Розділ без назви (15)

Землю Ти вґрунтував на основах її, щоб на вічні віки вона не захиталась…

Псалми 103:5

Коли 1633 року Галілео Галілея судили як єретика за те, що він «вважає за істину лжевчення, яке дехто поширює, що Сонце перебуває в центрі світу», він, стоячи перед інквізиторами Церкви, нібито пробурмотів собі під носа: «І все-таки вона обертається». У цих словах знову проявила себе його революційна натура, навіть попри те, що його змусили публічно пристати на архаїчну точку зору, що Земля є нерухомою.

Хоча Ватикан зрештою змирився з рухом Землі, до бідолашного Бога з Книги Псалмів ця новина так ніколи й не дійшла. Це дещо бентежить, адже, як за рік до суду показав Галілей, стан абсолютного спокою неможливо встановити експериментально. Будь-який експеримент, який виконують у стані спокою, на кшталт підкидання в повітря та піймання м’ячика, матиме ідентичний результат, якщо проводити його в русі зі сталою швидкістю, що, скажімо, може статися під час польоту на літаку за відсутності турбулентності. Якщо ілюмінатори літака закриті, жоден експеримент, який можна провести на його борту, не скаже вам, рухається літак чи стоїть на місці.

Хоча Галілей почав катати реальні кулі й метафоричні бочки ще 1632 року, для повного заспокоєння всіх цих пристрастей (на відміну від предметів, пристрасті можна перевести в стан спокою) знадобилося ще 273 роки. І для цього мав з’явитися Альберт Ейнштейн.

Ейнштейн не був революціонером у тому ж сенсі, що й Галілей, якщо під цим терміном розуміти тих, хто скидає диктат авторитетних попередників, як Галілей зробив з Арістотелем. Ейнштейн зробив прямо протилежне. Він знав, що правила, встановлені на основі експериментів, не можна просто так узяти й відкинути, і те, що він цього не робив, є свідченням його геніальності.

Це настільки важливо, що я ще раз повторюю для всіх тих, хто щотижня чи десь так пише мені про те, нібито вони відкрили нову теорію, яка показує, що все, що, як нині нам здається, ми знаємо про всесвіт, хибне, і для обґрунтування можливості цього як приклад для наслідування використовує Ейнштейна. Ваша теорія не просто неправильна, ви ще й робите Ейнштейну страшенну ведмежу послугу: не можна просто так узяти й відкинути правила, встановлені на основі експериментів.

• • •

Альберт Ейнштейн народився 1879-го — того ж року, коли помер Джеймс Клерк Максвелл. Так і хочеться припустити, що планета була б просто не в змозі винести цих двох геніїв одночасно. Зрештою, то був лише збіг, хоч і вдалий. Якби Ейнштейн не мав своїм попередником Максвелла, він не зміг би стати Ейнштейном. Він належав до першого покоління молодих вчених, які зростали, ламаючи голови над новим знан­ням про світло й електромагнетизм, що їх згенерували Фарадей та Максвелл. Наприкінці ХІХ століття для шибайголів на кшталт Ейнштейна це був справжній передній край фізики. Світло було у всіх на умі.

Ще підлітком Ейнштейну вистачало кмітливості, щоб збагнути, що чудові результати Максвелла стосовно існування електромагнітних хвиль являли собою фундаментальну проблему: вони були несумісні з отриманими трьома століттями раніше не менш чудовими й добре обґрунтованими результатами Галілея стосовно властивостей руху.

Ще до своєї епічної битви з католицькою церквою з приводу руху Землі Галілей стверджував, що ніхто не може провести жодного експерименту для визначення того, рухається вона рівномірно чи стоїть на місці. Проте аж до Галілея стан абсолютного спокою вважали особливим. Арістотель вирішив, що всі предмети прагнуть стану спокою, а церква вирішила, що спокій настільки особливий, що йому належить бути станом центру всесвіту, а саме планети, на яку Бог помістив нас із вами.

