IV De Physica Esoterica

IV

De Physica Esoterica

Хотя предполагается, что теория суперструн обеспечивает объединенную теорию устройства Вселенной, сама теория странным образом часто кажется похожей на беспорядочную мешанину фольклорных историй, случайных «правил большого пальца» и интуитивных прозрений.

Мичио Каку. Введение в теорию суперструн и М-теорию[190]

Теоретическому физику недостаточно обладать блестящим интеллектом. Нужно также создавать новые идеи, иногда кажущиеся нелепыми, которые составляют суть процесса научных открытий.

Мичио Каку, Дженнифер Томпсон. После Эйнштейна: космический поиск теории Вселенной[191]

История современной теоретической физики головокружительна, а ее технологическое воздействие на общество — самое очевидное свидетельство ее прогресса. Немногим менее пятисот лет назад, когда Фрэнсис Бэкон впервые предложил основы научной методологии, а Исаак Ньютон предпринял смелый шаг в математическом моделировании теории гравитации, люди вели расчеты с помощью перьев при свете свечей. Немногим менее ста лет назад аналоговые вычислители на боевых кораблях просчитывали траекторию однотонного артиллерийского снаряда, выпущенного с движущейся платформы по движущейся мишени размером с футбольное поле на расстоянии двадцати миль. Менее шестидесяти лет назад предшественники современных цифровых компьютеров взломали «невскрываемые» алгоритмы немецкого шифра «Энигма» и вычислили критическую массу, необходимую для деления «неделимого» атома. Их потомки вычисляли траектории ядерных и термоядерных ракет на расстоянии многих тысяч миль. Менее сорока лет назад люди узнали, как можно опровергнуть закон обратных квадратичных величин и сконцентрировать обычный свет в ослепительном луче, способном прорезать сталь. Недавно мы научились связывать фотоны и посылать информацию из одного места в другое со сверхсветовой скоростью.

Ученые и медики некогда считали, что человек не может выдержать движение со скоростью свыше 30 миль в час. Потом появились железные дороги и люди стали регулярно ездить со скоростью 60 миль в час. Физики и инженеры утверждали, что человек никогда не сможет летать. Люди поднялись в воздух. Ученые утверждали, что человек никогда не сможет двигаться быстрее звука. Теперь люди летают на скоростях, намного превосходящих скорость звука. Ученые говорили, что мы никогда не достигнем Луны, но это произошло. Если отсюда можно извлечь урок, то он заключается к том, что наука постоянно развивается, а учеными движет вполне понятное человеческое стремление совершить то, что раньше считалось невозможным. Когда-то наука утверждала, что все вещи гармонически взаимосвязаны со всем остальным. Вся Вселенная была танцем «космической гармонии сфер». Теперь академическая наука считает такие представления наивной пифагорейской доктриной давно ушедшей эпохи греческой метафизики.

Немногим более ста лет назад ученые считали, что сверхтонкое вещество под названием «светоносный эфир» является проводником света и других электромагнитных волн. Даже такой ученый, как Джеймс Максвелл, верил в эту концепцию. Она была развенчана в ходе знаменитого эксперимента, проведенного двумя американскими физиками, Майкельсоном и Морли, а впоследствии — еще более знаменитой теорией ученого по фамилии Эйнштейн, работавшего клерком в швейцарском патентном бюро. На основе этого революционного эксперимента и не менее революционной теории были воздвигнуты две парадигмы современной физики: эфира не существует и ничто не может двигаться быстрее света.

Давайте рассмотрим каждую из этих трех концепций — «космическую гармонию» (или «космическую симфонию»), светоносный эфир и современную теоретическую физику — как предисловие к дискуссии о более эзотерических концепциях современной экспериментальной и теоретической физики.

А. Космическая гармония: гармонические серии и сопряженные осцилляторы

Любой, кто немного знаком с музыкой, особенно с клавишными инструментами, знает о гармонических или обертональных сериях. Даже если термин кажется незнакомым, мы знаем о феномене. Его легко продемонстрировать на примере акустического фортепиано[192]. Представьте, что вы сидите за инструментом. Теперь бесшумно нажмите клавишу «до» в средней октаве и удерживайте ее опущенной, ощущая вибрацию струны в звуковом коробе. Теперь нажмите другую клавишу «до» на одну или две октавы выше. Вы услышите, как эта нота бесшумно вибрирует в такт звуковой частоте первой взятой ноты.

Причина очень проста. Длина фортепианной струны произвольно взятой ноты вибрирует не только на частоте точной длины струны, но и на фракциях этой длины в 1/2, 1/3, 1/4, 1/5 и т. д. Для того чтобы убедиться, повторите эксперимент, но на этот раз возьмите ноту «си» и удерживайте ее, а потом возьмите ноту «до» где-нибудь ниже на клавиатуре. Вы снова будете слышать ноту «си», но немного слабее, чем в прошлый раз. Фактически вы можете бесшумно взять любую ноту, а потом взять любую другую ноту и вы все равно услышите бесшумно взятую ноту. Все бесшумно взятые ноты на клавиатуре называются обертонами или гармониками, звучащей нотой, которая является основным тоном. Когда они вибрируют вместе с основным тоном, то называются резонантными по отношению к нему. Когда мы бесшумно берем ноту, то создаем феномен, называемый физиками сопряженным гармоническим осциллятором, так как бесшумно взятая нота осциллирует с частотой звучащей ноты; она сопряжена с ней. В этом контексте клавишный инструмент, такой как орган и фортепиано, представляет собой ряд сопряженных гармонических осцилляторов, предназначенных для контроля над вибрационной энергией струн или воздушных труб с целью создания регулярных звуковых волн, которые мы называем музыкальными тонами.

