Звезда Смерти Гизы

Приписывание определенной величины для неизвестной скорости [односторонняя скорость света] без помощи измерительных инструментов является не подлинной физической операцией, а чем-то больше напоминающим ритуал… Принцип постоянства скорости света не просто не понятен; он не подкреплен объективными фактами.

С исчезновением этого принципа основанные на нем геометрические конфигурации вместе с их синтезом пространства и времени должны быть лишены права на истинное описание физического мира [206] .

206

Ibid., p. 250, цит. по статье Н. Ives, «Revisions of the Lorenz Transformations», Proceedings of the American Philosophical Society95 (1951): p. 125–132.

Иными словами, геометрические построения специальной теории относительности, основанные на предпосылке о постоянстве скорости света, являются ошибочными, так как выходят за рамки свидетельств, предоставляемых в их поддержку, или, как в случае с экспериментом Саньяка, противоречат им.

Но как же быть с общей теорией относительности, которая вроде бы так хорошо работает вместе со своей геометрической концепцией об искажении пространства телами с большой массой и подтверждается наблюдением предсказанного изгиба световых лучей, проходящих в непосредственной близости от Солнца? Хотя эта концепция кажется правильной, эта «правильность», наверное, в меньшей степени является результатом наблюдений, чем многочисленных повторений. Если достаточно часто повторять одну и ту же парадигму, то начинаешь верить в нее и интерпретировать наблюдения на этой основе. Но дело в том, что общая теория относительности не объясняет, каким образом тела с большой массой искажают пространство; она лишь утверждает, что это происходит.

Не кто иной, как Никола Тесла высказался на эту тему в 1932 году:

Я считаю, что пространство не может быть искривлено по той простой причине, что оно не имеет свойств… О свойствах мы можем говорить лишь в том случае, когда имеем дело с веществом, заполняющим пространство. Говорить о том, что в присутствии крупных тел пространство становится искривленным, равнозначно тому, чтобы утверждать, будто нечто может влиять на ничто. Я, например, отказываюсь поставить свою подпись под таким мнением [207] .

207

La Violettе, op cit., p. 291, цит. по статье в New York Times, 10 July 1932, p. 19. col. 1.

Похоронный звон для общей теории относительности раздался в 1991 г. после эксперимента, проведенного учеными Корнуэллского университета. «Их компьютерные симуляции показали, что, если очень большая масса продолговатой формы коллапсирует внутрь себя, это приведет к образованию веретенообразной гравитационной сингулярности с бесконечной энергией (черной дыры), края которой будут простираться за пределы центрального невидимого региона. Такая голая сингулярность будет излучать в окружающее пространство бесконечное количество энергии: абсурдный результат, фатальный для общей теории относительности» [208] .

208

Ibid., p. 291.

Д. Нелокальность, спутанные фотоны и квантовые состояния

Книга Ника Герберта «Квантовая реальность: за пределами новой физики — введение в метафизику и смысл реальности», возможно, является лучшим однотомным введением в предмет для обычных читателей, и в этом разделе я буду часто обращаться к ней.

Давайте начнем с простого вопроса, который фактически стоял у колыбели квантовой механики. Почему раскаленное железо светится красным? Как можно рассчитать свечение тела, нагретого до той или иной температуры?

В 1900 году, в начале нового века, Макс Планк, который вопреки совету своего учителя получил степень в области физики, а не музыки, занялся загадкой «черного тела». В качестве упрощающей предпосылки он решил, что частицы вещества не будут колебаться хаотичным образом; он принудительно ограничил их колебания частотами, подчинявшимися этому простому правил):

Е = nbf,

где Е— это энергия частицы, n— любое целое число, f— частота колебаний частицы, а b— постоянная, выбранная самим Планком. Правило Планка ограничивает частицы энергиями, которые являются целочисленными кратными величинами частоты их вибрации, как если бы энергия поступала лишь в виде «монет» с номиналом bf. Планковскую константу bвпоследствии назвали «квантом действия», так как она обладает параметрами энергии и времени, известными как «действие» в классической физике.

