Бегство от удивлений - Анфилов Глеб Борисович

И вот за три года до появления теории Ритца, за восемь лет до ее падения Эйнштейн, словно глядя в будущее, поставил рядом два опорных камня своей теории.

Первый — принцип относительности равномерных прямолинейных движений. Второй — независимость скорости света от скорости светового источника.

Таковы постулаты Эйнштейна. Взятые по отдельности, они ничуть не удивительны. Первый был знаком еще Галилею. Эйнштейн его только обобщил. Второй был принят в физике с тех пор, как восторжествовала волновая природа света (теория Ритца оказалась шагом назад). И не по отдельности, а только вместе они выглядели абсурдом. Ибо кажется, признайте первый постулат — станет невозможным второй. И наоборот, из второго будто бы вытекает «нелепость» первого. Согласиться с ними обоими — значит, казалось бы, то же самое, что поехать в Ленинград, не покидая Москвы. Тем не менее в теории Эйнштейна они стоят рядом и не спорят.

И из их парадоксального соседства следуют не менее парадоксальные заключения об устройстве природы.

Главный вывод служит ключом ко всем остальным, и потому назвать его стоит сразу. Эйнштейн постиг его внезапно. Как сказано в биографии ученого, «однажды утром, хорошо выспавшись, он сел в кровати и вдруг понял, что два события, которые для одного наблюдателя происходят одновременно, могут быть неодновременными для другого».

Как это понять? О чем вообще идет речь?

Не обладая интуицией Эйнштейна, попробуем усвоить это постепенно.

Глава 10. Следствия после причин

Побеседуем о важном и широком законе, в равной мере физическом и философском, — о законе причинности.

В весьма удачном, на мой взгляд, очерке о теории относительности, принадлежащем перу ленинградского математика О. А. Вольберга[6], есть красноречивый эпизод из жизни мира, где причинность вывернута наизнанку.

Дело было так. По лесу, кишевшему разбойниками, ехали в повозке автор, кучер и некий мистер Барней, который, как повествует автор, «сидел на облучке, повернувшись ко мне, и что-то рассказывал. Вдруг он схватился за грудь и опрокинулся назад.

Что с ним? — воскликнул я.

Убит. Пуля попала в сердце, — ответил кучер.

Кто же стрелял?

Вероятно, это негодяй Клио собирается выстрелить.

Вы говорите «собирается»; но ведь мистер Барней уже убит!

Да, убит. Я и говорю, что убийцей будет Клио. Поглядите, вон он скачет за нами.

Я оглянулся. Вдали по дороге, нагоняя нас, быстро несся всадник. На всем скаку он поднял ружье и начал прицеливаться. Я невольно пригнулся, намереваясь соскользнуть на дно повозки.

Не бойтесь, он целится в Барнея, — сказал кучер, ткнув кнутом в сторону трупа, лежащего у моих ног.

В таком случае надо его укрыть, — воскликнул я, хватаясь за труп и стараясь стащить его вниз.

Чего же его прятать, когда он мертв? — возразил кучер.

Мне стало конфузно за глупости, которые я говорил. Вдруг блестящая мысль осенила меня.

Погодите же! — закричал я.— Я сейчас подстрелю этого негодяя.

Сказано — сделано! Бац! Клио свалился мертвый.

Он не успел выстрелить, — радостно воскликнул я.— Выстрел, который должен был убить мистера Барнея, никогда не будет произведен.

Разумеется, — согласился кучер.— После смерти не выстрелишь.

Значит, мистер Барней спасен!

Где там спасен, когда у него в сердце пуля сидит. Нет, его не воскресишь. Он уже похолодел.

Какая пуля? Ведь Клио не выстрелил и никогда не выстрелит. Не может же пуля, которая никогда не вылетит из ружья, находиться в сердце мистера Барнея.

Ну уж... не могу вам объяснить... — ответил кучер. В голосе его была растерянность...»

