующие на движущийся объект, отличаются от сил, действию которых подвергается объект в состоянии покоя. Лоренц рассуждал, что если объект, имеющий электрический заряд, движется через космическое пространство, то его частицы будут находиться друг от друга на иных расстояниях, нежели в состоянии покоя. В результате форма объекта изменится, он «сократится» в направлении своего движения.

Лоренц предложил ряд уравнений, которые позже стали известны под названием «преобразование Лоренца» (или «сокращение Лоренца» – см. приложение 1). С помощью этих уравнений описываются события, происходящие в одной системе координат относительно другой системы координат. Уравнение преобразования Лоренца было таким простым и красивым, что Эйнштейн целиком использовал его в 1905 году, когда формулировал свою Специальную теорию относительности. Действительно, вся математическая суть специальной теории относительности воплощена в этом уравнении. Преобразование Лоренца не только помогло количественно обосновать гипотезу о сокращении, но и предвосхитило теорию относительности, так как совершенно правильно иллюстрирует увеличение массы движущейся частицы.

Изменение массы электрона можно определить по тому, как он отклоняется под действием магнитного поля, – в отличие от его длины. В 1900 году Вальтеру Кауфманну удалось доказать, что масса электрона увеличивается в точном соответствии с прогнозом Лоренца. Последующие эксперименты показали, что уравнения Лоренца практически абсолютно точны.

Хотя принцип относительности был открыт Пуанкаре, а Лоренц предложил формулу для расчета происходящих при этом изменений, объединить их открытия предстояло Эйнштейну. Именно он смог четко изложить в своей специальной теории относительности все детали, обусловленные законами изменения времени и пространства. Часы при движении действительно идут медленнее, а при субсветовых скоростях такое замедление становится очень существенным. Например, на скорости 943 миллиона километров в час время будет течь вдвое медленнее, чем в состоянии покоя. На скорости света – 300 000 километров в секунду – время остановится полностью. На «бытовом» уровне такие изменения практически неощутимы, так как никто не обладает настолько тонким чутьем, чтобы заметить изменения хода часов на разных скоростях движения в обычной жизни. Даже на ракете, мчащейся в космосе со скоростью почти 100 миллионов километров в час, ход часов замедлится всего на 0,5 %.

Уравнения эйнштейновской теории относительности, основанные на уравнениях Лоренца, позволили спрогнозировать все поразительные эффекты, проявляющиеся при движении на сверхвысоких скоростях. Они описывают мир, который под силу представить лишь немногим – даже в наш век научной фантастики, одним из первых образцов которой была «Машина времени» Герберта Уэллса.

Проводятся все новые эксперименты, подтверждающие идеи Эйнштейна. Его уравнения проверялись, перепроверялись, их пытались опровергнуть. На самом деле сегодня уже существуют целые технологии, построенные на теории Эйнштейна. В частности, именно таков механизм фокусировки электронного микроскопа. Другой пример – конструкция клистрона, электронно-лучевой трубки, подающей микроволновую энергию в радарных системах.

И теория относительности, и биоцентризм, которому посвящена эта книга, предсказывают одни и те же явления. Наблюдаемые факты не позволяют объективно предпочесть одну из этих теорий. Лоуренс Скляр, один из ведущих современных философов науки, писал, что «каждый может считать истинной либо теорию относительности, либо ее биоцентрические альтернативы – в данном случае это зависит от свободного выбора». Но совсем не обязательно отвергать Эйнштейна, чтобы описать пространство и время так, как интуитивно воспринимают их люди и животные. Пространство и время относятся к нам, а не к физическому миру. Не требуется выдумывать новые измерения и изобретать совершенно новую математику, чтобы объяснить, почему пространство и время относительны для наблюдателя.

Однако такая «равнообъяснимость» свойственна не всем естественным феноменам. Эйнштейновская теория просто рассыпается, если мы пытаемся применить ее непосредственно к пустому пространству на субмолекулярном уровне. В теории относительности движение описывается в контексте четырехмерного пространственно-временного континуума. Соответственно, пользуясь одной лишь этой теорией, мы должны иметь возможность определить или положение и импульс, или энергию и время одновременно с неограниченно высокой точностью. Это заключение оказалось неполным, учитывая границы, обусловленные принципом неопределенности.

