Мир по Эйнштейну. От теории относительности до теории струн

А может быть, вы сядете в машину и воспользуетесь системой глобального позиционирования GPS. Подумайте тогда, что общая теория относительности Эйнштейна лежит в основе работы этой системы, имеющей сегодня все большее число применений – от управления самолетами и кораблями до управления тракторами для вспашки огромных полей с сантиметровой точностью. Фактически позиционирование основано на передаче пользователю временных сигналов, излучаемых атомными часами на орбите вокруг Земли. Программное обеспечение системы GPS принимает в расчет пространственно-временную деформацию, вызванную массой Земли. Эта деформация приводит к тому, что часы на спутниках кажутся с Земли идущими быстрее. К этому добавляется эффект орбитальной скорости, из-за которого в соответствии с теорией относительности при наблюдении с Земли кажется, что часы на орбите идут медленнее. Эти два эффекта не компенсируют друг друга, но оба, хотя и являются весьма малыми, очень важны для достижения точности хронометража, необходимой, чтобы система функционировала{183}. Если не учитывать эффектов, возникающих согласно двум теориям относительности, система GPS станет непригодной через несколько минут.

Можно привести и другие примеры. Например, если учесть, что Эйнштейн был первым физиком, серьезно рассмотревшим идею квантов, и не только для света, но и, как мы видели, для возможных энергетических уровней материальных осцилляторов, то можно было бы вспомнить о нем в связи с многочисленными приложениями квантовой физики, и в частности, с физикой твердого тела{184}.

Наконец, исследование научных статей, опубликованных до 1912 г. и получивших наибольшую цитируемость между 1961 и 1975 гг., показало, что из 11 статей, оказавших наибольшее влияние, четыре принадлежат Эйнштейну, а семь других написаны семью разными авторами{185}. Что еще более примечательно, в этот список наиболее значимых научных статей XX в. не входит ни статья о квантах света, написанная в марте 1905 г., ни статья о теории относительности, написанная в июне 1905 г. На самом деле, эти две статьи были настолько основополагающими и важными и настолько изменили курс науки XX в., что спустя 50 лет после появления их просто перестали цитировать! Они стали самой сутью современной физики. Именно поэтому с удивлением обнаруживаешь, что в список статей, имеющих наибольшее влияние, вошли другие работы Эйнштейна: в частности, статьи, написанные в течение чудесного 1905 г., о которых мы не говорили выше. Так, в 1905 г. Эйнштейн написал диссертационную работу на тему «нового метода определения молекулярных размеров» и инновационную статью о броуновском движении зерен пыльцы или коллоидных частиц в суспензии. Эти работы нашли и до сих пор находят применение в самых разных областях, начиная от экологических исследований дисперсии аэрозолей в атмосфере и заканчивая исследованиями поведения частиц казеина в молоке в процессе изготовления сыра!

Конечно, помимо этого невероятно широкого перечня технологических приложений работ Эйнштейна (от лазера до изготовления сыра), важно осознавать абсолютный передел идейного научного пейзажа, произошедший благодаря его теориям: от Большого взрыва до квантовых состояний фотона, не забывая о черных дырах, двойных пульсарах, гравитационных волнах, темной энергии, управлении отдельными атомами с помощью радиационных переходов, конденсатов (Бозе –) Эйнштейна, запутанных состояниях Эйнштейна – Подольского – Розена и т. д. Наука и техника начала XXI в. имеет мало общего с основанными на ньютоновской механике и термодинамике Карно и Клаузиуса наукой и техникой начала XX в. Технологические революции ХХ в. берут начало в новых физических теориях, созданных или инициированных Эйнштейном и др. Безусловно, мы находимся на пороге новых технологических прорывов – тех, что связаны с новыми достижениями в квантовой физике. Не будем же забывать, что каждое новое техническое достижение берет начало, как сказал Эйнштейн, в «божественном любопытстве и увлеченном стремлении исследователя думать и изобретать».

Люди и медведи

В заключение предоставим слово Эйнштейну. Главная цель этой книги – помочь читателю разделить интеллектуальную радость, которую испытывают ученые, исследуя загадочную Вселенную, приоткрытую Эйнштейном и другими основоположниками современной физики. Его послание адресовано, в частности, молодым читателям, чьи университетские курсы не всегда обращают должное внимание на глубокую красоту фундаментальных научных концепций. Давайте вспомним, что сказал Эйнштейн вскоре после прибытия в США в 1933 г., обращаясь к первокурсникам Принстонского университета{186}:

«Если старому студенту будет позволено сказать вам несколько слов, то они будут следующими: “Рассматривайте свою учебу не как обязанность, а как завидную возможность познакомиться с освобождающим вдохновением, которое приносит красота в царстве духа для вашей личной радости и для пользы общества, которому принадлежат ваши будущие творения”».