Если сегодня оглянуться назад и проследить за развитием искусства со времен эпохи Возрождения до наших дней, то можно заметить четкую тенденцию. Художники постепенно снимали ограничения с точки зрения темы, формы, материалов, перспективы, техники и цвета, установленные преобладающими традициями. И к концу ХIХ века полностью отказались от идеи искусства как точной репрезентации естественного мира, мира природы.
Несмотря на то что сегодня мы находим многие из этих новаторских работ прекрасными, намерения художников при их создании были совершенно иными. Oни хотели предложить людям новый способ смотреть на мир. Многие работы, которые восхищают нас как знаковые и прекрасные творения – например, «Звездная ночь» Ван Гога или «Зеленая полоса» Матисса (портрет его жены), – подвергались насмешкам и были встречены весьма враждебно. Всеми любимые сегодня импрессионисты – Моне, Дега, Писсарро, Ренуар, – картины которых представлены в лучших музеях мира, начав выставлять свои произведения, заслужили от современников одни лишь насмешки.
Тот факт, что большинство из нас считают их работы красивыми, четко указывает на то, что эти художники опередили свое время и победили: их новый способ восприятия, новый способ смотреть на мир стал нашим миром, нашим способом видения. Тем, что казалось уродливым сто лет назад, теперь нередко восхищаются. Один критик-современник назвал Матисса апостолом уродства – мне очень нравится такое определение. А известный коллекционер Лео Штейн так отозвался о его портрете мадам Матисс «Женщина в шляпе»: «Самая отвратительная мазня из всех, какие я когда-либо видел», однако же купил картину!
В XX веке художники использовали в своих произведениях разные предметы, иногда созданные самой природой, иногда весьма шокирующие, как, например, писсуар Марселя Дюшана (который он назвал «фонтаном») или его «Джоконда», на которой художник написал провокационные буквы L.H.O.O.Q. Что ж, Дюшан был великим освободителем; после него мир уже ничем не удивишь! Он хотел встряхнуть нас, изменить наш взгляд на искусство – и ему это удалось.
После Ван Гога, Гогена и Матисса уже никто не может смотреть на цвет так же, как прежде, а после Энди Уорхола – на банку из-под супа Campbell или образ Мэрилин Монро.
Новаторские произведения искусства могут быть красивыми, даже потрясающими, но гораздо чаще – поначалу, конечно, – они озадачивают, сбивают с толку и даже кажутся многим уродливыми. Истинная красота новаторского произведения искусства, пусть даже на первый взгляд некрасивого, в его смысле. Новый способ смотреть на мир никогда не бывает знакомой и уютной теплой постелью, это всегда отрезвляющий холодный душ. Я лично считаю этот душ бодрящим и освобождающим.
Точно так же я отношусь и к новаторству в области физики. После того как эта наука сделала очередной чудесно разоблачительный шаг в прежде невидимую, туманную сферу, мы уже никогда не будем видеть мир таким, как раньше.
Многие потрясающие открытия, описанные в этой книге, на момент их совершения глубоко озадачивали и сбивали людей с толку. Если бы я заставил вас изучать математические принципы, лежащие в их основе, вам было бы действительно сложно. Но я надеюсь, что мое доступное изложение смогло показать вам, насколько некоторые из самых важных, революционных прорывов в физике захватывающи и красивы. Так же как Сезанн, Моне, Ван Гог, Пикассо, Матисс, Мондриан, Малевич, Кандинский, Бранкузи, Дюшан, Поллок и Уорхол протаптывали новые тропы, бросая вызов миру искусства, Ньютон и все те, кто шел за ним, дали нам новое видение физики.
