Грег Иган - Вечное Пламя

Патриция достала из кармана свернутую в рулон бумагу и разложила его у Карлы на столе. Глубина энергетических ям в оптическом материале была выбрана таким образом, чтобы в них уместились только десять уровней энергии – те самым возможные переходы были ограничены обозримым числом вариантов. Однако данные вполне однозначно указывали на то, что если один из трех лучей поляризован и его поле перпендикулярно направлению света, спектры распадаются на такое количество линий, что для их полного объяснения десяти уровней не хватает.

– Что, если у светородов есть своя собственная поляризация? – предположила Карла. Она проигнорировала этот вариант, когда выводила волновое уравнение в первый раз – главным образом, в целях простоты. – В зависимости от детальной геометрии светового поля поляризация светорода может повлиять на его энергию – добавляя новые уровни.

– Тогда очень жаль, что мы не нашли «правило троек»! – воскликнул в ответ Ромоло. – Мы могли бы сказать, что настоящее правило – это «правило единиц»: в каждой яме может находиться не более одного светорода с заданной энергией и заданной поляризацией. «Правило троек» выполнялось бы только для самых простых полей, в которых три светорода невозможно отличить друг от друга, поскольку их поляризация не влияет на их энергию.

Патриция повернулась к нему.

– Но что, если у светородов может быть только две поляризации?

Ромоло смутился.

– С тем же успехом можно попросить уменьшить на единицу размерность пространства, разве нет?

Карла не была столь уверена; связь могла оказаться более тонкой, нежели считал Ромоло.

– Давайте составим список, – сказала она. – Если бы мы действовали, исходя из ложных предположений, то где именно нам нужно было бы допустить ошибку, чтобы в итоге получить верный результат?

Предложение пришлось Патриции по душе.

– У светородов нет поляризации – неверно! Поляризации встречаются только тройками – неверно! В конкретном состоянии может находиться сколько угодно светородов – снова неверно! Думаю, этого должно хватить.

– Первое – это всего лишь эмпирический вопрос, – сказала Карла, – а вот над вторым придется поразмыслить. – Она бросила беглый взгляд на часы, висевшие на стене; она пообещала Карло, что встретится с ним в его квартире к шестой склянке, но он прекрасно понимал, что ожидать ее к назначенному времени не стоит. – Почему мы считаем, что поляризации всегда встречаются только тройками? В 4-пространстве свет характеризуется двумя векторами: первый определяет направление самого светового поля, второй – будущее световой волны. Если я вижу немного света вот здесь, а вы видите немного света вон там, то у меня должна быть возможность взять два вектора, описывающих мой свет, и повернуть их в 4-пространстве так, что они совпадут с векторами, описывающими ваш свет. Это незыблемая основа вращательной физики: если бы это было невозможно, то мой и ваш свет не заслуживали бы одного и того же названия.

– Если расположить векторы под прямым углом друг к другу, то они будут перпендикулярны с точки зрения любого наблюдателя. Если зафиксировать направление исторической линии света в 4-пространстве, то у перпендикулярного ему направления поля останется три возможных варианта – три поляризации.

– Можно представить случай, в котором они будут параллельны, – добавила она. – С этим фактом также согласится любой наблюдатель. Однако превратить свет первого рода в свет второго путем вращения невозможно, а значит, нет и причин классифицировать их как одно и то же явление.

– Так какие у нас есть варианты? – сказал Ромоло. – Свет обладает тремя поляризации, но в альтернативном случае, когда векторы параллельны, поляризация всего одна.

– Светородная волна принимает комплексные значения, – напомнила ему Карла. – Так что она в определенном смысле уже обладает двумерными свойствами, если считать вещественную и мнимую части взаимно перпендикулярными направлениями. Но от этого количество возможных поляризаций не увеличивается вдвое. В комплексной плоскости светородную волну можно повернуть на любой угол, и она по-прежнему будет описывать то же самое физическое состояние.

– Значит, все наоборот, и количество возможных вариантов становится в два раза меньше , – сказала Патриция. – Комплексная волна только кажется двумерной; на самом деле она содержит только одно измерение.

– Четыре, деленное на два равно двум, – заметил Ромоло. – Если разделить пополам количество компонент обыкновенного 4-вектора, то получится наблюдаемое нами количество поляризаций. Это чем-то поможет?

Карла не была уверена, но проверить стоило.

– Предположим, что светородная волна состоит из двух комплексных чисел – по одному на каждую поляризацию, – сказала она. – У каждого из них есть вещественная и мнимая части, что в общей сложности дает нам четыре измерения.

– То есть четыре обычных измерения вы просто воспринимаете как две комплексных плоскости? – предположил Ромоло.

– Возможно, – ответила Карла. – Но что произойдет при повороте? Если поляризация светорода описывается двумя комплексными числами, и я физически переверну этот светород вверх ногами…, то как это повлияет на комплексные числа?

– Разве для этого не следует просто взять их вещественную и мнимую части и применить к ним обычные правила поворота векторов?

– Идея вполне логичная, стоит попытаться, – согласилась Карла. – Давайте посмотрим, сработает это или нет.

Простейший способ описания вращений в 4-пространстве заключался в использовании умножения и деления векторов, поэтому в качестве напоминания Карла воспроизвела у себя на груди соответствующие таблицы.

Любой поворот можно было реализовать, скомбинировав умножение слева на один вектор и деление справа на второй; выбором этой пары векторов определялся поворот в целом. Ромоло продемонстрировал это на примере, выбрав для обеих операций вектор Верх.

– Если мы хотим, чтобы это сработало, потребуется прояснить один момент, – осенило Карлу. – Если у нас есть пара комплексных чисел, и мы умножаем их на квадратный корень из минус единицы, то каждое из них преобразуется независимо от другого. Умножение никоим образом не перемешивает исходные числа – оно просто поворачивает комплексную плоскость на четверть оборота, превращая вещественные числа в мнимые, а мнимые – в вещественные. Следовательно, если мы собираемся отождествить две плоскости 4-пространства с комплексными плоскостями, нам потребуется некая эквивалентная операция.