…Планк обнаружил, что он получает то же самое голубое свечение, как и любой другой, когда Ьстремится к нулю. Однако, к его удивлению, если он присваивал bодно конкретное значение, его расчеты точно совпадали с экспериментом… Физики вежливо игнорировали работу Планка; хотя его расчеты давали правильный ответ, для них они были «нечестной игрой», Странное ограничение на количество энергии было совершенно чуждым для классической физики. Законы Ньютона позволяли частицам обладать любой энергией [209] .

209

Nick Herbert, Quantum Reality(New York: Anchor Books, 1985), p. 34–35.

Следующий этап наступил после публикации статьи Альберта Эйнштейна о фотоэлектрическом эффекте [210] .

Фотоэлектрический эффект — это простой феномен, который проявляется, когда свет попадает на очень тонкий лист металла и выбивает из него электроны. Эйнштейн доказал, что электроны вылетают из металла дискретными квантами, соответствовавшими постоянной Планка. Это означало, что помимо волновых свойств свет также обладает характеристиками частицы.

Для света с заданной частотой колебаний энергия выброшенного электрона всегда одинакова как для самого слабого света, так и для самого сильного луча. Когда луч более мощный, вылетает больше электронов, но все они обладают одинаковой энергией…

Если вы хотите, чтобы свет сообщал больше своей энергии выброшенным электронам, увеличение его интенсивности ни к чему не приведет. Вместо этого вы должны увеличить его частоту. Энергия света очевидным образом зависит от его цвета, а не от интенсивности. Синий (высокочастотный) свет сообщает электронам большую энергию, чем красный (низкочастотный) свет [211] .

210

Фактически Эйнштейн получил Нобелевскую премию за этустатью, а не за специальную теорию относительности.

211

Herbert, op. cit., p. 37.

Эти частицы света были названы «фотонами». Таким образом, возник новый парадокс: в некоторых ситуациях свет вел себя как волна, а в других — как частица [212] .

Следующий фрагмент головоломки был обнаружен Д. Бройлем. Его аргумент, по сути дела, сводился к тому, что если свет проявляет качества частицы, то частицы вещества «могут также обладать волновыми свойствами» [213] . В своей оценке этого этапа развития теоретической физики Херберт обращается непосредственно к центральному вопросу о природе реальности, стоящей за квантовой механикой.

212

Ibid, p. 38.

213

Ibid., p. 40.

Начинало складываться впечатление, что все состоит из одной субстанции — назовем ее «квантовой субстанцией», — сочетающей свойства волны и частицы в особом квантовом стиле. Размывая границу между веществом и энергетическим полем, квантовые физики воплощали в жизнь мечту древних греков, предполагавших, что за множеством внешних форм мир в конечном счете состоит из одной и той же субстанции [214] .

Но тайна квантовой механики лишь углубляется при дальнейших попытках ответить на вопрос, существует ли такая «окончательная реальность» на самом деле. Это становится ясно, когда мы рассматриваем взаимосвязь между математической моделью и реальностью, которую она моделирует.

214

Herbert, op. cit.

Квантовая теория — это метод математического представления квантового вещества; модель мира, выполненная в символах. То, что происходит в математических построениях на бумаге, происходит с квантовым веществом во внешнем мире. Квантовая теория должна включать как минимум следующие разделы: (1) некую математическую величину, обозначающую квантовое вещество; (2) закон, описывающий, каким образом это квантовое вещество претерпевает изменения; (3) правило соответствий, описывающее перевод теоретических символов во внешние процессы [215] .

215

Ibid., p. 41.

Первым ученым, представившим такую теорию, был немецкий физик Вернер Гейзенберг.

В его теории система квантового вещества представлена так называемой матрицей, пример которой приведен ниже.

Существуют специальные правила для прибавления, вычитания, умножения и деления таких матриц, изучением которых занимается линейная алгебра, важнейшая математическая дисциплина для многих современных физических теорий. В каждой матрице есть ряды и колонки, а каждое число называется элементом матрицы. Гейзенберг создал модель квантового вещества на основе целого ряда таких матриц, поэтому его вариант квантовой теории часто называется «матричной механикой».