Что такое электрический заряд

Что такое электрический заряд?
Обзор книги Бориса Кригера.
Эта аудиокнига основана на англоязычной книге Бориса Кригера «What Is Electric Charge?» — «Что такое электрический заряд?». Перед вами не перевод, а самостоятельный литературный обзор. Мы пройдём вслед за автором по главным его идеям, доводам и выводам, сохраняя ход мысли, но рассказывая обо всём своими словами и короче. Тем, кто захочет услышать голос самого Кригера, со всеми его отступлениями, историями и шутками, стоит обратиться к оригиналу.
Суд над электроном.
Книга начинается с судебного заседания, которое, по признанию автора, давно идёт у него в голове, чаще всего около двух часов ночи. Секретарь оглашает обвинение, но подсудимый не встаёт: подсудимый — электрон, и вставать ему, собственно, не из чего. Обвинитель объявляет, что за обвиняемым числится заряд.
— Какой именно? — спрашивает судья.
— Тот самый. Отрицательный, элементарный. Известный с такой точностью, с какой никто в этом зале не помнит собственного номера телефона.
— Прекрасно. А что он такое?
Обвинитель перебирает бумаги, оглядывается на публику, и публика, сплошь физики в мятых пиджаках, вдруг с живым интересом принимается разглядывать потолок. Заряд притягивает, отталкивает, сохраняется, бывает только строго отмеренными порциями.
— Я спрашиваю не о том, что он делает. Я спрашиваю, что он такое.
— При всём уважении, ваша честь, этот вопрос не входит в компетенцию суда.
И заседание откладывается, как откладывается каждую ночь вот уже две с половиной тысячи лет. Подсудимый признан виновным во всём, хотя так и не ясно, в чём именно его обвиняют.
Кригер замечает, что английский язык сыграл с физикой тихую шутку. Слово charge означает и обвинение, и цену, и попечение: в суде предъявляют charge, в лавке назначают charge за хлеб, у няни на попечении трое детей. И всякий раз этому слову нужны двое. Никого не обвиняют в пустой комнате, никто не платит самому себе, ребёнок всегда на чьём-то попечении. Слово обозначало отношение задолго до того, как кто-то впервые потёр янтарь о шерсть. Эта догадка, брошенная в самом начале словно между делом, окажется ключом ко всей книге.
Книга продолжает серию, в которую уже вошли «Что такое энергия?», «Что такое гравитация?» и «Что такое температура?», хотя читать их заранее не обязательно. Автор сразу честно предупреждает, откуда берётся его ответ: из собственной исследовательской программы, посвящённой форме Вселенной, природе времени и вакуума. Это не общепринятая точка зрения. Большинство физиков сказали бы, что заряд — исходное свойство, которое теория принимает как данность, подобно тому как шахматный учебник принимает как данность ход коня. Учебники не лгут, говорит Кригер, они просто отвечают на другой вопрос — о поведении заряда, и отвечают блестяще. Спросите, как ведёт себя заряд, и получите сотню страниц самого надёжного знания, каким располагает человечество. Спросите, что он такое, и услышите вежливое покашливание. При этом важно сразу понять, как устроена книга. Кригер не отменяет ни одного установленного результата: уравнения Максвелла, квантовая электродинамика, закон сохранения заряда, измерения с точностью до двадцати с лишним знаков остаются у него в полной силе. Его вопрос лежит глубже того уровня, на котором действуют эти законы, а строительный материал для ответа — геометрия, топология и симметрии — давно и прочно входит в арсенал теоретической физики. Почти у каждого шага его рассуждения есть предшественники среди признанных учёных, и мы будем указывать на эти опоры по ходу рассказа.
Ответ, данный заранее.
Кригер не прячет разгадку до последней главы, как это принято в детективах. Он отдаёт её уже во второй главе — как ключ от дома, который вам ещё предстоит осмотреть, чтобы в каждой комнате можно было проверить, подходит ли он к замку. Ответ таков: электрический заряд — вовсе не вещь, которую частица носит с собой. Это направление времени частицы, взятое по отношению к другому заряду. Электрон отрицателен, а протон положителен потому, что их время течёт в противоположные стороны, и больше за знаком ничего не стоит: ни особого вещества, ни невидимой жидкости, ни ярлычка, пришитого изнутри к воротнику.
Объяснение начинается с картины мира. Вселенная, по Кригеру, замкнута и конечна, у неё нет края, а форма её — то, что математики называют эллиптическим пространством. Возьмите трёхмерную сферу, многомерную родственницу поверхности мяча. Представить её невозможно, и автор советует не мучиться, а просто сделать следующий шаг: склеить каждую её точку с точкой диаметрально противоположной. Если проделать такое с земным шаром, Торонто срастётся с клочком Индийского океана к юго-западу от Австралии, и путешественник, выйдя с вокзала в любую сторону, вернётся домой, пройдя лишь половину пути вокруг планеты, — правда, изрядно промокнув. В эллиптическом пространстве у каждой точки есть такой двойник, и двойник этот находится не где-то далеко: это та же самая точка.
Эта конструкция вовсе не плод фантазии. Эллиптическое пространство известно математикам со времён Феликса Клейна, а Виллем де Ситтер уже в 1917 году, обсуждая с Эйнштейном форму замкнутой Вселенной, всерьёз рассматривал именно его и даже считал более естественным, чем обычная сфера. В 1956 году Эрвин Шрёдингер в книге «Расширяющиеся вселенные» отстаивал эллиптическое прочтение пространства де Ситтера. В 2002 году Маулик Парих, Иво Савоние и Эрик Верлинде подробно исследовали квантовую физику в «эллиптическом пространстве де Ситтера». А нобелевский лауреат Герард ’т Хоофт с 2016 года применяет отождествление противоположных точек к горизонту чёрной дыры, чтобы спасти сохранение информации. Склейка противоположных точек — рабочий инструмент современной теоретической физики, и Кригер берёт его именно оттуда.
