Другая аналогия неизменности скорости света может быть выведена из следующего исследования: как бы мы увидели трехмерный объект “глазами” двухмерных существ из плоского мира? Представьте на минуту, что вы – одно из таких существ, и внезапно через ваш мир проплывает пузырь. Что вы увидите?
Если вы находитесь достаточно далеко от места “вторжения”, то обнаружите кривую линию, которая сначала будет расти, потом уменьшаться, а потом и вовсе исчезнет. Но если пузырь проплывет прямо над вами, то со всех сторон вас внезапно закроет еще более широкий круг, затем он начнет сжиматься и исчезнет.
Если пузырь остановится, дальний наблюдатель сможет изучить его, обойти вокруг, пробраться внутрь и, в конце концов, заключить, что объект представляет собой особого размера круг. Если пузырь вновь задвигается, наши “двухмерные” наблюдатели внезапно увидят “магическое” превращение круга: он будет то увеличиваться, то уменьшаться. Оба будут убеждены, что наблюдаемое явление – круг, меняющий свой размер относительно них. А возможно, они доберутся и до другого уровня понимания, осознав при этом, что круг на самом деле был сферой, всегда остающейся неизменной – они просто видели ее разные аспекты.
Но даже с двухмерной системы координат, которая является постоянной, несмотря на угол или место пересечения сферой их плоского мира, то, что зримо, представляет собой круг, выраженный математической формулой 2pR, где. (– константа, определяющая круг и сферу, R – радиус.
Аналогично, если мы попытаемся измерить четырехмерный мир мерками трехмерного пространства, то увидим что-то похожее на ломтики четырехмерной “сферы”. Всю сферу нам не увидеть, но скорость света “с” подобна “p“ в двухмерном мире. Она дает нам ключевую информацию, необходимую для построения четырехмерной реальности, которую мы пытаемся воспринять. В итоге, хотя природа реальности и относительна для каждого человека, ни реальность, ни ее восприятие нами, не произвольны. Вспомним все тех же путешествующих в пространстве наездника на световом луче и путника на астероиде. Оба они по-разному воспринимали скорость и расстояния, преодолеваемые при передвижениях, однако скорость света оставалась для обоих одинаковой. Таким образом, две разные системы отсчета соединились – не пространством и временем, но отношениями, определяемыми скоростью света.
Для Эйнштейна реальность определяется не изображением, а светом, его рождающим.
Эйнштейн верил, что скорость распространения света по Вселенной и есть самый абсолютный и конкретный организующий принцип. И взаимоотношения, определяемые скоростью света, более реальны и постоянны, чем действительные физические измерения или выражение событий во времени и пространстве – то есть, это взаимоотношение более постоянно и реально, чем материальные объекты.
Исаак Ньютон описал все природные явления как события, происходящие в абсолютном пространстве и времени.
Эйнштейн описал время и пространство как события, происходящие в пределах света.
Стратегия, стоящая за теорией относительности
Теория относительности – один из основных вкладов Эйнштейна в развитие человечества. Она интересна и чарующа сама по себе, но содержание ее – не самое важное в этом исследовании. Нас привлекает стоящий за ней мыслительный процесс.
Легко по-разному увидеть много уровней в макростратегии мыслительного процесса, ведущего к теории относительности. Визуальные и кинестетические ощущения двух наблюдателей со светового луча и астероида, прохожего и пассажира поезда или трамвая, – все это элементы, вовлеченные в “комбинаторную игру”. Восприятия как движущихся, так и неподвижных наблюдателей изменчивы и относительны. С более высокого уровня “визуального” обзора взаимоотношения между этими элементами стабильны и достаточно хорошо определены для соединения с логической, вербальной и математической моделями.
Чтобы изобразить себя на луче света на уровне микростратегии, нужен очень отличающийся от математических символов тип мышления. В действительности Эйнштейн не изобретал уравнения для описания реальности, он использовал уже существующий в области чистой математики язык – уравнение для выражения виденного и ощущаемого в своем воображении.
Для того чтобы придумывать образы, подобные эйнштейновским, не требуются усиленные занятия физикой. Нужно лишь живое, активное воображение, организующее и объединяющее опыты в особую стратегию. Любой подросток (а именно подростком был Эйнштейн, когда возник первый образ) или даже ребенок, никогда не изучавший физику, может придумать подобное. Для Эйнштейна такое визуальное фантазирование было существенным элементом науки. Это позволяет нам оперировать на таком уровне восприятия, где возможен синтез и объединение концепций или систем, кажущихся противоположными или антагонистическими. На этом уровне бессознательно идентифицируются потенциально ограничивающие положения.
