Текст книги "На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё"

Глава 2
Идеальное алиби

Когда я вернулась в Нью-Йорк, у меня возникла идея.

Я рассматривала свой бейджик с конференции «Наука и окончательная реальность», висящий теперь над компьютером в качестве сувенира. На нем гордо красовалось мое имя, под которым было напечатано: «Журнал Manhattan» – своего рода шутка для посвященных. Логотипом конференции был выбран рисунок поверхности сферы, устланной крошечными плиточками с нулями и единицами на каждой. Я была почти уверена, что это один из рисунков Уилера – но что же он значит? Я быстро набросала этот рисунок в блокноте с напоминанием для себя разобраться с ним позднее.

Удивительно, какой могущественной была эта штучка. Не может ли этот кусок ламинированной бумаги на веревке служить пропуском в круг посвященных, давать доступ к окончательной реальности? Он был как золотой билет на космическую шоколадную фабрику – получив его, вы обретаете возможность посетить каждую лекцию, поговорить с любым физиком и даже пообедать и сходить на банкет.

Если бы вы хотели посетить научную конференцию в надежде найти какие-то ответы на волнующие вас вопросы, то выдать себя за представителя прессы явно был правильный способ добиться своей цели. И все-таки я была уверена, что моя маленькая афера будет в скором времени разоблачена. В конце концов кто-нибудь решит заглянуть в журнал Manhattan и быстро поймет, что он не имеет ничего общего с физикой… как если бы кто-то заглянул в коробку и обнаружил в ней мертвого кота.

Если бы только у меня был способ получить пресс-карту!

Как в мультфильме, у меня над головой зажглась лампочка.

Я позвонила отцу:

– Я собираюсь быть журналистом.

– Ладно…

– Только подумай! Если мы хотим выяснить природу реальности, нам нужен доступ к лучшим ученым-физикам, к новейшим данным, встречам, журналам, ко всему. И если ты пресса, то все это в твоем распоряжении! Если у нас появится вопрос по космологии, мы не будем копаться в двадцати книгах, чтобы найти ответ. Мы просто спросим космолога! Это идеальное алиби!

– Отличная идея, – сказал он. – Возможно, ты могла бы устроиться куда-нибудь стажером. Или ты должна сначала получить диплом?

– Нет-нет, – сказала я, – Я собираюсь стать журналистом сегодня.

– Извини, что?

– Я собираюсь позвонить в редакцию журнала Scientific American и спросить, могу ли я написать для них кое-что о симпозиуме. И тогда у нас все будет в шоколаде!

– Слушай, – сказал он, – я не хочу тебя обидеть и думаю, что когда-нибудь в будущем ты смогла бы стать прекрасным журналистом, но ты не можешь просто так позвонить в Scientific American.

– Да ну? – сказала я. – Давай посмотрим.

Наши бесценные пропуска на праздник окончательной реальности.

Я знала, это звучит несколько неожиданно. В конце концов, я не училась на журналиста. О черт, я еще никогда не посещала уроки по физике! «Но кого это может волновать?» – думала я. Буду учиться на ходу. Кроме того, мне не нужны ни степень, ни стажировка, ни опыт работы – это все равно как поступать в кулинарную школу, собираясь открыть ресторан. Я не собираюсь получать Пулитцеровскую премию; я просто пытаюсь провернуть небольшую аферу, чтобы получить удостоверение журналиста.

Я набрала номер телефона редактора отдела новостей Scientific American. На том конце включился автоответчик. Как только я услышала сигнал, я прокашлялась и изо всех сил постаралась сымитировать голос, который походил бы на голос профессионального журналиста, а не на лепетание двадцатилетней девушки.

– Привет, Фил, это Аманда Гефтер из журнала Manhattan. Я вчера была в Принстоне на симпозиуме в честь Джона Уилера и решила позвонить, чтобы узнать, не нужно ли вам какое-либо освещение мероприятия. Мы в действительности не пишем про науку в Manhattan, но физика – мое хобби. В любом случае, у меня неплохой материал, так что не стесняйтесь, позвоните мне.

Я продиктовала номер и повесила трубку. Если мы собираемся это сделать, то мы собираемся сделать это как надо, а значит – начиная с самого верха.

Фил из Scientific American перезвонил на следующий день.

