Если верить мистеру Ньютону, пространство и время не разговаривали друг с другом, не женились и жили отдельно.

Роберто Тротта

С точки зрения физики скорость света в нашей теории имеет бесконечно большое значение.

Альберт Эйнштейн

Каково это — поймать луч света? Эйнштейну было всего 16 лет, когда он задался этим вопросом, и это стало его первым шагом к величию. К сожалению, он так и не рассказал, что подтолкнуло его в этом направлении, так что нам остаётся лишь строить догадки. Мы знаем, что он сформулировал свой вопрос в начале 1896 года в школе швейцарского городка Арау в 48 километрах к западу от Цюриха, где он жил в семье Винтелеров.

Я представляю себе, как он просыпается от солнечного света, льющегося в комнату через окно мансарды, которую он снимал. Ветер играет листьями липы за стеклом, и они разбивают свет на десятки крошечных солнечных зайчиков, танцующих на стене над его кроватью. Он вытягивает руку и, как ребёнок, пытается поймать пятно света. Его так завораживает пляска солнца на обоях, что он даже забывает, что нужно вставать. Идиллия нарушается стуком в дверь: «Герр Эйнштейн! — это голос Мари Винтелер, симпатичной 18-летней дочки хозяина дома, которая в него немного влюблена. — Папа просит передать вам, что завтрак готов».

Я представляю, как пару часов спустя Эйнштейн сидит за своей партой в просторном классе школы кантона Арау и глядит в окно на реку Аре. Дождь, стучавший по оконному стеклу, прекращается так же быстро, как и начался. Густые облака расходятся, и на сумеречный город падает столб света, превращая его в библейскую иллюстрацию. Там, где солнечные лучи касаются поверхности реки, вода сверкает, как бриллиант. Эйнштейн так зачарован этим зрелищем, что совсем забывает про лекцию (речь в ней идёт о схемах маршрутизации в генераторах переменного тока). И тут его мечты прерывает рёв директора школы доктора Августа Тухшмида: «Герр Эйнштейн! Прошу прощения, что утомил вас. Может быть, в оставшиеся полчаса вы обратите на меня своё драгоценное внимание?».

Вечером того же дня Эйнштейн и Мари Винтелер, держась за руки, бегают по узким улочкам Арау, прыгают по лужам и хохочут взахлёб, как любые подростки. Они промокли насквозь, но их это не волнует. Внезапно они останавливаются, он притягивает её к себе и целует. За её плечом он видит ряд газовых фонарей, светящихся жутковатым зелёным светом. Чем дальше фонари от него, тем меньше они кажутся и тем слабее светят. В маслянисто-чёрных лужах он видит отражения фонарей и полной луны, которая похожа на ещё один фонарь, оторвавшийся от земли и поднявшийся в небо. Он перестаёт целоваться с Мари и смотрит вверх.

— Альберт?

Весь день его завораживал свет, весь день он думал о нём. И весь день его мучал один вопрос: что не так с нашим пониманием света? Ответ на него заключается в самом вопросе, но Эйнштейн ещё не сформулировал его достаточно точно.

Он не слышит, что ему говорит его подруга, потому что в мыслях он находится в четверти миллиона миль отсюда. Свет Луны прошёл именно такое расстояние, прежде чем достиг его глаз. Он пытается представить себе его путь — одинокое путешествие в холодном вакууме на скорости миллиард километров в час, — и его сердце замирает. Внезапно он понимает, какой вопрос нужно задавать на самом деле. Этот вопрос откроет ему двери в совершенно новый мир знаний. Он кажется таким очевидным, что Эйнштейн удивляется, почему не задался им раньше.

— Альберт, о чём ты думаешь?

Ещё до того, как он заговорит, Мари понимает, что сама ни за что бы не придумала ответ. Хотя Эйнштейну всего 16, он уже видит мир не так, как остальные, и мыслит так, как никто никогда не мыслил. Она видела в его комнате учебники, над которыми он просиживал ночи до рассвета, и не поняла ни слова, как будто те были написаны иероглифами. Она не может последовать за ним и проникнуть в его мир. Её настигает понимание: скоро она ему наскучит и он уйдёт. В уголках её глаз появляются слёзы.

— О чём я думаю? — переспрашивает он, как будто очнувшись ото сна.

