Свет и время. Размышления на границе естествознания и Богопознания

Радиоволны, как и свет, являются электромагнитными колебаниями. Не будь резонанса, наши радиоприемники не могли бы работать. Каждая отдельная радиостанция передает сигнал определенной частоты. Настраивая приемник на желаемую станцию, мы приводим в соответствие собственную частоту приемника с частотой передаваемого ею сигнала. В то же время мы исключаем все другие частоты. В противном случае приемник стал бы принимать сразу несколько разных передач, отчего вышла бы полная неразбериха. Именно резонанс обеспечивает настройке точность, достаточную для приема любой желаемой передачи без помех со стороны других передач.

Все системы радиосвязи и радионавигации, охватывающие авиацию, ракеты и спутники, были бы невозможны без явления резонанса.

Световые или звуковые волны расходятся из точечного источника, словно радиусы из центра сферы. Фронты этих волн (волновые поверхности) всегда перпендикулярны направлению распространения, то есть образуют сферические поверхности, удаляющиеся от центра излучения. Интенсивность излучения неизбежно должна резко падать по мере отдаления от источника.

С другой стороны, если волны излучаются параллельно и поэтому не рассеиваются, интенсивность излучения сохраняется. Все волновые фронты создают плоскую поверхность, перпендикулярную направлению излучения: это достигается, между прочим, в луче лазера.

Когда атому сообщается некоторая энергия, он возбуждается, то есть поднимается на более высокий энергетический уровень. Возбужденный атом неустойчив и стремится немедленно вернуться в свое обычное состояние. При этом он испускает энергию в виде света некоторой частоты, характерной для данного рода атомов.

Физики заметили также, что если свет от одного возбужденного атома задевает другие возбужденные атомы, то они могут испустить свет той же частоты, что и первоначальный. Этот вызванный свет совпадает с вызвавшим светом по направлению и по фазе. Мы говорим тогда, что атомное излучение когерентно или созвучно. Именно этот резонансный эффект положен в основу конструирования и использования лазеров.

Посредством лазеров физики смогли создать излучение с немыслимой прежде устойчивостью частоты. Испускаемый лазером луч света очень близок по форме к плоской волне и поэтому способен сохранять свою интенсивность в гораздо большей степени, чем обычный световой луч. Это позволяет пользоваться им в самых различных областях, от внутриглазных операций до космической связи.

Двойственная природа света

Пользуясь теорией света как теорией электромагнитных колебаний, можно объяснить большинство его свойств: отражение, преломление на границе двух сред, цветовой состав, отклонение при проходе через малые отверстия и прочие интерференционные явления. Интерференцией называется столкновение и взаимодействие двух или более волн в отдельной точке или области.

Но не все свойства света объясняются волновой теорией. Сюда относятся явления, связанные с фотоэффектом (фотоэлементы), люминесценцией (испусканием света) и так называемой термически вызванной радиацией. К созданию фотоэлементов привели опыты, в которых некоторые металлы испускали электроны под воздействием света. При тщательном изучении энергетических состояний этих электронов обнаружилось, что ими усваивалась световая энергия и притом отдельными небольшими порциями.

Все приводимые ниже явления объяснимы только в случае признания света потоком мельчайших заряженных частиц, энергетических квантов, именуемых фотонами. Именно для объяснения термически вызванной радиации Макс Планк предложил квантовую теорию, которая стала основой всего физического описания природы.

Итак, свет одновременно обладает свойствами частицы и волны и должен признаваться и тем и другим. Но тут есть одно затруднение: названные свойства воспринимаются нами как несовместимые. Основываясь на обычных (макрофизических) рассуждениях, невозможно составить представление о свете как волне и потоке заряженных частиц вместе. Это выходит за пределы нашего разумения. Наш ум не в силах вообразить ничего подобного. И, тем не менее, свет представляет собой и волны, и частицы одновременно, или что-то высшее и большее, в чем сочетаются свойства обеих, но что нам не дано уразуметь, то есть просто СВЕТ.

Понемногу выяснилось, что удивительная двусторонняя природа света, которую всемирно известный физик Нильс Бор обозначил словом дополнительность, присуща множеству физических явлений. Оказалось, что дополнительность господствует во всей ядерной физике.

Например, электроны, которые долго считались просто элементарными частицами материи, при некоторых опытах проявили волновые свойства. Их интерференция оказалась очень похожей на световую. Степень нашего признания электрона волной или частицей зависит от типа нашего измерительного прибора.

Итак, электрон можно рассматривать как волну и частицу одновременно. О свете можно сказать то же самое. Этот вывод не зависит от технических сложностей опыта, а есть фундаментальное ограничение, обязательное для всякого научного метода, и его невозможно преодолеть. Это ограничение, справедливое для всех дополняющих параметров, покоится на собственных отношениях и взаимной зависимости между объектом и измерительным устройством.

Если, например, в атомной физике нам понадобилось установить на опыте и скорость (у) и положение (х) некой частицы, то придется признать, что мы не можем получить точного значения этих величин. Обозначим неопределенность измерения обоих параметров А х и А V соответственно. Принцип неопределенности, введенный В. Гейзенбергом, говорит, что произведение неопределенностей измерения невозможно уменьшить ниже некоторого минимального значения. Математически это записывается так:

где п — так называемая постоянная Планка, а т — масса частицы. Следовательно, нет возможности точно определить местоположение электрона в пространстве и одновременно измерить его скорость. В принципе, мы можем продемонстрировать, что частица находится в некой точке, только наблюдая ее там. Но для такого наблюдения

требуется крайне коротковолновый свет или гамма-лучи. А этот свет неизбежно столь мощно подействует на частицу, что она отлетит прочь с непредсказуемой скоростью.

Введенный Н. Бором принцип дополнительности можно сформулировать так: для всякого физического параметра есть дополнительный параметр, и соотношение обоих параметров таково, что нет никакой возможности точно определить оба параметра в ходе одного опыта. Если в поставленном опыте один параметр точно определяется, то другой неизбежно остается неопределенным и наоборот.

Принцип неопределенности выражает некое существеннейшее свойство природы. Из него следует, что простое и понятное описание природы невозможно. Тем-то и характерна новая физика, что она отказалась от требований понятности.

Позже мы еще обсудим, почему этот подход может оказаться важным не только в чистой физике, но и в других областях.

В итоге мы обязаны заявить: свет — это отдельное и цельное явление. Его значение для нашей жизни — основное и решающее. Он же является главным переносчиком потоков энергии во всей Вселенной.

Свет представляется нам (через физические опыты и их истолкование нашими органами чувств) в двух различных образах, кажущихся взаимно непримиримыми в пределах логического мышления и нашего постижения. Из этого очевидного противоречия нет выхода. Науке пришлось с этим смириться.

Какие же общие выводы можно сделать из результатов физических исследований?

   1.  Мы не можем просто пренебречь явлениями или свойствами, которые выглядят взаимно противоречивыми, объявив их неверно установленными, мнимыми или неполными. Мы не можем достоверно знать, что такие явления сами по себе исключают друг друга.

   2.  Нам не следует отметать упомянутые явления как несущественные, тривиальные или нестоящие внимания. Их знание может оказаться решающим для человечества. Хотя никто не способен полностью понять, что такое свет или электрический ток, все же любой ребенок, повернув выключатель, может использовать оба явления полностью.

   3.  Возможности нашего логического мышления ограничены. Пока оно прилагается к разрешимым задачам или к наблюдаемым явлениям, его выводы можно легко проверить. Но когда оно занимается явлениями, познаваемыми лишь по их воздействию на измерительные приборы или по оставленным ими следам, мы больше не можем настаивать на требовании, чтобы его выводы были понятны и однозначны.

Материя не существует — она происходит

В наши дни всякий образованный человек знает кое-что из атомной физики о внутреннем строении вещества из атомов и молекул.

Но, зная эту теорию, мы не всегда способны осознать, что карандаш в руке, книга перед глазами, вещество отдельной буквы — все это сложено из бесчисленного множества атомов, частиц столь малых, что ряд из десяти миллионов атомов без промежутков прикроет лишь один миллиметр.

Если бы у нас было столько кирпичей, сколько атомов в одном кубическом сантиметре воздуха, мы могли бы покрыть ими всю земную поверхность на высоту 180 метров. Или будь у нас столько же атомов водорода, сколько капель воды во всех земных морях, то все вместе эти атомы весили бы лишь 50 граммов.

   4.  Каждый отдельный атом — это крохотное, хитрое устройство с положительно заряженным ядром в центре и отрицательными электронами, кружащимися по орбитам вокруг ядра. Диаметр атомного ядра водорода составляет около одной стотысячной всего атома. На рис. 10 изображен атом водорода с ядром, для наглядности увеличенный в тысячу раз относительно реальных пропорций атома. Следовательно, ядро и электроны занимают лишь малую часть атомного объема, а остальное — пустое пространство. Тут невольно напрашивается сравнение с солнечной системой: Солнце и планеты занимают ничтожную долю объема той части мирового пространства, где они движутся.

Рис. 10. Атом водорода состоит из ядра и одного электрона на орбите. На этом рисунке ядро увеличено в 1000 раз по сравнению с истинными пропорциями ядра и всего атома.

Планетарную модель атома первым предложил физик Эрнст Резерфорд. Он направил поток альфа-частиц (ядер гелия), испускаемых радиоактивным элементом радием, на металлическую фольгу толщиной в несколько сотых долей миллиметра. Оказалось, что большинство альфа-частиц прошло сквозь фольгу почти без помех — будто бы ее и не было. Только некоторые частицы, проходя фольгу, заметно отклонились.

Объяснением должно служить то, что эти отклонившиеся альфа-частицы столкнулись с небольшими массивными объектами — атомными ядрами. Прочие же, чьи траектории не показали значительных отклонений, могли столкнуться только с легкими электронами, отбрасывая их прочь своей в семь тысяч раз превосходящей массой.

Дальнейшие исследования показали, что атомные ядра отдельных элементов состоят из различных количеств элементарных частиц — протонов и нейтронов. С этого начались непрекращающиеся открытия новых элементарных частиц.

Все, что мы зовем материей,— предметы, с которыми мы сталкиваемся каждый день, столь твердые, массивные и плотные,— на деле, в основном, оказалось пустотой. Если вообразить, что из одного кубометра железа удалена вся пустота, то оно должно сжаться в кусок, объемом менее одной десятитысячной кубического миллиметра. Но поскольку масса атомов сосредоточена в ядрах, этот крошечный кубик будет весить около восьми тонн. Его плотность составит 140 биллионов г/см3. Но и это меньше плотности нейтронной звезды (см. раздел «Космос»). Что касается нас самих, то немного осталось бы от наших тел, не будь они заполнены внутриатомным пространством,— разве только малая пылинка, еле видная под лупой.

Изучая Вселенную, современные астрономы пользуются еще и радиоволнами, поступающими из космических источников, так называемым радиошумом. У него разные причины, среди которых возможны даже столкновения звездных систем (галактик).

Такие столкновения вовсе не ведут к соударению отдельных звезд. Галактики настолько просторны, что, сталкиваясь, проходят друг друга насквозь так, что отдельные звезды не задевают друг друга. Между звездами остаются промежутки во много световых лет.

Мы уже указывали, что и атомы устроены столь же просторно. Однако нас не удивляет, что взяв бутылку и метнув ее в бетонную стену, мы не найдем ее целой с обратной стороны. Мы достаточно опытны, чтобы знать, что так не бывает. Причина тому — не нехватка простора для отдельных частиц, атомных ядер и электронов, составляющих данный предмет. Между ними довольно пространства, чтобы предметы без помехи проходили друг сквозь друга. Когда два

предмета сшибаются, это невозможно объяснить столкновением их элементарных частиц. Причина не в этом. Особые атомные силы не допускают слишком тесного сближения частиц и тем исключают сквозное взаимопрохождение объектов.

Следовательно, есть возможность вообразить себе два разных мира в пределах одного пространства и времени, вполне реальных, со своими горами, долинами, реками, лесами и людьми, из которых один свободно проходит сквозь другой, и ни один из них «не знает» о другом. Но лишь при одном условии: атомные силы в материале обоих миров не будут взаимодействовать.

Человек не может изменить эти внутриатомные силы. Но стоит заметить, что нейтроны, лишенные заряда и участвующие в построении атомных ядер, гораздо меньше, чем другие атомные частицы (то есть протоны и электроны), они подвержены действию атомных сил, кроме тех случаев, когда им доводится попасть прямо в ядро. С какой-то призрачной легкостью нейтроны проникают сквозь толстые слои материи. Именно они, не имеющие заряда и летящие со скоростью света, замечательны своей немыслимой проникающей способностью. Нейтрон может пролететь сквозь тысячи километров вещества без задержки.

Ядра некоторых радиоактивных элементов испускают электроны. При некоторых других процессах электроны могут усваиваться атомами. Размеры электрона, однако, не позволяют ему поместиться внутри атомного ядра. Следовательно, когда электрон испускается ядром, он должен возникнуть в этот самый момент. Соответственно он должен исчезнуть как таковой в момент его усвоения атомным ядром.

Мы составили представление об обширных пустых пространствах в мире атомов. Но когда речь заходит об элементарных частицах, составляющих атомы, о протонах, нейтронах и электронах, мы могли бы подумать, что тут-то, наконец, нашлось что-то конкретное, что-то существенное, какие-то мельчайшие, неизменные, определенные частицы, которые и определяют свойства материи.

Однако мы не можем сказать, что такое эти частицы — если они вообще существуют. Понятие частицы, как небольшого скопления, состоящего из чего-то, ни в коем случае не должно переноситься в атомный мир из нашего макросмического опыта.

Путем углубленных ядерных исследований, физики неизбежно пришли к отказу от представления о материи, как о чем-то субстанциональном. Материя — энергия, силовые поля, волны, колебания, нечто постоянно изменяющееся, но никак не субстанция. Материя не существует, она происходит. И физик не может сказать, откуда взялась материя со всеми ее свойствами. Это вне его разумения. Именно тут положен предел нашим знаниям и нашим способностям. Но все же практически полезно держаться представлений о материи, состоящей из атомных частиц.

Законы природы и причинность

Что такое закон природы?

Всякий исследователь регистрирует и измеряет природные процессы. Те явления, которые регулярно повторяются и происходят достаточно часто, можно разделить на группы по сходству. Вникая глубже, можно отыскать некоторые явные соотношения между отдельными элементами некоего процесса. Так возникает гипотеза, то есть предварительная попытка объяснить данное явление или указать на его закономерности. Если новые опыты и наблюдения подтвердят гипотезу, то ее можно назвать теорией. И если результаты постоянных проверок теории ни разу не отвергли ее, то эта теория возводится в ранг закона.

Итак, единственный путь к установлению закона природы проходит через наблюдения тех явлений, которые либо часто повторяются сами по себе, либо легко повторимы в эксперименте. Отсюда ясно, что законы природы не охватывают всего существующего и даже всего известного.

В жизненно важной области изучения света и атомов мы встретились с обстоятельствами, имеющими огромную важность. Именно они формируют современный подход к понятию причинности.

Закон причинности гласит, что все происходящее имеет причину. На этом законе основана физика и вообще всякое мышление. Каждое явление мыслится частью причинного ряда, звеном в неразрывной цепи причин и следствий. Законом причинности утверждается детерминизм — уверенность в том, что данное состояние физического мира полностью определяет его будущие состояния.

Выясняется, однако, что такая физическая предопределенность, следующая классическим понятиям о причинности, не вполне осуществляется в самой сердцевине материи — атомной физике. Известная причина не всегда вызывает определенный результат. Иными словами, не всегда есть возможность заранее рассчитать исход элементарного атомного процесса. Такое положение называется индетерминизмом.

В своих лекциях («Наука и человеческая мысль», 1954, стр. 41) Роберт Оппенгеймер говорит: «Мы научились принимать, а со временем и понимать, что поведение атомной системы не вполне предсказуемо; что для многих атомных систем с одинаковым прошлым и, скажем, с одинаковым нынешним состоянием, возможно статистическое предсказание того, что с ними будет, если их оставят в покое или как они будут реагировать на вмешательство извне. Но во всем наборе наших средств нет ни одного, способного показать, что в действительности будет делать один отдельно взятый атом. В самом сердце физического мира мы находим конец той полной причинности, что была существеннейшей чертой ньютоновской физики».

А вот как высказался профессор Л. Розенфельд, читая свою вступительную лекцию в Утрехтском университете в 1942 году: «Открытие квантовых законов (выполняющихся в атомной физике), которые для классической причинности кажутся иррациональными, вынудило нас отказаться от ненарушаемой причинности. Но этот отказ, навязанный нам именно увеличением наших познаний, никак не значит ничего похожего на поражение. Мы приняли этот отказ, продолжая стремиться к новому синтезу».

Эти характерные признания сделаны двумя из числа пионеров атомной физики. Конец строгой причинности потряс Их обоих.

Другие, как Эрвин Шредингер и прежде всего Эйнштейн, так и не смогли принять новую точку зрения. Между Эйнштейном и Бором происходила глубокая дискуссия на эту тему.

В наши дни новые знания не создают больших проблем для физиков. То, что в принципе невозможно одновременно определить, например, скорость электрона и его положение в пространстве, исключает точные и причинно-следственные описания атомных явлений. Можно сказать, что некоторые атомные процессы просто не имеют причин. Только при рассмотрении большого числа таких процессов можно статистически рассчитать, что может случиться. Следовательно, в атомной физике причинность, то есть отношение типа причина -* следствие, должна быть заменена вероятностью.

Далее Розенфельд показывает, как по ходу развития науки пере-осмыслилось само понятие причинности. Незаметным образом принцип причинности превратился в научном арсенале в нечто иное, чем простая логическая схема, которая позволяла сжато группировать явления при изучении их взаимных отношений. Он также упомянул, что с понятием причинности бывали связаны иллюзии и заблуждения, возводившие в ранг вечной истины то, что было просто временным подспорьем мышления.

Тот факт, что природные явления в целом, и в повседневной жизни, и при изучении макрокосма, выглядят зависящими от причин, объясняется тем, что все эти явления состоят из бесчисленных единичных процессов. Но даже если и можно проследить за одним из единичных процессов, то самое их множество вынуждает к вероятностным расчетам возможных результатов.

Попробуем разъяснить этот вопрос еще отчетливей, ссылаясь на статью Трюгве Хольтебека, доктора физики университета в Осло («Церковь и культура», № 3, 1977).

Возьмем отдельный атом. Согласно классическим законам, его будущее задается его прошлым. Но, как стало известно, прошлое не определяет будущего. Оно только предлагает вероятности, из которых нужно выбирать. Атом радия сам находит миг, когда ему распадаться, а атом урана — способ собственного расщепления. Мы узнаем результат выбора только после того, как что-то произойдет.

Механический детерминизм подразумевает, что между прошлым, настоящим и будущим нет действительной разницы. То, что называется настоящим, есть просто место наблюдателя внутри плотно замкнутой системы.

Но в квантовой физике получается иная картина, в которой прошлое, настоящее и будущее решительно различаются. Прошлого нельзя изменить. Его полней всего характеризует наложенный им отпечаток. Будущее существует только как более или менее вероятная возможность. Настоящее можно назвать временем выбора между возможностями, заданными прошлым; выбора, который в свою очередь оставит оттиск по себе и тем превратит будущее в прошлое.

Разговор о выборе в связи с атомными процессами может показаться чем-то странным. Ведь выбор присущ сознанию и не принадлежит к миру атомов. «Но,— пишет Хольтебек,— развитие физики на всем протяжении нашего века, кажется, подтвердило, что именно статистические законы атомной физики и концепция вероятности господствуют во вселенной и определяют наше повседневное существование.

Атомы и молекулы в нашем мозгу образуют нервные клетки, носители нашего сознания. Теперь всеми признано, что каждая мысль сопровождается физическими изменениями в мозговых клетках. Электроны движутся в соответствии с физическими законами. Но законами квантовой физики установлены лишь некоторые ограничения, в пределах которых существуют возможности для свободы выбора. В общем и целом, именно эти малые смещения шансов или возможности выбора и определяют историю и ход развития Вселенной. Мы не допускаем сознания во всяком отдельном атоме. Но помимо атомов и их взаимодействий, возможность есть нечто такое, что побуждает их к единообразному выбору и стремлению к образу существования, превосходящему то, что утверждается физикой». (Выделено автором данной книги.)

Итак, закон причинности, и вообще законы природы, должны быть признаны статистическими закономерностями. К счастью, они действуют исправно. Иначе было бы страшно жить. Вообразите, что однажды обед — суп, десерт и все прочее,— вдруг подпрыгнул к потолку, так что во все стороны брызнуло соусом и осколками стекла. И это оттого, что гравитация вдруг стала действовать в обратном направлении! Или точка замерзания воды вдруг начнет беспорядочно метаться между нулем и плюс тридцатью! Нет! Желательно, чтобы все оставалось в осмысленных пределах.

Важнейший вывод таков: закон причинности отныне лишился прежнего абсолютного характера. Его действенность оказалась ограниченной.

Нам никогда не удастся установить стопроцентную исполняемость какого-нибудь закона природы. Логически мы не вправе делать таких заключений. Один физик-теоретик как-то сказал: «Никто не может логически опровергнуть того, что черепичная кровля как-нибудь возьмет да вспорхнет ввысь. До сих пор такого точно не было, и всякий вправе считать, что черепицы и далее будут падать вниз». На редкость непредвзятый физик!

Итак, человек впадает в ошибку, когда утверждает нерушимость законов природы. В них говорится лишь, каких событий следует ожидать. Если физик услыхал о некоем явлении, например, о чуде или о нескольких отдельных явлениях, несомненно случившихся, но противоречащих законам природы — хотя бы тем, что были известны до сих пор — то он может, как всякое лицо, сказать, что он верит или не верит в происшедшее. Но как физик, он не вправе отвергнуть их на основе научных представлений. Тогда он выходит за пределы своей научной компетенции, ибо не изучил вопрос по существу.

Для рассудка всякого мыслящего христианина вполне допустима мысль, что Всемогущий Бог может сделать и что-нибудь исключительное, если Он увидит в этом благо. Коль скоро люди сумели обойти или одолеть гравитацию самолетами и космическими кораблями, то неужели Богу труднее просто отменить гравитацию, если Ему так угодно? Если люди смогли с помощью радиотехники вступить в прямые связи с другими континентами и даже с Луной, то разве Богу труднее выслушивать молитвы или беседовать с людьми посредством Святого Духа?

Чудеса отвергаются не умом, а неверием. Нам не дано осознать непостижимое величие Господа. Когда кто-то пытается свести Бога до степени человеческого разумения, то не диво, что Бог выходит очень-очень маленьким.

Наука зашла далеко, но, по словам Оппенгеймера, при этом осознала ограниченность своих знаний. В отличие от двух предыдущих поколений, мы узнали, что нам не все понятно.

Все относительно

Прежде чем идти дальше, скажем несколько слов о теории относительности Эйнштейна. Ее значение фундаментально для новейших успехов естествознания, особенно для физики и астрономии, и она же оказала решающее воздействие на все наше мышление. Ее утверждения были подтверждены большей частью физическими измерениями и опытами, не в последнюю очередь в области атомной физики.

Труды Альберта Эйнштейна разделяются на два периода. Сперва он сформулировал специальную теорию относительности (1905 год) и только несколько лет спустя построил общую теорию относительности. Эта последняя исключительно сложна и труднодоступна даже для сильных математиков. Мы не сможем, следовательно, проникнуть в глубь основания и содержания этой теории, но попробуем описать некоторые из ее следствий.

Теория Эйнштейна основана на принципе относительности, введенном Эрнстом Махом. Согласно этому принципу, никакое движение не может измеряться относительно пустого пространства (так называемое абсолютное движение), но движение любого тела обязательно описывается по отношению к другому телу. Всякое движение относительно.

Звук, например, перемещается с постоянной скоростью относительно воздуха, поскольку он зависит от колебаний газовых молекул. Если же воздух движется относительно земной поверхности, то скорость воздушного потока будет либо замедлять, либо ускорять звук. Известно, что над земной поверхностью звук движется быстрей по ветру, чем против ветра. Но скорость звука относительно воздуха остается постоянной.

Для прохождения света не требуется материальной среды. Лучи света без затруднений распространяются в вакууме (пустоте). Следовательно, скорость света в мировом пространстве не может измеряться относительно материала или тел, образующих среду.

Но тогда с чем же можно соотнести скорость света? С пустым пространством? В таком случае скорость, скажем, вращения земли вокруг солнца будет либо увеличивать, либо убавлять величину скорости света, в зависимости от того, как ее измеряют — по ходу вращения или против него. Иными словами, от разных способов измерения следует ожидать различных результатов.

Опыты, однако, показали, что скорость света не меняется оттого, что ее меряют по движению или против движения земли. Следовательно, скорость света не соотносится с какой-нибудь неподвижной точкой пустого пространства.

Установлено, что скорость света в пустоте постоянна. Ее величина неизменна относительно любого тела, независимо от того, в каком направлении и с какой скоростью движется это тело. Скорость света — универсальная константа. Это открытие было величайшей сенсацией.

Теория относительности придает решающее значение этому замечательному свойству света.

Чтобы объяснить постоянство скорости света, естествознанию пришлось пойти на революционный шаг и предложить новое истолкование понятий пространства и времени. Измеряемое пространство и время более не считаются постоянными, а признаются зависящими от относительного движения объекта и наблюдателя.

Из теории относительности следует, что скорость света — предел скорости для любого тела. Ничто не может двигаться быстрее света. Скорость света обладает абсолютной характеристикой. Эта немыслимая быстрота не достигается столь привычным в классической механике способом сложения скоростей. Только специальная формула дает верное значение, которое никогда не превосходит предела в 300 000 км/сек.

Физика описывает тело, указывая на количество его материи — массу, то есть на то, сколько оно весит. Под энергией подразумевается способность тела или системы тел производить работу. Различные формы энергии — механическая, тепловая, химическая, электрическая, радиационная и прочие — могут переходить одна в другую. Физики считают, что общее количество энергии во вселенной постоянно.

Далее из теории относительности следует, что масса и энергия суть эквивалентные величины (то есть имеют общую меру). Это значит, что всякий род энергии обладает массой и что всякая материя, имея массу, представляет собой также и энергию.

Масса, представляющая энергию, может перейти в иной род энергии, показателем такого перехода будет исключительно большая величина — квадрат скорости света. Обозначив массу энергии через т, скорость света через с и соответствующее количество энергии через Е, мы сможем выразить соотношение массы и энергии формулой Е = тс2.