Когда древние открыли этот принцип и поняли управляющие им математические свойства, они пришли к естественному выводу, что любая вещь, которая находится в движении, каким-то образом сопряжена со всеми остальными вещами, находящимися в движении. Иными словами, сама Вселенная является лишь собранием сопряженных гармонических осцилляторов. Что же пошло не так?

Все очень просто. Звук не может распространяться без проводящей среды, будь то воздух, струны, растянутые шкуры животных и так далее. После открытия вакуума концепция «космической гармонии», объединяющей вселенную, оказалась непригодной. Произошла смена парадигм.

Б. Светоносный эфир

Старые идеи имеют странную особенность возвращаться к жизни, и концепция космической гармонии не была исключением. После того как было установлено, что свет и другие виды электромагнитного излучения распространяются в виде волн, наука встала перед дилеммой. Для всех известных волновых феноменов требовалась некая среда распространения, разновидность материи, служащая проводником для волны. Но ученые знали, что свет распространяется в вакууме — космическом пространстве, явно лишенном вещества в том виде, как мы его знаем. Последовал вполне логичный вывод: в вакууме должна существовать некая разновидность материи, сверхтонкое вещество, которое является средой для распространения света и других электромагнитных волн. Его назвали «светоносным эфиром» («aether lumeniferous»), или «светопроводящим веществом». Теперь это заблуждение легко понять: ученые просто распространили свое понимание акустических волновых феноменов на световые волны. Они думали о свете, как о звуке.

На этой основе была построена довольно логичная цепочка рассуждений. Представьте себе человека, едущего в поезде со скоростью x миль в час. Если человек встанет и пойдет в направлении движения поезда, т. е. к передней части состава, со скоростью n, то он будет двигаться со скоростью x+n миль в час. Если же он пойдет в обратном направлении, то общая скорость его движения составит x — n миль в час. В физике этот процесс называется «сложением векторов». Вектор используется для измерения скорости, и об этом нужно сказать отдельно.

Для физика скорость — не то же самое, что быстрота. Если «быстрота» дает ответ на вопрос «как быстро», то «скорость» показывает не только «как быстро», но и в «каком направлении». Таким образом, если пассажир движется в одном направлении с поездом, то для определения его истинной скорости нужно прибавить скорость его движения к скорости движения поезда. Но когда он идет в противоположном направлении, скорость его движения вычитается из скорости движения поезда. Таким образом, «вектор» для наших целей служит почти синонимом «скорости».

В. Новаторский эксперимент и революционная теория

Если мы хотим понять, что все это значит для теории светоносного эфира, нужно вернуться к одному научному заблуждению: ученые относились к свету точно так же, как к любой другой условной движущейся системе, для которой можно складывать или вычитать векторы движения. Они полагали, что если бы могли расщепить луч света и послать одну его часть по направлению вращения Земли, а другую в противоположную сторону, то сумели бы зафиксировать эфир с помощью простого процесса — сложения векторов.

Это требует некоторого объяснения. Эфир считался очень тонкой структурой, занимавшей стационарное положение в пространстве. Таким образом, считалось, что, когда луч света движется по направлению вращения Земли, эфир будет «дуть» над поверхностью планеты. Ученые назвали данный феномен «эфирным ветром». Этот ветер должен был замедлить световой луч, движущийся в обратном направлении, и ускорить луч, движущийся в том же направлении. Поддающаяся измерению разница скоростей света между двумя лучами, какой бы малой она ни оказалась, подтвердила бы существование эфира.

Два американских физика разработали, наверное, самый знаменитый эксперимент в физике XX века, так называемый «эксперимент Майкельсона-Морли». Для того чтобы правильно понять его, следует помнить о другом убеждении физиков в дорелятивистскую эпоху: они думали о свете, как о звуке.

Большинству людей известно о доплеровском эффекте, даже если они не понимают сути этого феномена. Представьте себе, что вы стоите у железной дороги, поезд быстро приближается к вам, непрерывно подавая звуковой сигнал. Поскольку векторы скорости звука и скорости звуковых волн складываются, звуковые волны сжимаются и тон звука кажется более высоким. В тот момент, когда поезд проходит мимо, векторы начинают вычитаться, волны растягиваются и звук кажется более низким. Частота звуковых волн — по крайней мере для наземного наблюдателя — ощутимо изменяется. Это называется «фазовым сдвигом».

Теперь мы можем понять эксперимент Майкельсона-Морли. На рис. 1 из книги Стэна Дейо «Космический заговор» дана схема эксперимента. Дейо сопровождает ее следующим комментарием:

Предполагалось разделить луч света (F) на две части и послать одну из них назад в направлении орбитальной траектории Земли (к зеркалу А) от наполовину посеребренного зеркала (G), а другую под прямым углом к орбитальной траектории Земли (к зеркалу В) через наполовину посеребренное зеркало (G) и стеклянную пластину (D). После рекомбинации этих двух лучей в интерферометре (Е) можно будет определить фазовый сдвиг обоих лучей по отношению друг к другу[193].