– Один из наших редакторов тоже был на симпозиуме, – сказал он мне, – так что мы в значительной степени получили материал. Но если вы дадите историю под каким-то интересным углом, напишите мне на электронную почту.

Интересный угол? Я смогла бы. Я села и пересмотрела свои заметки с симпозиума. Пытаться построить статью вокруг какого-нибудь выступления – не пойдет: любой, кто был на симпозиуме, смог бы сделать то же самое. Конечно, загадочные слова Уилера «Вселенная – это самонастраивающийся контур», «граница границы равна нулю» могли бы стать таким интересным углом, но я ведь понятия не имела, что, черт возьми, он имел в виду. Требовалось нечто иное.

И я поняла, что бы это могло быть. На протяжении всего симпозиума над всеми присутствующими гигантской тенью, словно от невидимого слона, витал вопрос об антропном принципе.

Антропный принцип использует сам факт нашего собственного существования, чтобы объяснить некоторые свойства нашей Вселенной, ее размеры, физические константы, существование звезд и галактик. Если бы эти свойства были даже слегка другими, нас бы не было и некому было бы ими поинтересоваться. С одной стороны, антропный принцип является пустой тавтологией: мы существуем, следовательно, Вселенная – это то, что дает нам возможность существовать. С другой, он предлагает физикам способ объяснить, почему многие космические константы имеют такие чрезвычайно маловероятные значения – невероятные, но вполне пригодные для жизни.

Я села за компьютер и написала письмо, предлагая Филу небольшую статью под заголовком «Слова на А физикам не избежать». На конференции «Наука и окончательная реальность», написала я, физик Энди Альбрехт начал свое выступление, заверив зрителей: «Я не собираюсь использовать слово, начинающееся с буквы А».

Выражениями вроде «слово на А» заменяют слово «антропный», в котором ощущается некоторый неприятный религиозный смысл, поясняла я. Как будто Вселенную кто-то создал специально и только для нас. Это верно лишь в том случае, если наша Вселенная только одна. Логика здесь точно такая же, как и в случае с планетой Земля. Наша домашняя планета находится на идеальном расстоянии от Солнца, что позволяет воде оставаться в основном в жидком состоянии. Если бы Земля была ближе к Солнцу, то вода превратилась бы в пар, если дальше – превратилась бы в лед. Если бы Земля была единственной планетой в Солнечной системе, ее свойство обладать водой в жидком виде казалось бы нам чудом. Но если имеется целое семейство других планет, вращающихся на разных расстояниях от Солнца, то вряд ли можно считать чудом, что мы оказались на той из них, которая лучше всего подходит для жизни: мы здесь, потому что это единственное место среди множества других мест, в котором мы можем существовать. Таким же антропным отбором можно объяснить свойства Вселенной, пригодной для жизни. Цена такого объяснения – всего лишь несколько триллионов дополнительных вселенных. Но такое объяснение не всех устраивает. Физики хотят объяснить свойства Вселенной, опираясь на логическую и математическую неизбежность. Они хотят, чтобы мир был таким, каков он есть, потому что только такой мир может существовать. В противоположность этому, согласно антропному принципу, вселенные могут быть любыми.

Так что, принимая это во внимание, все попытки не упоминать «слова на А» кажутся немного странными. «В конце концов, – писала я, – именно Уилер дал свое знаменитое описание интерактивной Вселенной, и ему принадлежит вопрос: „На каком еще принципе могла быть построена познаваемая Вселенная, кроме как на принципе познаваемости?“ Уилер не верил ни в то, что Вселенная была предназначена для нас, ни в то, что она – небольшой островок в огромной мультивселенной. Он считал, что Вселенная была предназначена для наблюдателей, поскольку именно наблюдатели как-то ее создали».

Я отметила, что на этой конференции премия конкурса молодых ученых в области физики в $10 000 была вручена сотруднице Института теоретической физики «Периметр» в Канаде Фотини Маркопулу за ее работу по петлевой квантовой гравитации. В своей работе она доказывает, что космология должна описывать Вселенную так, как ее видит наблюдатель, находящийся внутри нее. В конце концов складывается впечатление, что чем глубже мы проникаем в тайны космоса, писала я, тем больше мы приближаемся к самим себе.

И я нажала «отправить».

Фил сразу же прислал ответ по электронной почте. Он пояснил, что тема антропного принципа уже поднималась на страницах журнала Scientific American, но их заинтересовала история с Фотини Маркопулу.