Вот какие невозможные вещи творятся в мире, где отсутствует закон причинности. Закон этот таков: всюду, в любых явлениях, во всех системах отсчета причины событий во времени обязательно предшествуют следствиям. Пусть на ничтожное мгновение, но причина должна быть раньше следствия. В любых явлениях.

От закона причинности легко перейти к понятию одновременности, с обсуждения которого начинается теория относительности и которое далеко не так очевидно, как кажется непосвященным.

Сперва я объясню вам смысл того, от чего дальше предстоит отказаться. Слушайте очередную сказку.

Пахом и Федот пошли на охоту. Увидели зайца, прицелились, выстрелили. Заяц упал. И охотники поспорили — кто в зайца попал.

Мой заяц! — кричит Федот.— Он ведь упал одновременно с моим выстрелом!

Одновременно?

Да-да! — уверяет Федот.— Одновременно!

Значит, его убил не ты, а я, — объявляет Пахом.— Закон природы!

Кто прав? Пахом. Если выстрел — причина, а смерть зайца — следствие, то оба эти события произошли заведомо не одновременно. Пусть даже пуля Федота летела сколь угодно быстро, она не могла быть сразу «тут и там» — в ружейном дуле и заячьем боку. Причина обязательно предшествует следствию. То, что происходит одновременно, не связано причинной связью.

Но одновременность «привязана» к самой быстрой причинной связи.

Вообразите, что Пахом и Федот забрались в фантастический роман и стреляют на сверхгигантские расстояния — с Земли попадают в зайцев-марсиан. Опять убит заяц, опять идет спор. Заявление Федота об одновременности его выстрела с падением марсианского зайца на этот раз выглядит диковато (как, впрочем, и весь пример). Однако Пахом относится к Федотовым словам доверчиво, но тем не менее снова вспоминает закон причинности и заключает, что зайца убил не Федот. Другое дело — выстрел Пахома. Он прогремел на мгновение раньше смерти зайца и стал причиной охотничьей удачи.

В этих весьма несерьезных мысленных экспериментах мы занимаемся очень серьезным делом — вводим классическое понятие одновременности. И, обратите внимание, не можем обойтись без сколь угодно быстрых сигналов. Раз уж Пахом выстрелил на неуловимо малое мгновение раньше Федота, то Пахомова пуля за это самое мгновение перелетела с Земли на Марс. И не только на Марс. С тем же успехом мы можем послать эту пулю на Солнце, на Сириус, в другую галактику — куда хотите. Для узаконения всеобщей одновременности сигналы должны мгновенно проскакивать любые сверхгигантские расстояния.

В классической физике такое предположение неизбежно. Там всемирная вездесущая одновременность обязательно привязана к бесконечно быстрому сигналу. Не будь этого — одновременность размажется, станет неопределенной и неизмеримой.

А как быть с разобщенными, причинно не связанными событиями?

Пусть кто-нибудь утверждает: в то же самое мгновение, как в Киеве чихнул дядька, в огороде сломался куст бузины. Проверить одновременность и здесь удастся только бесконечно быстрым сигналом. Надо будет «стрельнуть» им с огорода в Киев. Если этот мгновенный сигнал о поломке бузины придет в Киев в момент дядькиного чихания, значит, одновременность налицо. И наоборот.

Зачем все это сказано?

А затем, что без соблюдения всеобщего закона причинности нельзя говорить и об одновременности, и об абсолютном математическом времени. Абсолютная одновременность, сращенная с законом причинности, служит как бы «печкой», от которой «танцует» всемирное абсолютное время Ньютона. Только таким, крайне натянутым, искусственным способом можно обосновать единство хода «главных» часов, которым, если верить Ньютону, подчиняется Вселенная.

И именно эта всеобщая, всюду одинаковая одновременность, требующая существования неправдоподобно сверхбыстрых сигналов, отсутствует в теории относительности.

У Эйнштейна одновременность относительная.

В популярных книжках приводится множество разъяснений по этому поводу. Но, мне кажется, самое ясное и строгое до сих пор принадлежит самому Эйнштейну.