Неизбежность странного мира

В самом деле: помните сравнение скорости протонов, летящих по узкой дорожке в камере Дубенского ускорителя, со скоростями наших первых спутников Земли?.. Когда-нибудь фотонные ракеты, быть может, полетят в мировое пространство со стремительностью дубенских протонов. И тогда масса этих ракет возрастет уже не на какие-то жалкие миллиграммы: при скорости в 260 тысяч километров в секунду каждая ракета удвоит свою массу — было полторы тонны, станет три. Но протоны в Дубне путешествуют еще быстрее. Накопив 10 миллиардов электроновольт энергии, каждый из них более чем удесятеряет свой вес. И, разумеется, физики отлично чувствуют в своих опытах и расчетах такое увеличение массы своих подопечных — ведь это увеличение больше чем на тысячу процентов! Это увеличение заранее «почувствовали» и конструкторы ускорителя.

Протоны-миллиардеры в Дубне становятся по тяжести подобными атомам углерода. Ускорять их делается все труднее по мере того, как они постепенно тяжелеют. Надо изменять то время, в течение которого переменное электрическое поле нарастает, чтобы отяжелевшие протоны попадали на «.пояски ускорения» в нужный момент, а не запаздывали из-за своей увеличивающейся грузности. Конструкторы это предвидели, создавая сложную машину.

Короче говоря, есть уже в сегодняшней технике случаи, когда без всеобщего закона Е = М·С2 не могут обойтись даже инженеры. Из теоретической эта формула стала достоянием технических руководств. А что делали бы без нее физики-атомники?

Как в комнатах кривых зеркал, где стройные красавцы выглядят головастиками-уродцами, отражался бы в лабораторных приборах непонятно искаженный микромир. Было бы отчего прийти в отчаяние. «Что за наваждение! — говорили бы друг другу физики. — Либо наши приборы безнадежно врут, либо мы не знаем чего-то самого главного».

Заметьте — самого главного!

Наверное, раздадутся голоса:

— Возвращайтесь в Дубну, возвращайтесь на Арагац! Рассказывайте о сегодняшних днях науки. Хватит отступлений!..

Должен сознаться, что с первоначальным замыслом этих «путевых заметок» действительно что-то случилось по дороге. Я вдруг почувствовал, что рассказ о работе наших ученых в Дубне, о драматических поисках новых частиц на Арагаце и вообще рассказ о науке, изучающей глубины материи, будет удручающе темным и никому не нужным, если не попробовать по возможности простыми словами изобразить неизбежность странного мира, в который погружает человека современная физика.

Этот странный мир — сама природа, с теми ее законами и повадками, какие оставались неизвестными классической физике. А в школах все мы проходили начатки только этой старой физики. И до сих пор средняя, для всех обязательная, школа почему-то лишь с классическими представлениями и знакомит большинство человечества. А потом, после школы, это большинство уже никогда с физикой не соприкасается: другие интересы, другие заботы одолевают людей — каждого по роду его деятельности. Успев на школьной скамье стать современниками Ньютона, мы не успеваем стать современниками Эйнштейна. Озабоченная только тем, чтобы мы знали назубок законы Ома и Гей-Люссака, с которыми, вообще-то говоря, нам в жизни потом решительно нечего делать, хотя знать их, конечно, полезно, школа совершенно не заботится о нашем физическом мировоззрении. А между тем каждый жаждет хотя бы почувствовать неизбежность и осознать необходимость той неклассической, по слухам — совершенно непонятной, картины движущейся материи, которую рисует физика XX века.

Потому-то, может быть, отступления и должны быть самым главным в этом рассказе об элементарных частицах, и потому-то, пожалуй, незачем скупиться на мнимые «уходы в сторону».

…Пора бы передохнуть от рассуждений, но не тут-то было: разве рассеялись все сомнения, вызванные у нас непостижимым сообщением энциклопедии, что масса покоя фотона равна нулю?

Непостижимым? Нет, справочники не загадывают загадок, они только информируют. Узнав необычный факт, мы постарались с ним примириться. Однако состоялось ли примирение до конца?