– Что вы знаете о петлевой квантовой гравитации? – спросил он.

Что я знала о петлевой квантовой гравитации? Чуть больше чем ничего. Я позвонила отцу и прочитала ему письмо.

– Ну, хорошо, – сказал он. – Ты все-таки попыталась.

– Попыталась? – возразила я. – Игра только начинается. Это был пробный выстрел!

– Ладно, но…

– У нас всего одна ночь, чтобы разобраться, что такое петлевая квантовая гравитация.

– Ты шутишь, – сказал он. – Почему одна ночь?

– Если я не напишу ответ завтра, то будет казаться, что я взяла тайм-аут, чтобы разобраться с этим. А все должно выглядеть так, будто я знаю про нее в совершенстве. У нас не так много времени – начинай читать и перезвони мне через несколько часов!

Как смогла, я попыталась собрать вместе все, что когда-то читала. Петлевая квантовая гравитация была попыткой объединения общей теории относительности и квантовой механики – двух столпов современной физики, каждый из которых казался достаточно надежным, но друг другу они противоречили. Только такое объединение открывало доступ к белому пятну на карте, где ничто превращается в нечто, где H-состояние становится миром. «Квантовая гравитация нужна, чтобы понять сингулярность, – написала я в блокноте. – Понять ничто». В петлевой квантовой гравитации пространство рассматривается с минимального расстояния, чтобы увидеть природу в максимально возможном приближении и разглядеть, какие драконы там водятся.

Уже то, что у природы есть предел для масштаба длин, довольно трудно понять. У меня в голове не укладывается, как это возможно – взять крошечный кусочек пространства и увеличивать его, увеличивать, все глубже и глубже всматриваясь в него, и достичь наконец глубин, дальше отстоящих от меня, чем вся видимая часть Вселенной, и все это прямо здесь, на кончике пальца. Другая вселенная, намного большая нашей Вселенной, умещается у меня на ладони! Только так не может продолжаться вечно. На масштабе одной миллионной миллиардной миллиардной миллиардной сантиметра вы постучитесь в дно реальности. Извините, друзья, вы дошли до конца – до края Вселенной.

Пространство заканчивается на так называемом планковском масштабе, потому что здесь квантовая механика и общая теория относительности объединенными усилиями искривляют пространство-время до того, что оно рвется. Высокая плотность гравитационных сил производит море черных дыр, которые Уилер назвал «пространственно-временной пеной».

Это, на первый взгляд, противоречит интуиции: обычно, когда вы имеете дело с маленькими объектами, силы гравитации пренебрежимо малы. Сила тяжести действует на массу, и вам нужна довольно большая масса, прежде чем вы заметите притяжение. Даже на человеческом масштабе силы тяготения не очень значительны. Магнит на холодильнике, прижимая лист бумаги, перевешивает притяжение всей планеты. А для протонов и электронов сила тяжести вообще едва ли существует.

Но при дальнейшем погружении вглубь материи положение вещей, как ни странно, начинает коренным образом меняться. Законы квантовой механики содержат лазейку, позволяющую крупным флуктуациям энергии возникать прямо из вакуума, при условии, что они живут не слишком долго. На более коротких временных масштабах энергия мерцает, то возникая, то исчезая в виде флуктуаций или виртуальных частиц. Чем более локализована частица в пространстве, тем больше ее импульс, тем выше ее энергия. Благодаря соотношению E = mc² чем больше энергия, тем больше масса частицы. По мере того, как вы приближаетесь на все меньшие и меньшие расстояния, виртуальные частицы становятся все более массивными, пока, на масштабе планковской длины, гравитационная сила по своей величине не сравнивается с другими силами. Энергия вступает в свои права, и гравитационное крещендо идет вразнос, вроде как при коллапсе массивной звезды в черную дыру. На расстояниях меньших, чем планковская шкала, гравитационный разгон становится патологическим. Вселенная поедает самое себя. Реальность лопается по швам. Прошедшее и будущее перемешиваются, далекое становится близким, в пространстве-времени наступает смятение и хаос, оно растворяется и исчезает. Уравнения искрят и с шипением исчезают, математика распадается в ничто. Словом, все летит в тартарары. Это конец света.

