[83]. Он и сам когда-то рассматривал что-то подобное, еще в 1909 г., если, уточнил он, ему не изменяет память.
Физика состоит из математики и слов, всегда одно и то же: слова и математика. И не в каждом случае полезно спрашивать, представляют ли слова какие-то «реальные» сущности или нет. Более того, физики поступают очень разумно, игнорируя этот вопрос. «Реальны» ли световые волны? А гравитационное поле? Пространственно-временной континуум? Оставьте эти вопросы теологам. Сегодня идея полей незаменима — и вы буквально до мозга костей ощущаете их присутствие; во всяком случае, вы видите, как железные опилки выстраиваются по линиям вокруг магнита, — а завтра вы начинаете думать, нельзя ли отбросить поля и начать заново. Именно этим и занимались Уилер с Фейнманом. Магнитному полю, а с ним и электрическому — хотя на самом деле все это едино и представляет собой просто электромагнитное поле — едва исполнилось 100 лет. Его придумали (или открыли) Фарадей и Максвелл. Поля заполняют собой Вселенную: гравитационные поля, бозонные поля, поля Янга — Миллса. Поле — это величина, которая изменяется в пространстве и времени и выражает изменения в силе[84]. Земля ощущает гравитационное поле Солнца, которое рассеивается Солнцем вовне. Яблоко, свисающее с дерева, знаменует собой гравитационное поле Земли. Без полей вам придется поверить в то, что выглядит как волшебство: действие на расстоянии, через вакуум, без всяких рычагов или струн.
Уравнения Максвелла для электромагнитных полей работали великолепно, но к 1930–1940-м гг. у физиков появились проблемы в квантовом царстве. Уравнения, связывающие энергию электрона с его радиусом, были предельно понятны, так что размер электрона можно было вычислить с высокой точностью. Вот только в квантовой механике электрон, похоже, не имеет вообще никакого радиуса: это точечная частица нулевой размерности, не занимающая в пространстве никакого места. К несчастью для математики, эта картинка приводит к бесконечностям — закономерному результату деления на нуль. Фейнман считал, что многие из этих бесконечностей проистекали из обратного влияния электрона на самого себя, из его «внутренней энергии». В попытке избавиться от противных бесконечностей у него возникла идея просто не позволить электронам воздействовать на самих себя. Это означало ликвидировать поле, тогда частицы смогут только взаимодействовать с другими частицами напрямую. Не мгновенно: теорию относительности никто не отменял. Взаимодействия происходили со скоростью света. Собственно, это и есть свет: взаимодействия между электронами[85].
Позже в Стокгольме, при получении Нобелевской премии, Фейнман объяснил:
Верно, что, если вы качнете один заряд, другой качнется лишь через некоторое время. Заряды непосредственно взаимодействуют друг с другом, хотя и с некоторым запаздыванием. Закон силы, связывающей движение одного заряда с движением другого, должен предусматривать запаздывание. Качните этот заряд — другой качнется позже. Стоит начать колебаться атомам Солнца, как через восемь минут[86] в результате прямого взаимодействия начнут колебаться и электроны атомов моих глаз.
Проблема — если, конечно, это была проблема — состояла в том, что правила взаимодействия работали назад во времени нисколько не хуже, чем вперед. Они были симметричны. Подобные вещи, бывает, происходят в мире Минковского, где прошлое и будущее геометрически идентичны. Еще до теории относительности было хорошо известно, что уравнения Максвелла для электромагнетизма и еще раньше Ньютона для механики симметричны относительно времени. Уилер в свое время играл с идеей, что позитрон — античастица, соответствующая электрону, — представляет собой электрон, движущийся назад во времени. Так что Джонни и Дик смело выдвинули теорию, в которой электроны как бы светили и вперед, в будущее, и назад, в прошлое. «К этому времени я был уже в достаточной мере физиком, — продолжает Фейнман, — чтобы не сказать: „Ну нет, этого не может быть“. Ведь сегодня, после Эйнштейна и Бора, все физики знают, что иногда идея, кажущаяся на первый взгляд совершенно парадоксальной, может оказаться вовсе не парадоксальной после того, как мы разберемся в ней до мельчайших подробностей и во всех экспериментальных ситуациях»[87].
В конце концов оказалось, что в теории квантовой электродинамики можно обойтись без парадоксальных идей. Фейнман прекрасно понимал, что такие теории — это модели: они не бывают ни полными, ни совершенными[88], и их не нужно путать с реальностью, которая остается за пределами досягаемости.