Як і інші твердження Арістотеля, хоча, звісно, далеко не всі, поняття особливості стану спокою вельми інтуїтивне (любителям посилатися на мудрість Арістотеля, апелюючи до його доведення існування Бога як першопричини всякого руху, нагадаємо, що він також стверджував, що в жінок інша кількість зубів, аніж у чоловіків, імовірно, навіть не утруднюючи себе перевіркою).

Усе, що ми бачимо в буденному житті, приходить до стану спокою. Себто все, окрім Місяця та планет, що, імовірно, було однією з причин, чому в давні часи їх вважали особливими й такими, що направляються янголами чи богами.

Проте всі наші відчуття того, що ми перебуваємо в спокої, є ілюзією. У наведеному вище прикладі підкидання та піймання м’яча в рухомому літаку ви зрештою зможете сказати, що літак рухається, коли відчуєте поштовхи турбулентності. Проте навіть коли літак стоїть на аеродромі, він не є в спокої. Аеродром разом із Землею рухається навколо Сонця зі швидкістю приблизно 30 км/с, а Сонце зі швидкістю приблизно 200 км/с рухається навколо галактики й так далі.

Галілей кодифікував це у своєму знаменитому твердженні, що закони фізики є однаковими для всіх спостерігачів, які перебувають у стані рівномірного руху, тобто зі сталою швидкістю та прямолінійно (спостерігачі в стані спокою є лише особливим випадком, коли швидкість дорівнює 0). Під цим він мав на увазі, що над таким предметом неможливо провести жодного експерименту, який би визначив, що він не перебуває в стані спокою.

Якщо подивитися на літак у повітрі із землі, легко побачити, що стосовно вас він рухається. Але на землі чи в літаку неможливо провести жодного експерименту, який би визначив, чи це земля, на якій ви стоїте, рухається повз літак, чи навпаки.

Хоча здається неймовірним, що для усвідомлення цього фундаментального факту про наш світ людям знадобилося стільки часу, він дійсно суперечить значній частині нашого чуттєвого досвіду. Значній, проте не всьому. Галілей використовував приклади куль, які скочувалися нахиленими поверхнями, для демонстрації, що те, що філософи минулого вважали фундаментальною рисою світу — гальмівна сила тертя зрештою змушує предмети прийти до стану спокою — була зовсім не фундаментальною, а натомість маскувала реальність, яка лежала в її основі. Галілей помітив, що коли кулі скочувалися з однієї похилої поверхні й закочувалися на іншу, то за умови гладеньких поверхонь кулі підіймалися на ту ж висоту, з якої скочувалися. Але, розглянувши закочування куль на дедалі менш нахилені поверхні, він показав, що для досягнення такої ж висоти, як вихідна, кулям довелося б подолати більшу відстань. З цього він зробив висновок: якщо нахил другої поверхні повністю прибрати, кулі будуть вічно котитися зі сталою швидкістю.

Ця здогадка мала величезне значення та значною мірою фундаментально змінила спосіб нашого мислення про світ. Вона часто називається просто законом інерції — він же перший закон Ньютона — і заклала підґрунтя для другого закону Ньютона, який пов’язує величину зовнішньої сили, що діє на об’єкт, з його спостережуваним прискоренням. Тільки-но Галілей збагнув, що для підтримання руху предмета з постійною швидкістю жодна сила не потрібна, Ньютон дістав змогу зробити логічний наступний крок та висловити думку, що для зміни швидкості потрібна сила.

Віднині небеса й земля не були фундаментально відмінними одне від одного. Прихована реальність в основі руху буденних предметів також робила очевидним, що безкінечний рух астрономічних об’єктів не був надприродним, тим самим формуючи підґрунтя для Ньютонового закону всесвітнього тяжіння, який іще більше послаблював потребу в участі в житті космосу янголів чи інших сутностей.

Таким чином, відкриття Галілея мало фундаментальне значення для становлення фізики такою, якою ми її знаємо нині. Проте не менш фундаментальне значення мало пізніше макс­веллівське об’єднання електричної та магнітної сил, що сформувало математичний каркас, на якому збудована вся нинішня теоретична фізика.