Нелокальность. Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для чёрных дыр, Большого взрыва и теорий всего

Мало того, теория предсказывала, что частицы должны взрываться под давлением их собственного накопленного электрического поля. Чтобы объяснить, почему частицы во Вселенной не взрываются как петарды, физики решили, что они должны быть геометрическими точками нулевого размера. Что-то настолько несущественное не могло бы взорваться. Но, как заметил Зенон за две тысячи лет до этого, точка — парадоксальная вещь. Всегда, когда в физике появляется ноль, бесконечность не заставляет себя ждать. Если электрическое поле фокусируется в бесконечно малой точке, оно становится бесконечно сильным. По аналогичным причинам если бы длина волны света могла быть любым числом вплоть до нуля, то у ящика, заполненного световыми волнами, была бы бесконечная емкость для хранения энергии. Такой ящик засасывал бы энергию, как черная дыра, не из-за гравитационной силы, а из-за неограниченной емкости: как люди в телесериале «В плену ненужных вещей» (Hoarders), которые стали такими барахольщиками, что вещи исчезают в их доме бесследно.

В общем, всякий раз, когда физики пытались описать частицы, взаимодействующие локально, либо сталкиваясь, либо посылая волны через поля, они натыкались на слово «бесконечность». Некоторые начали сомневаться не только в теории Лоренца, но и в понятии полей вкупе с принципом локальности. Проблема физиков XIX в., связанная с отсутствием единства в их предмете, очень похожа на сегодняшнюю ситуацию, в которой теоретики пытаются согласовать гравитацию с другими силами природы. Скоро тот молодой человек, который задавался вопросом о световых волнах в 16 лет, подрастет и устранит эту путаницу.

3. Локальность Эйнштейна

В колледже Эйнштейн нередко прогуливал занятия. Он был невысокого мнения об уровне преподавания физики. Его преподаватели обходили стороной все интересное, в том числе тот переполох, который подняла теория электромагнетизма Максвелла. Эйнштейн проводил большую часть своего времени в кафе «Метрополь» в Цюрихе, изучая великие философские труды Юма, Канта, Маха. Если бы не конспекты его друзей, он, возможно, так и не получил бы высшего образования. Преподаватели, в свою очередь, находили его слишком самодовольным и давали ему плохие рекомендации. Начальникам лабораторий по всей Европе пришлось позже молча сожалеть, что они отклонили заявление самого Альберта Эйнштейна о приеме на работу.

В самом начале своей карьеры Эйнштейн не придавал особого значения локальности. Он был ньютонианцем. В первых научных статьях он предполагал, что частицы действовали друг на друга на расстоянии. Если законы Ньютона противоречат уравнениям Максвелла, тем хуже для Максвелла. В частности, если законы Ньютона утверждают, что все скорости относительны, то и скорость света должна быть относительной, о чем бы ни говорили уравнения Максвелла. Поэтому Эйнштейн подправил эти уравнения, чтобы сделать скорость света зависимой от скорости его источника, создав новую версию теории электромагнетизма, которая была нелокальной. Именно тогда он изменил свое мнение. Пересмотренная теория внесла такие серьезные изменения в оригинальную версию теории Максвелла, что эксперименты ее исключили. Больше того, она предсказывала, что одни люди должны были видеть, что электромагнетизм подчиняется уравнениям Максвелла в их оригинальной форме, а другие — видеть искаженную версию — такая перспектива оскорбляла эгалитарные чувства Эйнштейна.

В момент прозрения Эйнштейн понял, что скорости могут быть относительными,а свет в то же время может устанавливать абсолютную планку скорости. В этом нет никакого противоречия, как думали все остальные. Нужно только быть аккуратными, говоря об относительной скорости. Обычное правило, воплощенное в законах Ньютона, состоит в том, что относительная скорость вычисляется путем складывания или вычитания: бейсбольный мяч, летящий со скоростью 30 км/ч навстречу поезду, двигающемуся со скоростью 130 км/ч, перемещается со скоростью 160 км/ч относительно пассажира поезда. Все же это правило содержит негласное и ничем не подкрепленное предположение о мгновенной передаче информации или, что эквивалентно, о нелокальности.

Эйнштейн осознал это, когда размышлял о том, что на самом деле подразумевает сравнение скоростей. Он использовал — в действительности впервые — один из самых любимых у современных физиков стилей рассуждения, «операциональное» мышление, которое заключается в том, что вы спрашиваете, откуда вам известно то, что известно. Часто обнаруживается, что существующие убеждения необоснованны и даже неверны. Между прочим, этот стиль может пригодиться в любом споре. Чтобы поднять уровень политического спора, спросите, как происходит что-то. Например, если кто-то поддерживает или выступает против государственного финансирования системы здравоохранения, спросите, как вообще устроено медицинское страхование. Те, кто очень уверен в своем мнении, увидят собственное невежество или по крайней мере признают, что вопрос не так уж прост.