Вечное Пламя

– Но если наши представления о механике простой частицы требуют столь нового и радикального подхода, разве не следует нам проявить последовательность в его применении? Предположим, что мы можем идентифицировать другую систему, внешне подчиняющуюся тем же самым уравнениям, которые, как считалось ранее, адекватно описывают движение частицы в потенциальной яме. Разве не следует применить тот же самый подход и к ней?

Карла не представляла, какой пример он имел в виду, но по первому впечатлению идея звучала вполне здраво.

– Представим себе монохроматическую световую волну, движущуюся в конкретном направлении и обладающую определенной поляризацией. В реальном мире мы никогда не встречаемся с настолько простыми явлениями – однако настоящие волны, движение которых мы действительно наблюдаем в вакууме, всегда можно представить в виде суммы таких идеализированных волн.

– Поскольку такая волна обладает единственной частотой, всю информацию о ее изменении во времени мы можем почерпнуть из одного измерения величины, или амплитуды, светового поля в выбранной точке пространства. Данная амплитуда ведет себя довольно просто – она осциллирует с частотой, равной частоте всей волны.

– Вам это ничего не напоминает? Например… частицу, которая катается туда-сюда в своей потенциальной яме?

Ассунто сделал паузу, как бы ожидая возражений, но в зале по-прежнему царила тишина. Карла хотела опередить его – завершить аналогию, осознать ее последствия и найти какой-нибудь фатальный изъян, ускользнувший от его внимания – но ее охватил ступор, и возможность была упущена.

– Аналогию можно выразить точно, – заявил Ассунто. – Амплитуда нашей идеальной световой волны соответствует расстоянию между частицей и центром одномерной параболической потенциальной ямы с бесконечно высокими стенками. Энергию световой волны можно разделить на две части – первая аналогична потенциальной энергии частицы, связанной исключительно с ее положением внутри ямы, а вторая является аналогом кинетической, зависящей только от скорости ее движения.

– Карла со своей командой уже показала нам, что произойдет, если применить принцип Патриции к частице, запертой в потенциальной яме твердого тела. Наша система по сути даже проще, так как потенциальные ямы в твердых телах являются трехмерными и по форме отличаются от идеальных парабол. В более простом варианте те же самые расчеты дают бесконечную последовательность энергетических уровней, отделенных друг от друга одним и тем же интервалом.

– От чего зависит расстояние между соседними уровнями? В твердых телах оно определяется естественной частотой колебаний, совершаемых частицей в потенциальной яме – то есть в нашем случае зависит от частоты, с которой осциллирует амплитуда светового поля. Другими словами, энергия световой волны должна принадлежать некоторому дискретном множеству, а величина интервала между двумя соседними уровнями будет равна частоте света, умноженной на постоянную Патриции.

Карла в точности знала, к чему сейчас ведет Ассунто – и что именно означало уничижительное название его доклада.

– Однако этот интервал в точности совпадает с энергией, приписываемой каждому из фотонов, связанных с данной световой волной! – объявил он. Поэтому тот факт, что энергия волны может изменяться лишь дискретными шагами, больше не требует существования особых фиктивных частиц, которые повсюду следуют за волной, как зудни, увлекаемые дуновением ветра.

Ассунто изобразил у себя на груди два схематичных примера.

– Есть ли на этом рисунке частицы света? – задумчиво произнес он. – Нет, если под «частицей света» понимать нечто вроде крошечной песчинки. Количество фотонов, сопровождающих каждую световую волну, по сути представляет собой всего лишь обозначение ее энергетического уровня, который определяется числом шагов, отделяющих его от уровня с минимальной энергией. Это не количество каких-то предметов, которые можно было бы взять в руки.

– На самом нижнем уровне, с нулевым числом фотонов, энергия нулю не равна, – возразила Карла. – Это…

– Странно? – подсказал Ассунто. – Я согласен. Но то же самое верно и в отношении ваших светородов в твердых телах: они не могут неподвижно лежать на дне своих потенциальных ям.

– Да, но в этих ямах, по крайней мере, хоть что-то есть, – сказала в ответ Карла. – Вы утверждаете, что пустое пространство само по себе обладает энергией – и вклад в нее вносит каждая из возможных мод светового поля! – Каждая частота, каждое направление, каждая поляризация, которыми могла бы обладать произвольная световая волна, оставили бы в вакууме свой след – и наличия самих волн при этом не требовалось.

– Обнаружить можно лишь изменение энергии, – сказал Ассунто. – Ее фактическое значение – бессмысленная величина: если переопределить все энергетические уровни, добавив или отняв одно и то же значение, то наблюдаемые результаты от этого не изменятся. Поэтому меня совершенно не волнует, отличается ли от нуля теоретическое значение энергии в пустом пространстве… но если вы хотите вычесть эту величину из энергии всех наблюдаемых объектов, обнулив тем самым энергию вакуума, – пожалуйста, действуйте. Это ни на что не повлияет.

Карла замолчала. Этот вывод по-прежнему казался ей абсурдным, но возразить против него ей было нечего.

– Что же мы получаем в итоге? – продолжил Ассунто. – Мы начали со светового поля Ялды, которое обладает точным значением в каждой точке пространства и в каждый момент времени. Однако теперь, благодаря принципу Патриции, у нас есть теория, в которой подобный образ мышления более не применим. Подобно тому, как светород в твердом теле не имеет фиксированного положения и размазан по своей потенциальной яме, амплитуда световой волны также должна охватывать некоторый интервал. Этот вывод не обязательно противоречит известному нам поведению волн в традиционной оптике, так как разброс значений в световой волне достаточно высокой интенсивности может значительно уступать пиковой амплитуде света. Но мы не должны рассчитывать на применимость законов обычной оптики, как и предполагать, что неприменимость старых законов указывает на явление, аналогичное столкновению песчинок, когда отдельный светород «рассеивает фотон» – то есть когда количество фотонов для света с одной частотой и направлением уменьшается на единицу, а для света с другой частотой и направлением на ту же единицу увеличивается.

Ассунто раскинул руки, давая понять, что выступление подошло к концу. Новые подробности будут отражены в самой статье, но его презентация была окончена.

– Вопросы?

Большинство людей в зале выглядели так, будто все еще пытались с трудом переварить услышанное, однако Онесто ответил незамедлительно.

– А как же светороды? – спросил он у Ассунто.

– А что с ними не так?

– Можно ли описать их в рамках той же самой концепции? Если фотоны в действительности являются всего лишь ступеньками в энергетической лестнице световой волны, нельзя ли аналогичным образом интерпретировать и светороды?

– Когда светородная волны в твердом теле переходит в состояние с более высокой энергией, это не приводит к появлению нового светорода, – сказал Ассунто. – Это просто означает, что соответствующий светород приобрел дополнительную энергию.

– Это я понимаю, – сказал в ответ Онесто. – Но я не имею в виду энергетические уровни твердого тела. Вы рассмотрели световую волну в вакууме и показали, что энергетические уровни каждой моды соответствуют тем величинам, которые Карла и Патриция назвали бы количеством фотонов, содержащихся в световой волне. Так почему же вы не можете поступить подобным образом со светородной волной в вакууме и найти для каждой из ее мод энергетические уровни, соответствующие количеству светородов?