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?
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.
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.
У каждого десятилетия — свои научные страсти. У каждого поколения мальчиков — свои всепоглощающие увлечения.
Необыкновенно приятно думать об интернациональном братстве бескорыстно любознательных ребят. Как это они общаются друг с другом через моря и материки, через горы и пустыни, не зная языков, не спрашивая разрешения старших?