Кванты и время
Чем отличается умный от дурака? Тем, что умный частенько ощущает себя дураком, а дурак никогда. Умный – тот, кто не боится делать глупости. Люди делятся на умных, видящих в себе глупое, и дураков, уверенных в своем уме. Первые три года в МБИ я чувствовал себя полным придурком, поскольку учился слабо. Например, зачет по матанализу (поясняю для гуманитариев: по математическому анализу, а не по анализу мата) пересдавал трижды, экзамен – дважды, хотя учебник был мной зачитан до дыр. В конце концов почувствовал, что в математике есть поэзия (но в поэзии, слава богу, нет математики). Математика нужна уже хотя бы затем, чтобы невежды относились к наукам с должным почтением.
На экзаменах я чувствовал себя букашкой под промокашкой. Малейшая оплошность вызывала во мне растерянность и неспособность к дальнейшему ответу. Мучила неуверенность в себе и одолевали сомнения в изучаемом. Неуверенность проистекала как из юношеской застенчивости, так и из фрагментарного характера знаний. Сомнения же были обусловлены тем, что я часто не находил ни в учебниках, ни у преподавателей ответов на важные вопросы. Плоды познаний пожирались червями сомнений. Радость познания уравновешивалась его же горечью.
Например, я никак не мог уразуметь, каким же образом квант света одновременно является и частицей, и волной. У нас был прекрасный курс физики. Оптику нам читал Л.Л.Грушков, ученик знаменитого Ландау. В оптике есть некое эстетическое начало, красота. Красавец Грушков соответствовал своему предмету. Он считал, что если вместо ста балбесов пришел один прилежный студент, это достаточная аудитория. Редкие девушки сидели в первых рядах и тихо млели. Лекции он читал так, как будто презирал аудиторию. Да так оно и было. Когда он исписывал доску кучей формул, едва ли два-три студента понимали, о чем речь. Большинство бездумно быстро-быстро переписывало. Иногда он отворачивал голову от доски и спрашивал: «Ну что – списали?». Если раздавалось дружное «да», он стирал; и начинал новые выкладки. После первого часа он выходил из зала. Ни для кого не было секретом, что Грушков в перерывах баловался рюмочкой коньяка. Возвращался в приподнятом настроении и строчил на доске еще быстрее.
Учись как хочешь, но знай как следует. Ни в лекциях, ни в учебнике по оптике я не смог найти объяснений корпускулярно-волновому дуализму. Вернее, объяснения были, но они меня не удовлетворяли. Грушков, которому я этим морочил голову, в конце-концов строго отрезал: «Теории не бывают ни истинными, ни ложными, а лишь полезными или бесполезными. Не нужно требовать истины в последней инстанции. Наука ставит только те вопросы, на которые надеется получить ответы. Смотрите на физическую модель просто как на удобный инструмент. К дуализму нужно привыкнуть». – «Получается, что истина – всего лишь правдоподобная выдумка, которая устраивает всех? И к этой выдумке нужно привыкнуть, то есть попросту – поверить?». – «Да, поверить в правильность современных представлений. Ибо они подкреплены опытом». – «Но ведь опыт и его интерпретация это не одно и тоже. Опасно путать истину с обычаем…». Он усмехнулся: «Вот Вы спорите, спорите, а подумать-то и некогда. У нас тут не парламент; давайте не будем устраивать дискуссию, а то у меня появляется желание не ставить Вам зачет». Теперь я понимаю, что он был прав и что ВУЗ тем и отличается от парламента, что в ВУЗе дискуссии не уместны. Сначала надо научиться плавать по-собачьи, а уж потом щеголять вольным стилем.
Было много вопросов, которыми я мучился. Время, энергия, пространство, материя. Эти абстрактные понятия физики основаны, как оказалось, лишь на туманных ощущениях, но, как ни странно, именно они составляют фундамент науки. Например, время. Казалось бы, чего проще: время оно и в гробу время. Но ни в одном учебнике физики не смог я найти – что же это такое? Самое смешное, что понятием «время» все пользуются, а его строгого определения нигде нет. Максимум что есть – что измеряется оно в секундах или минутах, или часах; а что это за «оно» не ясно.
Спросите любую заурядность: «Сколько будет дважды два?». И в ответ услышите безапелляционное: «Четыре!». Спросите о том же человека незаурядного, и он скажет: «А это как посмотреть». И тогда толпа засвистит и заулюлюкает: «Вот невежда! Не знает, сколько будет дважды два!». Мой приятель и сокурсник Владимир Червенко был парень незаурядный. Имел привычку задумываться. Но даже он на мой вопрос о времени ответил легкомысленно. «Ну что ты мудришь? Вот часы. Стрелочки идут. Вот оно время», – объяснил он, поднеся руку с часами к моим глазам, как будто я слепой. Когда люди называют нечто каким-нибудь словом, у них возникает ощущение, что они полностью исчерпали познание предмета. Почти в любом вопросе важна не столько истина, сколько определенность.