Пионеры физики начала ХХ века – Антуан Беккерель, Мари Кюри, Нильс Бор, Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Луи де Бройль, Эрвин Шредингер, Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг, Поль Дирак, Энрико Ферми и многие другие – предлагали идеи, которые в корне меняли взгляд на реальность, доминирующий на протяжении многих столетий, а то и тысячелетий. До появления квантовой механики мы считали, что частица – это частица, повинующаяся законам Ньютона, а волна – это волна, подчиняющаяся совсем другим физическим законам. Теперь мы знаем, что все частицы могут вести себя как волны, а все волны могут вести себя подобно частицам. Таким образом, один из главных физических вопросов XVIII века, является свет частицей или волной, который, казалось, был раз и навсегда решен в 1801 году Томасом Юнгом в пользу волны (см. главу 5), сегодня и вовсе не считается вопросом, ибо свет и то и другое одновременно.
До появления квантовой механики считалось, что физика наука детерминированная – в том смысле, что проведите вы один и тот же эксперимент хоть 100 раз, каждый раз получите точно такой же результат. Теперь-то мы знаем, что это неправда. Квантовая механика имеет дело с вероятностями, а не с несомненностями. Это открытие было настолько шокирующим, что даже Эйнштейн так и не смог его принять. «Бог не играет в кости», – как известно, сказал он по этому поводу. Что ж, тут великий Эйнштейн ошибался!
До появления квантовой механики мы полагали, что положение частицы и ее импульс (произведение ее массы и скорости) можно, в принципе, одновременно определить с любой степенью точности. Именно этому нас учили законы Ньютона. Теперь мы знаем, что это не так. Хотя это и противоречит интуитивному выводу, чем точнее определено положение частицы, тем менее точно определяется ее импульс; сегодня это известно каждому физику как принцип неопределенности Гейзенберга.
Эйнштейн в своей специальной теории относительности утверждал, что пространство и время образуют одну четырехмерную реальность, пространственно-временной континуум. Он постулировал постоянство скорости света (300 тысяч километров в секунду) во всех системах отсчета. Даже если какой-то человек приближается к вам на сверхскоростном поезде, движущемся со скоростью половины скорости света (150 тысяч километров в секунду) и светящим дальним светом вам в лицо, вы с этим человеком получите для скорости света одну и ту же величину. Это абсолютно противоречит интуиции, поскольку каждый человек наверняка подумает, что поскольку поезд приближается к вам, то, видя свет, направленный на вас, вы должны сложить 300 тысяч и 150 тысяч и получить в итоге 450 тысяч километров в секунду. Но это не так – согласно Эйнштейну 300 тысяч плюс 150 тысяч по-прежнему дает 300 тысяч! А его общая теория относительности оказалась, пожалуй, еще более ошеломляющей: она предполагала полное переосмысление силы, удерживающей вместе астрономическую Вселенную, утверждая, что сила тяжести искажает ткань самого пространственно-временного континуума, выталкивает объекты на орбиту с помощью геометрии и даже заставляет изгибаться в этом искаженном пространстве-времени сам свет. Эйнштейн показал, что ньютоновская физика нуждается в серьезных изменениях, и открыл нам путь к современной космологии – к теории Большого взрыва, расширению Вселенной и черным дырам.
Начав в 1970-е годы читать лекции в МТИ, я не мог не уделять больше внимания красоте и эмоциональности физики, чем ее деталям, которые все равно не задержались бы надолго в головах студентов. В каждой теме я старался по мере возможности соотносить материал с собственным миром студентов, то есть пытался помочь им увидеть то, о чем они никогда не думали, но что постоянно находилось в поле их зрения. Всякий раз, когда ученики задают мне какой-то вопрос, я обязательно говорю, что он отличный. Самое последнее, что должен делать учитель, – это заставлять ученика чувствовать, что он глуп, а преподаватель умен.
В моем курсе по электричеству и магнетизму есть один очень ценный для меня момент. На протяжении большей части курса мы постепенно, шаг за шагом, подходим к уравнениям Максвелла, потрясающе элегантным описаниям взаимосвязи электричества и магнетизма – разными аспектами одного и того же явления, электромагнетизма. В способе соединения этих уравнений друг с другом содержится невероятная внутренняя красота. Они неделимы и вместе представляют собой единую теорию поля.
