Нелокальность

Оглавление

Сомнения в сэре Исааке

Возрождение локальности началось в 1786 г. с мертвых лягушек, свисающих с железных перил. Итальянский врач Луиджи Гальвани проводил эксперименты на мышцах животных, чтобы выяснить, как разряды статического электричества заставляют их сокращаться. Однажды он увидел, что лапки лягушек дергались самостоятельно, даже когда он ничего с ними не делал, и его осенило, что животные ткани не просто реагировали на электричество, но также могли генерировать его. Металл и амфибия образовали то, что мы теперь называем батарейкой, а в 1800 г. другой итальянец, Алессандро Вольта, создал ее работоспособный вариант, заменив лягушку влажным куском картона. Батареи не только дали экспериментаторам новую замечательную игрушку — само их существование потрясло тех, кто придерживался ньютоновского представлений о том, что химические реакции и электричество вызывались различными типами нелокальных флюидов и не должны были превращаться друг в друга.

Это произошло очень вовремя. Размышления Канта о том, что могли постичь наши рациональные умы, привели к восстанию против механистических взглядов в философии, а именно к возникновению движения, известного под названием немецкого романтизма, а под крышей этой общей категории появилась философская школа, известная как натурфилософия. Натурфилософия представляла собой одно из периодических возрождений магического мышления. Ее сторонники были очарованы оккультными личностями эпохи Возрождения и восточной мистикой. Они считали разнообразные силы природы, включая электричество и магнетизм, различными проявлениями органического единства. Приверженцы натурфилософии рассчитывали с помощью экспериментов распознать это единство и использовать его для нужд человека. В их число входили некоторые выдающиеся ученые-экспериментаторы начала XIX в.

Одним из них был датский экспериментатор Ханс Кристиан Эрстед. Он не был врачом подобно многим революционерам от науки, но все же стоял очень близко к этой профессии: он был фармацевтом. Эрстед создал свою первую батарейку практически сразу после того, как услышал об изобретении Вольты, и вскоре успешно создавал их по собственным схемам. В то время экспериментальные данные подтверждали представление Ньютона о том, что электричество и магнетизм никак не связаны. Статическое электричество не создает магнитных эффектов. Но Эрстед предположил, что электрический ток мог бы вызывать таковые. И он был прав. В 1820 г. Эрстед обнаружил, что провод, соединенный с батареей, может заставить находящуюся рядом стрелку компаса поворачиваться. И опять удобный консенсус был нарушен идеями, которые большинство ученых отвергло как ненаучные.

Эрстед показал не только то, что электричество и магнетизм связаны, но и что природа этой связи очень неньютоновская. Электрический ток не отталкивал и не притягивал стрелку компаса, а вращал ее. Это оказалось серьезным испытанием для нелокальных сил. Такие силы должны быть похожи на частные «линии прямой связи» между двумя взаимодействующими объектами, которые действуют так, как если бы остальная часть Вселенной просто не существовала. Логично предположить, что сила должна действовать вдоль прямой линии, соединяющей два объекта, потому что она слепа к другим объектам или местам, которые могли бы определить какое-то другое направление. Дергающаяся стрелка компаса Эрстеда противоречила этому интуитивному представлению. Чтобы вращать стрелку, ток должен оказывать воздействие, направленное не в сторону провода или от него, а по касательной. Следующим признаком наличия локальных, а не нелокальных процессов было то, что вращающаяся стрелка напомнила вихревые движения, которыми Демокрит и Декарт объясняли механизмы магнетизма и тяготения.

Тем временем на подъеме оказалось другое направление физики — оптика. Почти все в то время соглашались с атомистическим ньютоновским объяснением света как потока частиц. Однако очередной доктор, Томас Юнг из Англии, почерпнул вдохновение в течении воды и других жидкостей. Как и Аристотель, он думал, что свет был импульсом, проходящим через среду, заполняющую пространство. Такое объяснение было популярно среди схоластов Средневековья. В 1803 г. Юнг придумал эксперимент, который вернул ему популярность.

Представьте себе солнечный день, окно с темными занавесками и белую стену напротив окна. Если сделать разрез в занавеске, на стене появится небольшое пятно. Если сделать еще один разрез, на стене появляется не просто второе пятно, как можно было бы ожидать и как предсказывала корпускулярная теория Ньютона. Вместо этого на стене виден узор, похожий на зебру, — чередование светлых и темных полос. К тому же, даже если второй разрез позволяет проходить большему количеству света, исходное пятно обычно становится темнее. Все это становится понятным, если свет — это волна в невидимой среде. Волны, проходящие через два разреза, накладываются и могут либо ослаблять друг друга, либо усиливать. В тех местах, где максимум одной волны совпадает с максимумом другой, волна становится очень сильной, что дает яркую полосу; там, где максимум совпадает с минимумом, волна сводится на нет, тогда получается темная полоса. Это явление называют интерференцией волн. Эксперимент Юнга является классикой физики. Вы можете провести его сами (фокус в том, чтобы сделать разрезы как можно меньше и использовать лазерную указку, а не солнце в качестве источника света). На самом деле эксперименты с нелокальностью вроде тех, которые я упоминал в первой главе, — это усовершенствованная версия эксперимента Юнга.