Обратите внимание, что эксперимент был организован в соответствии с принципом сложения векторов и допплеровского эффекта. Стрелка справа, обозначающая направление эфирного ветра, играла роль железнодорожного поезда, приближающегося к наблюдателю, т. е. интерферометру. Теперь обратите внимание, что луч света, отражающийся от зеркала В, совмещается с лучом света, отраженного от зеркала А. Если продолжить аналогию со звуком, этот эксперимент был организован так, чтобы позволять наблюдателю одновременно слышать звуковую волну, движущуюся к нему и от него. Разница «звуков», представляющая собой фазовый сдвиг, позволяет наблюдателю слышать два разных тона или видеть два немного различных цвета. Если различие уловимо, значит, произошел фазовый сдвиг и существование эфирного ветра можно считать подтвержденным, как и существование эфира.

Но заметьте, что сам экспериментальный аппарат движется вместе с Землей. Таким образом, на рисунках 2а и 2б показана фактическая траектория лучей света.

Сейчас результаты эксперимента хорошо известны. Никакого фазового сдвига обнаружить не удалось, поэтому скорость света парадоксальным образом оставалась одинаковой в обоих направлениях. За этим последовала смена парадигмы в теоретической физике, отголоски которой доносятся до современной теории суперструн, основанной на тех же предпосылках, которые Эйнштейн использовал для интерпретации результатов эксперимента.

Для понимания произошедшего математика имеет менее важное значение, чем предпосылки, на которых были основаны расчеты. Читателю, который встает в тупик перед математическими выкладками, рекомендуется понять, что интерпретация уравнений сама по себе имеет не математическую, но более глубокую философскую природу и здесь реальное значение эксперимента расходится с теорией Эйнштейна.

Поскольку результаты эксперимента противоречили теоретическим ожиданиям, продиктованным парадигмой «светоносного эфира», два физика, Лоренс и Фитцджеральд, разработали ряд уравнений, известных как преобразования Лоренса, предназначенных для согласования результатов эксперимента и гипотетических ожиданий[194]. Из уравнений следовало, что «при движении тела через эфир его длина уменьшается, масса возрастает, а локальное время замедляется» и таким образом можно установить существование эфира[195].

Преобразования Лоренса вошли в специальную теорию относительности Эйнштейна. Эйнштейн истолковал результаты эксперимента таким образом, что скорость света является постоянной для любого наблюдателя. После этого концепция эфира в том смысле, который она имела ранее, была отвергнута по той простой причине, что в ней больше не было необходимости. В теории Эйнштейна сохранилось «растяжение» времени и «сжатие» длины, которое теперь интерпретировалось как результат ускорения любой массы до околосветовой скорости. Более того, преобразования Лоренса были необходимы для того, чтобы Эйнштейн смог вывести свою знаменитую формулу Е = mc²[196].

В этом месте Дейо дает поразительный комментарий:

Ошибка Эйнштейна заключалась в том, что он объявил скорость света наблюдаемым пределом скорости любой массы, в то время как она должна была являться лишь пределом скорости любой наблюдаемой электромагнитной волны в эфире. Скорость света является предельной лишь в пространственной среде, где она наблюдается. Если энергия-плотность пространства в другой его области оказывается большей или меньшей, то релятивистская скорость света поднимается выше или опускается ниже скоростного барьера референсной световой волны — если таковая существует.

…Когда среда с постоянной плотностью приводится в гармоническое движение вокруг центральной точки (sic!), количество масс, проходящих через неподвижную точку соотношения за единицу времени, можно наблюдать как возрастание массы (или сосредоточение энергии), хотя плотность (масса на единицу объема) остается постоянной, сочетание массы и скорости создает иллюзию большего количества массы на единицу объема за единицу времени[197].

Иными словами, пользуясь преобразованиями Лоренса, которые сами были следствием парадигмы, основанной на вере в существование эфира, Эйнштейн не устранил саму концепцию; он полагался на нее, но забыл, что делает это. Ошибка заключалась не в математике, а в логике его интерпретации. В результате скорость света была неправильно истолкована как постоянная верхняя граница скорости для любой массы, а не как пограничное состояние между разными типами пространственной среды, сосуществующими в одной и той же системе.

Г. Возвращение к эксперименту: ошибочное измерение не в там месте и неправильные выводы

1. Ротационный вариант Саньяка

Специальная теория относительности оказала глубокое влияние на последующую историю теоретической физики вплоть до нашего времени. Но, как бывает при смене любой научной парадигмы, некоторые физики отказались принять ее. Их усилия и эксперименты — во всяком случае сначала — считались маргинальными и не заслуживающими особого внимания. Одним из них был француз Джордж Саньяк, утверждавший, что Майкельсон и Морли произвели неправильное измерение к неверном месте. В конце концов, эксперимент проводился с расщепленными перпендикулярными лучами света, двигавшимися по прямым. Но Саньяк рассудил, что пространство устроено по-другому. Пространство и все объекты, которые в нем содержатся, подвержены вращательному движению; таким образом, логично предположить, что эфир тоже вращается. Значит, если кто-то хочет установить существование эфира, ему нужно измерить скорость расщепленного светового луча в ротационном эксперименте (см. рис. 3).