Теория петлевой квантовой гравитации – это модель пространства на планковских масштабах, перед тем как гравитация разрывает его на куски. Ли Смолин, еще один физик, сотрудник Института «Периметр» и основоположник этой теории, понял, что ситуация могла бы стабилизироваться, если бы пространство, как и материя, было своего рода атомарной структурой. Это означает, что при попытке рассмотреть область пространства во все большем и большем увеличении вы в конце концов упретесь в тупик – мельчайшее пространственное зерно, которое не может быть разбито на части, пространственный «атом», меньше которого уже ничего быть не может. Пока размер пространственного атома больше планковской длины, говорит Смолин, сила тяжести будет оставаться под контролем. Его энергия может расти только до определенного предела, который не позволит посеять хаос и разрушения во Вселенной.

Листая книгу Смолина на эту тему, я обнаружила раздел, который привлек мое внимание. «Вселенная, – писал он, – должна рассматриваться как замкнутая система. Вселенная прекрасна и обладает причудливым строением. Но она не была сотворена кем-то, кто обитает за ее пределами. По определению, Вселенная – это все, что существует, и не может быть ничего вне ее. По определению, не могло ничего существовать до момента рождения Вселенной. Если что-то вызвало рождение Вселенной, то это что-то существовало и должно было быть частью Вселенной. Поэтому первым принципом космологии должно быть утверждение „нет ничего за пределами Вселенной“». Я не могла отделаться от мысли, что тот же принцип был бы справедлив по отношению к H-состоянию, поскольку оно, по определению, бесконечно и безгранично. У ничего нет ничего снаружи.

Мой отец прекратил читать примерно в 4.00 утра, но я продержалась за чтением всю ночь и утром написала самое лучшее письмо, какое только могла написать после бессонной ночи, предлагая свежий взгляд на теорию петлевой квантовой гравитации.

Но что-то все-таки меня беспокоило. На симпозиуме Маркопулу в своем докладе говорила не только об атомарной геометрии, но и о значении наблюдателей в квантовой Вселенной. «Физические космологические теории должны апеллировать к наблюдателям внутри Вселенной», – утверждала она, повторяя суть главного принципа Смолина. Вместо одного описания Вселенной извне лучшее, что мы можем получить, – это огромный массив частичных описаний Вселенной, сделанных изнутри нее. Теория квантовой гравитации, сказала она, должна содержать набор правил для переходов между ними. Космология Маркопулу, построенная на частичных ограниченных наблюдениях Вселенной, напоминала мне предположение Уилера о том, что наблюдатели участвуют в создании Вселенной. Имеет ли мир квантовой гравитации какое-то отношение к самонастраивающемуся контуру Уилера? Я была уверена, что, если мне удастся опубликовать статью в журнале Scientific American, то у меня появится шанс найти ответ на этот вопрос.

Я сидела за компьютером в редакции Manhattan Bride, когда пришел ответ от Фила. Прежде чем открыть электронное письмо, я оглянулась и убедилась, что Рик погружен в свои дела. «Привет, Аманда. Спасибо. Было бы вам интересно написать статью о Фотини Маркопулу?»

Я позвонила отцу, прижимая губы к телефонной трубке и прикрывая рот рукой так, чтобы Рик не мог слышать.

– Я пишу для Scientific American, – прошептала я. – Дело в шляпе.

Я запланировала встретиться с Фотини Маркопулу через несколько месяцев, когда она появится в Нью-Йорке. На следующее утро я зашла в офис сообщить, что увольняюсь.

– Ничего личного, – сказала я Рику. – Просто я хочу написать о физике.

– Может, я смогу найти способ, чтобы ты могла писать про это здесь? – спросил он.

Я моргнула.

– В свадебном журнале?

Спустя час я снова была в метро. Я ехала в Бруклин. Когда поезд проезжал центр города со стороны Уолл-стрит, я начала склоняться к мысли, что решение бросить работу было, возможно, слишком эмоциональным поступком. Одной статьи недостаточно, чтобы платить по счетам. Но уже на Ист-ривер я была уверена, что сделала правильный выбор. Костным мозгом я знала, что это было начало чего-то бо́льшего. За резкими переменами обязательно последуют новые приключения.

Мое волнение несколько усилилось, когда я позвонила моим родителям.

– Я знаю, что это было не самое ответственное решение, – сказала я сконфуженно. – Но я чувствую, что поступаю правильно.

