Радость науки. Важнейшие основы рационального мышления

Теперь давайте обратимся к природе скорости света. В школе нас учат, что свет – это разновидность волны, а волнам нужно что-то, через что они проходят, некий «материал», который «колышется» или вибрирует. Например, звуковым волнам для распространения по воздуху необходим воздух, потому что звук есть не что иное, как колебания самих молекул воздуха. Вот почему в космическом вакууме нет звука. Тогда можно предположить, что и световым волнам необходимо что-то для распространения, и ученые девятнадцатого века задались целью выяснить, что же это может быть. Ведь в отличие от звуковых волн свет достигает нас от далеких звезд, путешествуя через космический вакуум. Поэтому предполагалось, что должна существовать невидимая среда, которую называли эфиром, заполняющая все пространство и несущая через себя световые волны. Ученые разработали знаменитый эксперимент, чтобы проверить ее существование, но не обнаружили никаких подтверждений. Эйнштейн показал, что свет всегда движется в пространстве с одинаковой скоростью, независимо от того, насколько быстро мы сами движемся, когда измеряем его. Возвращаясь к нашему примеру с поездом, это похоже на то, как если бы вы (в поезде) и наблюдатель на платформе оба измеряли скорость человека, идущего по поезду, и она оказалась бы одинаковой. Как такое возможно? Это звучит безумно, но именно так ведет себя свет.

Перейдем к следующему этапу. Представьте себе двух астронавтов на борту космических кораблей, приближающихся друг к другу на высокой скорости в пустом пространстве. Поскольку всякое движение относительно, астронавты не могут определить, движется ли каждый из них по отдельности и с какой именно скоростью, а лишь видят, что их корабли сближаются. Один из астронавтов направляет луч света в сторону другого и измеряет скорость света, когда он покидает его. (Если мы сравним это с нашим примером с поездом, то скорость светового луча подобна скорости человека, идущего по движущемуся поезду.) Поскольку этот астронавт может вполне обоснованно утверждать, что он неподвижен, тогда как другой корабль совершает все движения, он должен видеть, как свет удаляется от него со скоростью миллиард километров в час (такова измеренная скорость света, которую мы теперь очень хорошо знаем). В то же время другой астронавт также может обоснованно утверждать, что он неподвижен (с его точки зрения движется именно другой корабль), и он тоже измеряет скорость достигающего его света как один миллиард километров в час – не больше и не меньше. Таким образом, оба получают одинаковую измеренную скорость света, даже хотя они явно движутся относительно друг друга!

Как бы невероятно это ни звучало, у нас, по крайней мере, есть ответ на загадку, которую я задал ранее. Пролетая сквозь пространство со скоростью света с зеркалом перед лицом, вы действительно увидите свое отражение, потому что, независимо от вашей скорости, свет все равно покинет ваше лицо со скоростью миллиард километров в час, ударится о зеркало и отразится обратно в ваши глаза, точно так же, как если бы вы вообще не двигались. Скорость света в вакууме является фундаментальной константой природы; она имеет одно и то же значение независимо от того, с какой скоростью движется наблюдатель. Это одна из глубочайших идей в науке, и потребовался гений Альберта Эйнштейна, чтобы понять это.

Детальное следование аргументам Эйнштейна потребовало бы более подробных объяснений, чем нам нужно здесь и сейчас, но их сможет понять любой, кто готов потратить время и силы[16]. Все мы способны воспринимать более сложные идеи, чем можем себе представить поначалу. Некоторые идеи и концепции требуют времени и усилий, чтобы их усвоить, и это нормально. Даже если мы не все такие умные, как Эйнштейн, даже если у нас не так много знаний по физике и математике, при непредвзятом подходе и некоторых усилиях мы все равно можем получить представление о некоторых концепциях, лежащих в основе его идей и уравнений.

Нам всем не обязательно быть Эйнштейнами или даже физиками, чтобы оценить поведение света или понять некую глубокую мысль о природе пространства и времени, как нам не нужно изучать вакцинологию, чтобы понять, что от гриппа нас защитит прививка. Мы можем встать на плечи гигантов, опереться на таланты и знания других людей, потративших годы, чтобы приобрести опыт и затем поделиться им с остальными. Таким образом, даже если мы сталкиваемся с чем-то изначально непонятным, мы все равно можем приложить усилия и потратить некоторое время на то, чтобы попытаться. Иногда это делается только для того, чтобы расширить кругозор; иногда это поможет принять решение, способное принести пользу в повседневной жизни. В любом случае это нас обогащает.