2. «Чайная» аналогия Дейо

Иными словами, в самой организации эксперимента Майкельсона-Морли заключалась фундаментальная ошибка.

Ошибка эксперимента Майкельсона-Морли заключается в том, что его результаты также справедливы и в случае существования эфира, который движется с такой же относительной скоростью и по такой же орбите, как и Земля, движущаяся вокруг Солнца. Для объяснения этой ошибки можно воспользоваться «чайной» аналогией. Если помешать чай в чашке (предпочтительно белого цвета) с маленькими чаинками, плавающими на поверхности, то можно заметить, что некоторые чаинки, расположенные ближе к центру вращения, движутся быстрее, чем удаленные от центра (это справедливо как для линейной, так и для угловой скорости). Теперь можно представить, что наблюдатель уменьшился до микроскопического размера и сидит на одной из вращающихся чаинок. Если бы он опустил руку в жидкость с любой стороны чаинки, то смог бы он ощутить движение чая? Нет. Причина в том, что движение чая является той силой, которая обуславливает скорость движения чаинки. Наблюдатель не почувствует движения, если и он, и жидкость движутся в одном направлении и с одной скоростью. Однако если бы у него были достаточно длинные руки, чтобы дотянуться до чая либо ближе к центру, либо ближе к краю чашки, где скорость вращения отличается от его собственной, то он почувствовал бы, что жидкость движется быстрее или медленнее по отношению к нему.

С другой стороны, если бы наблюдатель мог разогнать свою чаинку, вращающуюся вокруг центра, и опустил руки в жидкость по обе стороны от нее, то он ощутил бы инерциальное сопротивление, вектор которого был бы направлен против вращательного момента его чаинки[198].

Саньяк воспользовался этой логикой для организации своего ротационного варианта знаменитого эксперимента Майкельсона-Морли. Результат оказался в точности таким, как предсказывала эфирная парадигма. Эксперимент Саньяка успешно показал, что «скорость света, излученного в направлении вращения по периметру вращающегося диска (для поверхности Земли), отличается от скорости света, излученного против направления вращения»[199].

Эксперимент Саньяка был повторен Гейлом и самим Майкельсоном в 1925 г. с таким же результатом. Недавно ученые повторили его с использованием лазерной системы и более точных современных методов измерения. Результат остается неизменным: скорость света не является постоянной[200].

Трудно оценить влияние эксперимента Саньяка на теоретическую физику. С одной стороны, Эйнштейн, по всей вероятности, создал общую теорию относительности отчасти для того, чтобы разрешить возникшую проблему. Это явствует из вывода, что локальное пространство-время вокруг вращающихся тел большой массы изгибается и, в свою очередь, может изгибать свет. Однако некоторые ошибочные предпосылки, выведенные из линейного варианта эксперимента Майкельсона-Морли, не были отвергнуты, и их влияние сохраняется. К примеру:

В предыдущей аналогии центр вращающейся жидкости (или вихревой центр) обозначает Солнце, чаинка — Землю, чай — эфир, а руки наблюдателя — лучи света в эксперименте Майкельсона-Морли. По сути дела, Майкельсон, Морли, Эйнштейн и многие другие ученые говорили, что этот эксперимент показал, что скорость света не зависит от орбитального движения Земли. Поэтому, говорили они, мы можем прийти к одному из двух выводов:

1) Земля вращается вокруг Солнца, и, следовательно, никакого эфира не существует.

2) Земля не вращается вокруг Солнца, и эфир существует, но, поскольку Земля не движется через эфир, эфирный ветер нельзя определить.

Очевидно, что этот вывод опровергается наблюдаемой гелиоцентрической орбитой Земли, Однако эта линия рассуждений должна включать и третью возможность:

3) Земля вместе с эфиром вращается вокруг Солнца, следовательно, эфирный ветер нельзя определить в орбитальном векторе, расположенном в непосредственной близости от Земли[201].

Иными словами, каждая крупная вращающаяся масса тянет или закручивает эфир за собой и вокруг себя. Это становится важным соображением, когда мы рассматриваем теорему нелокальности Белла. Как мы вскоре убедимся, предпосылка о вихревой структуре самого эфира делает возможным гармоническое сопряжение нелокальных систем; сам эфир представляет собой бесшумно нажатую клавишу на клавиатуре Вселенной. Воспроизводя геометрию различных вращающихся систем, связанных таким образом, можно получить доступ к инерциальной энергии эфирного пространства этих систем. Именно этот принцип был воплощен на практике в Гизе и в Великой Пирамиде. Первичная энергия, к которой открывался доступ через Пирамиду, была не ядерной, электромагнитной или акустической, но инерционной энергией самого пространства-времени. Мы называем эту энергию либо нулевой энергией (ZPE), либо скалярным потенциалом координатной точки.

3. Реакция Теслы и других физиков на теорию относительности

Существовала еще одна проблема, связанная с экспериментом Майкельсона-Морли, открытая в ходе эксперимента Эрнеста Сильвертуса в 1987 году.

Специальная теория относительности Эйнштейна требует, чтобы односторонняя скорость света была постоянной. Если это оказывается не так, специальная теория относительности не работает. Эксперимент Майкельсона-Морли показал лишь то, что двусторонняя (туда и обратно) средняя скорость света является постоянной. Он не обязательно доказывает, что односторонняя скорость света в любом направлении тоже постоянна. Таким образом, специальная теория относительности основана на расширительном толковании, которое выходит далеко за рамки экспериментальных результатов Майкельсона-Морли[202].

Эксперимент Сильвертуса продемонстрировал, что длина волны одностороннего луча света меняется с направлением его распространения. В свою очередь, это указывает, что односторонняя скорость света тоже может меняться в зависимости от направления, хотя еще никто не нашел достаточно точного метода для измерения такой скорости[203].

Американский физик из Bell Laboratories, Герберт Айвз, вмешался в дискуссию в 1938 году. После публикации результатов эксперимента Саньяка многие обратились к релятивистам за объяснениями, и физик Поль Лонжевин посчитал, что эти результаты следует откорректировать с учетом эффекта растяжения времени в преобразованиях Лоренса[204]. Такая умственная акробатика заслуживает особого внимания, поскольку эти преобразования были разработаны в качестве математического трюка для сведения результатов первоначального эксперимента Майкельсона-Морли (линейного варианта) с результатами, которых следовало бы ожидать, если бы эфир существовал на самом деле. Теперь эти преобразования использовались для достижения прямо противоположной цели: показать, что эфир не существует, и подтвердить обоснованность теории, несмотря на обратные результаты!

В 1938 году Айвз опубликовал статью, опровергающую аргумент Лонжевина о «локальном времени». В 1951 году он пошел еще дальше и продемонстрировал, что «односторонняя скорость света, определенная Эйнштейном для движущейся релятивистской системы, не равна постоянной с, как утверждал сам Эйнштейн. Скорее, постоянной по отношению к разным системам отсчета является очень сложная математическая функция, включающая показания часов и термины, описывающие метод их применения»[205]. Его критика специальной теории относительности и ее пагубного влияния на теоретическую физику была подробной и уничижительной:

Приписывание определенной величины для неизвестной скорости [односторонняя скорость света] без помощи измерительных инструментов является не подлинной физической операцией, а чем-то больше напоминающим ритуал… Принцип постоянства скорости света не просто не понятен; он не подкреплен объективными фактами.

С исчезновением этого принципа основанные на нем геометрические конфигурации вместе с их синтезом пространства и времени должны быть лишены права на истинное описание физического мира[206].

Иными словами, геометрические построения специальной теории относительности, основанные на предпосылке о постоянстве скорости света, являются ошибочными, так как выходят за рамки свидетельств, предоставляемых в их поддержку, или, как в случае с экспериментом Саньяка, противоречат им.

Но как же быть с общей теорией относительности, которая вроде бы так хорошо работает вместе со своей геометрической концепцией об искажении пространства телами с большой массой и подтверждается наблюдением предсказанного изгиба световых лучей, проходящих в непосредственной близости от Солнца? Хотя эта концепция кажется правильной, эта «правильность», наверное, в меньшей степени является результатом наблюдений, чем многочисленных повторений. Если достаточно часто повторять одну и ту же парадигму, то начинаешь верить в нее и интерпретировать наблюдения на этой основе. Но дело в том, что общая теория относительности не объясняет, каким образом тела с большой массой искажают пространство; она лишь утверждает, что это происходит.

Не кто иной, как Никола Тесла высказался на эту тему в 1932 году:

Я считаю, что пространство не может быть искривлено по той простой причине, что оно не имеет свойств… О свойствах мы можем говорить лишь в том случае, когда имеем дело с веществом, заполняющим пространство. Говорить о том, что в присутствии крупных тел пространство становится искривленным, равнозначно тому, чтобы утверждать, будто нечто может влиять на ничто. Я, например, отказываюсь поставить свою подпись под таким мнением[207].

Похоронный звон для общей теории относительности раздался в 1991 г. после эксперимента, проведенного учеными Корнуэллского университета. «Их компьютерные симуляции показали, что, если очень большая масса продолговатой формы коллапсирует внутрь себя, это приведет к образованию веретенообразной гравитационной сингулярности с бесконечной энергией (черной дыры), края которой будут простираться за пределы центрального невидимого региона. Такая голая сингулярность будет излучать в окружающее пространство бесконечное количество энергии: абсурдный результат, фатальный для общей теории относительности»[208].

Д. Нелокальность, спутанные фотоны и квантовые состояния

Книга Ника Герберта «Квантовая реальность: за пределами новой физики — введение в метафизику и смысл реальности», возможно, является лучшим однотомным введением в предмет для обычных читателей, и в этом разделе я буду часто обращаться к ней.

Давайте начнем с простого вопроса, который фактически стоял у колыбели квантовой механики. Почему раскаленное железо светится красным? Как можно рассчитать свечение тела, нагретого до той или иной температуры?

В 1900 году, в начале нового века, Макс Планк, который вопреки совету своего учителя получил степень в области физики, а не музыки, занялся загадкой «черного тела». В качестве упрощающей предпосылки он решил, что частицы вещества не будут колебаться хаотичным образом; он принудительно ограничил их колебания частотами, подчинявшимися этому простому правил):

Е = nbf,

где Е — это энергия частицы, n — любое целое число, f — частота колебаний частицы, а b — постоянная, выбранная самим Планком. Правило Планка ограничивает частицы энергиями, которые являются целочисленными кратными величинами частоты их вибрации, как если бы энергия поступала лишь в виде «монет» с номиналом bf. Планковскую константу b впоследствии назвали «квантом действия», так как она обладает параметрами энергии и времени, известными как «действие» в классической физике.

…Планк обнаружил, что он получает то же самое голубое свечение, как и любой другой, когда b стремится к нулю. Однако, к его удивлению, если он присваивал b одно конкретное значение, его расчеты точно совпадали с экспериментом… Физики вежливо игнорировали работу Планка; хотя его расчеты давали правильный ответ, для них они были «нечестной игрой», Странное ограничение на количество энергии было совершенно чуждым для классической физики. Законы Ньютона позволяли частицам обладать любой энергией[209].

Следующий этап наступил после публикации статьи Альберта Эйнштейна о фотоэлектрическом эффекте[210].

Фотоэлектрический эффект — это простой феномен, который проявляется, когда свет попадает на очень тонкий лист металла и выбивает из него электроны. Эйнштейн доказал, что электроны вылетают из металла дискретными квантами, соответствовавшими постоянной Планка. Это означало, что помимо волновых свойств свет также обладает характеристиками частицы.

Для света с заданной частотой колебаний энергия выброшенного электрона всегда одинакова как для самого слабого света, так и для самого сильного луча. Когда луч более мощный, вылетает больше электронов, но все они обладают одинаковой энергией…

Если вы хотите, чтобы свет сообщал больше своей энергии выброшенным электронам, увеличение его интенсивности ни к чему не приведет. Вместо этого вы должны увеличить его частоту. Энергия света очевидным образом зависит от его цвета, а не от интенсивности. Синий (высокочастотный) свет сообщает электронам большую энергию, чем красный (низкочастотный) свет[211].

Эти частицы света были названы «фотонами». Таким образом, возник новый парадокс: в некоторых ситуациях свет вел себя как волна, а в других — как частица[212].

Следующий фрагмент головоломки был обнаружен Д. Бройлем. Его аргумент, по сути дела, сводился к тому, что если свет проявляет качества частицы, то частицы вещества «могут также обладать волновыми свойствами»[213]. В своей оценке этого этапа развития теоретической физики Херберт обращается непосредственно к центральному вопросу о природе реальности, стоящей за квантовой механикой.

Начинало складываться впечатление, что все состоит из одной субстанции — назовем ее «квантовой субстанцией», — сочетающей свойства волны и частицы в особом квантовом стиле. Размывая границу между веществом и энергетическим полем, квантовые физики воплощали в жизнь мечту древних греков, предполагавших, что за множеством внешних форм мир в конечном счете состоит из одной и той же субстанции[214].

Но тайна квантовой механики лишь углубляется при дальнейших попытках ответить на вопрос, существует ли такая «окончательная реальность» на самом деле. Это становится ясно, когда мы рассматриваем взаимосвязь между математической моделью и реальностью, которую она моделирует.

Квантовая теория — это метод математического представления квантового вещества; модель мира, выполненная в символах. То, что происходит в математических построениях на бумаге, происходит с квантовым веществом во внешнем мире. Квантовая теория должна включать как минимум следующие разделы: (1) некую математическую величину, обозначающую квантовое вещество; (2) закон, описывающий, каким образом это квантовое вещество претерпевает изменения; (3) правило соответствий, описывающее перевод теоретических символов во внешние процессы[215].

Первым ученым, представившим такую теорию, был немецкий физик Вернер Гейзенберг.

В его теории система квантового вещества представлена так называемой матрицей, пример которой приведен ниже.

Существуют специальные правила для прибавления, вычитания, умножения и деления таких матриц, изучением которых занимается линейная алгебра, важнейшая математическая дисциплина для многих современных физических теорий. В каждой матрице есть ряды и колонки, а каждое число называется элементом матрицы. Гейзенберг создал модель квантового вещества на основе целого ряда таких матриц, поэтому его вариант квантовой теории часто называется «матричной механикой».

Матрица представляет собой квадратный массив чисел, похожий на километражную таблицу на дорожной карте, где перечислены расстояния между разными городами. Каждая матрица Гейзенберга представляет определенный атрибут, такой как энергия или момент движения, а названия городов в «километражной таблице» заменены конкретными значениями этого атрибута. Диагональные элементы матрицы обозначают вероятность того, что система обладает этим конкретным атрибутивным значением, а элементы, расположенные вне диагонали, обозначают силу неклассических связей между возможными значениями этого атрибута. Так например, момент движения электрона р представлен не числом, как в классической физике, но одной из таких матриц[216].

Принцип суммирования элементов по диагонали будет иметь важное значение, когда мы обратимся к дискуссии о том, как выбранная математическая модель может повлиять на интерпретацию реальности и исказить се.

Австрийский физик Эрвин Шредингер предложил вторую математическую модель квантового вещества для волновой формы[217]. И наконец, Поль Дирак символизировал «квантовое вещество как вектор, указывающий в определенном направлении в абстрактном пространстве, состоящем из множества измерений… Значительная часть теории Дирака связана с переходами от одной системы координат к другой и с векторными трансформациями»[218]. Именно этот аспект квантовой механики обусловил ее огромный успех и гибкость в моделировании мира субатомных частиц. Он имеет своеобразную «многоязыковую поддержку», позволяющую физикам выбирать математическую модель, наиболее подходящую для той проблемы или ситуации, которую они хотят изучить[219].

