Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени - [6]

Создав теорию, основанную на понятии пространства-времени Минковского, получившую название «специальной теории относительности», сокращенно «СТО», Эйнштейн приступил к разработке новой теории гравитации. Великий физик назвал ее «общей теорией относительности», или «ОТО», и всегда считал ее своим наивысшим достижением, включившим в себя теорию всемирного тяготения Ньютона как частный случай. В основе ОТО лежит образ пространства Минковского, искаженного материальными телами, наподобие деформации, создаваемой свинцовыми шариками на резиновой пленке.

Искусственная невесомость

При разработке своей теории гравитации Эйнштейн прежде всего обратил внимание на то, что всепроникающее тяготение одинаково действует на все тела. Оно сообщает любым массам абсолютно одинаковые ускорения совершенно независимо от их вида, строения, химического состава и других свойств. Тут Эйнштейн заметил поразительную природную закономерность, которую он развил в важнейший физический принцип ОТО, — эквивалентность инертной и гравитационной масс. Инертная масса входит в три школьных закона Ньютона, а гравитационная — в его же закон всемирного тяготения. Сам Эйнштейн неоднократно вспоминал, что к принципу эквивалентности его привели наблюдения поведения тел в обыкновенном лифте. К примеру, в свободно падающем лифте наступит состояние искусственной невесомости, которое часто используют для тренировок космонавтов.

Центрифуга в Тренировочном центре космонавтов им. Ю. А. Гагарина (Россия)

Центрифуга, карусель, ротор, юла, волчок — во всех этих вращающихся телах и механизмах происходит своеобразный переход сил инерции в силы искусственной гравитации. Так, в тренировочной центрифуге космонавты не только привыкают к перегрузкам старта и спуска, но и пытаются почувствовать себя в глубинах атмосферы газовых гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Вариант геометрии вакуума

Фрактальное множество (компьютерная графика)

Фрактальный образ Вселенского Древа

ГЛАВА ПЕРВАЯ ЭРА НОВОЙ НАУКИ

Можно понять, какое существенное влияние было оказано на само направление развития человеческих знаний в тот день, когда кванты исподтишка вошли в науку. В тот самый день величественное и грандиозное здание классической физики было потрясено до самого основания, хотя никто тогда еще и не отдавал себе ясного отчета в этом. В истории науки не много было подземных толчков, сравнимых по силе с этим.

Луи де Бройль, нобелевский лауреат, основатель волновой квантовой механики

Сегодня квантовая теория привела нас к более глубокому пониманию: она установила более тесную связь между статистикой и основами физики. Это является событием в истории человеческого мышления, значение которого выходит за пределы самой науки.

Макс Борн, один из основоположников квантовой физики

Настоящая глава — это краткий экскурс в бурный период становления современной физики. Это был этап глубоких исканий, заблуждений и противоречий, изменивший лицо человеческого общества. Период, предвосхитивший эпоху новой науки, когда человечество все чаще вынуждено решать, на какое направление ее развития следует наложить запрет и как убедить или даже заставить повиноваться этому запрету многотысячную интернациональную армию исследователей.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ КАТАСТРОФА

Студентам моего времени посчастливилось слышать историю возникновения новой физики двадцатого века из уст крупнейших советских ученых с мировым именем, таких, как Антон Карлович Вальтер, Моисей Исаакович Каганов, Арнольд Маркович Косевич, Эммануил Айзикович Канер, Валентин Григорьевич Песчанский, Виктор Моисеевич Цукерник, Лев Самойлович Палатник, Игорь Иванович Фалько.

Больше всего мне запомнилось, как начинал этот раздел своего лекционного курса один из самых видных теоретиков прошлого века, академик А. И. Ахиезер, а начинал он его с риторического вопроса: как правильно рассказать о той «драме идей», по словам Альберта Эйнштейна, которая сопровождала мучительное рождение нового знания о природе окружающего мира? Ну а дальше, будучи блестящим лектором, Александр Ильич погружал нас в один из самых таинственных и притягательных разделов физики, которым уже долгое время (практически с момента возникновения) остается квантовая механика. Второе название данной области науки — волновая механика. Это теория, которая устанавливает способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также общую связь величин, характеризующих микромир частиц, с физическими величинами окружающего нас большого мира (макромира).

В классической физике Лагранж, Гук и Ньютон рассматривали окружающую природу как абстрактный мир бильярдных шаров с абсолютно точными пространственными координатами и скоростями.

Опыт показывает, что такое описание не всегда справедливо для микромира элементарных частиц. Соотношение между классической и квантовой механикой определяется существованием универсальной мировой постоянной Планка, которая называется также квантом действия и разбивает все окружающие потоки энергии на мельчайшие порции — кванты энергии. Обычно последние называют просто квантами и говорят, что энергия