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

Сейчас в центре внимания физиков находятся некоторые аспекты сильного взаимодействия, действующей на очень малых расстояниях силы, которая связывает компоненты ядра, несмотря на то что электромагнитная сила стремится оттолкнуть плотно упакованные электрически заряженные частицы друг от друга. Нам надо быть благодарными за то, что сильное взаимодействие не работает на столь же больших расстояниях, как электромагнетизм, – иначе мы и все остальное в мире слиплось бы в единый колоссальный атом. Возможно, когда-нибудь к унификации сил присоединится и гравитация, хотя, по всей видимости, она обладает некоторыми загадочными свойствами, связанными со структурой самого пространства-времени. Объединение всех сил будет достигнуто, когда будет выполнено тщательное описание упоминавшегося куба, его вращений и других манипуляций с ним в сложно устроенном абстрактном пространстве некоторого вида. Унификация сил подобна поискам «священного Грааля», но этот Грааль – не кубок, а непредставимо сложный и пока недоступный описанию куб в абстрактном многомерном пространстве.

В этой главе я сосредоточусь на законах электромагнетизма в основном потому, что они будут для нас наиболее привычны, или по крайней мере наименее непривычны. (Я, впрочем, все равно сделаю небольшой их обзор, чтобы прояснить их сущность.) Подобные соображения будут применимы также к силам слабого (наверняка) и сильного (надеюсь) взаимодействий, – поэтому моей целью будет установить происхождение этих привычных законов, а затем предоставить вашему воображению принять тот факт, что аналогичные рассуждения применимы и к остальным силам. Надо признать, что это в значительной степени остается вопросом веры, – физики все еще не решили до конца вопрос о том, как уложить все силы в единую схему.

Если вдруг вы потеряли из виду, к чему я в конечном счете веду, позвольте напомнить, что я хочу доказать: законы электромагнетизма суть лишь еще одно следствие бездействия и анархии, вытекающие из того факта, что при рождении Вселенной, когда из Ничего предположительно самопроизвольно возникло нечто сущностное, ничего особенного не произошло. Здесь есть некоторые аспекты, которые нам следует обдумать.

* * *

Одним из первых законов электромагнетизма был закон Кулона. Французский физик Шарль-Огюстен де Кулон (1736–1806) сформулировал закон, носящий его имя, в 1784 году. Он постулировал, что сила, действующая между двумя электрическими зарядами, ослабевает пропорционально квадрату расстояния между ними. Это так называемый закон обратных квадратов. К тому же самому выводу ранее приходили и другие ученые (в том числе англичане Джозеф Пристли и Генри Кавендиш), но Кулон, по общему мнению, первым систематически исследовал и сформулировал этот закон. Обратная квадратичная зависимость и раньше считалась вероятной еще и потому, что такой же зависимости следует и гравитация [49].

Мне смутно кажется, что если бы я был богом и, несмотря на мои с виду капризные и необоснованные решения по другим вопросам, хотел бы дать человечеству самый прекрасный закон взаимодействия электрических зарядов, какой я только мог бы придумать, а люди могли бы с благодарностью оценить, то я бы дал им закон Кулона. Это закон редкой красоты. Но в отличие от многих других видов красоты, это красота глубокая и непреходящая, незаметная глазу случайного зрителя.

Прежде всего, хоть это и довольно тривиально, описываемая законом Кулона сила сферически симметрична, – область ее действия образует шар, идеал симметрии, самое симметричное из всех трехмерных тел. Я сейчас поясню свою мысль. Можно ли как-то количественно оценить в этой характеристике шара слово «самое»? Да: у сферы (любого диаметра) бесконечное число осей симметрии и бесконечное число возможностей повернуть сферу вокруг любой из этих осей на любой угол так, что при этом она останется неизменной. Теперь представим себе зеркало, проходящее сквозь сферу через ее центр и отражающее одно из ее полушарий в другое: это зеркало может иметь бесконечное число различных ориентаций. В трехмерном мире не существует объекта, который обладал бы более высокой степенью симметрии: со всем этим множеством бесконечностей сфера – наиболее симметричный трехмерный объект. Если вы склонны отождествлять симметрию с красотой, то вы признаете, что сфера – олицетворение красоты, или по крайней мере одного из видов первичной красоты.