Затем Кригер приводит это пространство во вращение особого рода. Вообразите две перпендикулярные плоскости, несхожие, как пол и стена, и пусть пространство вращается в обеих сразу, причём в противоположные стороны. Подобные вращения математикам давно известны; новое, на что автор заявляет приоритет, — именно встречное вращение двух половин. Сами же вращения сразу в двух плоскостях, называемые изоклинными, и поверхность, разделяющая две половины трёхмерной сферы, — тор Клиффорда — классические объекты геометрии девятнадцатого века. С ними связано знаменитое расслоение Хопфа, на языке которого, как показали в 1975 году Тай Цзюнь Ву и Чжэньнин Янг, естественно записывается электромагнитное поле с квантованным зарядом. Не нова и мысль о вращающейся Вселенной: Курт Гёдель ещё в 1949 году нашёл точное решение уравнений Эйнштейна для вращающегося мира. Для нашего разговора важно одно следствие: два встречных вращения порождают два направления времени. Речь не о привычных «вперёд» и «назад», которые различают разве что философы, а о двух подлинных направлениях, заложенных в само движение мира. И поскольку противоположные точки склеены, в них эти две стрелы смотрят в разные стороны. Что здесь идёт вперёд, у двойника идёт назад, а двойник — это та же точка, увиденная из другого времени.
Отсюда и происходит заряд. Знак частицы — это просто то, в каком из двух направлений она движется. Какое из них считать положительным, дело вкуса; Бенджамин Франклин, как мы ещё увидим, сделал этот выбор, к немалому неудобству потомков. У физиков давно есть приём, позволяющий считать позитрон электроном, который движется назад во времени. Приём этот удивительно упрощает расчёты столкновений, и его десятилетиями преподают с лукавой улыбкой — как удобство, которое не следует понимать буквально. Кригер предлагает понять его именно буквально. Тогда это уже не счётный трюк, а геометрия. Сама же мысль, что заряд может быть не веществом, а свойством геометрии, принадлежит Джону Уилеру и Чарльзу Мизнеру. В 1957 году они предложили знаменитую формулу «заряд без заряда»: заряд — это просто силовые линии, пронизывающие топологическую ручку пространства. Кригер идёт по их следу, только вместо ручки у него склейка противоположных точек. Отсюда же формула, к которой автор возвращается снова и снова: притяжение в одном времени оборачивается отталкиванием в другом.
Из этой картины сами собой вытекают факты, которые физика до сих пор принимала без объяснений. Почему знаков ровно два? Потому что у эллиптического пространства, если можно так выразиться, ровно одна закрутка. В нём есть единственный род петель, которые невозможно стянуть в точку, как их ни двигай; но стоит обойти такую петлю дважды, и она стягивается. Электромагнитное поле может уживаться с таким пространством лишь двумя неравноценными способами, и третьему знаку просто негде поместиться. Это строгий математический факт: петли эллиптического пространства делятся ровно на два класса. Та же двузначность хорошо знакома физикам и по другому поводу: волновая функция электрона при повороте на полный оборот меняет знак и возвращается к исходному виду лишь после двух оборотов, что давно подтверждено опытами с нейтронными интерферометрами. Не бывает семи десятых направления, не бывает и направления, уходящего вбок от обоих.
Почему заряд делится лишь на целые порции и почему он сохраняется? Здесь ответ достаётся почти даром, а в физике, иронизирует автор, это означает одно из двух: либо вы на верном пути, либо вас ждёт конфуз. Нельзя двигаться вперёд во времени на семьдесят процентов: направление у вас либо одно, либо другое. И сменить его в одиночку тоже нельзя, потому что счёт между двумя временами должен сходиться: чтобы развернуть одну частицу, нужно родить другую, бегущую навстречу. Это и есть рождение пар, которое любой ускоритель наблюдал миллионы раз, и только так заряд вообще появляется на свет. Монета падает либо орлом, либо решкой, и банк никогда не чеканит одну сторону без другой.
Почему заряды протона и электрона в точности равны, если протон тяжелее в тысячу восемьсот тридцать шесть раз? Здесь появляется первый образ, который пройдёт через всю книгу, — дверь между двумя комнатами. Каждый, кто через неё проходит, идёт либо слева направо, либо справа налево. Двери безразлично, весите вы пятьдесят килограммов или сто: весов в её косяк не встроено, она знает только направление. По Кригеру, заряд живёт на границе — на поверхности, где сходятся две встречно вращающиеся половины мира; геометры называют её тором Клиффорда. Граница же отмечает лишь сам факт прохода и его направление. Масса живёт в другом месте, в объёме, как деформация вакуума, и объём охотно учитывает любой вес. Поэтому протон и электрон проходят одну и ту же дверь в разные стороны и учитываются одинаково, а их массы записаны в совсем другую книгу. Равенство зарядов объяснять не нужно: дверь иначе и не умеет. Объяснять нужно различие масс, но эту работу уже выполняет сильное взаимодействие, которое почти всю массу протона создаёт из энергии, связывающей его кварки. Мысль, что заряд живёт на границе, тоже имеет прочную опору. Ещё теорема Гаусса утверждает, что заряд внутри области целиком определяется потоком поля через её границу, а в современной теории калибровочных полей сохраняющиеся заряды вообще записываются как величины, заданные на граничной поверхности; эта линия идёт от работ Туллио Редже и Клаудио Тейтельбойма 1974 года до недавних исследований Эндрю Строминджера. Голографический принцип ’т Хоофта и Леонарда Сасскинда пошёл ещё дальше, утверждая, что вся информация об объёме записана на его границе.
Второй образ — перчатка. Левая перчатка левая лишь потому, что существует правая, с которой её можно сравнить. Оставьте одну перчатку на Марсе, где нет ни рук, ни других перчаток, и она не будет ни левой, ни правой — просто перчаткой, и довольно одинокой. С зарядом то же самое. Единственный заряд в пустой Вселенной не имел бы знака вовсе, потому что направление времени имеет смысл только рядом с другим направлением. Вот почему всякая попытка определить заряд сам по себе ходит по кругу: она пытается описать одну-единственную перчатку.
