Уставы небес, 16 глав о науке и вере

Кацнельсон Михаил Иосифович

Вы - свет мира. Не может укрыться город, стоящий на верху горы. И, зажегши свечу, не ставят ее под сосудом, но на подсвечнике, и светит всем в доме. Так да светит свет ваш пред людьми, чтобы они видели ваши добрые дела и прославляли Отца вашего Небесного (От Матфея 5:14-16).

[Душа] и дух произошли от воды, огня и света, которые сын чертога брачного [...] Огонь - это помазание, свет - это огонь. Я не говорю об этом огне, у которого нет формы, но об ином, форма которого бела, который является светом прекрасным и который дает красоту (Евангелие от Филиппа 66).

Свет - одно из важнейших понятий в жизни каждого человека, и в то же время один из важнейших объектов изучения науки. Размышления над природой света породили (иногда наряду с другими проблемами, а иногда - как основной фактор) важнейшие разделы математики и физики: вариационное исчисление (принцип наименьшего времени Ферма

в оптике), классическую электродинамику, теорию относительности, квантовую теорию. Говоря здесь о свете, мы имеем в виду, согласно современным физическим представлениям, любое электромагнитное излучение - от радиоволн до гамма-лучей. С этой оговоркой можно сказать, что свет является по существу единственным источником наших сведений о Вселенной, кроме Земли (а также Луны, Марса и Венеры, где побывали исследовательские космические аппараты). Все данные о звездах, их химическом составе, магнитных полях и т.д., все сведения о межзвездной и межгалактической среде, космологическая информация (например, о существовании и свойствах реликтового излучения) являются исключительно спектроскопическими. Значение света и связанной с ним символики как в религиозных системах, так и в науке, связано и с той ролью, которую играет зрение в постижении мира человеком. Интересно, что для млекопитающих в целом (в отличие от птиц) доминирование зрительного канала получения информации не характерно: основным чувством для большинства из них является обоняние либо слух. Например, согласно исследованиям Дж. Лилли, дельфины общаются и ориентируются ("видят") при помощи своего развитого звукоиздающего аппарата, формируя и воспринимая сложнейшие объемные акустические образы. Любители фантастики могут поразмышлять над тем, какую науку могли бы создать разумные крысы или собаки. Во всяком случае, если удалить образы, связанные со светом и зрением, из человеческой науки, от нее мало что останется.

Совершенно исключительную роль - и исторически, и содержательно вопрос о природе света играет в теории относительности. Судя по воспоминаниям самого Эйнштейна, главным исходным пунктом его размышлений о природе пространства и времени (начиная с семнадцатилетнего возраста!) послужил анализ мысленного эксперимента: как будет восприниматься световой луч, если "оседлать" его, то есть двигаться со скоростью света? (О психологической стороне дела см. книгу Р. Дилтса в списке литературы.) Тогда, казалось бы, мы бы наблюдали изменяющуюся в пространстве, но не во времени (то есть статическую) картину электромагнитного поля. Но и опыт, и физическая интуиция, и уравнения Максвелла говорят о невозможности этого. Следовательно, "оседлать" световой луч нельзя. Подобные соображения и привели Эйнштейна в конце концов к формулировке постулата о независимости скорости света от (равномерного и прямолинейного) движения системы отсчета, относительно которой эта скорость измеряется.

Часто построение теории относительности связывают с широко известным опытом Майкельсона-Морли. Этот опыт ставил своей целью обнаружить движение Земли относительно гипотетической абсолютной системы отсчета - эфира с помощью явления интерференции (наложения света от различных источников). Однако его отрицательный результат исторически сыграл очень небольшую роль (см. статью Дж. Холтона "Эйнштейн, Майкельсон и решающий эксперимент", Эйнштейновский сборник 1972, М., Наука, 1974, с.104-211; другие версии, включая помощь в создании теории относительности первой жены Эйнштейна, обсуждаются в книге П. Картера и Р. Хайфилда "Эйнштейн. Частная жизнь", М, 1998). Тем самым, этот пример не может быть использован в поддержку часто высказываемых взглядов о решающей роли прогресса в развитии экспериментальной, в частности, измерительной, техники, в развитии науки. Не меньшую роль в действительности играют "нематериальные" соображения, например, эстетические. Подробнее эти вопросы рассмотрены в главе 5.