Хорошо, решили мы, раз масса покоя у световых частиц нулевая, значит они в покое пребывать не могут под угрозой гибели. Значит, догнать их и заставить покоиться относительно чего бы то ни было нельзя. Значит, скорость света — наибольшая из возможных скоростей, и другие материальные тела достигнуть ее не могут. Значит, масса их растет вместе со скоростью, чтобы в пределе — при скорости световой — сделаться бесконечной. Значит, прибавление энергии движения равносильно прибавлению массы. Между массой и энергией есть прямая связь!

Накапливая эти неизбежные выводы, мы словно бы забыли о фотоне, с которого все началось. Но теперь, взглянув на него новыми глазами, мы окунемся в новые сомнения, которые могут показаться совсем уж безысходными.

10

Сомнение первое… Фотон материален, а между тем летит со скоростью света. Предел, недостижимый для других материальных частиц, оказывается достижимым для частицы света! Что же она такое в отличие от иных физических тел — в отличие от ракет или протонов?

Конечно, масса движущегося фотона не становится бесконечной оттого, что он мчится со световою скоростью. Иначе он не мог бы существовать и в движении.

Его массу в движении очень легко установить: ведь по своей физической природе частица света — это квант излучения, или порция электромагнитной энергии. Закон Е = М·С2 тотчас позволяет узнать массу этой порции, так же как прибавку в весе у больного, разметавшегося в жару, так же как массу любого количества любой энергии: надо только величину кванта Е разделить на С2.

И вот получается, что квант или фотон фиолетового света в 150 тысяч раз легче покоящегося электрона — легчайшей из крупиц вещества. А фотон красного света еще в два раза легче фиолетового кванта. Помните, Ньютон думал совсем другое: он полагал, что корпускулы красного конца солнечного спектра — самые большие, а фиолетового конца — самые малые. У него не могло быть никакого представления о подлинной природе корпускул света. Но то, чего уж и вовсе не мог бы вообразить Ньютон, так это будущей предательской роли световых частиц по отношению к его, ньютоновой, механике.

Возродившись через двести лет в виде квантов-фотонов, световые корпускулы возглавили вместе с электронами бунт элементарных частиц и атомов против старых законов движения и взаимодействия материальных тел. Они сразу вошли в подчинение законам Эйнштейна, а потом потребовали еще и создания новой механики — квантовой. (Об ее идеях — речь впереди, во второй части книги.) А сегодня им уже и этого, кажется, мало!

Так вот — о массе движущегося фотона…

Хоть она и ничтожна, но перегружена загадками.

Протоны в Дубне, прежде чем пуститься в свои 25 кругосветных путешествий по камере ускорителя, покоятся. Точнее, лениво расхаживают с малыми тепловыми скоростями по камере водородного источника (вы помните, конечно, что протоны — это просто ядра водорода). Понижая температуру, их можно заставить совсем, замедлить движение — их можно остановить. Иными словами, у них и в покое есть реальная масса. Им есть что удесятерять по мере ускорения, когда энергия их движения начинает постепенно нарастать до 10 миллиардов электроновольт. И у космической ракеты есть реальная масса покоя — ее можно легко определить на весах перед началом рейса. Ракете тоже есть что увеличивать в пути.

А у фотона ничего этого нет. Так и просятся на язык слова сочувствия: «Посмотрите, ему сейчас отправляться в дальнюю дорогу с сумасшедшей скоростью в 300 тысяч километров в секунду, а он еще не запасся никакою массой!» Действительно, даже за мгновение до старта фотона еще не существует — «не на что смотреть»: его масса покоя равна нулю.

Как же накапливает фотон свою массу движения? Да и годится ли здесь слово «накапливает»? Накопление — дело постепенное, а фотон вначале был ничто — нуль. Ускорять ничто нельзя — нуль нельзя ни удваивать, ни удесятерять, все равно он останется нулем. Как же возникает масса движущегося фотона?

Остается предположить только одно: фотон сразу приобретает всю свою массу — скачком! Он не разгоняется постепенно, а с момента рождения обладает всей своей скоростью — всей своей энергией.

Вообразим на минуту, что источник света излучил фотон-недоделку: все хорошо, только скорость его меньше световой. Он уже излучен — уже существует, то есть у него уже есть масса, эквивалентная его энергии, а скорости своих собратьев он еще не набрал. И вот он начинает каким-нибудь способом тянуться за ними. Тщетно! Скорости света он уже никогда не наберет. Чем больше он будет стараться, тем Дольше будет становиться его масса, при скорости 260 тысяч километров в секунду она удвоится, при скорости дубенских протонов — более чем удесятерится, а при скорости, в точности равной световой, должна будет возрасти в бесконечное число раз, иначе говоря — эта скорость станет для него недостижимой. Воображаемый фотон-уродец уже никогда не смог бы сделаться настоящим фотоном: световой частицей. Оттого таких уродцев и не может излучить никакой источник — они не были бы электромагнитным излучением.

Поразительные создания эти фотоны! Другая скорость, чем 300 тысяч километров в секунду, для них невозможна, когда они летят через пространство, свободное от вещества. Они появляются из источника излучения, как мальки живородящих рыб: совсем готовенькие, оформившиеся до конца. Их энергия-масса не нуждается в постепенном росте, они не должны переживать медленного детства, для них словно не существует времени: в самый момент возникновения они обретают все, чем могут вообще обладать. Мы только что пожалели их, а они, оказывается, неслыханные удачники.

В такой исключительности фотонов виновата именно их нулевая масса покоя. Надо ли повторять это снова и снова?.. Но как могли ученые измерить то, чего не существует? Как умудрились они взвесить покоящиеся кванты излучения, если таковых не бывает?.. Все дело в том, что ученые шли не тем путем, какой обрисован здесь, а путем обратным: мы приняли за опытный факт то, что Эйнштейн получил как теоретический вывод. Но зато мы обошлись без всякой математики, без трудных абстрактных понятий. (Вроде «инвариантности законов природы относительно инерциальных систем координат» и других пугающих ученостей.)

Пожалуй, первое сомнение рассеялось: хотя фотоны и летят с предельной скоростью, они не становятся от этого бесконечно «тяжелыми» — не накапливают беспредельной массы. Это возможно только потому, что они ее вообще не накапливают, как и не накапливают скорости, а прямо рождаются и начинают существовать с этой предельной скоростью и никакой другой обладать не могут. Никакой! Вся их — масса одного происхождения — это масса того сгусточка электромагнитной энергии, каким является квант излучения.

Сразу приходит в голову довольно естественная мысль: так не значит ли это, что фотона нельзя не только остановить, но и затормозить, раз он по природе своей не умеет двигаться иначе, как с одной и той же скоростью? Нет, почему же: можно. Но только ценою его гибели…

Гибели?! А это как понять? Материя не уничтожима. Погибая, фотон должен кому-то завещать свою массу-энергию — все свое материальное достояние. Кто же его наследники?

Ученые узнали об этом, когда извилистая дорога познания привела их к исследованию таких волнующих воображение микрособытий, как рождение элементарных частиц и античастиц, к обсуждению таких удивительных вопросов, как вопрос о существовании антивещества и антимиров… Впрочем, это лежит пока за пределами нашего рассказа.

А нам надо попробовать распутать еще два сомнения, пожалуй, более тяжких, чем первое; наверное, самых тяжких для человека прошлого столетия, да, впрочем, и нынешнего тоже.

Глава пятая

Противоречие, которое кажется безнадежным. — «Я не умею ошибаться в триста раз!» — Не те километры и не те секунды. — Что же там происходит? — Эта скорость трижды недостижима. — Тревоги маленьких мечтателей. — Космическая печаль. — Легенда или воспоминание? — Второй автограф Эйнштейна. — Призрак, путешествующий в безвременье. — Это микрокентавры.

1

Не кажется ли вам, что мы как-то очень уж категорически разговаривали о скорости света: 300 тысяч километров в секунду. 300 тысяч и снова — 300 тысяч!.. А относительно чего эти заколдованные 300 тысяч? Мы дорассуждались даже до того, что любой фотон только такое расстояние и может пробегать в течение секунды, иначе ему не жить! Но можно ли было при этом не спросить себя: а что в течение этой секунды делал источник света — то тело, от которого фотон отделился, от которого он успел отлететь на свои 300 тысяч километров?

Хорошо, если это тело всю секунду стояло на месте. Но что, если оно тоже двигалось, скажем, вслед за фотоном и преодолело за ту же секунду, допустим, 100 тысяч тех же единиц длины? Тогда ведь фотон смог отлететь от него за это время вовсе не на 300 тысяч, а только на 200 тысяч километров: источник света не оберегал свою неподвижность — пока свет удалялся, источник нагонял свое излучение. Стало быть, скорость световой частицы относительно движущегося источника была на целую треть меньше, чем в том случае, когда источник не трогался с места. На целую треть! А мы утверждали, что скорость фотона всегда одна и та же.

Можно нарисовать картину еще более разительную. Пусть из камеры Дубенского ускорителя, как из пращи, вызывается на свободу протон-миллиардер. Дело вполне реальное: там ведь для того и разгоняют протоны до скоростей, близких к световой, чтобы в нужный момент отпустить их на свободу и послать в ядерную мишень. Нам остается только вообразить, что в тот же момент, когда протон-вольноотпущенник покидает по касательной круговой камеру, рядышком зажигается фонарик, и поток фотонов устремляется к той же мишени. Наконец в нашей власти удалить мишень на 300 тысяч километров от Дубны и поместить ее на будущем искусственном спутнике Луны. Вряд ли какому-нибудь чудаку придет в голову ставить такой опыт, но для наглядности всегда можно пожертвовать трезвой деловитостью — не пострадала бы только суть вещей.

Через секунду фотон достигнет мишени на лунном спутнике, а протон-протон-вольноотпущенник немножко от него отстанет. Однако совсем немножко: нагруженный 10 миллиардами электроновольт энергии, он движется с громадной скоростью, пробегая почти 299 тысяч километров в секунду. Фотон успеет уйти от него всего на 1 000 километров с небольшим.

Теперь еще раз стоит пожертвовать здравым смыслом: повторим этот опыт, но вдобавок посадим фонарик верхом на протон. В то же мгновение, когда наш вольноотпущенник и световой луч покинут Дубну, к лунному спутнику помчится вместе с протоном и сам источник света. Через секунду фонарик отстанет от собственного потока фотонов на те же 1 000 километров, на какие отстанет оседланный фонариком протон.

Стоя в неподвижной Дубне на неподвижной Земле, мы, казалось бы, сразу убедимся, что скорость света зависит от скорости испускающего его источника. 300 тысяч и 1 000 — можно ли не заметить такой огромной разницы! Но если бы это было верно, — а еще в конце XIX века никто не сомневался, что это верно, — то за одну злополучную секунду рухнули бы все построения современной физики: скорость света оказалась бы вовсе не постоянной величиной, и фотон относительно других тел мог бы двигаться с разными скоростями, и говорить о каком-то пределе для физических скоростей было бы бессмысленно, и писать формулу Е = М·С2 тоже стало бы бессмысленно, между прочим, еще и потому, что сделалось бы совершенно неизвестным, какова же тут величина С: в одних случаях она была бы одна, в других — другая.

Нет, что-то здесь неладно!

И дело представится как будто совсем уж безнадежным, если вспомнить, что неподвижная Дубна на неподвижной Земле — тоже условность. Земля летит вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Мы могли и не сажать фонарик на протон: покоясь в Дубне, фонарик уже и так сидит на движущейся Земле. Вместе с нею он догоняет собственный луч, если посылает свет по направлению движения Земли, и убегает от собственного луча, если шлет его в противоположном направлении. В первом случае Земля с фонариком за секунду нагоняет луч на 30 километров, во втором — на столько же удаляется в другую сторону. Вот вам две скорости света относительно Земли: (300 000 — 30) и (300 000+30).

Но и это не все. Солнце тоже отнюдь не приклеено к неподвижному небосводу. Да и неподвижного небосвода тоже нет. Млечный Путь движется относительно других галактик. А они, в свою очередь… Словом, это сказка без начала и конца. И мысли не на чем остановиться, как на чем-то наверняка неподвижном. И не к чему отнести перемещение фотона, чтобы с облегчением сказать, наконец, о каких 300 тысячах километров в секунду идет речь, когда заводится разговор о скорости света и ее странном постоянстве.

2

Так, может быть, вернуться к представлению о вселенной, как об аквариуме со стоячей водой? Может быть, снова повесить в необъятном зале природы призрачный занавес из абсолютно неподвижного и абсолютно непонятного мирового эфира?

А потом еще усесться в кресло перед этим воображаемым занавесом и с удовольствием наблюдать, как пробегает по нему световая дрожь — всегда одинаково быстрая в любых направлениях. А потом говорить, что вот эта-то ее быстрота и есть постоянная скорость света — «эфирного создания», в прямом и точном смысле слова.

Но нет, теперь уж и сам эфир ничему не поможет! В этом легко убедиться, приделав к нашему креслу колесики. Прокатимся вдоль неподвижного занавеса вслед за каким-нибудь световым лучом. Мы нагоним его за секунду на 30 километров, если будем катиться со скоростью Земли. И вот уже скорость этого луча относительно нашего кресла будет меньше, чем относительно эфира. А мы утверждаем, что она всегда постоянна!

«Мы утверждаем»?

Да нет же, это вовсе не результат логических рассуждений, это утверждает опыт.

И нам легко представить себе, как изумлены были физики XIX века, когда еще сравнительно молодой экспериментатор из Чикаго Альберт Майкельсон опубликовал в 1881 году первые результаты своих знаменитых измерений и показал, что скорость света не уменьшается оттого, что источник вместе с Землей летит сквозь неподвижный эфир и догоняет световой луч. Нам легко представить себе изумление физиков, потому что, по совести говоря, мы сами сегодня удивляемся этому факту не меньше современников Майкельсона.

Однако, сколько ни удивляйся, факт остается равнодушным к нашим недоумениям. Опыт в науке — высшая инстанция: его приговоры обжалованию не подлежат. Данные чикагского физика, как мы уже знаем, проверялись во все новых и новых экспериментах с величайшей точностью. И оставались неопровержимыми — скорость света не зависит от движения источника.

Майкельсон увидел в своих измерениях приговор гипотезе неподвижного эфира. Он выразился об этой гипотезе теми словами, какими шахматиста говорят о несостоятельной шахматной комбинации: «Она не корректна». Но дело было глубже: видимо, уже нельзя было по-старому смотреть на пространство и время! Через двадцать с лишним лет это показал Эйнштейн, который родился как раз тогда, когда Майкельсон задумывал свои опыты.

Эйнштейн увидел в постоянстве скорости света — в бесспорном опытном факте — один из основных законов природы. Математически, пожалуй, никакой другой закон не выражается так коротко и ясно. Но физически, пожалуй, никакой другой закон не кажется таким таинственным.

Да разве мы уже не ощутили этой таинственности, посадив фонарик на дубенский протон и заставив его погнаться с огромной скоростью вслед за собственным лучом? В самом деле, в какое странное положение попал фонарик… Мы следим за этой гонкой с Земли. У нас в руках надежнейшие приборы — нам «все видно». Вот был дан старт: фонарик испустил фотон и в то же мгновение сам сорвался с места. Наши земные часы оттикали секунду. Фотон достиг мишени на лунном спутнике. Фонарик отстал. За нашу земную секунду фотон отдалился от Земли на 300 тысяч наших земных километров, а от фонарика — только на 1 000 тех же земных километров. Значит, его скорость по отношению к летящему вслед фонарику равна, по нашим земным наблюдениям, 1 000 земных километров в одну земную секунду.

Так представляется дело нам. А фонарику? Вот тут-то и начинаются странности. Скорость света всегда постоянна — по отношению к любому «телу отсчета». Опыт Майкельсона доказал, что световому лучу совершенно безразлично, летит ли вслед за ним Земля или нет: он от нее удаляется с неизменной своей скоростью. Земля могла бы лететь и в 10, и в 100, и в 1 000 раз быстрее или медленнее — световой луч, пущенный с нее, не обратил бы на это никакого внимания.

И вот получается, что если бы можно было на стремительный дубенский протон взгромоздить вместе с фонариком сверхкрошечного фонарщика Майкельсона с его точнейшей измерительной аппаратурой, этот микротезка знаменитого физика прислал бы нам (невероятное, казалось бы, сообщение:

— А знаете ли, фотон удаляется от меня со скоростью триста тысяч километров в секунду.

— Вздор! — воскликнули бы мы. — Вы ошиблись в триста раз: не триста тысяч, а только около тысячи. Нам с Земли это отлично видно!

— Дорогие земляне! — холодно ответил бы фонарщик. — Мой однофамилец из Чикаго был признанным виртуозом точности. Я — его подобие. Я не умею ошибаться в триста раз! Мои часы перед отлетом были точно сверены с вашими. Мои линейки были градуированы по парижскому эталону Метра. Как же вы позволяете себе говорить — «вздор»…

— Простите! — извинились бы мы. — Сорвалось с языка… Но, может быть, по дороге что-то случилось с вашими линейками и часами? — осенила бы нас внезапная мысль.

Фонарщик на протоне пожал бы своими микроплечиками и коротко ответил бы:

— Не знаю, не замечаю! У меня все в порядке.

Но мы, однажды осененные этой неожиданной мыслью, так легко ее уже не оставили бы. За этой неясной пока догадкой-) перед нами забрезжила бы надежда на выход из тяжкого положения, в которое поставил нашу мысль — нашу жажду ясности — закон постоянства скорости света.

3

В самом деле, будем снова руководствоваться девизом — только факты и логика, логика и факты! Раз факт ставит мысль в тупик, логика должна ее вывести из тупика.

У нас уже есть опыт: невозможность догнать световой луч, или, иначе говоря, нулевая масса покоя фотона, заставила нас прийти к логическому выводу, что масса тел зависит от их скорости — растет вместе с нею. Вот и сейчас — беда произошла только оттого, что протон с фонариком движутся относительно Земли. Сидел бы протон спокойно в Дубне, и нас не мучили бы сомнения: ничего удивительного не было бы в том, что скорость света по отношению к нему такая же, как и по отношению к Земле, на которой он примостился. Наоборот, было бы чудом; если б тут обнаружилось какое-нибудь различие.

Но не меньшее чудо, что протон полетел за лучом, а разницы снова не оказалось! И сразу видно: чем быстрее летит фонарик за своим фотоном, тем разительнее чудо.

Удалялся бы фонарик от Дубны со скоростью 1 километр в секунду, фотон опередил бы его на 299 999 земных километров. Гномик Майкельсон, конечно, продолжал бы утверждать, что нет, фотон все равно ушел от него на 300 тысяч километров. Но разница была бы так ничтожна, что на опыте установить ее вряд ли удалось бы. Даже Майкельсону! А вот когда фонарик на протоне догоняет фотон за нашу земную секунду на целых 299 тысяч километров и расстояние между ними становится совсем пустяковым — как от Москвы до Харькова, — а на деле оказывается, что фотон все-таки убегает ст фонарика со скоростью 300 тысяч километров в секунду, тогда чудо встает во весь свой рост.

А в чем, собственно, состоит это чудо?

Мы видим с Земли: за протекшую земную секунду фотон ушел от фонарика на 1 000 земных километров — только на 1 000. А гномик Майкельсон упрямо сообщает о 300 тысячах. Значит, чудо состоит в том, что каким-то образом в 1 000 земных километров, пройденных за земную секунду, умещаются — с точки зрения фонарщика на протоне! — 300 тысяч километров, пройденных тоже за секунду.

Что нам, землянам, остается думать? Да только одно: часы и линейки на летящем протоне показывают не те километры и не те секунды, какие показывают наши покоящиеся линейки и наши покоящиеся часы. Не видно никакого другого предположения, которым логика могла бы победить случившееся чудо, то есть объяснить необъяснимое.

Правда, можно предположить, что у гномика на летящем протоне «врут» только часы или только линейки. Но скорость — это расстояние, деленное на время. И уж если у быстро движущегося наблюдателя происходят чудеса с измерением скорости фотона, то естественней думать, что в этом повинны оба участника дела — и часы, измеряющие время, и линейки, измеряющие расстояния. Нет оснований отдавать предпочтение чему-нибудь одному.

Остается заметить, что в жизни протона, фонарика, фонарщика Майкельсона, часов и линеек произошло лишь од-но-единственное изменение: раньше они покоились на Земле, а теперь находятся по отношению к ней в движении, да еще с огромной скоростью. Всякие иные перемены, какие могли бы приключиться с ними, начиная с поломки часов и кончая гриппом у гномика, можно было бы заранее устранить или избавиться от них в пути: часы — починить, грипп — вылечить… Но одного устранить нельзя — скорости их полета! Иначе не о чем было бы разговаривать: если скорость «устранена», значит они по-прежнему покоятся в Дубне.

Итак, снова скорость, скорость движения как причина всех бед! Зря было сказано, что чудеса происходят именно у быстро движущегося наблюдателя. Если он движется медленно, его часы и его линейки все равно показывают уже не те километры и не те секунды, какие показывают линейки и часы на Земле. Просто при малой скорости изменение масштабов времени и расстояния не так заметно. Вот и все.

Для нас это уже не новость: ведь точно то же самое мы обнаружили, когда должны были примириться с возрастанием массы тел при возрастании их скорости. Наш полуторатонный спутник Солнца «прибавил в весе» один миллиграмм, когда обрел вторую космическую скорость — 11,2 земного километра в земную секунду. Один миллиграмм — это одна полуторамиллиардная доля первоначальной земной массы ракеты. А дубенский протон, став миллиардером, более чем удесятерил свою массу, точнее — увеличил ее почти в двенадцать раз. Громадная разница. Ее причина — только различие в скоростях: протон летит в 27 тысяч раз быстрее космической ракеты.

Вот так же обстоит дело и с изменением масштабов времени и длины на движущемся теле: и это изменение тем значительней, чем скорость выше.

И возникает невольная догадка: если масса Дубенского протона изменилась по вине скорости его полета почти в двенадцать раз, то, может быть, земные часы, попав на этот протон, изменили ритм своего хода тоже почти в двенадцать раз, а земные линейки тоже в двенадцать раз изменили свою длину? Тогда и для ракеты должна быть справедлива такая догадка: секунды и метры на ней, как и масса ее, изменились на одну полуторамиллиардную долю земной секунды и земного метра. Изменение ничтожное. И это нам понятно: как ни велика вторая космическая скорость, она мизерна по сравнению со световой.

А что уж говорить о повседневных земных скоростях — об океанских лайнерах, о гоночных автомобилях, курьерских поездах, реактивных самолетах. О велосипедистах и пешеходах наконец… В который раз повторим: мы живем в мире медленных вещей. Скорость звука — 300 с лишним метров в секунду — в миллион раз меньше скорости света, а для самолетов это еще недавно был предел. И хотя часы на руке летчика идут немножко по-другому, чем на аэродроме, а летит он, конечно, по своим часам, никто не смог бы уличить его в нарушении расписания полета: миллиардные и триллионные доли секунды — это ничто по масштабам человеческих представлений.

Наше рассуждение по сходству правильно: с изменением скорости по одному и тому же закону изменяются и масса движущегося тела, и течение времени на нем, и расстояние в направлении движения. Вот только надо бы еще рассудить, будут ли часы отставать или спешить, а линейки сокращаться или удлиняться?

4

Конечно, мы могли бы логически добыть ответ и на этот вопрос, так же как мы логически рассудили, что масса должна возрастать вместе с возрастанием скорости тела. Однако логика — оружие не только могущественное, но еще и очень громоздкое. Туг нужны слова, слова, слова… Правда, у нас есть веское оправдание для многословия: придравшись к удивительной — нулевой! — массе покоя фотона, мы сумели с неизбежностью прийти к ряду новаторских идей физики XX века, которая рисует хоть и непривычную, но гораздо более истинную картину движущейся материи, чем та, какая рисовалась науке прежде.

А теперь поверим физикам на слово: секунды увеличивают свою длительность на движущихся часах, а линейки сокращают свою длину в направлении движения. Заметьте: главное, то есть то, что масштабы времени и расстояния с нашей, земной, точки зрения должны стать для гномика на протоне другими, чем для нас на Земле, — это мы вывели сами, а у физиков мы попросили помощи только в расшифровке количественной стороны дела — какими же другими? И физики нам отвечают: по мере приближения скорости тела к световой часы на этом теле замедляют ход, а длина тела в направлении полета все укорачивается. Оттого-то для нашего фонарщика Майкельсона величина 1 000 земных километров за одну земную секунду смогла «вместить в себя», когда измерял он скорость фотона, такую громадную величину, как скорость света: он замерил 300 тысяч других километров в другую секунду — более коротких километров в более длительную секунду!

Но вот что тут особенно важно: ход часов — это физический процесс. Периодический процесс. В любых часах что-то равномерно колеблется или равномерно вращается, отмеряя для нас равные промежутки времени. Так, сама Земля — гигантские часы: один ее оборот вокруг оси занимает промежуток времени, который люди назвали сутками. Для удобства человек разделил сутки на часы, часы на минуты, минуты на секунды. Но сначала-то время для нас отсчитывает равномерное вращение Земли. Так и атом может служить часами: вокруг ядра равномерно вращаются электроны. Только атомные «сутки» были бы для нас неудобны — очень уж они коротки.