– Ты должна доверять интуиции, – сказал отец. – Деньги – это полезно. А то, чем ты сейчас занимаешься, – важно.

Я слышала, как мама вздохнула.

– Тебе лучше бы было выйти замуж за врача.

Избавившись от необходимости каждый день ходить на работу, я посвятила все свое время чтению и размышлениям о физике. К сожалению, для моих друзей и моего бойфренда, с которым я жила в то время, «думать о физике» было сродни банальному ничегонеделанью. Когда я пыталась объясниться, все вежливо кивали, но их вопросы выдавали глубокое убеждение, что я просто сошла с ума.

– А не думаешь ли ты, что, ни разу не побывав ни на одном уроке физики, ты можешь столкнуться со сложностями, посвящая физике свою жизнь? – спрашивали они.

– Время покажет, – отвечала я.

Чтобы не остаться совсем на мели, я работала несколько ночей в неделю гардеробщицей в ночном клубе у моего брата. Это было забавно. Под оглушительные звуки хип-хопа, в мини-юбке и на высоких каблуках, я сидела на полу, прислонившись спиной к горе модных пальто, и потихоньку читала о Вселенной.

Когда потеплело, я проводила вторую половину дня, сидя на крыльце с Кэссиди – моим черным лабрадором, купаясь в солнечных лучах, размышляя о реальности и готовясь к встрече с Фотини Маркопулу.

Я знала, что физикам нужна теория квантовой гравитации, поскольку общая теория относительности и квантовая механика не могли мирно сосуществовать в одной Вселенной. Но что именно сделало их столь безнадежно несовместимыми? Куда бы я ни посмотрела, я везде находила только технические тонкости: мир теории относительности – непрерывный, квантовый мир – дискретный; в теории относительности положение в пространстве-времени точно определено, а в квантовой теории – размыто. Это были препятствия, конечно, но не принципиально непреодолимые. Это было похоже на то, как если бы теория относительности предпочитала шоколад, а квантовая теория – ваниль. То есть совсем не так, как если бы теория относительности была протестантом, а квантовая теория – уткой.

Теория относительности, по сути, говорит о том, что такое пространство и время для разных наблюдателей. Все началось с простого вопроса, который сводил с ума шестнадцатилетнего Альберта Эйнштейна. Как будет выглядеть луч света для наблюдателя, перемещающегося со скоростью света вдоль этого луча? Будет ли он находиться в состоянии покоя, так же как автомобиль на соседней полосе выглядит стоящим на месте, если вы едете вместе с ним в одном направлении и с точно такой же скоростью? В уравнениях Джеймса Клерка Максвелла электромагнитные волны, иначе известные как свет, всегда распространяются с одной и той же скоростью – 186 000 миль в секунду (или 300 000 км/с). Эйнштейн сразу увидел проблему. Для наблюдателя, перемещающегося со скоростью 186 000 миль в секунду, скорость света упадет до нуля. И что тогда? Электромагнетизм перестанет существовать? Вселенная закончится? Эйнштейн понял: чтобы во Вселенной не произошло светопреставление и чтобы законы электромагнетизма в равной степени действовали для любого наблюдателя, не должно существовать системы отсчета, в которой бы свет остановился. Такое возможно только в том случае, если для любого наблюдателя свет распространяется с постоянной скоростью 186 000 миль в секунду, независимо от того, как быстро движется сам наблюдатель относительно света. Неважно, насколько быстро вы передвигаетесь, – вы никогда не сможете поймать луч света. Даже если вы перемещаетесь с высокой скоростью вдоль светового луча, все равно световой поток будет неумолимо удаляться все с той же скоростью 186 000 миль в секунду. Горизонт отступает так же быстро, как вы приближаетесь.

Насколько безумно это звучит, не сразу заметишь. Скорость определяется пространством, которое что-либо пересекает за определенное время. Чтобы свет всегда двигался с одной и той же скоростью независимо от того, как быстро перемещается наблюдатель, пространство и время по отдельности должны изменяться от наблюдателя к наблюдателю. Общее расстояние в пространстве и времени в сочетании остается же для каждого наблюдателя постоянным – объединенное четырехмерное пространство-время, которое наблюдатели бороздят в различных направлениях, выбирая, какие координаты назвать пространством, а какие – временем, в соответствии с их индивидуальными точками зрения.

Эйнштейн знал, что должен существовать какой-то способ преобразования от одной точки зрения к другой, некоторое предписание, которое дает возможность представить, как одно и то же пространство-время выглядит для разных наблюдателей, поскольку, предположительно, есть только одна Вселенная. Когда он нашел такое предписание, он назвал его специальной теорией относительности. Специальной – потому что она работает только при условии равномерного и прямолинейного движения наблюдателей относительно друг друга. Эта теория ничего не говорила о неравномерно перемещающихся наблюдателях или наблюдателях, двигающихся с ускорением. Из нее следует, что тот парень, который едет по Бедфорд-авеню с постоянной скоростью, окажется совсем в другой вселенной, чем тот парень, который разгоняет свой автомобиль рядом с ним, хотя оба находятся в Бруклине.

Для Эйнштейна это было почти трагедией. Он свято верил, что истинная природа Вселенной не зависит от произвольного выбора координат, что реальность едина, объединяя все наши частные точки зрения, что существует способ увидеть мир таким, каков он в действительности есть, сам по себе, независимо от того, кто на него смотрит и как при этом движется. Он отчаянно пытался слой за слоем снять с мира кожуру ложных представлений и добраться до истины, которая находится под ней. Для этого было необходимо найти способ, с помощью которого можно перейти от того, что видит инерциальный наблюдатель, к тому, что видит наблюдатель, движущийся с ускорением. Эта задача привела Эйнштейна к созданию его шедевра – общей теории относительности.

Я мысленно вернулась в ту ночь, когда общая теория относительности наконец обрела для меня смысл. Я тогда еще училась в школе. Поздней ночью мы сидели за кухонным столом с отцом. Это был один из тех редких моментов, когда что-то в мозгу щелкает, и все вокруг изменяется навсегда.

До того я читала обычные объяснения. Что постоянством скорости света пространство и время сшиты вместе в четырехмерный пространственно-временной континуум. Что массы или энергии в этом пространстве-времени вызывают деформацию его метрических свойств, определяют ландшафт склонов и долин, который мы называем гравитационным полем. Что то, что предстает перед нами как сила тяжести, в действительности является скрытой геометрией пространства.

Итак, гравитация – это не сила, это искривление пространства-времени. Все это говорят. Но я не вижу, в чем здесь суть. Конечно, «искривление пространства-времени» звучит загадочно и таинственно, как и «гравитационные силы». Это было как замена одного фантома на другой.

– Взгляни на это с другой стороны, – сказал отец, открыв чистый лист бумаги в одном из желтых блокнотов, которые всегда лежали у нас на письменном столе.

– Вот диаграмма Вселенной, – он начертил прямым углом систему координат, где вертикальной осью обозначалось время, а горизонтальной – пространство.

– Вот тут, – он провел рукой по чистому полю внутри нарисованного угла, обрамленного осями координат, – четырехмерный пространственно-временной континуум. Предположим, я двигаюсь сквозь пространство-время с постоянной скоростью. Это – я.

Он провел прямую линию по диагонали:

– А ты двигаешься с какой-то другой, но тоже постоянной скоростью, вот здесь.

Он провел вторую прямую линию немного под другим углом.

– Но мы оба наблюдаем один и тот же мир. Он может выглядеть по-разному для каждого из нас, мы каждый по-своему измеряем расстояния и время, и то, что выглядит пространством для тебя, может выглядеть как время для меня… но, в конечном счете, это же просто один мир, который описывается с двух различных точек зрения, верно? Так, специальная теория относительности дает уравнения, которые позволяют поворачивать мой путь в пространстве-времени, пока он не совпадет с твоим. Это преобразования Лоренца. Ты можешь вращать систему координат до тех пор, пока одна линия идеально не совпадет с другой. Это говорит о том, что мы наблюдаем один и тот же мир.

– Ладно, – сказала я.

Было любопытно посмотреть, к чему он клонит.

Он перевернул лист желтой бумаги и быстро начертил новые оси координат.

– Итак, я снова здесь, – сказал он, проводя прямую под углом. – Но ты на этот раз двигаешься с ускорением. Мировая линия ускоренного движения в координатах пространства-времени изогнута, потому что ты проходишь все бо́льшие расстояния за все меньшее время.

Он нарисовал кривую линию, которая устремилась вверх к правому углу страницы.

– Теперь представь себе, как повернуть кривую, чтобы она совпала с моей прямой линией.

