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

Итак, будем считать, что все частицы – не одни только электроны – имеют волновую природу. Анархия требует, чтобы в однородной среде частица распространялась по прямой, так же, как свет – в полном соответствии с аргументами, которые я только что привел. То есть мы позволяем частице распространяться по любому пути в пустом пространстве, и благодаря ее волновой природе единственным путем, на котором у нее не будет деструктивных соседей, будет прямой путь между источником и точкой назначения.

* * *

Но движение по прямым – не единственный вид движения частиц. Мир был бы скучным, полностью предсказуемым местом, если бы этим все и ограничивалось. Как насчет более сложного поведения – движения по орбитам и вообще криволинейного движения? Распространяется ли на него власть анархии? Да. Но чтобы понять это, придется принять к сведению идею действия.

Здесь я оказываюсь в затруднении. В техническом термине «действие» лишь слегка проглядывают те значения, которые это слово имеет в своем повседневном смысле. Я уже призывал вас думать о действии как об усилии, напряжении сил, физическом «пыхтении». Конечно, в физике есть и более формальное определение этого понятия, скрытое в глубине уравнений классической механики, но для того, чтобы вывести его здесь во всем его истинном величии, понадобился бы слишком утомительный технический марафон [21]. Поэтому я по-прежнему буду понимать под действием что-то вроде «пыхтения».

Когда классическая частица движется по своей траектории, она несет некоторое количество этого «пыхтения». Согласно сформулированному Мопертюи принципу наименьшего действия, путь, который частица в реальности выбирает в своем движении, соответствует наименьшему количеству «пыхтения» – как, возможно, мы стремимся поступать и сами. Из этого вытекает, что пути частиц, которые были бы вычислены из классической механики Ньютона в соответствии с исходной авторской формулировкой, данной в терминах сил, действующих в каждой точке, могут быть рассчитаны и из условия наименьшего действия вдоль траектории.

Тут возникает вопрос, как же именно частица узнает наперед, какой из возможных путей связан с наименьшим действием. Она ведь может начать двигаться по какому-нибудь соблазнительно благоприятному в этом смысле пути, а потом вдруг наткнуться на преграду в виде противодействующей силы, для преодоления которой ей придется по-настоящему попыхтеть. Но к этому времени будет уже слишком поздно поворачивать назад и начинать все с начала в надежде выбрать путь полегче.

Точно такой же вопрос вставал перед нами при обсуждении распространения света – и ответ здесь точно такой же. Тогда решением проблемы оказывалась волновая природа света в сочетании с анархией. В нынешнем случае решение вытекает из волновой природы вещества – в сочетании все с той же анархией. Вместо коэффициента преломления среды, через которую распространялся свет, замедляя в ней свое движение и вследствие этого изменяя свою фазу в точке прихода (от этого зависело, придется ли на эту точку гребень волны, ее впадина или что-то посредине между ними), теперь мы рассматриваем действие вдоль траектории (количество «пыхтения», связанное с ней), которое влияет на прохождение волны через области с различной потенциальной энергией и таким образом определяет фазу волны вещества в точке ее прихода. Эти вопросы были исследованы Ричардом Фейнманом (1918–1988), одаренным необыкновенным творческим воображением великим ученым и популяризатором науки, который увидел, что они могут привести его прямехонько к квантовой механике[22].

Итак, если интересующая нас частица рассматривается как волна и кругом царит анархия, что проявляется в отсутствии всякого управления ее движением, то аргументация строится так. Волны распространяются вдоль всех возможных путей между их источником и точкой прихода; каждая из них оказывается в определенной фазе, зависящей от действия, связанного с распространением по тому или иному пути [23]. Вообще говоря, каждый путь соседствует с другими, имеющими совершенно другую фазу – некоторые на гребне, некоторые в провале, – что для данного конкретного пути губительно. Благосклонные соседи, которые не несут разрушения, оказываются только у того пути, который соответствует наименьшему действию. Мы, сторонние наблюдатели, не видим этих скрытых конфликтов: мы замечаем только, что единственным реализующимся путем неизменно остается путь наименьшего действия.