Бури времени - Рэндлз Дженни - Страница 27

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Теория относительности, в основном, имеет дело с очень большими величинами, такими как огромные скорости и длительные путешествия в космическом пространстве. Однако она оказывает серьезное влияние и на представление о повседневной природе реальности, особенно времени.

Вторая крупная революция, которая произошла в наука в двадцатом веке, носит название квантовой физики и предметом ее изучения является микромир. С точки зрения нашего понимания времени, ее открытия еще более удивительны. Еще со времен греческих философов обсуждается теория том, что материя может быть разделена на маленькие невидимые частицы (атомы). Однако в течение столетий эта идея приобрела дурную славу, поскольку невозможно было доказать, что все видимые объекты состоят из частиц материи такой величины, что их нельзя увидеть, Только в девятнадцатом веке появились достаточно сложные научные приборы, с помощью которых были проведены исследования, показавшие, что эта древняя гипотеза может быть верной. Затем наступила пора атомной науки, которая изменила мир — и в хорошую, и в плохую сторону.

Впрочем, сначала действительно создавалось впечатление, что эта теория ошибочна. Наблюдения показывали ее несостоятельность.

С начала девятнадцатого столетия было известно, что свет, подобно всем излучающим энергию полям, имеет волновую форму. Английский физик Томас Янг продемонстрировал это, сделав в карточке две тонкие щели и направив в них луч света. Если бы свет имел форму невидимых крошечных частиц, как утверждала давно установившаяся теория, эти невидимые «пульки» прошли бы через эти щели. Но, разумеется, часть из них прошла бы через одну щель, а часть — через другую, после чего лучи попали бы в стоящий сзади экран и образовали два световых пятна. Эти пятна должны были бы варьироваться по интенсивности, в соответствии с количеством «пулек», которые прошли через каждую щель. Поэтому на экране должны были юявиться два рассеянных световых пятна — по одному напротив каждой щели. Действительно, если в экране сделать только одну щель, то возникнет пятно с размытыми краями.

Однако, как убедительно доказал Янг, в случае с двумя щелями такого эффекта не наблюдается. Вместо этого на экране появляется длинная полоса света и тень. Янг продемонстрировал, что эта полоса образована верхними и нижними точками — точками максимальной и минимальной интенсивности, соответственно. Таким образом, его эксперимент с двумя щелями установил, что свет (и, следовательно, все формы электромагнитной энергии) имеет форму излучающихся волн.

К сожалению, спустя несколько десятилетии, немецкий физик Макс Планк доказал прямо противоположное!

ВОЛНОВЫЕ ЧАСТИЦЫ

Планк установил, что свет действительно представляет собой крошечные порции энергии, аналогичные невидимым "пулькам. Он назвал эти порции «квантами» (от греческого слова, означающего «количество»), а в 1905 году в этой интересной новой научной области появился молодой Эйнштейн, установивший правила того, что получило известность как «квантовая механика». Действительно, Эйнштейн получил свою Нобелевскую премию не за теорию относительности, а за быстрое решение квантовой теории.

Эти квантовые частицы больше известны под своим личным названием, — световые кванты называют «фотонами». То, кто не имеет отношения к науке, могут вспомнить этот термин по названию фантастического оружия из телевизионного сериала «Стар Трек». Получается, что использовавшаяся на корабле «Энтерпрайз» «фотоновая торпеда»— это, по сути дела, ни что иное, как огромный фонарь!

Взяв эту квантовую теорию за основу, Резерфорд и Гейгер, ученые, работавшие в Манчестерском университете, в 1909 году нашли способ расщеплять атомы на маленькие частицы, Их успех показал, что атомная теория верна. Кроме того, в ходе экспериментов им удалось высвободить огромное количество энергии (те силы, которые в «укрощенном виде» использовались затем для создания атомной бомбы и в качестве источника топлива для атомных станций). Это волновая энергия (радиация), излучаемая частицами, находящимися внутри атомов,

Нежелательные побочные эффекты радиации в то время были неизвестны ученым, поэтому от радиации пострадало немало физиков и химиков, занимавшихся первыми исследованиями в этой области. Мария Кюри заплатила за это своей жизнью. В конечном счете, пришло понимание тех сложных реакций, которые происходят внутри атомов, когда начинается цепная реакция. Даже в наше время коллега Резерфорда, Гейгер, в основном, известен благодаря названному его именем измерительному прибору, который регистрирует радиацию, излучаемую в ходе процесса атомного распада.

Как показали Планк и Эйнштейн, основные строительные блоки материи — это частицы, находящиеся в глубине атома. Но, может быть, это и есть волновая энергия, как продемонстрировал опыт Янга и как показывают излучающие поля, являющиеся результатом ядерной реакции? Создавалось впечатление, что свет и другие электромагнитные поля могут быть частицами или волнами, или вообще ими не быть, в зависимости от обстоятельств. Даже был придуман специальный термин «волновые частицы», который некоторое время использовался для того, чтобы заполнить брешь, образованную недостатком знаний в квантовой теории.

БЕЗВРЕМЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ

В 1923 году французский физик Луи де Бройлъ установил математическую связь, которая помогла решить двойственную природу всех электромагнитных полей и привела к возникновению совершенно новой области физики. Очень скоро новая наука своими невероятными выводами заставила охать и ахать многих ученых, и даже первопроходцы, такие как Эйнштейн и Планк, с трудом воспринимали то, что открывала перед ними их же собственная теория.

Оказалось, что материя представляет собой поток — мириады энергетических полей, чье сложное взаимодействие создает то, что взгляду ученого предстает как частицы, — объекты с большей массой имеют малую длину волны, объекты с малой массой имеют большую длину волны. Поэтому мы склонны рассматривать материальный мир в виде частиц (поскольку длина волны энергии обычно слишком мала, чтобы ее заметить), в то время как внутриатомная реальность выглядит волнообразной (так как в данном случае длины волн достаточно велики).

Тем не менее, это открытие доказало, что на фундаментальном уровне вся реальность не тверда, а нематериальна. Твердая, логичная вселенная, которая ведет себя как теннисные шарики, отскакивающие от ракетки, на самом деле представляет собой океан невидимой, излучающейся в виде волн, энергии, В каком-то смысле, нечто явно осязаемое (реальный мир] создается практически из ничего (из бурлящего потока излучающейся энергии, которая существует в самом сердце материи).

Если снова вспомнить теорию относительности, можно увидеть одну из проблем, возникающую в связи с вышесказанным. Материальные объекты управляются конечными законами, такими как скорость света и невозможность иметь нулевые размеры. Излучающие энергетические поля не подпадают под действие этих законов. В самом деле, судя по всему, электромагнитные волны безвременны и беспространственны,

И снова, благодаря все большему пониманию квантовой теории, вырисовывается горькая истина. Несмотря на то, что мы видим твердую, временную вселенную, оказывается, что это лишь иллюзия, скрывающая «истинную реальность», И эту реальность — в самой сути всех вещей — правильнее считать нематериальной, безвременной и беспространственной.

Мы уже говорили, что наше восприятие мира — это весьма убедительная, но все-таки иллюзия, и что истинная реальность безвременна. Эта удивительная концепция подкрепляется законами квантовой физики.

Такая новость стала кошмаром для науки. Некоторые ученые даже начали высказывать мнение, что эта теория просто ошибочна (однако, как и теория относительности, она была полностью подтверждена экспериментами на субатомных частицах). Некоторые ученые впали в ошеломленное молчание, другие упрямо отказывались признать неизбежное. Даже Эйнштейн дошел до того, что попытался доказать, что его собственный труд был ошибочен (но так и не смог этого сделать).