Мне всегда казалось странным, что самые фундаментальные законы физики после того, как они уже открыты, все-таки допускают такое невероятное многообразие формулировок, по первому впечатлению неэквивалентных, и все же таких, что после определенных математических манипуляций между ними всегда удается найти взаимосвязь… Всегда можно сказать то же самое по-другому и так, что это будет совсем непохоже на то, как вы говорили об этом раньше…
Одну и ту же физическую реальность может описывать множество разных физических идей.
Чуть в стороне маячил еще один вопрос. Термодинамика — наука о тепле — предлагала другую версию времени. Конечно, микроскопические законы физики ничего не говорят о том, что время имеет какое-то предпочтительное направление. (Некоторые сказали бы «фундаментальные законы», а не «микроскопические законы», но это не совсем одно и то же.) Законы Ньютона, Максвелла и Эйнштейна инвариантны (симметричны) по отношению к прошлому и будущему. Изменить направление времени в них не сложнее, чем сменить знак с плюса на минус. Микроскопические законы обратимы. Если вы снимете на видео столкновение нескольких бильярдных шаров или взаимодействие нескольких частиц, то сможете затем прогнать запись через проектор в обратном направлении, и все будет выглядеть прекрасно, не хуже, чем в прямом направлении. Но снимите на видео, как биток разбивает пирамиду из 15 бильярдных шаров, выстроенных правильным треугольником, и как шары при этом разлетаются во все концы стола. Если это видео посмотреть задом наперед, оно покажется смешным и ненастоящим: шары носятся по столу, а затем вдруг, как по волшебству, собираются в строгий, почти военный порядок.
В макроскопическом мире — мире, в котором мы обитаем, — время имеет вполне определенное направление. Когда технология киносъемки только появилась, кинематографисты обнаружили, что, запустив полоску целлулоида в проекционный аппарат обратной стороной, можно получить забавный эффект. Братья Люмьер проделали это со своим коротким сюжетом «Механический мясник» (Charcuterie méchanique), показав, как из сосисок и прочих мясопродуктов получается живая свинья. При обратном просмотре омлет может превратиться вновь в белок и желток и вернуться в яйцо, причем скорлупа аккуратно и точно соберется заново из кусочков. Камень вылетает из взволновавшегося пруда, капли воды собираются в обратный фонтан и затыкают отверстие. Дым вливается в камин по трубе и втягивается в пламя, по мере того как угли вырастают в поленья. Не говоря уже о жизни — квинтэссенции всех необратимых процессов. Уильям Томпсон, лорд Кельвин, разглядел эту проблему в 1874 г. и понял, что сознание и память — ее составные части: «Живые существа должны были бы расти наоборот, обладая знанием будущего, но не помня прошлого, и становиться вновь нерожденными».
Время от времени полезно напоминать себе, что естественные процессы в большинстве своем необратимы. Они работают только в одном направлении, вперед во времени. Для начала вот небольшой список от лорда Кельвина: «Трение твердых тел; неидеальная текучесть жидкостей; неидеальная упругость твердых тел [ах, эти несовершенства]; различия в температуре и вследствие этого теплопроводности, порождаемые сжатием в твердых телах и жидкостях; неидеальная удерживающая способность магнита; остаточная электрическая поляризация диэлектриков; выделение тепла электрическими токами, индуцированными движением; диффузия жидкостей; растворение твердых тел в жидкостях и другие химические изменения; и поглощение излученного тепла и света». Последнее относится к тому, с чем пришли к Эйнштейну Джонни и Дик.
В какой-то момент нам придется говорить об энтропии.
Есть известное понятие arrow of time, которым свободно пользуются ученые и философы на многих языках (la flèche du temps, Zeitpfeil, zamanin oku, стрела времени) для короткого обозначения сложного факта, известного каждому: время имеет направление. Приведенное словосочетание получило широкое распространение в 1940–1950-х гг. Вышло оно из-под пера Артура Эддингтона — британского астрофизика, первым поддержавшего Эйнштейна. В серии лекций, прочитанных в Университете Эдинбурга зимой 1927 г., Эддингтон попытался разобраться в серьезнейших изменениях, происходивших в то время в природе научной мысли. В следующем году он опубликовал свои лекции в виде научно-популярной книги «Природа физического мира» (The Nature of the Physical World).
Ему вдруг пришло в голову, что вся прежняя физика теперь рассматривается как классическая физика (еще одно новое выражение). «Не уверен, что эта фраза, „классическая физика“, была когда-либо точно определена», — сказал он своим слушателям. Никто не называл ее классической, пока она не сломалась. (Теперь «классическая физика» — это ретроним, как акустическая гитара, дисковый телефон и матерчатый подгузник[89].) Тысячи лет ученым не требовались специальные обозначения, вроде стрелы времени, чтобы сказать очевидное. Главное во времени — то, что оно идет