Обсуждая путь, который привел к теории относительности именно Эйнштейна, мы отнюдь не высказываем своего мнения по приоритетным вопросам (важен вклад А. Пуанкаре и Г. Лоренца; см. статью В.Л. Гинзбурга "Как и кто создал теорию относительности?", Эйнштейновский сборник 1974, М.: Наука, 1976, с. 351-384). В то же время, вряд ли случайно то обстоятельство, что именно Эйнштейн получил все наиболее важные результаты этой теории; прежде всего, речь идет о знаменитой формуле E mc[2]. Из этого следует, по меньшей мере, плодотворность и эвристическая мощь его подхода к теории относительности. Важно подчеркнуть, что размышления о природе света вполне укладываются в рамки религиозной (в том числе иудейской) традиции; игнорирование данного факта и попытка описать мышление Эйнштейна в чисто "светских" терминах - и даже свести его к набору рецептов!
– является, с нашей точки зрения, серьезным недостатком интересной книги Р. Дилтса, цитированной выше. Главный "рецепт" по-видимому состоял все-таки в глубоком (хотя, возможно, не вполне

осознанном и безусловно не вполне ортодоксальном) религиозном мировоззрении Эйнштейна (см. гл.4).

Основные положения специальной теории относительности кратко рассмотрены в главе 11. Здесь мы подчеркнем в этой теории лишь то, что относится к трактовке процессов, связанных с распространением света. Последние совершенно уникальны в одном отношении: в определенном смысле они протекают вне времени (интересно, что в религиозных традициях свет также связывается с покоем, см. цитаты ниже, напр., из евангелия Фомы). Собственное время светового сигнала всегда равно нулю!

Время - это то, что не дает свету достигнуть нас. Нет большего препятствия Богу, чем время (Мейстер Экхарт).

О, как же я хочу, Нечуемый никем, Лететь вослед лучу, Где нет меня совсем (!). (О. Мандельштам)

Остановимся на этом вопросе более детально. Основной "метрической" характеристикой пространства - времени в теории относительности (не только специальной, но и общей) является интервал между событиями. Это - инвариант, то есть он имеет одно и то же значение относительно любой системы отсчета. Если его квадрат положителен, то говорят о разделенности событий времениподобным интервалом. Это значит, что существует такая система отсчета, в которой эти события происходят в одной точке. Эта система осуществляется телом, которое движется (равномерно и прямолинейно) от первого события ко второму со скоростью, меньшей скорости света. Промежуток времени между событиями в этой системе отсчета (он называется собственным временем) всегда короче, чем промежуток времени, измеренный в любой другой системе отсчета. Последовательность таких событий относительно любой системы отсчета всегда одна и та же, что гарантирует отсутствие противоречий с принципом причинности (сначала причина, потом следствие). Если квадрат интервала отрицателен (а сам он, соответственно, равен мнимому числу), то говорят о пространственноподобном интервале. Тогда существует такая система отсчета, в которой эти два события происходят одновременно.

Имеется также бесконечно много систем отсчета, в которых одно из них происходит раньше другого, и бесконечно много систем, где их последовательность обратная. Данное обстоятельство не имеет особого значения, так как эти события не могут быть причинно связаны из-за невозможности передавать энергию или информацию быстрее скорости света. Отметим кстати, что существует предположение о существовании сверхсветовых частиц - тахионов. Если бы оно было доказано, наши представления о причинности и возможности движения против времени были бы серьезно пересмотрены.

– А-а-а-а!
– кричала Королева.
– Кровь из пальца! Хлещет кровь!
– При этом она так трясла рукой, будто хотела, чтобы палец вообще отвалился. Крик ее был пронзительным, словно свисток паровоза [аналог светового сигнала!]. Алиса зажала уши руками.

– Что случилось?
– спросила она, как только Королева замолчала, чтобы набрать воздуха в легкие.
– Вы укололи палец?

– Еще не уколола, - сказала Королева, - но сейчас уколю! (Л. Кэрролл, Алиса в Зазеркалье)

Тахионное оружие, поражающее цель раньше, чем произведен выстрел, встречается, например, в фантастической повести С. Лукьяненко "Линия грез"; стремление рассмотреть любую научную идею прежде всего с точки зрения возможных военных применений вообще очень характерно для современной массовой культуры. Но "давайте переживать неприятности по мере их поступления" (М. Жванецкий); тахионы до сих пор не обнаружены и далее обсуждаться здесь не будут.

Световой сигнал соединяет события, разделенные нулевым (светоподобным) интервалом. В пространстве-времени такие события лежат на так называемом "световом конусе", разделяющем области событий, которые могут и не могут быть причинно-связанными. На световом конусе нет ни пространства, ни времени - можно сказать, что для света такие события как его испускание и поглощение происходят в одной точке в один момент времени! Для внешнего наблюдателя пространственные и временные координаты этих событий могут отличаться очень сильно. Например: свет, испущенный другой галактикой сотни миллионов лет назад (и на расстоянии в сотни миллионов световых лет от Земли), воспринимается сетчаткой глаза астронома здесь и сейчас. Еще раз повторим: для самого светового луча эти события произошли одновременно и в одной точке пространства! При любом толковании слова "мистика" трудно не объявить это свойство света мистическим, хотя речь идет о вполне строгом выводе конкретной естественнонаучной теории. Таким образом, свойства света действительно являются совершенно уникальными с точки зрения теории относительности. Некоторые аналогии с идеями этой теории (в частности, с принципом относительности) можно найти в следующем отрывке.