Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Пожалуй, первое сомнение рассеялось: хотя фотоны и летят с предельной скоростью, они не становятся от этого бесконечно «тяжелыми» — не накапливают беспредельной массы. Это возможно только потому, что они ее вообще не накапливают, как и не накапливают скорости, а прямо рождаются и начинают существовать с этой предельной скоростью и никакой другой обладать не могут. Никакой! Вся их — масса одного происхождения — это масса того сгусточка электромагнитной энергии, каким является квант излучения.

Сразу приходит в голову довольно естественная мысль: так не значит ли это, что фотона нельзя не только остановить, но и затормозить, раз он по природе своей не умеет двигаться иначе, как с одной и той же скоростью? Нет, почему же: можно. Но только ценою его гибели…

Гибели?! А это как понять? Материя не уничтожима. Погибая, фотон должен кому-то завещать свою массу-энергию — все свое материальное достояние. Кто же его наследники?

Ученые узнали об этом, когда извилистая дорога познания привела их к исследованию таких волнующих воображение микрособытий, как рождение элементарных частиц и античастиц, к обсуждению таких удивительных вопросов, как вопрос о существовании антивещества и антимиров… Впрочем, это лежит пока за пределами нашего рассказа.

А нам надо попробовать распутать еще два сомнения, пожалуй, более тяжких, чем первое; наверное, самых тяжких для человека прошлого столетия, да, впрочем, и нынешнего тоже.

Противоречие, которое кажется безнадежным. — «Я не умею ошибаться в триста раз!» — Не те километры и не те секунды. — Что же там происходит? — Эта скорость трижды недостижима. — Тревоги маленьких мечтателей. — Космическая печаль. — Легенда или воспоминание? — Второй автограф Эйнштейна. — Призрак, путешествующий в безвременье. — Это микрокентавры.

Не кажется ли вам, что мы как-то очень уж категорически разговаривали о скорости света: 300 тысяч километров в секунду. 300 тысяч и снова — 300 тысяч!.. А относительно чего эти заколдованные 300 тысяч? Мы дорассуждались даже до того, что любой фотон только такое расстояние и может пробегать в течение секунды, иначе ему не жить! Но можно ли было при этом не спросить себя: а что в течение этой секунды делал источник света — то тело, от которого фотон отделился, от которого он успел отлететь на свои 300 тысяч километров?

Хорошо, если это тело всю секунду стояло на месте. Но что, если оно тоже двигалось, скажем, вслед за фотоном и преодолело за ту же секунду, допустим, 100 тысяч тех же единиц длины? Тогда ведь фотон смог отлететь от него за это время вовсе не на 300 тысяч, а только на 200 тысяч километров: источник света не оберегал свою неподвижность — пока свет удалялся, источник нагонял свое излучение. Стало быть, скорость световой частицы относительно движущегося источника была на целую треть меньше, чем в том случае, когда источник не трогался с места. На целую треть! А мы утверждали, что скорость фотона всегда одна и та же.

Можно нарисовать картину еще более разительную. Пусть из камеры Дубенского ускорителя, как из пращи, вызывается на свободу протон-миллиардер. Дело вполне реальное: там ведь для того и разгоняют протоны до скоростей, близких к световой, чтобы в нужный момент отпустить их на свободу и послать в ядерную мишень. Нам остается только вообразить, что в тот же момент, когда протон-вольноотпущенник покидает по касательной круговой камеру, рядышком зажигается фонарик, и поток фотонов устремляется к той же мишени. Наконец в нашей власти удалить мишень на 300 тысяч километров от Дубны и поместить ее на будущем искусственном спутнике Луны. Вряд ли какому-нибудь чудаку придет в голову ставить такой опыт, но для наглядности всегда можно пожертвовать трезвой деловитостью — не пострадала бы только суть вещей.

Через секунду фотон достигнет мишени на лунном спутнике, а протон-протон-вольноотпущенник немножко от него отстанет. Однако совсем немножко: нагруженный 10 миллиардами электроновольт энергии, он движется с громадной скоростью, пробегая почти 299 тысяч километров в секунду. Фотон успеет уйти от него всего на 1 000 километров с небольшим.

Теперь еще раз стоит пожертвовать здравым смыслом: повторим этот опыт, но вдобавок посадим фонарик верхом на протон. В то же мгновение, когда наш вольноотпущенник и световой луч покинут Дубну, к лунному спутнику помчится вместе с протоном и сам источник света. Через секунду фонарик отстанет от собственного потока фотонов на те же 1 000 километров, на какие отстанет оседланный фонариком протон.

Стоя в неподвижной Дубне на неподвижной Земле, мы, казалось бы, сразу убедимся, что скорость света зависит от скорости испускающего его источника. 300 тысяч и 1 000 — можно ли не заметить такой огромной разницы! Но если бы это было верно, — а еще в конце XIX века никто не сомневался, что это верно, — то за одну злополучную секунду рухнули бы все построения современной физики: скорость света оказалась бы вовсе не постоянной величиной, и фотон относительно других тел мог бы двигаться с разными скоростями, и говорить о каком-то пределе для физических скоростей было бы бессмысленно, и писать формулу Е = М·С 2тоже стало бы бессмысленно, между прочим, еще и потому, что сделалось бы совершенно неизвестным, какова же тут величина С: в одних случаях она была бы одна, в других — другая.

Нет, что-то здесь неладно!

И дело представится как будто совсем уж безнадежным, если вспомнить, что неподвижная Дубна на неподвижной Земле — тоже условность. Земля летит вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Мы могли и не сажать фонарик на протон: покоясь в Дубне, фонарик уже и так сидит на движущейся Земле. Вместе с нею он догоняет собственный луч, если посылает свет по направлению движения Земли, и убегает от собственного луча, если шлет его в противоположном направлении. В первом случае Земля с фонариком за секунду нагоняет луч на 30 километров, во втором — на столько же удаляется в другую сторону. Вот вам две скорости света относительно Земли: (300 000 — 30) и (300 000+30).

Но и это не все. Солнце тоже отнюдь не приклеено к неподвижному небосводу. Да и неподвижного небосвода тоже нет. Млечный Путь движется относительно других галактик. А они, в свою очередь… Словом, это сказка без начала и конца. И мысли не на чем остановиться, как на чем-то наверняка неподвижном. И не к чему отнести перемещение фотона, чтобы с облегчением сказать, наконец, о каких 300 тысячах километров в секунду идет речь, когда заводится разговор о скорости света и ее странном постоянстве .

Так, может быть, вернуться к представлению о вселенной, как об аквариуме со стоячей водой? Может быть, снова повесить в необъятном зале природы призрачный занавес из абсолютно неподвижного и абсолютно непонятного мирового эфира?