Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

А как вообще узнать, двигаюсь ли я? Если я сижу в поезде, который вот-вот отправится, то можно выяснить, произошло ли это уже, взглянув на поезд на соседнем пути. Большинство из нас хоть раз, хоть на секунду обманывалось таким образом: вполне может оказаться, что тронулся соседний поезд, а не наш. Чтобы выяснить, «как же обстоит дело на самом деле», мы привычно ищем глазами перрон. Из-за того, что Земля большая по сравнению с человеком и поездом, мы привыкли думать, что если уж поезд движется относительно Земли, то он движется «на самом деле». Но что, если размер Земли больше длины поезда не в сто тысяч раз, а всего лишь в сто? А в десять? А в два? Кто из них движется «на самом деле»? Здравый смысл, основанный на всем предшествующем опыте жизни на «большой Земле», тогда уже ничего не подсказывает, и это вполне отвечает положению вещей: скорость какого-либо тела – это всегда скорость его движения относительно какого-то другого тела. Нет никакого «движения на самом деле» – смысл имеет только относительная скорость. Бессмысленно высказывание «Земля несется сквозь пространство со скоростью …». В пустом пространстве нет никаких «отметок», «зарубок» или «верстовых столбов» – ничего такого, относительно чего можно было бы измерять скорость; для этого нужны тела, но каждое из них движется относительно каждого, поэтому нет способа подставить вместо многоточия в приведенной фразе какое-то число. Зато полностью осмысленно высказывание «Две ракеты сближаются со скоростью 10 км/с» (скажем, одна ракета догоняет другую). Всегда нужно говорить, относительно чего вы измеряете скорость.

Скорость, таким образом, – это вопрос отношения: чтобы говорить о скорости, нужны «двое». «Все как у людей», только здесь – два любых тела.

Я предусмотрительно употребил слово «тело». Главная новость этой прогулки состоит в том, что есть одно «не тело», для которого все по-другому. Никакому смертному мужу не дано было убить главного назгула, но, согласно Толкину, Эовин (рис. 5.2) успела крикнуть ему: «Я – не муж!», после чего заколола[77]. Примерно то же и тут: имеется не тело, а нечто другое, что движется (распространяется, как часто говорят) особым образом. Это свет. Скорость света в пустоте одна и та же для всех наблюдателей: для вас в суперракете, для меня в ракете середины XXI в. и для провожающих на Земле.

Рис. 5.2. Эовин: «Я – не муж!»

Все скорости относительны, кроме одной абсолютной

Это обстоятельство выражают словами «скорость света абсолютна» (в таких случаях всегда, даже когда не упоминается явно, подразумевается скорость света в пустоте). Все скорости относительны, кроме скорости света, которая абсолютна. Все остальные скорости – это про две сущности (что-то одно движется относительно чего-то другого), но скорость света «сама по себе»: какое бы мельтешение (взаимное движение) ни устраивали разнообразные другие сущности, свету нет до этого дела, его скорость одна и та же для всех. Не надо прибавлять или вычитать скорость наблюдателя относительно источника света. Она просто не имеет значения – даже если она составляет половину (или три четверти, или девять десятых) скорости света.

Так устроена наша Вселенная, и сам по себе этот факт не вызывает сомнений уже сто с лишним лет. Другой вопрос – как примирить его со здравым смыслом? Ведь никакая скорость, казалось бы, не может быть абсолютной: если кто-то обгоняет вас, просто прибавьте хода, чтобы его скорость относительно вас стала равной нулю.

Короткий ответ: не примирить никак. Наш опыт, наша интуиция и навыки никаким образом не включают эффекты, непосредственно затрагивающие скорость света. Длинный же ответ на вопрос о «примирении со здравым смыслом» – это все книги, лекции, видео и прочие материалы, созданные за последние сто с лишним лет, авторы которых с разной степенью умения и остроумия излагают странные явления, которые не так легко «представить себе воочию», – излагают в надежде, что к ним удастся в конце концов привыкнуть. Эта прогулка не исключение, потому что единственная реальная альтернатива – это профессиональное погружение в предмет. А как, спрашивается, обстоит дело с «представить себе воочию» у профессионалов? Трудностей с тем, чтобы вообразить невообразимое, все равно никто не отменял, просто фокус внимания переносится на другое: на ясное понимание логического (в значительной части – математического) аппарата. Вместо интуиции «здравого смысла» проводником в непривычный, контринтуитивный мир служит логическая безупречность. Коль скоро во всей логической схеме нет внутренних противоречий, ее можно с успехом применять; главное – не делать ошибок по дороге.