Нелокальность - [32]

Новые трудности локальности

Физиков конца века беспокоило то, что у них было две отдельные теории: электромагнетизм и механика. Огромная трещина проходила через их картину мира, она не только разрушала мечту о простоте, но и делала невозможным решение различных практических проблем. Чтобы определять траекторию бейсбольных мячей и планет, они применяли законы Ньютона. Чтобы создавать генераторы и электромагниты, они применяли уравнения Максвелла. Но что делать в тех случаях, когда есть и движение, и электромагнетизм? Как движущийся объект влияет на электрические и магнитные поля и наоборот?

Эти две теории казались совершенно несовместимыми. Для одного из центральных аспектов законов Ньютона, тяготения, не было места в теории Максвелла. Если электрические и магнитные силы могут притягивать или отталкивать, то сила тяжести всегда притягивает. Кроме того, поле тяготения не удовлетворяло ни одному из критериев, свидетельствовавших о реальном существовании электрических и магнитных полей. Например, наблюдатели не видели никаких признаков того, что гравитации требовалось время на распространение. Согласно влиятельной (хотя в ретроспективе неправильной) оценке, сила тяготения проносится через пространство мгновенно. В начале века сила тяготения была моделью для других сил; к его концу она стала приводящим в замешательство исключением.

Еще более фундаментальная проблема состояла в том, что уравнения Максвелла выделяли одну скорость как особенную, а именно скорость света, хотя законы Ньютона не предполагают такого понятия, как абсолютная скорость чего-либо. В его законах скорость всегда относительна. Относительно человека, бросающего бейсбольный мяч, этот мяч может лететь со скоростью 30 км/ч; относительно того, кто смотрит на это из движущегося поезда, — 160 км/ч; относительно астронавта на космической станции — 27 000 км/ч. Если вместо того, чтобы бросить мяч, человек включает фонарь, насколько быстро световые волны перемещаются относительно этих же наблюдателей? Годы спустя один физик вспоминал, как читал об электромагнетизме в 16 лет и размышлял: «Если двигаться со скоростью света, будет ли казаться, что волны остановились?» Одни теоретики думали, что да, другие, что нет. Эксперименты были так же противоречивы.

Одним из теоретиков, ломавших голову над несовместимостью механики и электромагнетизма, был голландец Хендрик Лоренц. Его дочь Гертруда, которая впоследствии сама стала уважаемым физиком, вспоминала, как они с братом и сестрой в шутку называли отца белым медведем из-за того, что он ритмично ходил взад и вперед в своем подвальном кабинете, как медведь в клетке. Во время этих медвежьих прогулок он придумал, как согласовать механику с электромагнетизмом. По его мнению, электромагнетизм был более глубокой теорией из двух. Она могла объяснить законы движения Ньютона и, возможно, даже тяготение. В подходе Лоренца появилось такое понятие, как абсолютная скорость тел, обусловленная электромагнитной средой. Если двигаться со скоростью, равной собственной скорости волн, то они будут казаться неподвижными.

У Лоренца был готовый ответ на результаты эксперимента, которые предполагали, что все иначе: физиков вводила в заблуждение схема эксперимента. Чтобы измерить скорость, им требовалась линейка, и приходилось надеяться на то, что эта линейка окажется надежным стандартом длины. Эта надежда была неуместна. По рассуждениям Лоренца, когда линейка находится в движении, электромагнитное поле сопротивляется этому движению, сжимая линейку в продольном направлении, так же как аэродинамическое сопротивление заставляет падающую дождевую каплю сплющиваться. Этот эффект сбивает все измерения и заставляет экспериментаторов ошибочно считать, что скорость света относительно измерительного прибора никогда не меняется. В общем, хотя и истинная, абсолютная скорость существует, электромагнетизм мешает нашим попыткам ее измерить.

Чисто практически теория Лоренца была огромным успехом, и в 1902 г. благодаря ей он получил незадолго до того учрежденную награду — Нобелевскую премию. Но такие шутки природы с экспериментаторами казались слишком уж коварными. К тому же эта теория сама создавала новые проблемы. Физики и философы тысячелетиями метались между дискретными частицами и непрерывной средой, а Лоренц объединил в своей теории и то и другое, что имело неприятные последствия. Например, электрическое поле должно было передавать воздействия не только каждой заряженной частицы на все остальные, но также и воздействия каждой частицы на самое себя. Этот цикл взаимодействия частиц самих с собой приводил к парадоксам. Частица должна была начать ускоряться прежде, чем к ней прикладывали силу, словно ясновидящая. Способность частицы немного заглядывать в собственное будущее можно было бы использовать для бесконечно быстрой отправки сообщений из одного места в другое.

Мало того, теория предсказывала, что частицы должны взрываться под давлением их собственного накопленного электрического поля. Чтобы объяснить, почему частицы во Вселенной не взрываются как петарды, физики решили, что они должны быть геометрическими точками нулевого размера. Что-то настолько несущественное не могло бы взорваться. Но, как заметил Зенон за две тысячи лет до этого, точка — парадоксальная вещь. Всегда, когда в физике появляется ноль, бесконечность не заставляет себя ждать. Если электрическое поле фокусируется в бесконечно малой точке, оно становится бесконечно сильным. По аналогичным причинам если бы длина волны света могла быть любым числом вплоть до нуля, то у ящика, заполненного световыми волнами, была бы бесконечная емкость для хранения энергии. Такой ящик засасывал бы энергию, как черная дыра, не из-за гравитационной силы, а из-за неограниченной емкости: как люди в телесериале «В плену ненужных вещей» (Hoarders), которые стали такими барахольщиками, что вещи исчезают в их доме бесследно.