— Да, — она вытирает глаза рукавом, но он этого не замечает.

— Я думаю, каково это — поймать луч света.

Она закатывает глаза, берёт его за руку и тащит в сторону дома.

— Альберт, ты такой странный.

Разумеется, вся эта история — лишь плод моей фантазии. Но мне так нравится её представлять! К моменту, когда 16-летний Эйнштейн сформулировал свой важнейший вопрос, учёные считали свет волной (такой же, какую можно увидеть на поверхности пруда). Это не совсем очевидно, потому что расстояние между гребнями световой волны очень мало, меньше ширины человеческого волоса. Тем не менее волновая природа света была подтверждена в 1801 году английским физиком Томасом Юнгом в ходе оригинального эксперимента. Но никто до сих пор не знал, что же такое свет.

Всё изменилось в 1863 году, когда шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл, проведя огромную теоретическую работу, свёл все электрические и магнитные явления к единому набору изящных формул. Уравнения Максвелла демонстрируют, как изменения в электрическом поле создают магнитное поле и наоборот. Описание этой связи между электричеством и магнетизмом считается третьим величайшим научным объединением после объединения небес и Земли (Ньютоном) и человека с остальным животным миром (Дарвином).

Анализируя свои стройные уравнения, Максвелл заметил кое-что неожиданное. Они предусматривали движение волн сквозь электрические и магнитные поля, заполняющие пустые пространства. К тому же волны двигались вперёд со скоростью света в вакууме. Вывод напрашивался сам собой, хотя и был удивительным. Свет должен представлять собой электромагнитную волну. Максвелл не только нашёл связь между электричеством и магнетизмом, но и добавил к ним свет.

За 20 лет, прошедших с момента обнародования теории Максвелла, учёные добились потрясающих успехов. Немецкий физик Генрих Герц, действуя по указаниям своего шотландского коллеги, создал искусственные электромагнитные волны. В ноябре 1886 года он, используя искровой разряд в качестве передатчика, послал невидимые радиоволны, которые индуцировали электрический ток в катушке с проволокой, стоявшей на другом конце лаборатории и действующей в качестве приёмника.

Наш мир, оплетённый сетью из миллионов невидимых разговоров, которые каждую секунду передаются по воздуху, родился именно в тот день. Американский физик XX века Ричард Фейнман говорил: «В истории человечества (если посмотреть на неё, скажем, через десять тысяч лет) самым значительным событием XIX столетия, несомненно, будет открытие Максвеллом законов электродинамики».

Но, несмотря на все научные триумфы, которые стали возможными благодаря теории Максвелла, она создавала для физиков одну серьёзную проблему. Дело в том, что она совершенно не сочеталась с законами движения, сформулированными Галилеем и Ньютоном.

Волны всегда распространяются в какой-либо среде: морские волны в воде, а звуковые — в воздухе. Гипотетическая среда, в которой движется свет, была названа эфиром. Из факта его существования следовал неизбежный вывод: скорость светового луча, измеряемая наблюдателем, должна зависеть от скорости его движения в эфире. Представьте себе, что вы стоите на палубе яхты. Скорость ветра, бьющего вам в лицо, будет определяться тем, идёт яхта по ветру или против него. Но в уравнениях Максвелла присутствовала некоторая странность. Они никаким образом не ссылались на среду движения света и содержали лишь одно значение скорости светового луча в вакууме. Она была неизменной, постоянной, не зависящей от условий мира, в котором она существует.

Логично было бы предположить, что в расчёты Максвелла вкралась ошибка, которую нужно было найти и исправить. В конце концов, они были всего лишь модной новинкой, в то время как ньютоновские законы движения были сформулированы двумя столетиями ранее и за всё это время никто ни разу не заметил их расхождений с реальностью. Вот тут-то на сцену и вышел Эйнштейн. Его заворожило не только само подтверждение максвелловской теории, полученное Герцем, но и его красота — свойство, которое он считал признаком истинности.

Ньютон говорил, что Платон его друг и Аристотель тоже, но главным своим другом он считает истину. Забавно, что Эйнштейн нашёл в себе силы оспорить постулаты Ньютона именно потому, что был полностью согласен с этим утверждением. Поэтому он и задал себе важнейший вопрос: каково это — поймать луч света?

 

Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru