Простое существование конечных пределов не значит, что они уже вот-вот н
ачнут нас душить, однако многие люди пришли к мысли, что пределы скоро пол
ожат конец росту. Это соображение упрощает их картину будущего, откидыва
я странные новые разработки, которые принесёт прогресс. Другие люди хоро
шо относятся к более расплывчатой идее безграничного роста Ц идее, кото
рая затуманивает их картину будущего, говоря, что оно будет совершенно н
епостижимым.
Люди, которые путают науку с технологией, имеют склонность путаться и на
счёт пределов. Как отмечает инженер по программному обеспечению Марк С.
Миллер, им кажется, что новое знание всегда означает новое ноу-хау; некото
рые даже воображают, что знать всё позволит нам делать всё, что мы захотим
. Прогресс в технологии действительно приносит новые ноу-хау, открывая н
овые возможности. Но продвижения в фундаментальной науке просто перери
совывает нашу карту окончательных пределов; это часто показывает что-то
новое, что невозможно. Например, открытия Эйнштейна показали, что ничто н
е может догнать летящий луч света.

Структура вакуума

Действительно ли скорость света Ц реальный предел? Люди когда-то говор
или о "звуковом барьере", и некоторые верили, что он не даст самолёту перей
ти скорость звука. Затем на базе Эдвард Эа Форс в 1947 году, Чак Ииджер рассёк
октябрьское небо звуком перехода звукового барьера. Сегодня некоторые
люди говорят о "световом барьере", и спрашивают, может ли он также отступит
ь.
К сожалению для писателей научной фантастики эта параллель поверхност
на. Никто никогда не мог утверждать, что скорость звука Ц это реальный фи
зический барьер. Метеоры и пули превышали его каждый день и даже щёлкающ
ий хлыст переходил "звуковой барьер". Но никто не видел ничего, что бы двиг
алось быстрее света. Удалённые места, видимые с помощью радиотелескопов
, иногда кажутся движущимися быстрее, но простые трюки перспективы легко
объясняются, как это может быть. Гипотетические частицы, называемые «та
хионами» двигались бы быстрее света, если бы он существовали, но их пока н
е нашли, а сегодняшняя теория их не предсказывает. Экспериментаторы толк
али протоны со скоростью более 99,9995 процентов скорости света и получили ре
зультаты, которые идеально соответствовали предсказаниям Эйнштейна. К
огда их толкают всё быстрее, скорость частицы очень медленно приближает
ся к скорости света, в то время как её энергия (масса) растёт безгранично.
На Земле, человек может идти пешком или плыть только на определённые рас
стояния, но никакой таинственный край или барьер вдруг не остановит его
путешествия. Просто Земля круглая. Ограничение скорости в пространстве
предполагает не больше "светового барьера", чем предел расстояния на Зем
ле предполагает стену. Само пространство Ц вакуум, который содержит эне
ргию и материю, имеет свойства. Одно из них Ц это его геометрия, которая м
ожет быть описана, если рассматривать время как особое измерение. Эта ге
ометрия заставляет скорость света отступать перед ускоряющимся космич
еским кораблём во многом подобно тому как горизонт отступает перед движ
ущимся по морю кораблём: скорость света, подобно горизонту всегда равноу
далена во всех направлениях. Но аналогия здесь заканчивается Ц это подо
бие никак не поясняет кривизну пространства. Достаточно запомнить, что п
редельная скорость Ц это не что-то такое грубое и что можно преодолеть, к
ак "световой барьер". Объекты всегда могут двигаться быстрее, но не быстре
е света.
Люди давно мечтали о контроле над гравитацией. В издании 1962 года книги "Оче
ртания будущего" Артур Ц. Кларк писал, что "Из всех сил гравитация Ц самая
загадочная и самая неумолимая", и дальше продолжал, предлагая мысль, что м
ы однажды разработаем подходящие устройства для управления гравитацие
й. Однако действительно ли гравитация такая таинственная? В общей теории
относительности Эйнштейн описывал гравитацию как кривизну в простран
ственно-временной структуре вакуума. Математическое описание этого эл
егантно и точно, и делает предсказания, которые прошли через все испытан
ия, с тех пор предпринимаемые.
Гравитация не более и не менее неумолима, чем остальные силы. Никто не мож
ет заставить валун потерять свою гравитацию, но также никто не может зас
тавить электрон потерять свой электрический заряд или электрический т
ок Ц своё магнитное поле. Мы управляем электрическими и магнитными поля
ми, передвигая частицы, которые их создают; мы можем управлять гравитаци
онными полями аналогичным образом, передвигая обычные массы. Представл
яется, что мы не можем изучить секрет управления за гравитацией, потому ч
то мы уже это сделали.
Ребёнок с маленьким магнитиком может поднять гвоздь, используя магнитн
ое поле, чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли. Но к сожалени
ю для страстного желания инженеров, работающих с гравитацией, использов
ание гравитации, чтобы поднять гвоздь, требует огромной массы. Если прям
о у вас над головой будет находиться Венера Ц это почти сделает то, что ну
жно, пока она не упадёт на вас.
Инженеры возбуждают электромагнитные волны, передвигая электрические
заряды туда-сюда в антенне; можно возбудить гравитационные волны, перем
ещая камень в воздухе. Но опять же, гравитационный эффект слабый. Хотя в ра
диостанции мощностью в один киловатт нет ничего необычного, перемещени
е и закручивание всей массы солнечной системы вместе взятой не может выд
елить так много, как один киловатт гравитационных волн.
Мы понимаем гравитацию достаточно хорошо; в этом просто нет большой поль
зы для построения машин намного легче чем Луна. Но устройства с использо
ванием большой массы, будут работать. Гидроэлектростанция Ц часть грав
итационной машины (другая часть Ц Земля), которая извлекает энергию из п
адающей массы. Машины, используя чёрные дыры, будут способны извлекать э
нергию из падающей массы более чем с 50-процентной эффективностью, основы
ваясь на формуле Е=mc 2
Вылить одно ведро воды в чёрную дыру выделило бы столько же энергии, скол
ько переливание нескольких триллионов вёдер воды через генератор дамб
ы гидроэлектростанции в километр высотой.
Поскольку законы гравитации описывают, как искривляется вакуум, они так
же применимы к научно-фантастическим "искривлениям пространства". По-ви
димому, туннели из одной точки пространства в другую были бы нестабильны
, даже если они могли бы быть прежде созданы. Это не позволяет будущим косм
ическим кораблям достигать отдалённых точек быстрее, чем свет, использу
я короткий путь вокруг лежащего посреди пространства, и это ограничение
в перемещении в свою очередь устанавливает предел росту.
По-видимому, закон Эйнштейна даёт аккуратное описание общей геометрии в
акуума. Если так, то пределы, которые получаются в результате, неизбежны: в
ы можете избавиться почти от всего, но не от самого вакуума.
Другие законы и пределы выглядят неизбежными по аналогичным причинам. В
действительности физики всё больше приходят тому, чтобы описывать все ф
изические законы в терминах структуры вакуума. Гравитационные волны Ц
определённый тип колебаний вакуума; чёрные дыры Ц определённый тип зав
ихрения. Аналогично, радиоволны Ц другой вид колебаний вакуума, а элеме
нтарные частицы Ц ещё один, очень отличающийся вид завихрения (которые
в некоторых теориях напоминает крошечные вибрирующие струны). С этой точ
ки зрения существует только одно вещество во вселенной Ц вакуум, но оно
принимает множество форм, включая те структуры, которые мы называем "твё
рдой материей". Этот взгляд наводит на мысль о неизбежных свойствах есте
ственного закона. Если единое вещество, которое заполняет вселенную Ц э
то и есть вселенная, то его свойства ограничивают то, что мы можем делать.

Однако странность современной физики ведёт к тому, что большинство люде
й ей не верят. Революции, которые произвели квантовая механика и относит
ельность, породили разговоры о "принципе относительности", "волновой при
роде материи", "материи, которая суть энергия" и "искривлённом пространств
е-времени". Атмосфера парадокса окружает эти идеи и таким образом саму фи
зику. Понятно, что новые технологии должны выглядеть для нас странно, но п
очему древние и неизменные законы природы оказываются загадочными и шо
кирующими?
Наш мозг и языки развились так, чтобы иметь дело с вещами, намного превосх
одящими по размерам атомы, движущимися с крошечной долей скорости света
. Они сделали в этом достаточно хорошие успехи, хотя чтобы научиться опис
ывать движение падающего камня заняло у людей столетия. Но мы простерли
наше знание далеко за пределы древнего мира ощущений. Мы обнаружили вещи
(материальные волны, искривлённое пространство), которые кажутся причуд
ливыми, и некоторые просто находятся вне нашей способности их представи
ть. Но «причудливый» не значит таинственный или непредсказуемый. Матема
тика и эксперименты тем не менее работают, позволяя учёным разнообразит
ь и отбирать теории, производя в них эволюцию так, что они подходили даже п
од странную реальность. Человеческий разум оказался замечательно гибк
им, но не особо удивительно обнаружить, что мы не можем всегда себе предст
авить невидимое.
Часть причины, что физика кажется такой странной в том, что люди страстно
жаждут странностей, и имеют склонность распространять мимы, которые опи
сывают вещи как странные. Некоторые люди поддерживают идеи, которые скры
вают мир в слоях и наполняют его таинственностями вида "уровень Б". Естест
венно, они поддерживают и распространяют мимы, которые заставляют матер
ию выглядеть нематериальной и квантовую механику выглядеть как ветвь п
сихологии.
Относительность, как уже сказано, обнаруживает, что материя (которая Ц о
бычная старая материя, которую люди думают, что понимают) Ц это на самом д
еле энергия (эта тонкая таинственная субстанция, которая заставляет соб
ытия происходить). Это даёт почву для широкого тумана на тему тайны вселе
нной. Могло быть более понятным сказать, что относительность обнаружива
ет, что энергия Ц одна из форм материи, во всех её формах, энергия имеет ма
ссу. Действительно, световые паруса работают на этом принципе, благодаря
удару массы в поверхность. Свет даже идёт упакованным в частицы.
Также рассмотрим принцип неопределённости Эйзенберга, и связанный с ни
м факт, что "наблюдатель всегда воздействует на наблюдаемое." Принцип нео
пределённости присущ математике, описывающей обычную материю (давая ат
омам им присущий размер), но связанный "эффект наблюдателя" представлен в
некоторых популярных книгах как магическое влияние сознания на мир. В де
йствительности суть идеи более прозаическая. Представьте себе, что вы см
отрите на пылинку в солнечном свете: когда вы наблюдаете отражённый свет
, вы обязательно воздействуете на него Ц ваш глаз его поглощает. Аналоги
чно, свет (со своей массой) воздействует на пятнышко пыли: он отталкиваетс
я от пылинки, прикладывая силу. Результат Ц не воздействие вашего разум
а на пыль, а воздействие света на пыль. Хотя квантовое измерение имеет осо
бенности намного более тонкие чем эта, ни одна из них не включает разум, вы
ходящий наружу, чтобы изменить реальность.
Наконец рассмотрим "парадокс близнецов". Относительность предсказывае
т, что если один из пары близнецов летит к другой звезде и возвращается со
скоростью, близкой к скорости света, то близнец, который летит, будет млад
ше, чем оставшийся дома брат. Действительно, измерения с точными часами д
емонстрируют эффект замедления времени при очень быстром движении. Но э
то Ц не парадокс, это просто факт природы.

Будет ли физика снова дополн
ена?

В 1894 году знаменитый физик Альберт А. Мичельсон заявлял: "Наиболее важные ф
ундаментальные законы и факты физической науки открыты, и они сейчас так
твёрдо установленные, что возможность их когда-нибудь заменить на что-т
о новое вследствие новых открытий крайне отдалена… Наши будущие открыт
ия нужно искать в шестом знаке после запятой."
Но в 1895 году Рентген открыл рентгеновские лучи. В 1896 году, Беккерель открыл р
адиоактивность. В 1897 Ц Томсон открыл электрон. В 1905-м Ц Эйнштейн сформулир
овал специальную теорию относительности (и таким образом объяснил собс
твенные наблюдения Михельсона в 1887 году относительно скорости света). В 1905-
м Эйнштейн также представил фотонную теорию света. В 1911-м Резерфорд откры
л ядро атома. В 1915-м Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности.
В 1924-30, де Брогли, Эйзенберг, Бор, Паули и Дирак разработали основы квантовой
механики. В 1929 году Хаббл объявил о доказательстве расширения вселенной.
В 1931 Михельсон умер.
Михельсон сделал незабываемую ошибку. Люди всё ещё указывают на его заяв
ление и то, что за ним последовало, чтобы подтвердить точку зрения, что нам
не следует (никогда?) провозглашать какое бы то ни было достоверное поним
ание естественного закона или приделов возможного. В конце концов, если
Михельсон было столь уверен и тем не менее оказался так не прав, не должны
ли мы опасаться повторить его ошибку? Великая революция в физике привела
некоторых людей к заключению, что наука будет продолжать приносить беск
онечные важные сюрпризы, даже сюрпризы, важные для инженеров. Но есть ли в
ероятность нам встретиться с такими серьёзными сдвигами снова?
Возможно нет. Содержание квантовой механики было удивительным, однако д
о её появления физика была очевидно и серьёзно неполна. До квантовой мех
аники вы могли бы подойти к любому учёному, злобно улыбаясь, стукнуть по с
толу и спросить: "Что удерживает эти штуки вместе? Почему это Ц коричнево
е и твёрдое, в то время как воздух Ц прозрачный и газообразный?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47