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

По моему мнению, есть два класса фундаментальных постоянных: те, которых не существует, и существующие. Как и можно было подозревать, значения тех постоянных, которых не существует, объяснить гораздо проще, чем существующих. Первые – следствие человеческой деятельности. Они возникли в ходе интеллектуальной истории человечества как разумные, но лишенные фундаментальной корректности средства измерения и описания объектов (например, длины в метрах и времени в секундах). Второй же вид постоянных, те, что реально существуют в фундаментальном смысле, а следовательно, и являются истинно фундаментальными постоянными, – это сопряженные постоянные, которые суммируют силы взаимодействия между сущностями, такие, как сила, действующая между электрическими зарядами, сила взаимодействия электрического заряда с электромагнитным полем, ядерные силы, связывающие друг с другом элементарные частицы и действующие внутри структур, которые мы называем ядрами атомов. К ним относится также и гравитационная постоянная (G = 6,673 × 10^–11Дж∙м/кг ²), устанавливающая напряженность гравитационного поля, созданного массивным телом, и следовательно, объясняющая орбиты планет, обращающихся вокруг звезд, механизм формирования галактик и ускорение падающего яблока.

Хотя в таблицах фундаментальных постоянных они выражены в определенных единицах, как, например, скорость света, равная громадному количеству метров в секунду, на деле они вообще-то не должны выражаться в каких-либо единицах. Иначе говоря, фундаментальные постоянные, которых не существует, все должны иметь значение 1 (например, c = 1, а не c = 2,998 × 10⁸ м/с), а те фундаментальные постоянные, которые существуют, лучше всего выражать таким образом, чтобы для этого тоже не нужны были никакие единицы. Как я сейчас объясню, вместо того, чтобы говорить, что фундаментальный заряд равен e = 1,602 × 10^–19 Кл, его лучше всего выражать величиной 1/137. Похожим образом и другие реальные фундаментальные постоянные лучше выражать различными безразмерными числами. Вскоре станет понятно, почему я могу объяснить, откуда берется значение 1, но не могу сделать того же для 1/137. Сейчас мы и правда не представляем себе, откуда взялись числа вроде 1/137, и я не собираюсь притворяться, что знаю это хоть немного лучше, чем кто-либо еще. Жаль, что это так: ведь именно эти числа управляют нашим существованием и самим рождением способности мыслить: окажись на месте 1/137, к примеру, 1/136 или 1/138, догадываться о смысле этих чисел было бы, возможно, некому.

Эти замечания надо развить, чтобы объяснить вам, что я имею в виду и почему считаю, что есть два класса постоянных. Не буду разбирать все фундаментальные постоянные (одних только важных есть около дюжины, да еще множество их комбинаций, с которыми часто обращаются так, будто и они того же высшего ранга). Для обсуждения их происхождения я отберу горсточку тех, которые считаю истинно фундаментальными.

* * *

Начну я с самой, может быть, важной фундаментальной постоянной из всех – скорости света c (от celeritas). Я отношу ее к столь высокому рангу потому, что, хоть ее и не существует, она управляет структурой пространства-времени – ареной всех действий.

Пространство – не только то, что предстает нашему взору. Исаак Ньютон (1642–1726 по старому стилю), не говоря уж о Рене Декарте (1596–1650) и великом античном мудреце Аристотеле (384–322 до н. э.), который одновременно и вдохновлял, и душил научное мышление, да и мы сами, – все смотрят на пространственный мир и видят, что он трехмерен. Альберт Эйнштейн (1879–1955), стоявший на плечах гигантов, все это изменил. Его частная теория относительности (появившаяся в 1905 году, ставшем для Эйнштейна годом чудес, annus mirabilis, хотя еще большая слава пришла к нему позже, когда «частная» теория развилась в еще более необыкновенную «общую») требует от вас признать, что пространство сплетено со временем и то, что вы считали пространством и временем, не существует по отдельности, но только в виде составляющих единого целого, в виде мировой арены пространства-времени. Эта теория вносит в наши представления дискомфорт и переворачивает вверх дном то, что считалось устойчивым и надежным, – ведь теперь вы должны учитывать, что то, что вы принимаете за пространство и время, оказывается не тем пространством и временем, которыми пользуется ваш сосед. Если этот сосед движется (а это относится к большинству соседей, даже если они всего лишь прогуливаются, едут в машине или проносятся мимо в ракете), то он имеет отличные от ваших представления о том, какой именно составляющей пространства-времени является пространство, и какой – время.