Я на минуту задумалась:

– Это невозможно, – сказала я. – Кривая никогда не сможет совпасть с прямой линией.

– Но это возможно, – возразил он. – Эйнштейн знал, что должна существовать такая возможность, потому что есть только одна Вселенная. Если мы не можем получить из кривой прямую, это означает, что мы с тобой видим совершенно разные миры только потому, что я двигаюсь с постоянной скоростью, а ты с ускорением.

– Эйнштейн открыл, как можно кривую линию преобразовать в прямую?

– Ага. – Отец посмотрел на меня, ухмыляясь. – Сверни лист бумаги.

Вдруг все прояснилось. Это было как озарение. Где-то хор пел «Аллилуйя!» Согнуть бумагу! Если вы свернете лист бумаги так, как нужно, вы можете превратить кривую линию в прямую. Гравитация эквивалентна сворачиванию листа бумаги. Общая теория относительности одновременно чрезвычайно глубока и невероятно проста – классический случай нестандартного мышления.

– Этот Эйнштейн был какой-то дьявольский гений, да? – спросила я.

– Изгиб бумаги, то есть пространства-времени, называется диффеоморфным преобразованием, – сказал отец. – Мы должны уметь искривлять пространство-время, чтобы каждый видел одну и ту же реальность. В нашем четырехмерном пространстве-времени мы видим кривизну как гравитацию.

Общая теория относительности говорит, как склеить обратно реальность, разбитую различными точками зрения. Мы можем находить соответствие между наблюдениями, сделанными в инерциальных и ускоренных системах координат. Для этого нам просто нужна сила тяжести. Инерциальная система отсчета в гравитационном поле эквивалентна ускоренной системе без гравитационного поля. Это означает, что в самом ускорении нет ничего принципиально нового и что все наблюдатели, независимо от состояния их движения, равноправны. Вселенная выглядит по-разному в зависимости от той или иной точки зрения, но в конечном итоге есть только одна окончательная реальность.

Квантовая теория оказалась посложнее. Все книги по физике, которые я прочитала, предупреждали, чтобы я не впадала в уныние, когда мой мозг плавится в попытках понять ее. Если квантовая теория покажется сумасбродной, предупреждали они, не надо волноваться. Она таковой и является. Как бы подкрепляя сказанное, те же книги цитировали некоторых гениальных физиков, которые признавались, что никто не понимает квантовой физики, и если этого было недостаточно, чтобы утешить читателя, они в качестве неоспоримого аргумента приводили некоторые возражения Эйнштейна.

Но мне не очень нравится, когда тебя гладят по головке и говорят: не волнуйся, если ничего не понимаешь. Квантовая теория – это такая мистерия? Или это и в самом деле наука?

После прочтения большого количества так называемых объяснений теории мне стало ясно, что все мои надежды на понимание квантовой механики держались на одном-единственном эксперименте: с прохождением света через двойную щель. Он состоит в следующем.

Физики направляют луч лазера на экран с двумя параллельными щелями. Свет проходит через щели и попадает на фотопластинку, расположенную за экраном. Если свет состоит из частиц – а Эйнштейн уже доказал, что это так, – следовало бы ожидать два пятна света напротив каждой щели. Но вместо этого вы увидите череду светлых и темных вертикальных полос, похожих на штрих-код.

Физики поняли, что могут объяснить появление штрих-кода, предположив, что свет – это волна, которая дробится на две части при прохождении через щели и затем восстанавливается при сложении этих двух частей за экраном. Когда части волны складываются, они не обязательно попадают в фазу. В местах, где эти две волны находятся в фазе, они усиливают друг друга, давая яркую полоску света, регистрируемую пластинкой. В местах, где они находятся в противофазе, они взаимно уничтожаются, и остаются только темные полоски.

Ну, хорошо, все это кажется немного странным, но это ерунда по сравнению с тем, что происходит дальше. Физики повторяют эксперимент, уменьшив интенсивность лазера до уровня одного фотона в импульсе света, производимого лазером. После каждого такого импульса на фотопластинке за экраном, как и ожидается, появляется новая точка. Так продолжается до тех пор, пока на фотопластинке не прорисуется изображение, состоящее из множества точек. Оказывается, проходя через щели в экране, импульсы лазера медленно, но верно создают ту же интерференционную картину, состоящую из светлых и темных полос.