Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени - [3]
Во-первых, «классически консервативные исследователи» Майкельсон и Морли вовсе не собирались опровергнуть существование мирового эфира, представление о котором в те времена было так же незыблемо, как и закон всемирного тяготения. Американские физики хотели лишь впервые измерить скорость его относительного движения на поверхности Земли — «эфирного ветра». Действительно, двигаясь по орбите вокруг Солнца, Земля совершает прямое и попятное движение относительно гипотетического эфира, полгода в одном направлении, а следующие полгода в другом. Следовательно, полгода «эфирный ветер» должен обдувать Землю и, как следствие, смещать показания приборов в одну сторону, а полгода — в другую. Наблюдая в течение целого года за своей установкой, Майкельсон и Морли не обнаружили никаких признаков воздействия эфира. Здесь следует развеять еще одно заблуждение: после своих опытов американские физики вовсе не посчитали, что ими было экспериментально доказано отсутствие эфирного ветра, а, стало быть, и эфира в природе. Наоборот, еще долгое время они подчеркивали, что всего лишь не смогли получить какой-либо результат в пределах погрешности своей установки. Иначе говоря, они просто сочли, что их лабораторная схема слишком груба для исследования «эфирного ветра».
Во-вторых, вопреки расхожему убеждению, эксперимент Майкельсона — Морли вовсе не послужил отправной точкой для создания теории относительности. Дело в том, что ее основному автору, в то время служащему патентного бюро в Берне (Швейцария) Альберту Эйнштейну, исследования американских физиков просто были неизвестны. Это уже впоследствии, после первых впечатляющих успехов новой теории, выяснилось подтверждающее ее значение эксперимента Майкельсона — Морли, а сами они были удостоены всяческих почестей и наград.
В-третьих, правильнее было бы говорить не о каком-либо единственном эксперименте Майкельсона — Морли, а о целой серии опытов, в которых американские исследователи далеко не всегда получали однозначные результаты. Впрочем, и они сами по возможности пытались избегать категорических формулировок, считая, что все их сомнения будут разрешены в будущем на базе более совершенной экспериментальной техники.
Как бы то ни было, но «эфирный кризис» все же был успешно разрешен именно благодаря великому физику двадцатого века Альберту Эйнштейну, который полностью изменил классические представления о пространстве и времени. Эйнштейн предположил, а его учитель и впоследствии соавтор, выдающийся немецкий математик Генрих Минковский (1864–1906), математически показал, что в действительности пространство и время нераздельны. Они как бы образуют единое четырехмерное пространство-время Минковского. Этот физический образ трудно вообразить наглядно, поскольку мы живем в трехмерном мире, описываемом евклидовой геометрией. Образ пространства Минковского удобен в различных теоретических построениях, его очень любят употреблять математики, называя его «многообразием Минковского», и физики-теоретики, среди которых принято говорить о «континууме Минковского». Не обошли его вниманием и писатели-фантасты (…космический флот погрузился в пространство Минковского и совершил внепространственный прыжок…), как правило, к сожалению, совершенно не понимающие смысла данного физического представления.
Теорию относительности принято разделять на две части — специальную теорию относительности (СТО), и общую (ОТО). Первая из них описывает различные релятивистские (от лат. относительный) эффекты при околосветовых скоростях (300 000 км/с). В соответствии со СТО, существует фундаментальная предельная скорость передачи любых взаимодействий и сигналов — скорость света в вакууме. Почему именно скорость света отделяет привычную нам повседневность от таких совершенно фантастических релятивистских явлений, как замедление времени, релятивистское сокращение размеров тел, относительность одновременности и пр.?
Однозначного ответа на этот вопрос пока еще не существует. Формулы СТО только предсказывают, что если какое-либо материальное тело в своем движении приблизится к скорости света, то его масса устремится к бесконечности… Ну а с бесконечностями ученые работать тоже пока не умеют, во всяком случае это означает, что перед нами нереальное явление.
Вторая часть теории относительности условно называется общей (ОТО). В основе ОТО лежит универсальный принцип эквивалентности инертных и гравитационных масс. Можно сказать, что это связано с искривлением окружающего нас пространства как при движении тел, так и при их притяжении, о чем и говорит общая теория относительности. Наглядно все это можно представить, если вообразить наш мир плоским эластичным листом. Тогда все тела в зависимости от их массы образуют большие и маленькие выемки, в которые и будут скатываться при их взаимодействии.
С другой стороны, точно такие же воронки эти же тела образуют при движении, будучи прикрепленными к пленке пространства. При этом глубина воронки определяется ускорением движения. Отсюда легко сделать поражающий воображение вывод о том, что в нашем трехмерном пространстве геометрия, вообще говоря, является неевклидовой и само время в различных точках пространства должно течь по-разному. Вот так физические законы превращают обыкновенный лифт в чудесное средство межпланетного передвижения, и мы можем с некоторой долей фантазии при движении вверх представить себя в атмосфере газовых гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана или Нептуна с большим тяготением, чем на Земле, а при спуске побывать на поверхности Меркурия, Луны или Марса.
