Наваждение Люмаса

Мысленные эксперименты — по-немецки Gedankenexperiments — это эксперименты, которые по какой-либо причине не могут быть поставлены физически и поэтому проводятся мысленно — с помощью логических и умственных рассуждений. Этические и философские мысленные эксперименты проводятся уже сотни, если не тысячи лет, но только после того, как началось их использование в научном контексте, они получили нынешнее название, представляющее собой буквальный перевод немецкого термина Gedankenexperiments — хотя Люмас предпочитал говорить об «экспериментах сознания». Эфир — результат своеобразного мысленного эксперимента, исходящего из посылки, что если свет — это волна, то у нее должна быть некая среда. Ведь не может быть волны в воде, если нет воды, — так что же, в таком случае, является «жидкостью» света? Чтобы ответить на этот вопрос, люди придумали эфир — а потом сами же забраковали этот термин, когда эксперимент Майкельсона-Морли доказал, что, к сожалению, никакого эфира не существует.

Эдгар Аллан По использовал принципы мысленного эксперимента для объяснения фотометрического парадокса и для того, чтобы, как считают некоторые, в каком-то смысле изобрести теорию Большого взрыва за добрую сотню лет до того, как до нее додумались другие. В «поэме в прозе» под названием «Эврика» представлены самые разные научные и космологические идеи По, но поскольку он не был ученым-экспериментатором, все свои теории представлял в форме мысленных экспериментов или, подобно его описанию вечности, в форме «мысли о мысли». Его объяснение фотометрического парадокса — один из самых элегантных мысленных экспериментов в истории. В 1823 году Вильгельм Ольберс задался вопросом, почему звезды в ночном небе предстают перед нами именно в таком виде, а не как-нибудь по-другому. В те времена большинство людей полагало, что вселенная бесконечна и вечна. А если небо бесконечно, значит, и количество звезд на нем не имеет числа? Но если в небе бесчисленное количество звезд, то оно должно быть белым, а не черным. Ольберс предположил, что все дело в облаках пыли, и написал: «Какая удача, что Земля получает звездный свет не из каждой точки небесного банка!» Эдгар Аллан По как следует это обдумал и пришел к выводу, что проще и правдоподобнее объяснить существование «пустот, которые наши телескопы обнаруживают в бесчисленном количестве направлений» тем, что некоторые из звезд просто-напросто находятся так далеко, что их свету пока не хватило времени до нас добраться.

Ну а самый известный мысленный эксперимент в истории провел Эйнштейн, задавшись вопросом, что будет, если ему удастся настичь луч света. Эйнштейн рассчитал, что, если бы он смог двигаться со скоростью света, то, рассуждая логически, луч света предстал бы перед ним неподвижным — как бывает, если смотришь в окно одного движущегося поезда на другой движущийся поезд, который едет с той же скоростью, что и твой, — тогда кажется, будто он стоит на месте. И каким же выглядел бы свет, будь у нас возможность увидеть его без движения? Как застывшая волна желтого цвета? Как брызги краски? И что, если бы тебе удалось, двигаясь со скоростью света, взглянуть на себя самого в зеркало? Ты бы казался невидимым. Возможно, ты даже и в самом деле был бы невидим. Эйнштейн понимал, что электромагнитное поле не может пребывать в покое. Уравнения Максвелла, которые, казалось бы, допускают возможность догнать луч света, в то же время доказывают, что свет не является чем-то таким, что может быть неподвижно. Выходило, что одна из этих точек зрения ошибочна. Интереснее было бы, если бы неправильной оказалась вторая, и на самом деле все же существовала бы возможность увидеть свет в виде застывшего луча, но по разным причинам, понять которые я смогу, только если прослушаю еще неизвестно сколько лекций по физике, ошибочна все-таки догадка Эйнштейна. Его теория относительности утверждает, что, независимо от того, насколько быстро ты двигаешься, свет всегда будет двигаться относительно тебя со скоростью света, то есть с. И не важно, двигаешься ли ты со скоростью одна миля или тысяча миль в час. Свет, который ты видишь вокруг себя, всегда движется быстрее тебя и всегда — со скоростью с. Если бы ты двигался со скоростью в два раза меньшей, чем скорость света, у тебя бы не возникало ощущения, что свет, который направлен в твою сторону, движется в два раза медленнее, чем обычно. Относительно тебя он все равно будет двигаться со скоростью с.