Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, антивещество и бозон Хиггса - [47]

Сейчас мне стыдно и неловко. Я попал в накатанную колею: традиция велит сначала рассказать об эфире — идея которого едва ли пришла бы вам в голову независимо, — а затем тут же объяснить, почему эта гипотеза оказалась ошибочной. После чего все от души смеются над тем, какие дурачки были ученые прошлого, не то что мы.

Да, теория эфира действительно ошибочна, но я скажу несколько слов о том, откуда нам, собственно, известно, что она ошибочна. Аргументировать это куда проще, чем измерить. Основной довод — то, что мы движемся вокруг Солнца в разных направлениях в разное время года. Если бы гипотеза об эфире была верна, скорость света зависела бы от направления и летом и зимой была бы разная.

В целом общепринято, что окончательный крест на теории эфира поставил опыт Альберта Майкельсона и Эдварда Морли в 1887 году, хотя похожие эксперименты многократно проводились и до, и после. Майкельсон и Морли использовали устройство под названием интерферометр, при помощи которого можно было измерять отклонения скорости света в зависимости от времени года, времени суток и ориентации устройства. И не обнаружили решительно ничего. Вообще никаких отклонений. Как писал об этом английский физик сэр Джеймс Джинс полвека спустя:

Развитие событий было одинаковым независимо от того, находился мир в покое в предполагаемом эфире или же сквозь него дул эфирный ветер со скоростью миллион миль в час. Складывалось такое впечатление, что предполагаемый эфир не играет особой роли в ходе вещей… и им, таким образом, вполне можно пренебречь.

Если нет никакого эфира, значит, свет перемещается не на чем-то, а сам по себе, а следовательно, не похож на ранее известные волны. Это явление — как и очень, очень многие другие — объяснил в 1905 году Эйнштейн[59]. Речь идет, само собой, о специальной теории относительности.

Как построить защитное силовое поле

Эйнштейн был в полном восторге от единых законов электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла. Еще бы! Уравнения Максвелла — образец простоты и элегантности и описывают почти все: от того, почему игла компаса указывает на север, и того, почему, если потереть воздушный шарик, он прилипнет к стене, до устройства атомов.

Одно из уравнений — так называемый закон Фарадея — описывает, как магнитное поле, меняющееся со временем, может генерировать электрическое поле. Другое уравнение — закон Ампера[60] — показывает, в свою очередь, что меняющееся со временем электрическое поле генерирует магнитное поле. Это «туда-обратно» показывает, почему там, где нормальные люди говорят о свете, физики упоминают какое-то там электромагнитное поле. Эйнштейн обнаружил, что разделение электромагнетизма на электричество и магнетизм — это, в сущности, вопрос точки зрения.

Магнетизм в движущейся системе отсчета

Рассмотрим два звездолета, капитаны которых (мы с вами) злобно глядят друг на дружку и всерьез подумывают, не пойти ли на таран. Миролюбивая инопланетянка Алиса хочет создать примитивное силовое поле, чтобы не дать нам претворить в жизнь худшие свои порывы. Устройство довольно простое: Алиса щедро поливает обшивку наших звездолетов электронами. Стоит звездолетам сблизиться, и электроны расталкивают нас в стороны.

Это силовое поле работает исключительно на электричестве, магнетизм в уравнении вообще не фигурирует.

Между тем мы с вами, осознав тщетность попыток уничтожить друг дружку, решили сформировать альянс и лететь через глубокий космос на своих покрытых электронами кораблях бок о бок. Алиса, предпочитающая держаться чуть позади, отмечает неожиданное явление. С ее точки зрения наши звездолеты по-прежнему отталкиваются друг от друга из электростатической силы, однако эта сила уже не так велика, как в состоянии покоя. Дело в том, что каждый из движущихся звездолетов создает электрический ток, и наши токи создают магнитное поле. Поскольку мой звездолет чувствует магнитное поле, генерируемое вашим звездолетом, и наоборот, звездолеты притягивают друг друга.

Краткий итог. Заряд сам по себе означает отталкивание. Заряд плюс ток означает и отталкивание, и притяжение, которое частично уменьшает отталкивание.

Но тут-то и начинается самое интересное. Единственная разница между первым случаем, когда налицо только электрическое отталкивание, и вторым, когда есть и электрическое отталкивание, и магнитное притяжение, состоит в том, считаете вы, что заряды движутся, или нет. Если Алиса решит лететь с той же скоростью, что и мы, и в том же направлении, то может сделать так, что магнитные поля и вовсе пропадут и, следовательно, изменит силы, действующие между нашими кораблями, не притронувшись к нам и пальцем.

Как Эйнштейн подправил Галилея

Эйнштейн не видел в этом проблемы. Он принял как данность и странное поведение электрических и магнитных полей, и постоянство скорости света, которое доказали Майкельсон и Морли[61], и разработал новую теорию — специальную теорию относительности. Эйнштейн исходил из двух простых предположений.

1. Для любых систем отсчета, для которых справедливы законы механики, справедливы и одни и те же законы электродинамики и оптики.