Джеймс Глик - Путешествия во времени. История

Идея, что при наличии точного и полного состояния дел в один момент и физических законов, управляющих причинно-следственными отношениями между состояниями дел, существует только одно, причем единственное, возможное состояние дел, которое можно получить в следующий момент.

Тейлор считает это самоочевидным. Если X, то Y в логике означает только одно. В физическом мире это означает нечто более сложное и всегда (нам следовало бы уже это понять) допускающее сомнение. В логике все жестко и однозначно. В физике всегда есть место ошибке. Случай тоже играет свою роль. Неожиданности случаются. Неопределенность возведена в принцип [82] Имеется в виду принцип неопределенности Гейзенберга, гласящий, что невозможно одновременно узнать импульс частицы и ее положение в пространстве. Прим. науч. ред. . Мир намного сложнее, чем любая модель.

Тейлор лукавил. Чтобы доказать фатализм, он принимал на веру детерминизм. Многие физики тоже это делают даже сейчас. «Физикам нравится считать, что достаточно сказать: „Вот вам условия, а теперь скажите, что произойдет дальше“», — говорил Ричард Фейнман. Детерминизм встроен в огромное количество всевозможных физических формул, точно как в логике. Но формулы — это всего лишь формулы. Физические законы сформулированы людьми для удобства. Они не равны по протяженности и объему Вселенной.

Было ли то, что произошло, единственно возможно? Уоллес плавал в этой мутной воде не один год и в какой-то момент понял, что философии с него пока хватит. В его планах было другое будущее, и он его выбрал. «Я ушел оттуда, — сказал он позже, — и не возвращался».

Мы вольны прыгать во времени куда угодно — должен же этот опыт, заработанный тяжким трудом, для чего-то пригодиться, — но давайте вновь поставим часы на 1941 г. Два молодых принстонских физика, заранее договорившись о встрече, приезжают к белому щитовому домику номер 112 по Мерсер-cтрит, и их провожают в кабинет профессора Эйнштейна. Великий ученый встречает их в свитере, но без рубашки, в туфлях, но без носков. Он вежливо выслушивает их рассказ о теории, которую они готовят и которая должна описывать взаимодействия частиц. Эта теория необычна и полна парадоксов. Из нее явствует, что частицы должны оказывать влияние на другие частицы не только вперед во времени, но также и назад.

Джон Арчибальд (Джонни) Уилер, 30 лет от роду, приехал в Принстон в 1938 г. Прежде он работал с Нильсом Бором в Копенгагене — цитадели новой квантовой механики. Теперь Бор перебрался на Запад, и Уилер вновь начал с ним работать, на этот раз над возможностью ядерного распада атома урана. Ричард (Дик) Фейнман, 22 лет, был любимым аспирантом Уилера, порывистым и весьма сообразительным уроженцем Нью-Йорка. Джонни и Дик нервничали, и Эйнштейн постарался их подбодрить. Он не возражал, в принципе, против парадоксов [83] Фейнман разработал способ, именуемый ныне диаграммами Фейнмана, — графическое представление различных квантовых взаимодействий. Согласно этим диаграммам позитрон (античастица электрона) — это электрон, движущийся назад во времени. Прим. науч. ред. . Он и сам когда-то рассматривал что-то подобное, еще в 1909 г., если, уточнил он, ему не изменяет память.

Физика состоит из математики и слов, всегда одно и то же: слова и математика. И не в каждом случае полезно спрашивать, представляют ли слова какие-то «реальные» сущности или нет. Более того, физики поступают очень разумно, игнорируя этот вопрос. «Реальны» ли световые волны? А гравитационное поле? Пространственно-временной континуум? Оставьте эти вопросы теологам. Сегодня идея полей незаменима — и вы буквально до мозга костей ощущаете их присутствие; во всяком случае, вы видите, как железные опилки выстраиваются по линиям вокруг магнита, — а завтра вы начинаете думать, нельзя ли отбросить поля и начать заново. Именно этим и занимались Уилер с Фейнманом. Магнитному полю, а с ним и электрическому — хотя на самом деле все это едино и представляет собой просто электромагнитное поле — едва исполнилось 100 лет. Его придумали (или открыли) Фарадей и Максвелл. Поля заполняют собой Вселенную: гравитационные поля, бозонные поля, поля Янга — Миллса. Поле — это величина, которая изменяется в пространстве и времени и выражает изменения в силе [84] Нужно отметить, что поля могут описываться либо с помощью векторов (магнитное поле), которые позволяют вычислить силу поля в той или иной точке пространства, либо с помощью скалярных (ненаправленных) величин (электростатическое поле), когда каждая точка пространства описывается некоторым скалярным числом (потенциалом). Прим. науч. ред. . Земля ощущает гравитационное поле Солнца, которое рассеивается Солнцем вовне. Яблоко, свисающее с дерева, знаменует собой гравитационное поле Земли. Без полей вам придется поверить в то, что выглядит как волшебство: действие на расстоянии, через вакуум, без всяких рычагов или струн.

Уравнения Максвелла для электромагнитных полей работали великолепно, но к 1930–1940-м гг. у физиков появились проблемы в квантовом царстве. Уравнения, связывающие энергию электрона с его радиусом, были предельно понятны, так что размер электрона можно было вычислить с высокой точностью. Вот только в квантовой механике электрон, похоже, не имеет вообще никакого радиуса: это точечная частица нулевой размерности, не занимающая в пространстве никакого места. К несчастью для математики, эта картинка приводит к бесконечностям — закономерному результату деления на нуль. Фейнман считал, что многие из этих бесконечностей проистекали из обратного влияния электрона на самого себя, из его «внутренней энергии». В попытке избавиться от противных бесконечностей у него возникла идея просто не позволить электронам воздействовать на самих себя. Это означало ликвидировать поле, тогда частицы смогут только взаимодействовать с другими частицами напрямую. Не мгновенно: теорию относительности никто не отменял. Взаимодействия происходили со скоростью света. Собственно, это и есть свет: взаимодействия между электронами [85] Считается, что электроны обмениваются виртуальными фотонами (виртуальными, потому что их невозможно наблюдать) и поэтому отталкиваются друг от друга. Прим. науч. ред. .

Позже в Стокгольме, при получении Нобелевской премии, Фейнман объяснил:

Верно, что, если вы качнете один заряд, другой качнется лишь через некоторое время. Заряды непосредственно взаимодействуют друг с другом, хотя и с некоторым запаздыванием. Закон силы, связывающей движение одного заряда с движением другого, должен предусматривать запаздывание. Качните этот заряд — другой качнется позже. Стоит начать колебаться атомам Солнца, как через восемь минут [86] Солнечный свет достигает Земли примерно за восемь минут. Прим. науч. ред. в результате прямого взаимодействия начнут колебаться и электроны атомов моих глаз.