И наконец, у двух направлений было начало. По Кригеру, Вселенная родилась в состоянии, где время почти не шло: сфера невероятной плотности, вращающаяся со скоростью света и сжатая настолько, что пути, по которым распространяется свет, сомкнулись и ничто никуда не могло двинуться. Физики называют такое состояние кэрролловским. Это не экзотика: кэрролловская физика за последнее десятилетие стала одной из самых оживлённых областей теории. Кристиан Дюваль, Гэри Гиббонс и Петер Хорвати показали её связь с симметриями пространства на световой бесконечности, другие авторы обнаружили кэрролловское поведение на горизонтах чёрных дыр, а в 2022 году Ян де Бур, Нильс Оберс и их коллеги прямо связали кэрролловскую симметрию с инфляцией и тёмной энергией. Тогда ни один заряд ещё не имел знака: всякое колебание встречало своего партнёра в противоположной точке и гасло. Потом равновесие нарушилось, и нарушилось необратимо: возникли две стрелы времени, и колебания разошлись прежде, чем успели погасить друг друга до конца. Всё, что появилось в одном месте, появилось с противоположным зарядом в месте, противолежащем ему. Отсюда вывод, который сам автор называет трогательным: заряд моложе Вселенной. До стрел времени его не существовало, и пришёл он в мир так, как носки приходят из добросовестного магазина, — только парами.
Янтарь, шерсть и скучающий грек.
Прежде чем испытывать ключ, автор ведёт нас в первую комнату — очень старую, очень тесную и чуть пахнущую сосновой смолой. История начинается с Фалеса Милетского, который, по преданию, предсказал солнечное затмение, свалился в колодец, засмотревшись на звёзды, и однажды скупил все маслодавильни в округе, чтобы доказать, что философ может разбогатеть, стоит ему только захотеть. Все эти рассказы дошли до нас через людей, живших много позже, а сам Фалес не оставил ни строчки. Он возглавляет греческую философию примерно так, как пассажир, задремавший в головном вагоне, возглавляет поезд: управление ему приписывают с тех самых пор.
Ему приписывают и открытие электричества, хотя янтарь появляется в этой истории лишь у Диогена Лаэртского, лет через восемьсот после самого Фалеса. Возможно, янтарь попал в предание так же, как мошки попадают в смолу: застыли там навеки, отлично сохранились и ни в чём не виноваты. Как бы то ни было, по-гречески янтарь назывался «электрон», и от этого светлого камня получила имя целая наука.
Первый научный прибор для изучения электричества описал в 1600 году Уильям Гилберт, лейб-медик королевы Елизаветы, в книге «О магните». Это версорий — лёгкая стрелка, уравновешенная на острие, словно компасная стрелка, ни разу не видевшая магнита.
Мальчик на шёлковых шнурах.
В 1730 году в лондонском приюте Чартерхаус в воздухе висел мальчик. Он не парил, что бы ни изображали позднейшие гравюры: он лежал ничком, горизонтально, подвешенный на шёлковых шнурах к деревянной раме, а пожилой человек, всю жизнь проработавший красильщиком, подносил к его ступням натёртую стеклянную трубку. Под лицом мальчика на подставке лежали обрывки бумаги и латунной фольги, и они подпрыгивали к его носу. Это был Стивен Грей, призреваемый в богадельне для обедневших джентльменов. Он показывал, что притягивающая сила входит через ступни и выходит через лицо. Она не оставалась там, где коснулось стекло. Она путешествовала.
Затем разгорелся спор о том, что это такое. Одни полагали, что электрических жидкостей две, «стеклянная» и «смоляная», ведь натёртое стекло и натёртая смола ведут себя противоположно. Франклин в Филадельфии предположил, что жидкость одна, а тело может иметь её избыток или недостаток. Идея была блестящая: она многое объясняла и ещё больше предсказывала. Но, чтобы назвать избыток, Франклину пришлось выбрать сторону, и выбрал он, по сути, наугад: стекло показалось ему «полным», и его заряд он назвал положительным. С тех пор каждый электрон в любом учебнике носит знак минус, который филадельфийский печатник назначил ему, посмотрев на натёртую стеклянную трубку. Позже выяснилось, что движутся как раз электроны, и инженеры всего мира до сих пор рисуют ток в одну сторону, а частицы пускают в другую.
Весы Кулона и пустая комната Фарадея.
В стеклянном цилиндре висит серебряная нить тоньше волоса, на ней — шёлковое коромысло с шариком из бузинной сердцевины, а наверху ручка с делениями позволяет закрутить нить на точно отмеренный угол. Шарль Огюстен Кулон, военный инженер, надорвавший здоровье на строительстве крепостей на Мартинике, описал эти крутильные весы в 1785 году и сделал то, что никому не удавалось за полвека после опытов Грея: превратил электрическое отталкивание в число. Сила между зарядами убывает обратно пропорционально квадрату расстояния.
Однако глава недаром называется «Закон, которого никто не объясняет». Кулон дал меру, но не дал причины. Два бузинных шарика в стеклянной банке в Париже, в нескольких сантиметрах друг от друга, отталкивались и закручивали серебряную нить на сто сорок четыре градуса. Что знал каждый из них о другом? Этот вопрос автор оставляет висеть в воздухе, как ту самую нить.
Ближе всех к нему подошёл Майкл Фарадей. Как доказать, что в комнате чего-то нет? Искать ничто невозможно. Можно лишь насытить стены этим чем-то до предела, войти внутрь с самыми чуткими приборами и ждать. В январе 1836 года Фарадей велел построить в лекционном зале Королевского института куб со стороной почти в четыре метра, обтянутый бумагой и медной сеткой, и зарядил его так, что с углов сыпались искры. Затем он вошёл внутрь со свечами и электрометрами и, по собственным словам, жил там, не находя ни малейших следов заряда. Так родилась клетка Фарадея, и всякая микроволновая печь, всякий лифт, в котором обрывается телефонный разговор, — скромный памятник этому опыту.
