Возникает вопрос: “Чья точка зрения реальна?”
Наблюдатель на астероиде говорит: “Все движется относительно меня!”
А всадник на световом луче возражает: “Минуточку! Почему это маленький астероид более реален, чем мой луч?”
Если бы можно было наблюдать за ситуацией с обеих точек зрения, как бы вы ответили?
Эйнштейн взялся за изучение физики, пытаясь найти решение той явившейся в юношеском воображении проблемы, но столкнулся с некоторыми противоречиями. Согласно традиционным законам физики, скорость волн предположительно зависела только отсредыраспространения, а не отисточника возникновения (например, звуковые волны в воде и в воздухе путешествуют с разной скоростью независимо от того, каков источник звука). В соответствии с волновой теорией, для наблюдателя звуковые волны от проходящего поезда покрывают расстояние за одно и то же время независимо от скорости движения поезда. Свет, предположительно, тоже имеет волновую природу, и эти выводы явятся истиной и для него. Человек на астероиде, наблюдающий за Эйнштейном и его зеркалом, должен всегда видеть, как исчезает свет с лица, неважно, с какой скоростью при этом перемещается Эйнштейн. Это значит, что, если двигаться вслед за светом, отражение в зеркале должно исчезнуть.
И все же Эйнштейн интуитивно чувствовал, что изображение не должно исчезать, это было бы не более вероятным, чем внезапное исчезновение голоса у пассажира лайнера, летящего со скоростью звука. Почему реальность должна искажаться только для движущегося наблюдателя?
С другой стороны, если отражение движущегося наблюдателя не исчезло бы с зеркала, то наблюдатель на астероиде смог видеть, как свет направляется к зеркалу со скоростью,дважды превышающей свою нормальную, а это не подходило бы ни под опыт Эйнштейна, ни под его убеждения.
Классическая физика всегда взирала на мир с позиции неподвижного наблюдателя. Никто в действительности не мог оседлать световой луч — только один Эйнштейн, в воображении.
Тот факт, что сконструированные Эйнштейном образы задействовали его кинестетическую систему, делало этот вопрос особенно эмоционально значимым для него. Две визуальные перспективы (одна — из памяти, другая — из воображения) на уровне ощущений были одинаково реальны для исследователя. Для ученого это было не просто “игрой разума”, а вопросом из иерархии “Божественных мыслей”. Эйнштейн был убежден, что ни одна точка отсчета не является реальнее другой, и попытался увидеть, нет ли такой позиции, с которой скорость света была бы одинаковой и для путешественника с зеркалом, и для наблюдателя на астероиде.
В действительности экспериментаторы Михельсон и Морлей уже продемонстрировали, что скорость света остается неизменной, измеряется ли она с неподвижной системы или с движущейся с постоянной скоростью относительно источника света. Но понять или объяснить этот результат с точки зрения существующих в физике моделей никто не мог.
Решение пришло, когда Эйнштейн понял, что “скорость”, “пространство” и “время” считались фундаментальными свойствами реальности, существующими независимо от материи и от наблюдающего за ними:
“Если бы материя исчезла, остались бы одни пространство и время (своего рода сцена для физических событий)” 1.
Эйнштейн осознавал, что это лишь предположение, нечто, непосредственно не познаваемое, поскольку наш опыт “общения” с “пространством” и “временем” всегда определялся ощущениями наблюдателей. Это и привело Эйнштейна к тому, что некоторым самым базовым нашим предположениям о реальности был брошен вызов.
Вызов первый — пространству
Согласно Эйнштейну, “цель физической механики — описывать, как тела изменяют свое положение в пространстве с течением времени”.
Это утверждение большинство из нас принимает как данность. Но, озадаченный воображаемой дилеммой со световым лучом, Эйнштейн говорил: “Неясно, что здесь понимается под “положением” и “пространством”.3 Чтобы упростить дилемму, Эйнштейн сформулировал ее, но в другой, более близкой к реальности, воображаемой конструкции:
Я стою у окна вагона рейсового поезда и роняю (но не бросаю) камень на перрон. Затем вижу, что независимо от сопротивления воздуха камень снижается по прямой. Пешеход, наблюдающий это безобразие с тротуара, замечает, что камень падает на землю по параболе. И я задаю вопрос: какая из траекторий “реальна” — прямая линия или парабола?
Задумайтесь об этом на минуту. Как и человек на астероиде, мы сначала склонны думать, что перспектива, которую наблюдает прохожий на перроне — “настоящая”, потому что Земля “больше” поезда. Тогда прямая линия, которую видит пассажир, будет оптической иллюзией.
Но если в своем воображении мы увеличим поезд до размера Земли и представим, как он проезжает мимо нее в космическом пространстве, разница в восприятии траектории падения камня сохранится: противостояние останется прежним — чья точка отсчета справедлива? Так, однажды Эйнштейн спросил проводника: “В какое время Цюрих прибывает на этом поезде?”
Эйнштейн понимал: эту проблему тем же типом мышления, который создал ее, не решить. И, следовательно, надо выйти в окружающий мир и там задать тот же вопрос. Эйнштейн решает обратить свои исследования внутрь, на “формальные причины” пространства и времени. Явления, подобные “скорости”, “пространству” и “времени” — это концепции, или паттерны, рожденные нашим сенсорным и психологическим восприятием. Эйнштейн отмечал:
“Наука заимствовала у донаучной мысли концепции пространства, времени и материального объекта. Вместе с ними пришли понятия боли, цели, намерения и т.п., взятые из психологии… Физики жаждали свести цвета и тона до вибрации, психологи — мысль и боль до нервных процессов таким образом, чтобы физический элемент как таковой был исключен из причинной зависимости и потому никогда не выступал в качестве независимого звена в случайных ассоциациях”.
Эйнштейн понимал необходимость восстановления недостающего “звена” в цепи “случайных ассоциаций”. Его интересовал вопрос, что же такое “движение в “пространстве”? Он определил, что оно может восприниматься только “по отношению” к чему-нибудь еще и пришел к выводу, что движение существует только в соотношении с “точкой отсчета” (телом референции). Итак, если убрать и поезд, и перрон, какая траектория падения камня будет “настоящей”? И относительно чего он падает? Большинство людей, возможно, ответит: относительно “пространства”. Но что же такое “пространство”? Для ответа на этот вопрос Эйнштейну пришлось заглянуть глубже в свои собственные представления о природе “пространства”.
“Психологическое происхождение идеи “пространства” или вообще необходимость ее появления далеко не так очевидны, как может показаться с позиций привычного мышления… Они внушены определенными примитивными опытами. Представьте, что сконструирован ящик — куб. Предметы можно разместить в нем таким образом, что он будет полностью заполнен.
Возможность заполняться изнутри — свойство материального объекта, “коробки”. Оно различно для различных коробок, это нечто вполне естественное, не зависящее от того, факта, находятся ли внутри какие-либо предметы или нет. Если нет, то пространство окажется “пустым”.
Итак, до сих пор наша концепция пространства ассоциировалась с коробкой. Оказывается, что возможность размещать предметы внутри данного пространства не зависит от толщины стен коробки.