чувствовала, как поезд мчит и мчит в ее теле, несясь, подобно неотвратимому року по длинной дороге, где уже исчез ее сын, и куда она не осмеливается последовать.
Перевод с английского:А. Вий
Павел АМНУЭЛЬ
БЛИЗКО - ДАЛЕКО
Есть в науке проблема, которая остается нерешенной более двух тысячелетий. Подступались к ней много раз и ученые (даже когда науки как таковой не существовало), и философы. Время от времени казалось, что проблема решена, можно выдохнуть и больше не ломать копья в жарких спорах. Но нет - в самый неподходящий момент проблема "всплывала" опять, и лучшие умы планеты предлагали свои решения, оказывавшиеся на поверку неверными, приблизительными или ничего на самом деле не решавшими.
Эта вечная проблема - вовсе не диспут о смысле жизни, имеющий столь же долгую историю. Речь идет о физическом принципе, которого терпеть не мог Эйнштейн и избегал (но вынужден был пользоваться) Ньютон.
Что же это за уникальная проблема, удивительный принцип, существующий то ли в реальности, то ли только в воображении ученых?
В современной физике проблема именуется по-научному: нелокальность. Она же - дальнодействие. Иными словами: мгновенное взаимодействие тел на любом расстоянии.
***
Всякий предмет, живое существо и человек имеют свое место в мире. Солнце на небе, птица в воздухе, дерево на земле, дом в городе, диван в доме, кот на диване... все без какого бы то ни было исключения. Если бы всему не было уготовано место, то как можно было бы отличить одно от другого? Это настолько очевидно, что спорить не о чем.
Но если тела отделены друг от друга и полностью самостоятельны, то они и взаимодействовать не могут! Правда, за одним исключением: если столкнутся, тогда и может произойти взаимодействие. Птицу можно сбить камнем. Дерево - срубить топором. Человек сходится с человеком в битве. Или подставляет подножку. Неважно - так или иначе, но тела касаются друг друга. Взаимодействуют.
А как же солнечный свет? Мы не касаемся солнца ладонями, но ощущаем его тепло. Это тоже объясняет теория "локальности". Солнце испускает маленькие невидимые глазу частицы (Демокрит назвал их атомами), которые впиваются нам в кожу, отсюда и ощущение.
Конечно, с локальностью все не так просто. Ну, столкнулись два предмета - и что при этом происходит? Они отскакивают друг от друга? Проникают друг в друга? На этот счет у древних греков были разные идеи, но в любом случае важным свойством мира являлось то, что все предметы в нем четко локализованы, а взаимодействия происходят во время прямых столкновений - никакого влияния на расстоянии.
А потом пришел Ньютон. Помните эпитафию Александра Поупа? "Был этот мир глубокой тьмой окутан. Да будет свет! И вот явился Ньютон".
Действительно, законы Ньютона навели в физике порядок. Три закона динамики Ньютона свидетельствуют: в природе все локализовано. Всякое тело находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, пока на него не подействует внешняя сила. Что за сила? Об электромагнетизме во времена Ньютона не знали, Речь шла о механической силе, тем более, что даже свет Ньютон считал движущимися частицами (в отличие от Гюйгенса, полагавшего, что свет - волна). Всюду механические столкновения! Тело не движется (или движется равномерно), пока не столкнется с другим телом. Частицы света движутся в пустом пространстве (разделяющем локальные тела), пока не столкнутся с препятствием (с глазом, например). Все локально и - никакого дальнодействия.
Кроме всемирного тяготения. Все тела (локальность!) притягивают друг друга - но каким образом? Земля и Луна притягивают друг друга - но как? Между ними пустота пространства. Солнце притягивает планеты - через пустоту?
Если одно из притягивающих тел изменит свое положение в пространстве, то как быстро другое тело "ощутит", что притяжение изменилось? Вот тут-то в физику тихой сапой и проникло пресловутое "дальнодействие", потому что, по Ньютону, притягивающие тела мгновенно "ощущают" изменения силы тяжести, на каком бы расстоянии друг от друга они ни находились.
На вопрос, как именно тела друг друга притягивают, Ньютон отвечал: "Гипотез не измышляю", хотя на самом деле он был не чужд научным предположениям (как же без них?). Но потомкам Ньютон оставил идею о мгновенном гравитационном взаимодействии всех тел во Вселенной. Принцип Маха, кстати, - из "той же оперы". Австрийский физик Эрнст Мах в конце XIX века утверждал, что во Вселенной все без исключения тела влияют друг на друга - разумеется, мгновенно.
В XIX веке - веке пара и электричества - сначала Майкл Фарадей открыл существование электрического и магнитного полей и их влияние друг на друга, а затем Джеймс Максвелл написал короткие и красивые уравнения, описывающие электромагнитные взаимодействия. В этих уравнениях оказался множитель с размерностью скорости - скорость света. И дальнодействию пришел конец. Электромагнетизм -волновое явление, и распространяется электромагнитная волна не мгновенно, а со скоростью света. Но волна, по идее, перемещается в какой-нибудь среде - как волны на водной поверхности, например, и как звуковые волны в воздухе. А в какой среде распространяются электромагнитные волны? Не в пустоте же? Ответ казался очевидным: пустоты нет, пространство "на самом деле" заполнено эфиром, в котором и движутся световые (электромагнитные) волны.
Физика конца XIX века, как многим казалось, достигла предела развития. Но вопросы оставались - тяжелые вопросы без ясных ответов. Да, электромагнитные волны распространяются со скоростью света. А тяготение - мгновенно? Если мгновенно (а ничто не доказывало обратное), то, значит, существуют бесконечно большие скорости? А если так, то сам принцип локальности - важнейший в физике! - под угрозой. Если возможно мгновенное взаимодействие всех тел со всеми, то, получается: отдельных тел попросту не существует! Какая тут отдельность, если физическое тело связано некими узами абсолютно со всеми другими телами Вселенной?
Разумеется, физики об этом думали. Плод таких раздумий - принцип Маха, над которым размышлял и молодой Эйнштейн. Вывод, к которому он пришел: локальность невозможна без близкодействия. А близкодействие невозможно, если не существует предела скоростей. Должна быть во Вселенной максимальная скорость передачи взаимодействий. И эта скорость, как предположил Эйнштейн, - скорость света. Ничто не может перемещаться быстрее, чем свет. Ничто не может перемещаться даже со скоростью света - кроме, конечно, самого света.
Физики недолго возмущались такому предположению - фундамент для постулата Эйнштейна был уже подведен экспериментами Майкельсона-Морли, формулами Лоренца, работами Пуанкаре. Дальнодействие из физики изгнали, и все стало логично и понятно (для тех, кто понимал логику