Но Фарадей думал не о телефонах, а о природе заряда. Будь заряд жидкостью, налитой на куб, веществом с собственным существованием, странно было бы, что он так аккуратно располагается снаружи. Фарадей истолковал пустоту внутри по-иному: заряд никогда не бывает вещью сам по себе, это всегда конец некоего отношения, а отношению нужно куда-то вести. Внутри замкнутого проводника вести некуда — значит, там ничего и нет. Пространство вокруг заряженных тел он представлял пронизанным силовыми линиями и считал их не геометрической условностью, а настоящим напряжением самого пространства. Линия начинается на положительном заряде и кончается на отрицательном, и то, что мы зовём зарядом, — всего лишь место, где линии обрываются. А прибор, научивший мир, что заряд никогда не приходит один, был обыкновенным оловянным ведёрком, в каком лондонские хозяйки охлаждали бутылки на льду.
Максвелл сводит баланс.
В 1865 году тридцатичетырёхлетний шотландский помещик Джеймс Клерк Максвелл опубликовал статью под скромным названием «Динамическая теория электромагнитного поля». Двадцать уравнений с двадцатью неизвестными, расписанных по составляющим в таких обозначениях, что нынешний студент расплакался бы, — и где-то среди них, не в заголовке, а в самой бухгалтерии, пряталось правило о заряде, сформулированное строже, чем когда-либо прежде. Максвелл взял силовые линии, которые Фарадей рисовал рукой художника, без всякой алгебры, и превратил их в систему счетов. Счета должны были сходиться. Они не сходились, и то, как Максвелл их исправил, изменило сам смысл слов «заряд сохраняется».
Кригер объясняет это через развилку — свой излюбленный приём. Либо заряд сохраняется лишь в целом, и тогда ничто не мешает кулону исчезнуть в Торонто и в то же мгновение возникнуть в английском Госпорте: к концу дня баланс всё равно сойдётся. Либо заряд сохраняется в каждом месте, и тогда количество его в любой области может измениться только за счёт потока через её границу, то есть тока, который в принципе можно измерить, встав на этой границе. Природа выбрала второе, и Максвелл, дополнив уравнения так называемым током смещения, возвёл этот выбор в закон. Но одну загадку он так и не разгадал: почему заряд приходит строго определёнными порциями, одинаковыми для каждого атома водорода при электролизе? Дойдя до этого места в своём трактате, Максвелл обронил выражение «одна молекула электричества» и тут же извинился за него, назвав грубым и чуждым духу всей книги.
Частица Томсона и капли Милликена.
В пятницу 30 апреля 1897 года Джозеф Джон Томсон объявил нарядной публике Королевского института, что свечение в стеклянной трубке состоит из частиц меньше атома. Он измерил отношение их заряда к массе и обнаружил, что оно не зависит ни от газа в трубке, ни от металла электрода. Это была общая составная часть любого вещества. Кригер не может удержаться от семейной истории: отец, Джозеф Джон, получил Нобелевскую премию за то, что доказал, что электрон — частица, а сын, Джордж Паджет, — за то, что доказал, что электрон — волна. Наверное, они обедали вместе, и никому за столом не пришлось брать свои слова назад.
Двенадцать лет спустя, в 1909 году, аспирант из Юты Харви Флетчер зашёл в чикагскую аптеку и купил пульверизатор для духов и флакончик часового масла. Его профессор Роберт Милликен пытался определить заряд электрона по падению крошечных капелек воды, но вода вела себя так, как ведёт себя вода в тёплой комнате: испарялась прямо во время измерения. Флетчер заменил воду маслом, которое не испаряется. В окуляре он увидел россыпь крохотных звёздочек всех цветов радуги, кружившихся в завораживающем танце, а включив поле между пластинами, заставил одни подниматься, а другие падать. Заряд всякой капли оказался кратен одной и той же величине. Глава заканчивается тихой улыбкой автора: заряд электрона впервые взвесили в смазке для механизмов, чьё единственное назначение — отсчитывать время. Для книги, в которой заряд окажется направлением времени, лучшего совпадения не придумаешь.
Равенство до двадцать первого знака.
Почему протон — тесный, кипящий мешок кварков и глюонов, тяжелее электрона в тысячу восемьсот тридцать шесть раз — несёт ровно такой же заряд, только с обратным знаком? Не примерно такой же, а одинаковый с точностью до одной тысячной от миллиардной доли миллиардной. Два объекта, у которых больше нет ничего общего, совпадают в этом числе точнее, чем любые двое часов на Земле совпадают во времени. Здесь-то и понадобится дверь, которой безразлично, кто через неё проходит. Но прежде история должна дойти до того места, где заряд дробится.
Трети, которые не гуляют поодиночке.
«Три кварка для мистера Марка!» — кричат морские птицы в «Поминках по Финнегану» Джеймса Джойса, книге, которую, по скромным подсчётам, дочитали до конца несколько десятков человек. Одним из них был Марри Гелл-Манн. В голове у него уже вертелось словечко для новых частиц, что-то вроде «кворк», только без написания, и у Джойса он это написание нашёл. Так фундаментальные кирпичики материи получили имя из заказа в пивной, взятого из нечитаемого романа, и носят его уже шестьдесят лет.
Кварки несут дробные заряды, в две трети и в одну треть, и никогда не выходят наружу поодиночке. Их реальность доказали в 1968 году в Стэнфорде, обстреляв протоны электронами и обнаружив внутри твёрдые крупинки, а вот свободную треть искали повсюду — в морской воде, в метеоритах, в ниобиевых шариках — и так и не нашли.
Квитанция Эмми Нётер.
Гёттинген, 1915 год. Факультет решает, можно ли допустить женщину к чтению лекций, и в комнате стоит душноватый воздух мужчин, которые вот-вот проиграют спор и понимают это. Самой женщины здесь нет. Её зовут Эмми Нётер, и семь лет она преподавала в Эрлангене без жалованья, потому что жалованье означало бы признать, что она существует. Гильберт и Клейн пригласили её в Гёттинген, потому что зашли в тупик в новой теории тяготения Эйнштейна. Гильберт, по преданию, напомнил коллегам, что здесь университет, а не баня. Факультет всё равно отказал, и четыре года её лекции значились в расписании под именем Гильберта, а студенты, люди неглупые, ходили слушать её, а не его.