Эйнштейн развил стратегию для определения базовых предположений – стратегию вызова, а затем синтеза перспектив, кажущихся конфликтными. Установление четырехмерной пространственно-временной неразрывной среды между движущимся и неподвижным наблюдателями – великолепный тому пример.
Все основные открытия Эйнштейна фактически рождены его способностью показать взаимосвязь между двумя системами, кажущимися несопоставимыми:
а) Эта взаимосвязь различных систем была основой знаменитого уравнения Эйнштейна E = mc2, устанавливающего взаимоотношение между материей (неподвижной и твердой) и энергией (всегда изменяющейся и подвижной). Эйнштейн считал, что материя в действительности представляет собой форму энергии, а энергия, в свою очередь, является формой материи. Их взаимоотношение выражено вышеприведенным уравнением, где Е – энергия, m – масса, с – скорость света.
б) Эйнштейн получил Нобелевскую премию за то, что продемонстрировал следующее: свет обладает свойствами как частицы (неподвижной и твердой), так и волны (постоянно меняющейся и подвижной). Он полагал, что частицы являются “пакетами” волн (или “квантами”). Сжатые (сконденсированные) в эти “пакеты”, волны приобретают свойства частиц. Эти положения составляют основу квантовой теории в физике.
в) Визуализации Эйнштейна, относящиеся к сферической геометрии (двухмерные существа в плоском мире и его четырехмерные тени), показали взаимоотношение между трехмерной (твердой) и четырехмерной (изменяющейся) системами.
г) Его “мыслительный эксперимент” с человеком в лифте, влекомом в космическом пространстве, объединил концепции “гравитационной” и “инерционной” массы.
Процесс интеграции кажущихся несовместимыми перспектив
Мы видим, что у всех открытий похожая структура. За ними стоит базовая мыслительная стратегия. Она включает в себя интеграцию на высшем уровне двух фундаментально различных перспектив, воплощающую уже известное нам высказывание Эйнштейна: “Наше мышление создает проблемы, которые на том же самом мыслительном уровне не решить”.
Итак, стратегия нацелена на поиск способа мышления, отличающегося от того, что создал существующую проблему. Итог нашего долгого путешествия по теории относительности заключается в следующих шагах, раскрывающих процесс, благодаря которому Эйнштейн определял базовые положения, ассоциирующиеся с “пространством”, “одновременностью”, “временем” и т.д. и бросал им вызов:
1. Эйнштейн начинает с парадокса, который является достаточно необъяснимым и неуправляемым с точки зрения существующих моделей (например, дилемма восприятия человеком, находящимся на световом луче, и наблюдателем на астероиде). Иными словами, ученый находит место, где в современной модели все “слишком просто”.
2. Определяется современная модель проблемы и находятся вербальные термины, стоящие за концепциями, обычно не подвергающиеся сомнению, и после этого задается вопрос в противовес частям утверждениям, которые представляются самыми “незыблемыми”. Например: а) “Цель физической механики – описание того, как тела изменяют свое положение в пространстве с течением времени”. Но неясно, что подразумевается в этом утверждении под “положением” и “пространством”; б) “Есть ли какой-либо смысл в утверждении “две молнии сверкнули одновременно”?; в) “Что мы имеем в виду, объективно истолковывая понятие времени?”
3. Эйнштейн создает ряд простых символов или метафорических образов, представляющих эту концепцию, например: а) поезд, движущийся относительно насыпи; б) удар молнии по рельсам; трамвай, мчащийся со скоростью света.
4. Эйнштейн пытается смоделировать с помощью своих воображаемых конструкций некоторые взаимодействия, соотносящиеся с проблемой, и достаточно ясно “увидеть”, как функционирует “концепция”. Достигается это тем, что Эйнштейн может, мысленно “поселившись” в воображаемом сценарии, посмотреть на концепцию с перспектив: а) пассажира поезда и прохожего, наблюдающего за падением камня; б) “метеоролога”, пытающегося измерить одновременность вспышек молнии; в) пассажира трамвая, наблюдающего за часами на башне, уносясь от них со скоростью света.