Затем в истории физической науки произошло важное событие, так как теория разделилась на две ветви. Некоторые рассматривали теорию лишь как средство для манипулирования внешним миром, другие — как окно с видом на глубочайшую реальность микрокосмоса. Что это означало на самом деле?

Если ненадолго вернуться к матричной механике Гейзенберга, где различные атрибуты субатомной частицы (такой как электрон) моделируются рядом матриц, то вопрос о реальности выходит на первый план. Любая частица квантового вещества не обладает изначально присущими ей атрибутами. Эти атрибуты называются динамическими, так как они подвержены изменениям. В качестве примера можно привести положение частицы в пространстве или момент ее движения. Эти атрибуты как будто «возникают в самом контексте измерения»[220], т. е. в силу простого акта их наблюдения. Возникает очевидный вопрос: если они создаются в силу наблюдения или в какой-либо степени подвержены влиянию наблюдателя, то в чем заключается реальность квантового вещества? Реально ли оно само по себе или же его наблюдение, так сказать, создает реальность?

Математик Джон фон Ньюман, о котором мы еще неоднократно упомянем, поставил этот вопрос в своем знаменитом «доказательстве»:

Фон Ньюман доказал, что если вы предполагаете, что электроны являются обычными объектами или состоят из обычных объектов, в сущности, с изначально присущими им динамическими атрибутами, то поведение этих объектов должно противоречить предсказаниям квантовой теории… Таким образом, согласно квантовой «Библии», электроны не могут являться обычными объектами и не могут состоять из ранее не наблюдаемых обычных объектов. Опираясь лишь на математическую форму, фон Ньюман доказал, что квантовая теория несовместима с реальным существованием объектов, обладающих изначальными атрибутами[221].

Но почти сразу же после того, как фон Ньюман доказал это, физик Дэвид Бём доказал обратное.

Бём сконструировал модель электрона, обладающего изначальными динамическими атрибутами, соответствовавшую предсказаниям квантовой теории. Он сделал это, соединив электрон с новым полем, которое он назвал пилотной волной, «наблюдаемой лишь косвенно, через ее воздействие на электрон. В модели Бёма квантовое вещество не является единой субстанцией, сочетающей волновые и материальные свойства, но представляет собой две отдельных сущности, реальная волна плюс реальная частица»[222].

В этой модели есть только одна проблема, вытекающая из предпосылки о постоянстве скорости света как верхней границы для любого ускорения. Для того чтобы теория Бёма работала, «каждый раз, когда где-либо что-то меняется, пилотная волна мгновенно сообщает электрону об этом изменении, что обуславливает передачу информации на сверхсветовой скорости. Тот факт, что сверхсветовые сигналы запрещены специальной теорией относительности Эйнштейна, веско свидетельствует против модели Бёма, но он так и не смог избавиться от этого неприятного обстоятельства»[223]. Разумеется, это обстоятельство можно назвать неприятным лишь в том случае, если полностью игнорировать ротационный вариант эксперимента Майкельсона-Морли, предложенный Саньяком.

Модель Бёма привела к еще одному революционному сдвигу парадигм в теоретической физике XX века — к созданию теоремы Белла о нелокальной взаимосвязи. Джон Стюарт Белл был ирландским физиком, который в 1964 году работал на ускорителе элементарных частиц в Женеве. Именно в этом году он взял академический отпуск и решил изучить проблему квантовой реальности.

Сначала Белл задался вопросом: как Бём смог создать модель электрона для обычной реальности, когда фон Ньюман доказал, что никто не сможет этого сделать? Модель Бёма выполняла поставленную задачу: она воспроизводила результаты квантовой теории, пользуясь реальностью, состоящей только из обычных объектов. Значит, ошибка должна была заключаться не в модели Бёма, а в доказательстве фон Ньюмана.

…Изучая доказательство фон Ньюмана, Белл размышлял о том, можно ли найти действительно железный аргумент, который установил бы жесткие ограничения для моделей реальности, стоящих за квантовыми фактами.

…На основе квантовой теории и математического анализа Белл смог показать, что любая модель реальности — обычной или контекстной — должна быть нелокальной. В локальной реальности ничто не может двигаться быстрее света. Теорема Белла гласит, что в любой реальности такого рода информация передается недостаточно быстро для того, чтобы объяснить квантовые факты; следовательно, реальность должна быть нелокальной.

…Предположим, реальность состоит из контекстных сущностей, которые не обладают собственными атрибутами, но приобретают их в момент измерения (такой тип реальности был близок взглядам Бора и Гейзенберга). Теорема Белла требует, чтобы контекст, определяющий атрибуты таких сущностей, включал области за пределами световых скоростей, где происходит фактическое измерение. Иными словами, лишь нелокальные контекстные реальности могут объяснить факты.

Теорема нелокальной взаимосвязи является еще одним жизненно важным компонентом физических принципов, воплощенных в Гизе, поскольку две нелокальные системы — Солнечная система и галактика Млечный Путь — гармонически сопряжены таким образом, что из них можно черпать инерциальную энергию. Это подразумевает мгновенный перенос информации (инерциальной энергии) из геометрической конфигурации трех систем: земной, солнечной и галактической. Идея о том, что реальность представляет собой нелокальный субстрат квантового вещества или эфира, уже встречалась в предыдущей главе.