Теорема Нётер гласит, что за каждой непрерывной симметрией природы стоит сохраняющаяся величина. Неизменность законов во времени даёт сохранение энергии, неизменность в пространстве — сохранение импульса. Кригер называет сохраняющуюся величину квитанцией за симметрию. Сохранение заряда — тоже квитанция; но за какую покупку? Теорема работает и в обратную сторону: нашёл квитанцию — ищи покупку. Здесь, однако, автор прерывает торжество, потому что история становится жестокой. В 1933 году Нётер, еврейку и человека левых взглядов, уволили из университета. Она уехала в Америку, преподавала в женском колледже Брин-Мор и весной 1935 года умерла через несколько дней после операции. Смех, как и было обещано в предисловии, на время умолкает.
Фаза, которую никто не видит.
Покупку обнаружил Герман Вейль в Цюрихе в 1918 году. Он предложил позволить каждой точке пространства самой выбирать себе эталон длины, добавив правило, по которому сравниваются эталоны соседних точек. Правило оказалось в точности того вида, какой имеет электромагнитный потенциал. Эйнштейн учтиво, а затем всё учтивее объяснял, почему это катастрофа: два атома водорода с разной историей тогда разошлись бы во мнении о собственном размере, а спектральные линии одинаковых атомов совпадают. Идея умерла — и воскресла вместе с квантовой механикой. Оказалось, что калибровать нужно не длину, а фазу квантовой волны, невидимую стрелку внутренних часов каждой частицы. Свобода повернуть эту стрелку в каждой точке и есть та симметрия, квитанцией за которую служит сохранение заряда.
Сделка Дирака и пустые ловушки.
— При таких обстоятельствах было бы удивительно, если бы Природа этим не воспользовалась, — написал в 1931 году Поль Дирак о предмете, которого никто не видел и не видел до сегодняшнего утра. О Дираке в Кембридже шутили, что единица речи «дирак» равна одному слову в час, — и вот этот молчун сделал ставку на то, что Природа способна удивлять. Он показал: если во Вселенной существует хотя бы один магнитный монополь, одинокий северный полюс без южного, то электрический заряд обязан дробиться на равные порции. Со времён Милликена все знали, что заряд приходит порциями, но никто не знал почему. Дирак предложил причину, и стоила она ровно одной частицы, которой достаточно было просто существовать — не рядом, не в изобилии и даже необязательно найденной.
Затем начались девяносто лет пустых ловушек. Лунный грунт, доставленный в 1969 году, пропускали через сверхпроводящее кольцо, где одиночный полюс навсегда оставил бы ступеньку тока; потом были океанские осадки, метеориты, детекторы размером с дом и сильнейшие магнитные поля во Вселенной, которые на мгновение возникают, когда на Большом адронном коллайдере проносятся друг мимо друга ядра свинца. Эта традиция, по словам автора, изобретательна и пуста. Есть лишь одно исключение, которому в книге посвящён отдельный рассказ. В воскресенье 14 февраля 1982 года, в День святого Валентина, в стэнфордской лаборатории перо самописца совершило самый большой скачок в своей жизни, а в комнате никого не было. Блас Кабрера, в семье которого физика была скорее фамильным делом, чем профессией, получил сигнал, в точности соответствующий одному монополю Дирака. А дальше он сделал то, ради чего эта история и попала в книгу: попытался уничтожить собственное открытие. Сигнал выстоял. Потом построили детекторы в десятки раз больше; они проработали годы и не записали ничего. Валентинка, которую так никто и не смог повторить.
В какую сторону течёт ваше время.
Здесь история теряет терпение и переходит в теорию, а голос автора чуть меняется: теперь он говорит о том, что думает сам. Поворотным моментом служит телефонный звонок. Весной 1940 года в аспирантском общежитии Принстона зазвонил телефон, и трубку снял совсем ещё молодой Ричард Фейнман. Звонил его научный руководитель Джон Уилер — человек, у которого идеи рождались быстрее, чем их успевал передавать телефон.
— Фейнман, я знаю, почему у всех электронов одинаковые заряд и масса.
— Почему?
— Потому что это один и тот же электрон!
Уилер представлял себе единственный электрон, чей путь в пространстве и времени не тянется чинно из прошлого в будущее, а петляет туда и обратно, как стежки швеи. Где стежок идёт вперёд, мы видим электрон, где назад — позитрон. Фейнман, достаточно молодой, чтобы перечить руководителю, и достаточно умный, чтобы оказаться правым, сразу заметил изъян: стежков вперёд и назад должно быть поровну, так где же все позитроны? У Уилера, как всегда, нашёлся ответ: может быть, они спрятаны в протонах. Фейнман не поверил, но саму мысль о позитроне как об электроне, бегущем из будущего в прошлое, по собственному признанию, позаимствовал. Ещё раньше, в 1941 году, ту же мысль опубликовал швейцарец Эрнст Штюкельберг: мировая линия частицы может развернуться во времени, и рождение пары — это просто такой разворот. Из неё выросли его знаменитые диаграммы, которые неизменно дают верный ответ, и с тех пор эту мысль преподают как удобный способ вести счёт.
Кригеру слово «удобный» в этом месте всегда казалось подозрительным. Бухгалтер, который заметил, что любой расход в книге можно записать как приход, идущий в обратную сторону, и что баланс сходится в обоих случаях, узнал кое-что о самих деньгах, а не только о бухгалтерских книгах. Когда два описания в точности равносильны, одно из них может оказаться истиной, а другое — привычкой. Но если знак заряда есть направление, в котором частица движется во времени, тут же возникает неловкий вопрос: в каком времени? В привычной картине время одно, а одно направление не даст двух знаков. Ответ Кригера — то самое эллиптическое пространство со встречным вращением, в котором времён два.
Что даёт такое допущение? Прежде всего, оно объясняет самое старое правило электричества: одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются, и сила зависит от произведения знаков. По Кригеру, произведение двух знаков — это сравнение двух часов. Частицы, чьё время течёт в одну сторону, расходятся; частицы с противоположным течением времени сходятся. И не нужно объяснять, почему в правиле стоит именно произведение, а не сумма: сравнение двух направлений и есть произведение. Кроме того, допущение упрощает знаменитую теорему, согласно которой законы физики не меняются, если разом заменить все заряды противоположными, отразить пространство в зеркале и обратить время вспять. Учебники видят здесь три операции, которые почему-то взаимно гасятся. У Кригера это одно преобразование, увиденное с трёх сторон, ведь заряд и направление времени никогда не были двумя разными вещами. Связь знака заряда с обращением времени, заметим, не выдумка автора: она заложена в теорему Людерса и Паули, доказанную в 1954–1955 годах и проверенную с огромной точностью. Кригер лишь предлагает принять её всерьёз как указание на природу заряда. Уилер, заключает автор, задал совершенно правильный вопрос, но ошибся в счёте. Ему нужен был один электрон, а позитронов, чтобы за него расплатиться, не хватило. Нужно было иное: два времени и сколько угодно электронов, каждый из которых неотличим от остальных по той простой причине, что он лишь ответ на вопрос «да или нет».
Глава заканчивается картиной, которую хочется увидеть своими глазами: старая фотография из пузырьковой камеры, где гамма-квант превратился в пару частиц. Сам квант следа не оставляет. И вдруг из одной точки, словно из ниоткуда, начинаются две крошечные спирали и закручиваются в магнитном поле — одна по часовой стрелке, другая против, — как близнецы, которые только что обнаружили, что по-разному понимают, где перёд.
Дверь и вес.
Теперь дверь из второй главы рассматривается во всех подробностях. Чтобы разница масс стала осязаемой, Кригер предлагает представить, что электрон весит, как стройный взрослый человек, килограммов пятьдесят. Тогда протон весил бы около девяноста двух тонн — как крупный кит. Проведите человека и кита через одну дверь. Если они пройдут в одну сторону, дверь повернётся на тот же угол; если в разные — на тот же угол, только обратно.
И снова развилка. Либо заряд и масса — свойства одного рода, хранящиеся в одном месте, как две графы в одном паспорте; тогда то, что первое у протона и электрона совпадает, а второе различается в тысячу восемьсот тридцать шесть раз, — космическое совпадение, и теории приходится очень тонко что-то подгонять, чтобы его воспроизвести. Либо они живут в разных местах — заряд на границе, масса в объёме; тогда равенство зарядов вовсе не совпадение, потому что граница о любом проходе может сообщить лишь одно. Итог автор подводит на торонтском вокзале в час пик. Турникеты пропускают хоккеистов с баулами, школьников, пожилого господина с футляром от виолончели, пассажира, съевшего слишком много пончиков, и пассажира, не съевшего ни одного. Каждый щелчок одинаков. Бухгалтерия вокзала точно знает, сколько человек вошло и сколько вышло. И никто во всём здании понятия не имеет, кто сколько весит.
Всего два знака, потому что у петли одна закрутка.
Для следующей главы, говорит Кригер, вся лаборатория — полоска бумаги, кухонные ножницы и клейкая лента. Сведите концы полоски, как будто делаете браслет, но прежде чем склеить, переверните один конец на пол-оборота. Получится лист Мёбиуса, открытый в 1858 году двумя немецкими математиками, которые немало удивились бы, узнав, что их открытие кончит дни значком вторичной переработки на стаканчике из-под йогурта. Проведите пальцем по середине ленты: вы вернётесь к началу, но на обратной стороне, и лишь после второго круга окажетесь там же, откуда вышли. Вся глава — вариации на тему этого второго круга.
Эллиптическое пространство устроено похоже: в нём есть единственный род петель, которые нельзя стянуть, а двойной обход стягивается. Электромагнитная фаза, та самая невидимая стрелка, о которой шла речь выше, может закручиваться вокруг такой петли лишь двумя способами. Два способа — два знака. К какому из них принадлежит частица, — тот же самый факт, что и направление её времени, только увиденный с другой стороны. Третьего знака нет по той же причине, по какой у листа Мёбиуса нет третьей стороны. Нет и семи десятых знака: закрутка либо есть, либо её нет, и нельзя повернуть бумагу на семьдесят процентов от пол-оборота и всё равно замкнуть браслет.
Знак — это сравнение.
В 1768 году Иммануил Кант, тогда ещё не тот Кант, которого боятся студенты, внимательно рассмотрел пару человеческих рук. Правая и левая совпадают во всех измеримых отношениях, и всё же никаким поворотом одну не совместишь с другой. Допустим, писал Кант, что первым творением Бога была единственная рука в пустой Вселенной. Она всё равно была бы либо правой, либо левой, а раз сравнивать её не с чем, то правизна или левизна должна исходить от самого пространства. Довод прекрасен, и Кригер считает его ошибочным, но сначала соглашается немного побыть неправым вместе с Кантом, потому что чутьё Канта есть у каждого. Глядишь на свою руку — и кажется, будто левизна сидит в ней так же прочно, как пять пальцев. Никто, держа в руках левую перчатку, не ощущал, что держит отношение.
Проверим это на электроне. Поменяем знак у всех зарядов во Вселенной сразу. Каждый электрон станет положительным, каждый протон отрицательным, всякая молния ударит в обратную сторону — и ничего наблюдаемого не изменится. Общая перемена всех знаков незаметна; заметно лишь соотношение: этот заряд по отношению к тому. Физик узнает здесь знакомую форму калибровочной симметрии. У такого взгляда долгая родословная. Лейбниц в споре с Кларком доказывал, что пространство есть лишь порядок отношений между вещами; Эрнст Мах — что инерция тела определяется его отношением ко всей остальной материи; да и сам Кант через несколько лет отказался от своего вывода о руках.
Двадцатый век изо всех сил пытался опровергнуть перчатку, и попытка была столь хороша, что заслуживает отдельного слушания. Мартин Гарднер поставил задачу: как объяснить по радио инопланетянам, что мы называем левым? Долго считалось, что никак, потому что природа — безупречное зеркало. Но в 1956 году Ли и Янг заметили, что для слабого взаимодействия этого никто не проверял, а Цзяньсюн Ву проверила, охладив радиоактивный кобальт почти до абсолютного нуля. Природа оказалась левшой.
