Скорость электромагнитной волны ≈ 311 000 000 метров в секунду
Знаменитая легенда утверждает, что, когда Альберт Эйнштейн завершил работу над общей теорией относительности и сравнил ее предсказания для орбиты Меркурия с измеренными значениями, он ощутил сильное сердцебиение. Можно только представить себе, какое волнение, должно быть, испытал Максвелл, завершив свои вычисления. Ведь это число, которое могло оказаться каким угодно, было ему хорошо известно как скорость света. В 1849 г. французский физик Физо определил скорость света, проведя необычайно сложные по тем временам измерения, и получил:
Скорость света ≈ 313 000 000 метров в секунду
Эти два числа совпадают в пределах доступной в те времена точности. (Сегодня мы знаем это число с гораздо большей точностью – 299 792 458 метров в секунду, и это значение является ключевым для современного определения метра.)
В характерном для него сдержанном (может быть, даже излишне сдержанном) тоне Максвелл заметил в 1862 г., когда впервые произвел этот расчет: «Мы едва ли можем избежать вывода о том, что свет состоит из поперечных колебаний той же среды, которая является источником электрических и магнитных явлений».
Иными словами, свет – это и есть электромагнитная волна.
Двумя годами позже, написав наконец классическую работу по электромагнетизму, Максвелл добавил несколько более уверенно: «Свет есть электромагнитное возмущение, передаваемое посредством поля в соответствии с законами электромагнетизма».
Казалось, этими словами Максвелл разрешил двухтысячелетнюю загадку природы и происхождения света. Его открытие явилось, как это часто случается с великими озарениями, непредвиденным побочным результатом других фундаментальных исследований. В данном случае это был побочный продукт одного из важнейших теоретических достижений в истории – объединения электричества и магнетизма в единой стройной математической теории.
* * *
До Максвелла главным источником мудрости была вера в Божественное, открываемое через Книгу Бытия. Даже Ньютон полагался на этот источник, когда пытался разобраться с происхождением света. Однако после 1862 г. все изменилось.
Джеймс Кларк Максвелл был глубоко религиозным человеком; иногда вера приводила его, как до того Ньютона, к странным утверждениям о природе. Тем не менее подобно мифическому герою Прометею, который похитил у богов огонь и подарил его людям, чтобы они могли с его помощью навсегда изменить свою цивилизацию, Максвелл похитил огонь из первых слов иудеохристианского Бога и навсегда изменил их смысл. Начиная с 1873 г. многие поколения студентов-физиков с гордостью заявляют:
«Максвелл записал свои четыре уравнения и объявил: “Да будет свет!”»
Глава 4
Туда и обратно
Ты поставил землю на твердых основах: не поколеблется она во веки и веки.
Псалтырь 103:5
Когда Галилео Галилея в 1633 г. судили по обвинению в ереси, упрекая его словами: «Считаешь за истину и распространяешь в народе лжеучение, по которому Солнце находится в центре мира»
[5], он будто бы пробормотал вполголоса в присутствии церковников-инквизиторов: «И все-таки она вертится!» В этих словах вновь проявила себя его бунтарская натура, хотя публично ему пришлось поклясться в приверженности архаичной теории о том, что Земля неподвижна и находится в центре мира.
Если Ватикан со временем капитулировал и признал движение Земли, то бедолага Бог, тот, что фигурирует в Псалтыри, об этом так и не узнал. Это несколько сбивает с толку, поскольку Галилей еще за год до суда показал, что состояние абсолютного покоя невозможно обнаружить экспериментально. Любой эксперимент, который вы проводите в покое, к примеру подкидываете в воздух мяч и вновь его ловите, даст точно такой же результат, если вы проведете его в движении с постоянной скоростью: так может случиться, если вы летите в самолете при отсутствии турбулентности. Ни один эксперимент, проводимый в самолете, если окна в салоне будут закрыты, не подскажет вам, движется самолет или стоит неподвижно.
Хотя Галилей еще в 1632 г. начал запускать пробные шары – и буквально, и метафорически, – потребовалось еще 273 года, чтобы разобраться в этом вопросе и оставить его в покое (вопросы, в отличие от предметов, можно оставлять в покое). И сделать это сумел только Альберт Эйнштейн.
Эйнштейн не был революционером в том смысле, в каком им был Галилей, – если понимать под этим термином человека, который рушит диктат авторитетов, живших до него, как Галилей рушил авторитет Аристотеля. Эйнштейн делал нечто противоположное. Он понимал, что законы, установленные экспериментально, нельзя просто так отбросить, и его гениальность как раз в том, что он не стал этого делать.
Это так важно, что я хочу все повторить и тем самым помочь людям, которые пишут мне почти каждую неделю, чтобы рассказать о новой открытой ими теории, наглядно демонстрирующей, будто все, что мы сегодня, как нам кажется, знаем о Вселенной, неверно, – и используют при этом Эйнштейна как иллюстрацию такой возможности. Мало того что ваша теория ошибочна, так вы еще и оказываете Эйнштейну медвежью услугу: правила, установленные на основе эксперимента, невозможно так легко отбросить.
* * *
Альберт Эйнштейн родился в 1879 г., и в том же году умер Джеймс Кларк Максвелл. Так и тянет сказать, что совместное сияние этих двух гениев было бы слишком ярким для одной небольшой планеты. Но, конечно же, это было просто совпадение, хотя и удачное. Если бы не предшествующая деятельность Максвелла, Эйнштейн не смог бы стать Эйнштейном. Он вышел из первого поколения молодых физиков, выросших на новых знаниях о свете и электромагнетизме – знаниях, добытых Фарадеем и Максвеллом. В конце XIX века это был подлинный передний край физики для радикальных реформаторов вроде Эйнштейна. Свет был у всех на уме.
Еще в подростковом возрасте Эйнштейн сумел понять, что блестящие выводы Максвелла относительно существования электромагнитных волн представляют собой фундаментальную проблему: они противоречат не менее красивым и давно общепризнанным результатам Галилея относительно основных свойств движения, полученным тремя столетиями ранее.
Еще до эпической битвы с католической церковью по поводу движения Земли Галилей утверждал, что не существует эксперимента, который можно было бы провести, чтобы отличить состояние покоя от равномерного движения. Вплоть до Галилея состояние абсолютного покоя считалось особым. Аристотель считал, что все объекты стремятся к состоянию покоя, а Церковь признавала покой настолько особым состоянием, что именно в нем должен находиться центр Вселенной, то есть та планета, на которую Бог поместил нас.
Как и многие другие утверждения Аристотеля (хотя, конечно, далеко не все), представление о том, что состояние покоя – особое, основывалось исключительно на интуиции. (Тем, кто любит цитировать Аристотеля, упоминая о «перводвигателе» в качестве аргумента в пользу существования Бога, хочу напомнить, что Аристотель утверждал также, что у женщин и у мужчин разное количество зубов; вероятно, он не потрудился проверить этот факт.)
