Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна - читать онлайн книгу. Автор: Маркус Чаун cтр.№ 36

Идея о том, что все события сосуществуют на четырёхмерной карте пространства-времени, стала для Эйнштейна некоторым утешением, когда его близкий друг Бессо умер в 1955 году. «Он ушёл из этого странного мира, немного опередив меня, — писал Эйнштейн семье покойного. — Но это ничего не значит. Люди вроде нас, те, кто верит в физику, понимают, что различия между прошлым, настоящим и будущим — это только упрямая иллюзия».

Пространство и время служат основаниями практически для всех концепций физики, и как только выяснилось, что полагаться на них нельзя, это затронуло и множество других физических понятий. Возьмём, к примеру, электрические и магнитные поля. Как время и пространство являются аспектами одного и того же явления, так и электрические и магнитные поля оказались проявлениями одного и того же — электромагнитного поля. На самом деле идея Эйнштейна устранила парадокс в теории Максвелла.

Согласно Максвеллу, если вы движетесь рядом с электрическим зарядом, например электроном, таким образом, что относительно друг друга остаётесь в состоянии покоя, вы ощущаете электрическое поле. Если же электронный заряд движется относительно вас, вы испытываете на себе влияние электрического и магнитного полей. Соответственно, если вы движетесь параллельно движению магнита, вы почувствуете магнитное поле, а если магнит движется относительно вас — магнитное и электрическое поле.

Как это возможно? Почему, если смотреть с одной точки зрения, электрическое или магнитное поле существует, а если с другой, то исчезает? Эйнштейн понял, что ответ может быть только один. Электрическое и магнитное поле — это всего лишь различные проявления одной сущности, электромагнитного поля. Сколько проявлений вы видите, зависит от вашей скорости движения относительно источника электромагнитного поля. Но Эйнштейн не просто показал, что электрическое и магнитное поле — это две стороны одной медали, равно как и пространство и время. Он также продемонстрировал, что масса и энергия тоже являются двумя частями одного целого. ^[140] Это объединение можно назвать величайшим выводом из теории относительности.

К моменту публикации статьи Эйнштейна об основах относительности 28 сентября 1905 года в журнале Annalen der Physik его редактор получил от Эйнштейна дополнение к статье на трёх страницах. В нём-то ^[141] и содержалась, вероятно, самая известная физическая формула: E = mc².

Это был невероятный и неожиданный вывод. Из него следовало, что масса представляет собой всего лишь ещё одну форму энергии наряду со звуковой, тепловой или электрической. Её отличительной особенностью является только максимальная компактность. Формула Эйнштейна, в которой масса тела m умножается на квадрат очень большого числа c, скорости света, показывает нам, что даже небольшая масса содержит в себе огромное количество энергии, E.

Фундаментальная характеристика нашего мира состоит в том, что одна форма энергии может быть конвертирована в другую, скажем, электричество — в свет лампочки или химическая энергия пищи — в кинетическую энергию ваших мышц. И масса-энергия не исключение из этого правила. Её тоже можно превратить в другие типы энергии, например в тепло и свет. Чудовищное доказательство этому было приведено в августе 1945 года в японских городах Хиросима и Нагасаки.

Но формулу E = mc² можно прочитать и в другом направлении. Не только масса является формой энергии, но и энергия имеет массу. И в данном случае мы говорим обо всех видах энергии. Масса есть у энергии звука, у тепла, у химической энергии и, что самое важное, у энергии кинетической.

Любое тело имеет собственную массу, так называемую массу покоя. Кроме того, оно приобретает массу при движении. Иными словами, если разогнать тело, оно станет более массивным. Когда вы бежите за автобусом, вы весите больше, чем когда ждёте его на остановке. Чашка кофе весит больше, пока напиток в ней горячий, потому что температура — это показатель движения на микроуровне, а молекулы в кофе движутся быстрее, пока кофе не остыл. Разумеется, такой прирост массы можно увидеть, только когда тело движется со скоростью, близкой к скорости света, а в повседневной жизни им можно пренебречь.

Но когда тело набирает разгон и становится более массивным, его труднее сдвинуть с его траектории. Если бы хоть одно материальное тело разогналось до скорости света, оно приобрело бы бесконечную массу, что невозможно. Во Вселенной просто нет столько энергии. Здесь-то и кроется ответ на вопрос, почему нельзя поймать солнечный луч. ^[142] Одно явление цепляется за другое, и в итоге формируется прекрасное полотно теории Эйнштейна.

Для света, не имеющего массы покоя и способного двигаться на максимальной скорости в нашей Вселенной, время не просто замедляется, а останавливается полностью. Рождение и смерть Вселенной кажутся ему происходящими одновременно. Украинский математик Юрий Иванович Манин говорил: «Единственное, что удерживает нас на месте в пространстве-времени, — это наша масса покоя. Без неё мы двигались бы на скорости света и время и пространство потеряли бы для нас всякий смысл. В мире света нет ни точек пространства, ни мгновений времени. Существа, состоящие из света, жили бы нигде и никогда. Лишь поэзия и математика могут рассуждать о таких вещах».

Специальная теория относительности подвинула в сторону ньютоновскую концепцию абсолютного времени и пространства. Ньютоновская физика оказалась неверным, хотя и поразительно убедительным отображением реальности. Но, несмотря на невероятный успех специальной теории относительности в изменении представлений людей об окружающем мире, у неё были свои недочёты.

Во-первых, она описывала измерение пространства и времени для людей, движущихся с постоянной скоростью относительно друг друга. Только так на них распространяются одинаковые законы физики, а именно одни и те же законы движения и оптики (в частности, постулат о постоянстве скорости света). Проблема в том, что люди редко движутся относительно друг друга с постоянной скоростью. В реальном мире их скорость меняется. Например, машина может притормозить на красный свет, а на зелёный рвануть вперёд. Ракета разгоняется ещё сильнее, пока не приобретёт скорость, необходимую для движения по орбите.