Казалось бы, перчатка проиграла. Но Гарднер и Фейнман увидели подвох: а что, если инопланетяне состоят из антивещества? Тогда опыт с кобальтом даст у них зеркальный результат, и они добросовестно получат обратный ответ. Не спасает и обнаруженное позже лёгкое предпочтение, которое распады одной нестабильной частицы, долгоживущего каона, оказывают одному из знаков. Чтобы им воспользоваться, инопланетянам всё равно придётся сравнить этот знак с зарядами в собственных атомах. Плюс можно определить лишь сравнением. Отсюда любимое наблюдение автора о манерах Вселенной: всё наше будущее согласие с любой цивилизацией насчёт того, что такое «плюс», держится на нескольких лишних позитронах на тысячу распадов частицы, которая живёт одну двадцатимиллионную долю секунды.
Одно поле, прочитанное дважды.
Оливер Хевисайд бросил школу в шестнадцать лет, служил телеграфистом в Ньюкасле, отчасти оглох, а в середине 1880-х, живя у родителей и не состоя ни в каком учреждении, взялся за дело, о котором его не просил ни один профессор: разобрать Максвелла и собрать заново, только компактнее. Из двадцати уравнений получилось четыре — те самые, что красуются на футболке каждого студента-инженера, где-нибудь на дне комода. И из этих опрятных уравнений сразу проступила симметрия: вдали от зарядов электрическое поле можно назвать магнитным, магнитное — электрическим с обратным знаком, и всё останется на своих местах. Хевисайд так полюбил эту симметрию, что вписал в уравнения вымышленный магнитный ток рядом с настоящим электрическим, просто чтобы страница выглядела соразмернее. Кригер предлагает иное прочтение: перед нами не четыре закона, а два тождества, каждое из которых прочитано дважды — в электрическом и в магнитном ключе. Хевисайд верно чувствовал, что странице нужно равновесие, но искал его во втором роде заряда, а оно таилось во втором прочтении первого. Эта двойственность электричества и магнетизма — признанная часть теории: её изучали Джозеф Лармор и Поль Дирак, а в 1977 году Клаус Монтонен и Дэвид Олив сделали её одним из краеугольных камней современной теории поля.
Почему нет магнитного заряда.
Сколько раз нужно распилить магнит, чтобы остаться с северным полюсом без южного? Пётр Перегрин, учёный воин, стоявший лагерем под стенами осаждённой Лучеры в 1269 году, уже знал ответ: каждая половинка магнитного камня оказывается целым магнитом с двумя полюсами. Пилите до атома, пилите сам атом — и получите электроны, каждый из которых тоже крошечный магнит с двумя полюсами. Электрический заряд подобной застенчивостью не страдает: натрите воздушный шарик, и на резине уютно устроится комочек отрицательного заряда, вполне довольный одиночеством. Электрон — одиночка по призванию. Почему же одно прочтение поля имеет источники, которые можно взять в руки, а у другого их нет вовсе?
Программа отвечает теоремой о запрете монополя, и суть её можно изложить без единой формулы. Если электричество и магнетизм — одна структура, прочитанная дважды, то независимый магнитный заряд был бы источником в магнитном прочтении, которому ничто не соответствует в электрическом. Это всё равно что буква в кроссворде, входящая в слово по вертикали, но не входящая ни в одно слово по горизонтали. Для такого кроссворду понадобилось бы третье направление. А то, что нам хочется назвать магнитным зарядом, оказывается миражом, зеркальным отражением электрического. Так программа выходит из сделки Дирака, ничего не заплатив: дробность заряда у неё уже есть — от единственной закрутки эллиптического пространства и от простого факта, что двигаться вперёд во времени на семьдесят процентов невозможно. Ставка Кригера смела, но против неё не говорит ни один эксперимент. Монополи предсказаны теориями великого объединения, начиная с работ ’т Хоофта и Александра Полякова 1974 года, однако за полвека поисков не найдено ни одного, и даже сторонникам этих теорий пришлось призвать на помощь космическую инфляцию, чтобы объяснить, куда монополи подевались. Кригер просто принимает пустые детекторы всерьёз. Есть у его взгляда и лабораторная опора: магнитный поток в сверхпроводящем кольце, как предсказал Фриц Лондон и в 1961 году измерили две группы, в Стэнфорде и в Мюнхене, приходит строго определёнными порциями, в которых стоит та же самая двойка.
До того, как появились знаки.
В 1965 году молодой французский физик Жан-Марк Леви-Леблон задался вопросом: что будет, если скорость света не устремлять к бесконечности, как при переходе к ньютоновской механике, а, наоборот, уменьшать до нуля? Получится мир, в котором области возможного влияния сжимаются в тонкие нити и ничто никуда не может сдвинуться. Он назвал группу симметрий этого застывшего мира в честь Льюиса Кэрролла, потому что она напомнила ему Красную Королеву из «Алисы в Зазеркалье», которая объясняет, что здесь приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на месте.
Именно так, по Кригеру, и начиналась Вселенная. В кэрролловском состоянии знаков нет, а заряды без знаков ни к чему не притягиваются. Вакуум ничем не связан сам с собой, он лишён всякой вязкости и течёт без трения. Автор рисует оркестр за миг до первого такта: все на местах, у каждой скрипки есть двойник через весь зал, играющий ту же ноту вверх ногами, и в зале стоит совершенная, оглушительная тишина. Партий ещё не раздали, нет ни первой скрипки, ни второй. Дирижёрская палочка вот-вот дрогнет.
Две стрелы, два знака.