Что же на самом деле подвергается измерению в квантовой механике? Этот вопрос приводит к сути проблемы, называемой «проблемой квантовых измерений». Если во вселенной существует одна универсальная сила, которой подчиняются все квантовые и иные объекты, то это гравитация. «Каждый объект, который мы наблюдаем, постоянно пульсирует в такт с гравитационным ритмом отдаленных звезд»[224]. Как мы убедимся, Великая Пирамида пульсирует в такт множеству планетарных и небесных ритмов. Для того чтобы понять эту проблему, нам нужно вернуться к фотоэлектрическому эффекту и четвертому варианту теории квантовой механики, так называемой сумме или «интегральному пути» американского физика Ричарда Фейнмана. Если мы модифицируем фотоэлектрический эксперимент и выстрелим) пучком света через очень узкое отверстие по металлическому листу, выбитые электроны будут образовывать концентрические окружности — волновую форму, довольно похожую на концентрические волны, возникающие после того, как мы бросаем камень в пруд.

Квантовая механика говорит нам, что динамические атрибуты электрона — его момент движения и положения в пространстве — являются контекстными, т. е. до определенной степени создаются самим актом измерения или испытывают его влияние. Если мы снова модифицируем эксперимент и поместим рядом два отверстия, через которые проходит каждый фотон света, то увидим классическую схему интерференции, где интерферометром служит экран или тонкий лист металла. Проблема в том, какую траекторию выбрал фотон? Отвечая на этот вопрос, Фейнман, по сути дела, сказал, что хотя нельзя определить, какую траекторию выбрал отдельный фотон, можно усреднить траектории нескольких фотонов и получить некую статистическую историю траекторий, выбранных с наибольшей вероятностью.

Впрочем, концепция статистического усреднения не решает проблему, а лишь обостряет ее. По одной версии это означает, что физики не могут представить какое-либо физическое состояние квантовой системы в классическом смысле, но могут описать ее лишь как «волну вероятности». Но описание вероятности, как и любой другой аспект человеческого опыта, все равно должно быть выражено в терминах классической конкретной реальности. Где же проходит граница между нашим классическим, или реальным, миром и миром квантовых явлений?[225]

Эксперимент с двумя отверстиями или щелями сталкивается с другим затруднением. Если мы излучаем фотоны через щели, то согласно квантовой теории конкретный фотон проходит через одну, другую или даже через обе щели. Тогда почему идентичные квантовые сущности должны как-либо отличаться друг от друга?[226]

Великая Пирамида предлагает возможный ответ на этот вопрос: квантовые взаимодействия являются реакциями на квантовые состояния самого измерительного устройства через теорему нелокальности Белла. Здесь важно понять смысл сказанного. Утверждать, что квантовые состояния измеряемых систем до некоторой степени являются результатом квантовых состояний измерительной системы — все равно, что сказать, будто атомы состоят из измерительных инструментов, а не наоборот. По словам Гейзенберга, «лишь при выворачивании привычной реальности наизнанку стало возможно связать химические и механические концептуальные системы непротиворечивым способом»[227]. Иными словами, в доквантовой физике макроскопические объекты, такие как планета или Солнце, получали объяснение в терминах атомов, из которых они состоят. Новая концепция переворачивала все с ног на голову. Атомы и субатомные частицы получали объяснение в терминах макроскопического контекста, в котором они существуют[228].

Теперь предстоит сделать последний шаг. Фейнмановский принцип «суммы всех историй» применительно к фотоэлектрическому эксперименту с двумя щелями для выхода фотонов означает, что фотон одновременно избирает все возможные траектории по направлению к мишени. Джон фон Ньюман постулировал такой подход как единственно возможный взгляд на мир. С его точки зрения, траектория любой частицы следует «безжалостному территориальному императиву, требующему осуществлять все ее возможности одновременно. Тот факт, что большинство элементарных частиц уничтожается разрушительной интерференцией, ни в коей мере не меняет ее основной задачи: «наполни Землю своей сущностью!»[229] Иными словами, такие объекты, как планеты, звезды или атомы в классическом смысле, возникают в результате исключения всех прочих альтернатив. Отсюда следует, что правильно подобранный тип интерференции, обладающий волновой формой, т. е. правильными гармониками этих объектов, может попросту исключить или аннулировать сами объекты. Таким образом, в любом объекте можно установить интерференцию, заставляющую его частицы снова избирать все возможные пути; при этом объект подвергнется дезинтеграции в бурном катаклизме всевозможных видов энергии.

Для Бора это означало, что атрибуты электрона являются отношениями между электроном и измерительным устройством. «Так называемые атрибуты представляют собой не изначально присущие свойства квантовых систем, а проявления всей экспериментальной ситуации»[230]. Таким образом, можно сказать, что реальность независимо от масштаба существует в некотором квантовом состоянии.

Е. Плазменная космология

В предыдущей главе мы уже встречались с концепцией электромагнитной плазменной космологии шведского физика Ханнеса Алфвена[231], Лернер дает следующее резюме этой новой космологии: