Дао физики

Массивные тела не только определяют структуру окружающего пространства, но и испытывают воздействие окружающей среды. Согласно представлениям австрийского физика и философа Эрнста Маха, инерция материального тела, т. е. его сопротивление направленным извне силам, вызывающим ускорение, является не изначальным свойством материи, а мерой ее взаимодействия с остальной Вселенной. По мнению Маха, материя обладает инерцией только потому, что во Вселенной есть другая материя. Когда тело вращается, его инерция порождает центробежную силу (которая используется, в частности, в стиральной машине для отжима мокрого белья), но эта сила появляется только потому, что тело вращается «относительно неподвижных звезд». Если бы неподвижные звезды вдруг исчезли, вместе с ними пропали бы и инерция, и центробежная сила вращающегося тела.

Такое понимание инерции, известное под названием принципа Маха, сильно повлияло на Альберта Эйнштейна и стало для него стимулом для создания общей теории относительности. Поскольку теория Эйнштейна очень сложна в математическом отношении, физики до сих пор не пришли к четкому выводу по поводу того, может ли принцип Маха считаться частным ее случаем. Но большинство уверено, что принцип Маха в том или ином виде должен быть включен в общую теорию относительности.

Итак, современная физика снова (на сей раз на макроскопическом уровне) демонстрирует нам, что материальные тела — не самостоятельные объекты, а неразрывно связаны с окружающей средой; и их свойства могут восприниматься только в контексте взаимодействия с окружающим миром. Согласно принципу Маха, взаимодействие тел распространяется на всю Вселенную, включая самые удаленные звезды и галактики. Изначальное единство мироздания проявляется не только в мире бесконечно малого, но и в мире бесконечно большого. Этот факт признан в современной физике и космологии. Вот как об этом говорит астроном Фред Хойл.

Сегодняшние события в космологии убедительно свидетельствуют о том, что обычные условия не могут сохраняться в отдаленных частях Вселенной, и, если бы эти части как-то были изъяты из нашего мира, все наши представления о пространстве и геометрии утратили бы смысл. Наш повседневный опыт до самых мельчайших деталей настолько тесно связан с крупномасштабной характеристикой Вселенной, что сложно даже представить себе, что одно может быть отделено от другого[194].

Единство и взаимосвязи материального тела и его окружения, проявляющиеся на макроскопическом уровне в общей теории относительности, дают еще более впечатляющую картину на субатомном уровне. Здесь положения классической теории поля соединяются с положениями квантовой теории для описания взаимодействий субатомных частиц. Гравитационные взаимодействия еще не могут быть описаны аналогичным способом из-за того, что теория гравитации Эйнштейна очень сложна в математическом отношении, но ученым удалось объединить квантовую теорию с другой теорией поля, а именно электродинамикой. Произошло это в рамках теории квантовой электродинамики, которая описывает все электромагнитные взаимодействия между субатомными частицами. Она включает положения квантовой теории и теории относительности. Она была первой квантово-релятивистской теорией современной физики и до сих пор остается самой удачной. Необычно в квантовой электродинамике прежде всего соединение двух концепций: понятия электромагнитного поля и представлений о фотонах как об электромагнитных волнах, проявляющихся в виде частиц. Поскольку фотоны — электромагнитные волны, т. е. колеблющиеся поля, фотоны должны одновременно быть и проявлением электромагнитных полей. Так возникает понятие квантового поля, т. е. поля, способного содержать кванты, или частицы. Безусловно, это понятие оказалось новым. Оно используется при описании всех субатомных частиц и их взаимодействий; каждому типу частиц соответствует определенный тип поля. Квантовые теории поля преодолевают унаследованное от классической физики противопоставление между твердыми материальными частицами и окружающим их пространством. Квантовое поле рассматривается как новый физический объект, протяженная среда, которая присутствует везде в пространстве. Частицы представляют собой точки «сгущения» этой среды, возникающие и исчезающие энергетические узлы. Они утрачивают независимость и растворяются в окружающем их поле. Вот что по этому поводу заявляет Эйнштейн.