Эйнштейновская интерпретация природы была разработана для того, чтобы объяснить парадоксы, накапливаемые при движении и обусловленные присутствием гравитационных полей. Эта теория не делает никаких философских утверждений относительно того, существуют ли пространство и время независимо от наблюдателя. Теория Эйнштейна будет соблюдаться для движущейся частицы или кванта света и в случае, если это движение протекает в поле сознания и в полном «ничто».

Но независимо от того, какие математические допущения мы будем делать для расчета движения, пространство и время все равно останутся феноменами, существующими только для воспринимающего организма. Мы можем говорить о пространстве и времени только как об аспектах жизни, несмотря на то что пространство-время из специальной теории относительности принято считать самодостаточной, независимой сущностью, обладающей собственной структурой.

Более того, сегодня мы задним числом понимаем, что Эйнштейн просто заменил абсолютную внешнюю трехмерную сущность абсолютной внешней четырехмерной сущностью. В начале своей статьи об общей теории относительности Эйнштейн рассматривает именно этот недостаток, свойственный его специальной теории относительности. Эйнштейн описал объективную реальность как пространство-время, не зависящее от каких-либо событий, которые в нем происходят. Эта проблема, которую он так и не смог разрешить, безусловно, остро встала бы для него сегодня, если бы он мог дожить до наших дней. В конце концов, Эйнштейн последовательно отстаивал свое духовное убеждение в том, что «свободной воли не существует». Неизбежным следствием такого убеждения был вывод о том, что Вселенная «работает сама по себе». Отсюда мы медленно приходим к дуализму и независимости эго, а представление об отдельных «отсеках» для существования сознания и окружающего космоса кажется несостоятельным. На самом деле не может быть никакого разрыва между наблюдателем и наблюдаемым. Если их разделить, то реальность исчезает.

Работы Эйнштейна в том виде, как они у него получились, отлично подходили для расчета траекторий и определения относительного протекания последовательностей событий. Эйнштейн не пытался прояснить истинную природу времени и пространства, так как их нельзя описать на уровне физических законов. Чтобы понять, что собой представляют время и пространство, мы сперва должны понять, как мы воспринимаем и осмысливаем окружающий нас мир.

Действительно, как же мы видим предметы, если наш мозг заключен внутри черепа, плотно закрытой костяной коробки? Вся эта разнообразная и блестящая Вселенная открывается нам через зрачок, ширина которого составляет несколько миллиметров, а для того, чтобы увидеть Вселенную, достаточно крошечного пучка света. Как же все эти электрохимические импульсы упорядочиваются, выстраиваются в последовательность и в единство? Как мы осмысливаем увиденную страницу, лицо – все что угодно, что кажется таким реальным? Ведь лишь немногие из нас способны призадуматься: а как возникает вся эта картинка? Разумеется, традиционная физика не в силах обнаружить, что все эти нескончаемые образы, которые так живо окружают нас, являются тончайшим продуктом нашего сознания и существуют только в голове.

«Самоуверенно взяв на себя эту [эпистемологическую] задачу, – писал Эйнштейн, – я вскоре, однако, осознал, в какую скользкую область пришлось мне вступить, не обладая к тому же никаким опытом, ибо до сих пор я предусмотрительно ограничивал свою деятельность областью физики». Какое замечательное утверждение, основанное на опыте, приобретенном благодаря мудрости и рефлексии, и написанное почти через полвека после того, как была сформулирована специальная теория относительности.

Возможно, Эйнштейн пытался возвести «замок», не вполне разбираясь в подобранных «строительных материалах» и в том, насколько они подходят для этой цели. В молодости он был уверен, что сможет составить картину мироздания на базе лишь одной стороны реальности – физической, игнорируя другую сторону – живую материю. Но ведь Эйнштейн не был ни биологом, ни доктором медицины. Его склонности и образование располагали к тому, что он чрезмерно увлекался математикой, уравнениями и квантами света. Великий физик провел последние 50 лет своей жизни в бесплодных поисках «всеобщей теории всего», которая могла бы целостно описать весь космос. Если бы только он хотя бы однажды смог выйти из своего принстонского кабинета, присмотреться к пруду и разглядеть там стайки мальков, снующие под пленкой воды, то Эйнштейн просто поразился бы истинным масштабам той необъятной Вселенной, одним из затейливых элементов которой являются мальки.

Поиск по сайту: