Суперсила - Пол Девис

Этот поразительный вывод можно пояснить с помощью аналогии с обычными волнами на воде. Если бросить камень в спокойный пруд, то во все стороны от точки возмущения (падения камня) побегут волны, которые исчезнут на краях пруда. Подобную картину расходящихся волн нетрудно получить на практике. Вместе с тем мы никогда не встречаем упорядоченной картины, в которой волны, возникнув у краев пруда, сходились бы в одной точке. Однако физические процессы, управляющие волновым движением, полностью обратимы. Любую часть волны можно было бы заставить бежать в противоположном направлении. Несмотря на это, в природе спонтанно возникают лишь расходящиеся волны. Правда, сходящиеся волны можно создать искусственно – например, бросая кольцо горизонтально на поверхность пруда, но достичь такого результата значительно труднее. Почему?

Односторонняя направленность волнового возмущения характерна для всех видов волнового движения и как бы задает направление хода времени во Вселенной («стрела времени»), т.е. строгое различие между прошлым и будущим. Если снять распространение волн в пруду на кинопленку, а затем прокрутить фильм задом наперед, «обман» немедленно обнаружится. В случае электромагнитных волн, например радиоволн, картина упорядоченных волн, сходящихся в одну точку, выглядит вообще абсурдной. Поскольку радиоволны могут распространяться до границ Вселенной, единственный способ создать сходящиеся волны состоит в организации грандиозного космического «заговора», который заставил бы волны, приходящие со всех направлений бесконечного пространства, распространяться строго согласованно.

Вследствие связи характера волнового движения и направления хода времени расходящиеся волны можно рассматривать как движение в будущее обычным образом, а сходящиеся – как результат обращения времени, т.е. как движение в прошлое. Первый тип волн называется запаздывающим, поскольку волны возникают после того, как они испущены, а второй – опережающим, поскольку волны приходят раньше, чем были испущены. Еще со времен Максвелла считалось, что опережающие электромагнитные волны возможны, так как теория формально допускает их существование, однако физически они столь же нелепы, как, например, путешествие во времени, и потому их следует отбрасывать.

Большинство ученых с удовольствием отбрасывали опережающие волны как не имеющие отношения к действительности, не задумываясь над тем, почему Вселенная устроена таким образом, который повсеместно исключает этот тип волн. Иначе поступили Джон Уилер и Ричард Фейнман. В конце второй мировой войны они опубликовали любопытную статью, в которой пытались показать, почему запаздывающие электромагнитные волны являются нормой, а также исследовать вопрос о возможном существовании опережающих волн (волн из будущего). Позднее Уилер занялся ядерной физикой и вместе с Нильсом Бором и Энрико Ферми исследовал процесс деления урана; Фейнман в это время был еще студентом, но вскоре преуспел в разработке квантовой электродинамики, за что был удостоен Нобелевской премии.

Уилер и Фейнман решили исследовать, что происходило бы в мире, где запаздывающие и опережающие волны существуют на равных основаниях. В подобной гипотетической вселенной радиопередатчик посылал бы сигналы как в прошлое, так и в будущее. Можно было предполагать, что подобные обстоятельства обязательно приведут к бессмыслице, однако Уилер и Фейнман путем весьма интересного рассуждения показали, что это не обязательно так.

Проследим за судьбой доставляющих нам столько хлопот опережающих волн, которые из передатчика распространяются в пространстве вспять во времени. В конце концов эти волны где-то попадут в вещество, представляющее собой электрически заряженные частицы (например, в разреженный газ межгалактического пространства). Волны приведут частицы в движение, в результате будут испускаться вторичные волны той же самой частоты, причем одна половина волн будет запаздывающей, а другая – опережающей. Запаздывающие вторичные волны будут распространяться во времени в будущее, создавая в передатчике в момент излучения первичных волн небольшое эхо. Таким образом, мы получим разветвленную систему возмущений и сигналов – эхо, блуждающих во Вселенной в обоих направлениях во времени.

Эхо отдельной заряженной частицы будет непостижимо слабым из-за огромного расстояния, отделяющего частицу от передатчика. Однако если во Вселенной столько частиц, что она фактически непрозрачна для электромагнитного излучения, то суммарная интенсивность всех эхо была бы в точности равна интенсивности первичного сигнала. При более детальном анализе обнаруживается нечто еще более необычное. Если эхо перекрывается с первичной опережающей волной во всем пространстве, то оно оказывается точно в противофазе с ней. Это приводит к полному гашению опережающей волны в результате интерференции. Таким образом все сигналы, посылаемые в прошлое, полностью «гасятся» своим собственным эхом! Уилер и Фейнман отсюда заключили, что в непрозрачной Вселенной существуют только запаздывающие электромагнитные волны, даже если каждая отдельная заряженная частица будет излучать одинаково как запаздывающие, так и опережающие волны.

Этот поразительный результат теории Уилера-Фейнмапа обусловлен тем, что в ней электромагнитное излучение отдельной частицы и всей Вселенной в целом неотделимы друг от друга. Волны, возникшие в одном месте, невозможно отделить от их эха, в том числе из самых отдаленных областей космоса. Более того, благодаря способности опережающих сигналов распространяться в прошлое для возвращения эха нет нужды в миллиардах лет (напомним, что именно с этим была связана проблема создания силы инерции гравитационным «эхом»). Таким образом, каждая скромная радиопередача становится поистине космическим событием.

Теория Уилера-Фейнмана следует Маху в том смысле, что стремится установить связь между локальным и глобальным в системе взаимных воздействий, предполагая при этом, что понять свойства отдельной физической системы можно лишь путем надлежащего учета всего остального мира. Хотя эта теория остается умозрительной, существует общее мнение, что отсутствие в природе опережающих волн требует в конечном счете космологического объяснения; «стрела времени», по-видимому, также имеет космологическое происхождение. Таким образом, тот факт, что мы осознаем строгое разграничение прошлого и будущего в свойствах окружающего мира, служит примером связи между большим и малым, между целым и его частями.

Разумеется, возможны и другие взаимосвязи такого же типа; к их числу относится пример магнитного монополя. Как указывалось в гл. 9, Дирак, разрабатывая первоначальную идею магнитного монополя, обнаружил, что значение магнитного заряда каждого монополя связано законами квантовой электродинамики с величиной фундаментального электрического заряда электрона. Одно из неявных предположений теории Дирака состоит в следующем: если даже во всей Вселенной существует только один монополь, то это требует, чтобы электрический заряд электрона имел то значение, которое он в действительности имеет. Таким образом, величина заряда электрона может зависеть от существования магнитного монополя в отдаленном уголке Вселенной.

В последние годы много внимания уделялось роли квантовой физики в установлении связи между частью и целым. Весьма красноречиво говорит об этом в своей книге «Всеобщность и скрытый порядок» Дэвид Бом: «Квантовой теории присущ фундаментальный новый тип нелокальной взаимосвязи, который можно определить как непричинную связь удаленных друг от друга элементов».

Бом проводит аналогию между упорядоченностью квантовой Вселенной и упорядоченностью голограммы. Голограмма – это способ кодирования информации об изображении. Закодированное изображение можно восстановить с помощью лазерного луча в виде трехмерного объекта. Вся информация об изображении хранится в виде интерференционной картины на фотографической пластинке, но в такой форме она не воспринимается глазом человека. Голографическое изображение получается в результате интерференции двух лазерных пучков и, как правило, оно очень сложно. Расшифровать его можно тоже лишь с помощью лазера. На обычном фотографическом слайде каждой детали проецируемого изображения соответствует определенный участок, т.е. они взаимно однозначно соответствуют друг другу. Голограмма существенно отличается в этом отношении от слайда. Каждый элемент голографируемого объекта закодирован по всей фотопластинке. При освещении лишь части ее изображение в целом сохраняется, однако его качество несколько ухудшается. Это связано с тем, что информация об изображении в целом содержится даже на части фотопластинки. В этом принципиальное отличие голограммы от обычного слайда, который при неполном освещении воспроизводит лишь часть объекта.