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

Законы электричества и магнетизма играют в Природе особую роль – не только потому, что они лежат в основе нашего существования и строения, но и потому, что именно на них зиждется большая часть всех наших дел и развлечений. Живительная энергия Солнца приходит к нам в виде электромагнитного излучения. Там, куда попадают солнечные лучи, происходит фотосинтез [48], порождающий нашу биосферу, – благодаря ему неорганическая поверхность Земли покрывается лесами, лугами и прериями, а водные пространства наполняются водорослями. Та же жизненная сила населяет землю, воду и воздух подвижными организмами; в конечном счете именно она обеспечивает нас питанием, а питание пробуждает наши творческие силы и стремление к удовольствию. Если перейти на более фундаментальный уровень, то электромагнитные силы удерживают вместе атомы и молекулы. Они отвечают за существование всего многообразия форм осязаемой материи. Эти силы делают возможными перемещение и связь как на элементарных и повседневных, так и на самых изощренных уровнях – и в результате составляют неотъемлемую часть человеческой деятельности: развлечений, войн, торговли, борьбы за выживание, – одним словом, нашего существования.

Теперь я перейду к другому аспекту этих законов, связанному с объединением электричества и магнетизма в электромагнетизм. Унификация всех сил, описание их всех как проявлений единой материнской силы – сокровенная цель и мечта физики. Достижение этой цели, сейчас представляющееся нереально далеким, но тем более манящим, показало бы, что с виду разношерстное скопище действующих в мире сил обладает внутренним единством, что мир проще суммы своих видимых проявлений, которые не стоит, как мы это сейчас делаем, принимать за чистую монету. Разномастное множество законов, которые описывают действия этого скопища сил, слилось бы тогда в единый закон, происхождение которого было бы, возможно, легче обнаружить.

В поисках этого «священного Грааля» физики главная роль принадлежит симметрии. В предыдущих главах я уже коснулся ее роли в других контекстах. В главе 2 я рассказал об установленной Эмми Нётер глубокой связи между симметрией и законами сохранения. Однородное Ничто, на мой взгляд, донесло до нас свои свойства, сохранив их в процессе рождения Вселенной. И наконец, совсем недавно я рассказал, как часы представляются мне общедоступным проявлением скрытой симметрии, пронизывающей глубинные свойства материи.

Если вам хотелось бы получить конкретную аналогию роли симметрии в унификации электричества и магнетизма (а если расширить эту аналогию, то и всех других сил), то, может быть, подойдет вот эта. Вообразите себе, что электричество представлено в виде квадрата, а магнетизм – правильного шестиугольника. Эти две фигуры легко отличить друг от друга, и нельзя превратить одну из них в другую скручиваниями и поворотами. Квадратное электричество и шестиугольный магнетизм выглядят по-разному. Теперь представьте себе куб. Когда вы поворачиваете его к себе гранью, вы видите квадрат. Если же вы посмотрите на куб «с угла», направив на себя главную диагональ, соединяющую противоположные вершины, то увидите шестиугольник. Вот теперь, если мы перестанем думать о двух силах как о различных сущностях, расширим наше видение, развернем каждое измерение пространства в три и представим их себе в виде куба, то окажется, что в квадратном электричестве и шестиугольном магнетизме с очевидностью проявляется единая сущность – они связаны вращением в абстрактном пространстве определенного вида. Этот куб и есть электромагнетизм.

Я еще многое могу сказать в том же ключе. По мере того, как будет разворачиваться сюжет этой главы, вам еще может пригодиться аналогия с кубом и ее дальнейшее развитие. Как я уже говорил, главная движущая сила современной теоретической физики – стремление объединить все силы мира и, в частности, продемонстрировать, что электромагнитная сила есть лишь одно из обличий этой единой силы. Такая унификация уже частично достигнута введением силы слабого взаимодействия, которая действует внутри атомных ядер, расталкивая их составляющие и приводя к радиоактивности: излучению, истекающему из ядра в виде либо гамма-лучей (очень коротковолновых и высокоэнергетических фотонов электромагнитного излучения), либо заряженных частиц (альфа- и бета-лучей).