В начале было ничто. Про время, пространство, скорость и другие константы физики

Один из малых законов природы – по моей классификации, «внезакон» – заключается в том, что свет распространяется по прямым линиям. С этим привычным поведением света связан и другой вытекающий из него «внезакон», который управляет отражениями в зеркалах, – угол падения равен углу отражения. То есть плоские зеркала отражают мир в точности таким, каков он есть: они не искажают его очертаний и, следовательно, не представляют его непостижимым или по крайней мере обманчивым. Может, вы помните еще «закон Снеллиуса», который открывало и переоткрывало множество людей, – в том числе, в 1621 году, и голландский астроном Виллеброрд Снеллиус (1580–1626). В этом случае речь идет об угле преломления: луч света меняет направление на поверхности раздела воздуха и воды (или любой другой прозрачной среды), причем угол, соответствующий этому изменению, зависит от относительных величин коэффициентов преломления воздуха и среды (об этом подробнее ниже)[17]. Как объяснить такое поведение?

На чуть более глубоком уровне обобщения и понимания – уровне, который объединяет законы отражения и преломления, общий закон заключается в том, что свет выбирает такой путь между своим источником и пунктом назначения, для которого требуется наименьшее время. (Почему – пока не спрашивайте: об этом позже.) Этот «принцип наименьшего времени» предложил и исследовал французский математик Пьер де Ферма (1601?–1665), хотя можно проследить его происхождение гораздо дальше вглубь времен: до греческого математика, изобретателя и одного из первых последователей научного метода экспериментирования в союзе с теорией – Герона Александрийского (ок. 10 – ок. 70 г. н. э.), который пришел к нему около 60 г. н. э. Можно упомянуть и арабского математика, астронома и такого же пионера научного метода Али-Хассана ибн аль-Хасана ибн аль-Хайсама (его также называют более кратким и удобным латинизированным именем Альхазен, ок. 965 – ок. 1040). Он описал принцип наименьшего времени в 1021 году в своей книге по оптике.

Кроме того, так как это очень скоро нам понадобится, я просил бы вас запомнить еще одно похожее правило: «принцип наименьшего действия». Здесь слово «действие» имеет техническое значение, которое я проясню позже, но вы пока что можете понимать его как «усилие». Этот принцип был предложен французским философом и универсально одаренным человеком, Пьером Мопертюи (1698–1759) в начале 1740-х в применении к распространению частиц (под этим словом можно понимать все что угодно, от горошины до планеты). Согласно этому принципу, частицы выбирают пути распространения, которые минимизируют действие, связанное с преодолением расстояния между двумя фиксированными точками. Летящий мяч с самого момента его отскока от биты следует такому пути, который минимизирует действие. Земля мчится по орбите, так определяемой ее орбитальной скоростью и расстоянием от Солнца, что действие остается минимальным. Все другие планеты, все космические камни ведут себя так же, каждый в своих условиях. Снаряд летит по траектории, которая требует наименьшего действия для преодоления пути от вылета до цели. Любая другая траектория соответствовала бы большему действию, большим усилиям. Все выглядит так, как будто принцип бездействия снова проявляется, ведь наименьшее действие соответствует наивысшей степени лени! Но я покажу вам, что здесь действует другой принцип, не соответствующий этой антропоморфной аллюзии.

В этих двух принципах, один из которых относится к свету, а другой к частицам, скрывается глубокий намек: возможно, то, что оба они имеют схожую форму, указывает и на их общее происхождение, и на возможность их объединения. В свое время я еще воспользуюсь этим намеком. Общий мета-принцип науки может заключаться в том, что наблюдаемые в Природе совпадения всегда стоит исследовать, – ведь они могут проистекать из структурных аналогий и указывать на глубокие связи. Совпадения всегда выглядят подозрительно, и если за ними внимательно проследить, они могут привести нас к глубоким прозрениям. Те, кто в давние времена предложил эти принципы, могли задаваться вопросом, не являются ли наименьшее время и наименьшее действие моральными обязательствами, налагаемыми строгой владычицей-Природой. Но, конечно, это физические принципы и, как я докажу, оба возникают из наименее ограниченного моральными соображениями способа правления – из анархии.

* * *