Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения

Ясно, что этот парадокс требовалось разрешить. Объяснение ему было дано в середине 60-х годов. Сотрудник ЦЕРН (Европейского центра ядерных исследований) Джон Белл в 1964 году предложил способ разрешения указанного парадокса. Теперь он носит название неравенства Белла.

Первые проверки не дали определённого результата – одни из них, казалось, подтверждали правоту Эйнштейна, другие – Бора. Но в 1983 году эксперименты, проведённые в Парижском университете Аленом Аспеком, дали, по-видимому, решающий результат – неравенство Белла нарушается. Прав оказался Бор.

Означает ли это, что квантовая теория окончательно решает все проблемы и невозможно создать более фундаментальную теорию, о которой говорил Эйнштейн? Видимо, шансов на это мало, но всякое бывает – наука в своём развитии иногда делает странные зигзаги.

Претензии к квантовой теории высказывал не только Эйнштейн. Макс Планк, впервые предложивший идею квантов, так полностью и не принял эту теорию, а Шрёдингер в итоге пришёл к выводу, что она не является окончательной. Совсем недавно, в 1979 году, Поль Дирак заявил: «Ясно, что современная квантовая механика ещё не приняла законченной формы. Очень может быть, что в новой квантовой механике будет присутствовать детерминизм, который имел в виду Эйнштейн… Вполне вероятно, что он окажется прав».

Принстонский физик Дэвид Бом много лет посвятил поискам фундаментальной теории. Он твёрдо убеждён в том, что в ней должны быть скрытые переменные, хотя большинство физиков считает, что это не так. Он уверен, что квантовая механика имеет окончательный вид, и согласен с копенгагенской интерпретацией.

Другая фундаментальная физическая теория – теория относительности – была опубликована в 1905 году. В ней речь шла не о мире атомов, а о понятиях пространства, времени и массы (а также электрического и магнитного полей). За несколько лет до этого учёные Юнг и Френель показали, что свету присущи некоторые явления (интерференция и дифракция), свойственные только волнам. Если свет – тоже волна, то для его распространения нужна какая-то среда; это можно пояснить на таком примере. От брошенного в воду камня во все стороны кругами расходятся волны; если бы в месте падения камня не было воды, не было бы и волн. Очевидно, для распространения волн нужна среда, в данном случае вода. Для света наличие такой среды неочевидно, поэтому физики её придумали и назвали эфиром. Предполагалось, что эфир заполняет всю Вселенную, но свойства эфира (прозрачность, несжимаемость, невосприимчивость к действию тяготения) затрудняют его обнаружение. И хотя изобретением эфира удалось устранить проблему распространения света, тут же появилась новая трудность – эфир оказался системой отсчёта для всей Вселенной. Это означало, что можно использовать его для определения нашей абсолютной скорости относительно Вселенной в целом. Эфир был чем-то вроде гигантского озера, а на озере измерить свою скорость даже без спидометра очень легко. Нужно бросить буй и следить за тем, насколько быстро он удаляется.

Чтобы найти скорость, с которой Земля движется сквозь эфир, два физика, Майкельсон и Морли, выполнили в 1887 году остроумный эксперимент. В качестве буя они использовали луч света, послав его в направлении движения Земли по орбите. Так как свет распространяется в эфире, а Земля имеет некоторую конечную скорость в том же направлении, нам должно было бы казаться, что луч движется от нас с меньшей скоростью, чем от неподвижной Земли (предполагается, что эфир около Земли не испытывает возмущений); однако, выполнив свой опыт, Майкельсон и Морли с удивлением обнаружили, что мы, т.е. Земля, не догоняем свет. Луч света имеет постоянную скорость, не зависящую от нашей; это значит, что с какой бы скоростью мы не гнались за светом, догнать его невозможно. Свет всегда будет двигаться со скоростью 300 000 км/с.

В течение многих лет учёные пытались понять смысл этого загадочного результата. Приближённые формулы независимо получили Г. А. Лоренц в Нидерландах и Ф. Фицджералд в Ирландии, но они не объяснили, что же происходит на самом деле. Лишь в 1905 году с созданием специальной теории относительности загадка была решена. Эйнштейн не знал о результате опыта Майкельсона и Морли; он решил задачу, подойдя к ней с другой стороны. Его интересовало, что происходит с электрическим и магнитным полями при скоростях, близких к скорости света, но созданная им теория описывала гораздо больше, чем поведение этих полей. В ней говорилось, что происходит с пространством, временем и массой, когда тела движутся со скоростями, близкими к световой. Пространство растягивается (движущиеся объекты становятся короче), время замедляется, а масса возрастает. (На самом деле это происходит при всех скоростях, но становится заметным при скоростях, близких к скорости света.) Из этой теории следовало также, что эфир не нужен.