И вот что получается — снова с неизбежностью: раз на движущемся теле часы замедляют ход, значит там замедляются любые периодические процессы. Атомы в кристаллических решетках ленивей колеблются. Электроны в атомах медленнее вращаются. Ядерные частицы слабее пульсируют, Все происходит, как прежде, когда тело покоилось на Земле, но все происходит в другом ритме.

Фонарщик Майкельсон рассердился на наше грубое восклицание «вздор». Он разволновался и даже решил сосчитать свой пульс. Взял часики, микропальчиком прижал микрозапястье и убедился: пульс — 72. А если бы земной врач мог сосчитать его пульс по земным часам, он решил бы, что гномик почти мертв — пульс его был бы в двенадцать раз медленнее: не 72, а 6. Но перенесшийся на протон, летящий со скоростью около 299 тысяч километров в секунду, земной врач тоже ничего не заметил бы. «Ну, поволновались, и ладно, — сказал бы он гномику, — семьдесят два — отличный пульс, поверьте!»

И укорочение длины линеек в направлении движения — тоже реальный физический процесс, которого сам наблюдатель никак не мог бы обнаружить, потому что все вокруг него и в нем самом подвергается такому же сокращению. Атомы сплющиваются, словно вместе со всем телом наблюдателя грудью прокладывают себе дорогу вперед, а какая-то преграда им мешает. В направлении движения сплющиваются молекулы. Ячейки кубической кристаллической решетки превращаются в параллелепипеды, шары — в эллипсоиды, круги — в эллипсы… Скорость света в этом смысле подобна какой-то невидимой преграде, о которую сплющиваются тела: чем ближе к этой скорости, тем больше сокращение расстояний в направлении движения.

Так легко подсчитать, что земной шар, летя вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду, уплощается по диаметру вдоль линии полета примерно на 6 сантиметров. И если бы вращение Земли вокруг Солнца стало бы вдруг заметно быстрее, это уплощение стало бы еще значительней, а земные часы замедлили бы свой прежний ритм и стали бы уже не прежними часами.

Нет универсальных часов и универсальных линеек! Пространственно-временные отношения в природе изменчивы. Они прямо зависят от относительного движения материальных тел.

5

И снова: это относительное перемещение материи не может происходить со скоростями большими или равными световой. Раньше старому учителю открылось одно препятствие для достижения скорости света — масса тела возрастает до бесконечности при подходе к этому пределу. Теперь возникли еще два неодолимых препятствия: собственное время движущегося тела бесконечно замедляется с приближением скорости к световой, а собственная его протяженность в направлении движения бесконечно сокращается.

Вообразим ракету, летящую со скоростью фотона. Она стала бесконечно тяжелой, часы на ней перестали идти, а сама она превратилась в плоского призрака, утратив длину в направлении полета. У всякого тела три измерения: высота, ширина, длина. Секунды на нашей ракете сделались бесконечно долгими, а длина сморщилась до нуля. Исчезнувшее время и потерянное измерение — вот цена скорости света! Слишком дорогая цена. Мы сказали: вообразим такую ракету. Но, оказывается, ее нельзя вообразить. Она бессмыслица, праздный вымысел, вздор.

Скорость света трижды недостижима. Три запрета поставила природа перед материальными телами, стремящимися к этой скорости, и все три запрета нерушимы!

Но вот тут-то и возникает последнее наше тяжкое сомнение, от которого не уйти: все-таки что же такое загадочный фотон, который наперекор этим трем запретам и материален и движется с запрещенной скоростью света? Нулевая масса покоя позволяет ему только с такою скоростью и существовать. Но эта же скорость превращает его для любого наблюдателя в плоского призрака с двумя измерениями. И эта же скорость лишает его собственного времени — каждая секунда по «фотонным часам» равна вечности. Помните, мы говорили, что для фотона словно бы не существует времени? Это действительно так.

Что же он такое, этот фотон, эта частица света, в материальности которой нельзя сомневаться? Частица ли он? Тело ли он в том смысле, в каком мы говорим о других материальных телах? Вот в чем состоит наше последнее сомнение.

Но давайте отправимся на минуту в область фантастики просто так — для роздыха, и еще для того, чтобы отвлеченности, заполнившие предыдущие страницы, немножко оделись для нас в плоть удивительной реальности завтрашней техники и коснулись жизни размышляющих о будущем людей.

6

У каждого десятилетия — свои научные страсти. У каждого поколения мальчиков — свои всепоглощающие увлечения.