Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле

Максвелл обнаружил, что, согласно его уравнениям, линии Фарадея могут колебаться и двигаться волнообразно, подобно волнам на поверхности моря. Он вычислил скорость, с которой движутся волны фарадеевых линий, и эта величина оказалась… равной скорости света! Почему? Максвелл понял: потому что свет – это не что иное, как быстрые колебания фарадеевых линий! Фарадей и Максвелл не только поняли, как устроены электричество и магнетизм, но и заодно, как побочный эффект, объяснили, что такое свет.

Мы видим окружающий мир цветным. Что такое цвет? Упрощенно говоря, это частота (скорость колебаний) электромагнитной волны, представляющей собой свет. Если волна колеблется быстрее, свет голубеет. Если чуть медленнее – краснеет. Цвет, как мы его воспринимаем, – это психофизиологическая реакция на нервные импульсы, порождаемые рецепторами в наших глазах, которые различают электромагнитные волны разной частоты.

Я могу только догадываться, что почувствовал Максвелл, когда понял, что его уравнения, выведенные для описания катушек, клеток и иголок в лаборатории Фарадея, объясняют природу света и цвета…

Свет, таким образом, – это не что иное, как быстрые колебания паутины фарадеевых линий, которые волнуются, подобно поверхности моря под порывами ветра. Неправда, будто мы не видим фарадеевых линий. Просто мы видим только их колебания. Видеть – значит воспринимать свет, а свет – это движение фарадеевых линий. Ничто не перескакивает из одного места в пространстве в другое без какого-либо переносчика. И если мы видим ребенка, играющего на морском берегу, то лишь потому, что между ним и нами простирается море вибрирующих линий, которые доносят до нас его изображение. Ну разве этот мир не чудесен?

Это поистине выдающееся открытие, но им дело не ограничивается. Прямым его следствием становится вывод, имеющий для нас колоссальное значение. Максвелл понимает, что, согласно его уравнениям, фарадеевы линии могут колебаться на значительно меньших частотах, то есть гораздо медленнее, чем свет. Следовательно, должны существовать другие волны, которых никто еще не видел, порожденные движением электрических зарядов и способные, в свою очередь, перемещать электрические заряды. Должна быть возможность потрясти электрический заряд здесь и породить волну, которая вызовет электрический ток там. Всего несколькими годами позже эти волны, теоретически предсказанные Максвеллом, будут обнаружены немецким физиком Генрихом Герцем. А еще через несколько лет Гульельмо Маркони создаст первое радио.

Все современные коммуникационные технологии – радио, телевидение, телефоны, компьютеры, спутники, Wi-Fi, интернет и т. п. – являют собой прикладные применения максвелловских предсказаний; уравнение Максвелла – это основа всех расчетов, выполняемых инженерами в области телекоммуникаций. Современный мир, основанный на коммуникациях, родился из догадки бедного лондонского переплетчика – искусного исследователя идей, обладавшего живым воображением, – который своим мысленным взором увидел некие линии, а также из работы хорошего математика, который перевел его образы в уравнения и понял, что волны этих линий в мгновение ока могут переносить новости с одного конца планеты на другой.

Рис. 2.6. Из чего состоит наш мир?

Наши современные технологии основаны на использовании физических объектов – электромагнитных волн, – которые не были открыты эмпирически: они были предсказаны Максвеллом путем поиска математического описания, соответствующего догадке Фарадея, возникшей из возни с катушками и иголками. Такова поразительная мощь теоретической физики.

Мир изменился: он больше не состоит только из частиц в пространстве, теперь это частицы и поля в пространстве (рис. 2.6). Может показаться, что это незначительное изменение, но несколько десятилетий спустя молодой человек еврейского происхождения, гражданин мира, сделает из этого выводы, которые пойдут намного дальше того, что могло нарисовать себе буйное воображение Майкла Фарадея, и которые до основания потрясут ньютоновский мир.

Часть II Начало революции

Физика XX столетия кардинально изменила ньютоновский образ мира. Новые открытия стали основой значительной части современных технологий. Более глубокое понимание мира основано на двух теориях: общей теории относительности и квантовой механике. Обе они потребовали смелой переоценки наших привычных представлений о мире: о пространстве и времени – в теории относительности, о материи и энергии – в квантовой теории.

Во второй части книги я довольно подробно описываю эти две теории, пытаясь прояснить их глубинный смысл и подчеркнуть ту концептуальную революцию, которую они произвели. Именно здесь берет начало волшебство физики XX столетия. Изучать эти теории и пытаться понять их до самой глубины – это поистине восхитительное приключение.

Эти две теории – относительность и кванты – заложили основу, на которой мы сегодня строим квантовую теорию гравитации. Они служат фундаментом, отталкиваясь от которого мы пытаемся двигаться вперед.

3 Альберт