«Это ты мне часы показываешь. А время-то где?», – с подковыркой спросил я. «Да разве это не одно и то же!?», – изумился Вова. «А как по-твоему: время можно остановить?», – коварно закинул я удочку. «Конечно нет», – убежденно изрек он, не понимая, что попался. Я взял его за запястье и оттянул винтик часов до упора. Часы встали. «Вот видишь: время остановилось», – усмехнулся я. «Ерунда! Не важно, что они сейчас стоят. Если вернуть винтик на место, то часы снова пойдут. Время оно есть само по себе», – теряя терпение возразил Вова. «Тогда покажи мне его», – попросил я. Вова взглянул на циферблат и с сомнением в голосе задумчиво произнес: «А вообще-то действительно: где оно? Ведь часы можно разбить. Получается, что либо время существует само по себе, независимо от часов, Солнца и планет, либо никакого времени в природе вообще нет». Крутое умозаключение. Часы показывают время, но не властны над ним. Это вроде того, что мы живем, но не властны над своей жизнью.
«Время не может быть отождествлено с каким-либо физическим телом, в противном случае разрушение этого тела означало бы исчезновение времени», – изрек я. «Но тогда, значит, время – чистая абстракция? Время – всего лишь субъективное ощущение?», – удрученно удивился Вова. Правильная постановка вопроса создает предпосылку для правильного ответа. Я согласился лишь отчасти: «В каком-то смысле это так. Вот утром мы не чувствуем, что сон длился 8 часов; обычно нам кажется будто прошло несколько минут. С другой стороны, за эти 8 часов в мире происходили разные события…». «Эге! Вот-вот-вот! – прервал меня Червенко, – там, где ничего бы не происходило, времени бы не было, но поскольку в мире всегда что-то происходит, значит, время есть. Время – это показатель насыщенности событиями. А для удобства люди выбрали не просто события, а регулярные события: движение часовой стрелки, вращение Земли и планет». Я развил его мысль дальше: «Стрелки часов можно не только остановить, но даже заставить вращаться назад. Вращение Земли мы не можем изменить, но теоретически тут запретов нет. Если бы у человечества был гигантский архимедов рычаг, то достаточно было бы приложить нужную силу в нужном направлении, и Земля бы начала вращаться по-другому». И тут у меня возникла идея – смутная, манящая, волнующая, но вероятно ошибочная, как почти все новые идеи: «Получается, что время можно направить вспять; достаточно обратить назад все события. Никаких принципиальных запретов нет. Дело за малым – за реализацией технического решения». Вове эта грандиозная мысль понравилась, но он усомнился в возможности реализации: «Можно обратить какие-либо события, но невозможно повернуть назад все события во Вселенной». Я тут же придумал выход: «А зачем поворачивать все события? Достаточно сделать это локально, на Земле, чтобы земное время потекло вспять. А для начала можно сделать опыт в малом пространстве. Обратить время – значит запустить все процессы, например биологические, в обратную сторону. Так можно вернуть молодость». Червенко одобрительно кивнул: «Сначала нужно это сделать на одном простом объекте – на мышке. Вот не ясно только, как именно можно заставить мышку не стареть, а молодеть». Я согласился, что с мышкой придется повременить. Тогда я еще не понимал, что в стареющем организме накапливается огромное количество молекулярных дефектов (в ДНК, белках и липидах). Организм сам устраняет многие из них, но не полностью. С годами их накапливается слишком много. Тогда наступает конец.
Вскоре я пришел к заключению, что время дискретно. Непрерывность времени – вещь кажущаяся, так как на молекулярном уровне энергия передается квантовано и все события тоже квантованы. Если взять молекулу и возбудить квантом света, то ее пребывание в электронно-возбужденном состоянии (ЭВС) в течение нескольких наносекунд – это и будет элементарным событием, «временем жизни» ЭВС. После испускания энергии молекула возвращается в исходное состояние. Это эквивалентно тому, как если бы время для данной молекулы вернулось к исходному моменту, до поглощения кванта. Когда я внимательней почитал оптику, выяснилось, что «переоткрыл Америку»: наличие «времени жизни» являлось давным-давно известным параметром, хотя почему-то никем не обсуждаемым с подобной позиции. А спустя много лет в одном зарубежном физическом журнале мне попалась статья английских теоретиков об обратимости времени.
