Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени - [2]

Автор благодарит д-ра техн. наук, профессора, академика УАН Д. И. Корнеева, д-ра Уолтера Бабина (Канада), д-ра Амрит Среко Сорли (Словения), профессора В. А. Новикова (Латвия), д-ров В. М. Ваксмана и С. И. Доронина (Россия) за обсуждение профильной тематики. Особенно хочется отметить суровую, но конструктивную критику известного физика и популяризатора науки, академика РАН Э. П. Круглякова, возглавляющего Комиссию РАН по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований.

В оформлении книги использованы материалы с сайтов: http://enchgallery.com/fractals/fracthumbs.htm; http://cdsweb.cern.ch; www.nasa.gov; www.arm.ac.uk; www.ligo.caltech.edu; http://dataisnature.com; www.nature.web.

Современная лаборатория квантовой «алхимии», ЦЕРН, Женева, Швейцария

Наука будущего: проект космического исследовательского центра

ВВЕДЕНИЕ ВОЗРОЖДЕНИЕ ФИЗИКИ

О сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог-изобретатель…

А. С. Пушкин

Прежде чем рассказывать о чудесах современной науки, перелистнем несколько страниц истории. Минула эпоха античных мыслителей-метафизиков, прошел период противоречивых темных веков Средневековья, и на арену истории вышла новая наука Ренессанса — возрожденная физика. Среди нескольких предвестников современного научного подхода к окружающей природе — Николая Кузанского, Френсиса Бэкона, Николая Коперника, Джордано Бруно, Леонардо да Винчи выделяются имена величайших ученых в истории естествознания — Иоганна Кеплера и Галилео Галилея. Считается, и не без основания, что именно с работ Галилея началось развитие экспериментальной науки. Ведь именно этот ученый сумел замечательно соединить оригинальные мысленные эксперименты с движущимися телами и гениальные по своей простоте реальные опыты, которые может повторить любой, самостоятельно убедившись в справедливости предложенной физической модели.

Сама идея совмещения умозрительных моделей и проверяющих их физических экспериментов была в то время чем-то совершенно новым и по-настоящему радикальным, ведь столетиями, если не тысячелетиями, считалось, что исследовать Вселенную можно всего лишь с помощью правильных логических рассуждений. Подобные взгляды приводили ко множеству заблуждений, таких, как необходимость подталкивать стрелу в воздухе для продолжения ее полета, или о том, что все тела падают на землю со скоростью, пропорциональной их массе.

Чтобы понять идею опытов Галилея, надо всего лишь вспомнить, как ведут себя окружающие нас предметы под воздействием силы земного притяжения. Выпустите какой-нибудь предмет из рук — и он упадет на пол; при этом в первое мгновение скорость его движения будет равна нулю, но он тут же начнет ускоряться — и будет продолжать ускоряться, пока не упадет на землю. Вот поэтому Галилей и считал, что если он сможет описать падение предмета на землю, то затем будет уже нетрудно распространить это описание и на общий случай равноускоренного или равнозамедленного движения, так часто встречающегося вокруг нас.

Именно первопроходческий труд Галилея и проложил дорогу последующим триумфальным открытиям великого английского физика Исаака Ньютона (1642–1727), создавшего ту самую классическую механику, которую все мы изучали в школе. С именем Ньютона связано и открытие фундаментального физического закона всемирного тяготения (см. рис. 1 цветной вклейки, далее — цв. вкл.). Правда, здесь мы в очередной раз видим, что и великим свойственно заблуждаться, ведь Ньютон считал, что взаимодействие тел имеет характер дальнодействия — мгновенной передачи воздействия тел друг на друга через пустое пространство, которое не принимает участия в передаче взаимодействия. Однако концепция дальнодействия была признана не соответствующей действительности после открытия и исследования электромагнитного поля, играющего роль посредника при взаимодействии электрически заряженных тел. Возникла новая концепция взаимодействия — концепция близкодействия, которая затем была распространена и на любые другие взаимодействия. Согласно этой концепции, взаимодействие между телами осуществляется посредством тех или иных полей (например, тяготение — посредством гравитационного поля), которые непрерывно распределены в пространстве.

Тут надо заметить, что в науке позапрошлого века большую роль играли ложные представления о некой всепроникающей среде — эфире. На представления об эфире как переносчике электрических и магнитных взаимодействий опиралась вся физика того времени. Первоначально эфир понимали как механическую среду, подобную упругому телу, в котором распространение световых волн уподоблялось распространению звука в воздухе.

Гипотеза механического эфира соединяла в себе несоединимое и чем-то напоминала мифическое существо — грифона с птичьей головой и туловищем льва. Так, закономерности распространения световых волн требовали от эфира свойств абсолютно твердого тела, намного тверже алмаза, и в то же время эфир не должен был оказывать ни малейшего сопротивления движению небесных тел, иначе это сразу же выявили бы астрономы. В течение долгого времени поколения математиков и физиков пытались придумать правдоподобную модель для загадочного эфира. Но в конце концов, более столетия назад, было твердо установлено, что ложно само понятие этой таинственной субстанции. Сделала это самая знаменитая теория прошлого века — теория относительности. Крах «эфирного мироздания» начался с хрестоматийного сейчас эксперимента по выяснению участия эфира в движении тел. Этот эксперимент был поставлен американскими физиками