На «Блур-Йонг», самой многолюдной пересадочной станции торонтского метро, двери поезда в час пик открываются, и примерно полсекунды ничего не происходит. Те, кто внутри, хотят выйти, те, кто на платформе, хотят войти, и обе толпы с одинаковой решимостью прижаты к одному проёму. Проём забит, и никто не проходит. Потом кто-то с краю поводит плечом, один человек выскальзывает наружу — и узел мгновенно распутывается: с одной стороны поток наружу, с другой поток внутрь, и у каждого теперь вполне определённое направление. Никто не выбирал его заранее. Направление возникло в ту секунду, когда рассосалась пробка.
Так и рождается заряд. Кэрролловское состояние — это те самые полсекунды затора, когда вся Вселенная стоит в дверном проёме и никто ещё не оказался ни по одну сторону. Знак — не то, что частица приносит с собой к двери, а то, чем она становится, переступив порог. Этот шаг Кригер называет обретением места: колебание перестаёт быть одной из возможностей вакуума и становится чем-то, что находится здесь, а не там, на что в принципе можно указать пальцем. И ничего экзотического в этом нет: это обычное удержание кварков, та самая сила, что держит их внутри протонов и следит, чтобы заряды были целыми. Кэрролловская эпоха заканчивается в тот момент, когда кварки оказываются заперты. А на «Блур-Йонг» двери закрываются, и никто из пассажиров уже не помнит тех полсекунды, когда все стояли в одном проёме, никуда не двигаясь. У каждого теперь своё направление. И на каждого вышедшего приходится один вошедший.
Здесь Кригер подчёркивает, что он не одинок. Идея двух стрел времени, расходящихся от общего начала, независимо возникала у весьма серьёзных физиков. Андрей Сахаров ещё в 1980 году рассматривал космологические модели с обращением стрелы времени. В 2004 году Шон Кэрролл и Дженнифер Чен предложили картину, в которой вселенные рождаются из спокойного фона в обоих направлениях времени. Джулиан Барбур вместе с Тимом Кословски и Флавио Меркати описал «точку Януса», от которой стрелы времени расходятся в обе стороны. А в 2018 году Латам Бойл, Киран Финн и Нил Турок опубликовали в одном из ведущих физических журналов модель Вселенной, у которой есть зеркальный двойник, где время течёт вспять, а вещество заменено антивеществом. Все они, отмечает Кригер, приходят к двум стрелам без всякой мистики и стремятся вывести направление времени из устройства мира, а не принять его как данность. Отличие его программы в том, что у неё обе стрелы действуют сейчас, в противоположных точках одного пространства, и именно их различие каждый электрон носит с собой как свой знак.
Вселенная в сумме даёт ноль.
Каков электрический заряд всей Вселенной? Ответ уместится на обороте автобусного билета, и ещё останется место для номера телефона: ноль. Интересно не само число, а то, что физика замкнутой Вселенной не вправе написать на этом билете ничего другого. Окружите любую область замкнутой поверхностью, сосчитайте выходящие из неё силовые линии — и вы узнаете заряд внутри, не заглядывая в мешок. В бесконечной Вселенной линия может уйти в бесконечность и нигде не закончиться; бесконечность — очень терпеливый кредитор, она принимает любые неоплаченные линии и никогда не присылает счёта. В замкнутой Вселенной отправлять их некуда: каждая начавшаяся линия должна закончиться на заряде противоположного знака. Это не гипотеза Кригера, а классический результат, который приводится в курсе теоретической физики Ландау и Лифшица: суммарный заряд замкнутой Вселенной обязан равняться нулю.
Но что это за ноль? Не ноль пустой комнаты, а ноль стадиона, где бесчисленные зрители держат карточки с плюсом и ровно столько же — с минусом, сидят вперемешку с незнакомцами, весь вечер пересаживаются, а табло ни разу не мигнёт. Вселенная — самый многолюдный ноль на свете. Общепринятая теория утверждает лишь, что итог должен быть нулевым, и умалчивает о том, как Вселенной удалось этому подчиниться. Для программы же ноль не правило, которому повинуются, а следствие того, как заряды приходят в мир: всё, что возникло здесь, возникло с противоположным знаком в противолежащей точке.
Мимолётные заряды и ткань вакуума.
Популярные книги обычно называют вакуум пустотой, а потом целую главу извиняются за то, что пустота оказалась чрезвычайно оживлённой. Кригер обходится без извинений. Весной 1947 года в Колумбийском университете Уиллис Лэмб и его аспирант Роберт Резерфорд пропускали пучок атомов водорода через камеру с микроволнами, унаследованными от войны, где такие установки помогали отыскивать подлодки и бомбардировщики. По теории Дирака два возбуждённых состояния водорода должны были обладать в точности одинаковой энергией. Они оказались различны. Небольшую, но совершенно необходимую долю этого сдвига дают пары электронов и позитронов, которые на мгновение возникают и исчезают: ядро чуть растаскивает их, и от этого меняется притяжение. Пары, как выражается автор, внесены в бухгалтерские книги. Вакуумную поляризацию ещё в 1935 году рассчитал Эдвин Юлинг, и сегодня это одна из самых тщательно проверенных частей квантовой электродинамики: магнитный момент электрона, вычисленный с учётом мимолётных пар, совпадает с измеренным до двенадцатого знака.
Программа идёт дальше: эти мимолётные заряды не украшение вакуума, а то, что держит его вместе. Пара противоположных зарядов, пока она жива, притягивается, и это притяжение — связь. Связи бесчисленных мимолётных пар, каждая очень слабая и очень недолгая, сшивают вакуум в цельную ткань. Сам вакуум, по Кригеру, — среда, которую заряд скрепляет слабо и мимолётно, как слухи скрепляют деревню. И эта ткань держится, без единого обнаруженного разрыва, с тех пор как у Вселенной вообще появилось пространство, которое нужно было держать.
Гравитация — это электричество, у которого кончилось время.
Эта глава, честно предупреждает автор, должна раздражать многих читателей и радовать немногих, и такая пропорция его вполне устраивает. Ручка скатилась со стола и лежит у батареи, и Кригер не спешит её поднимать: для этой главы она лучший лабораторный прибор. Почему она упала, знает каждый — в том смысле, что каждый знает, как это называется. Но что в это время делали мимолётные заряды вакуума?
Возьмём одну такую пару: плюс и минус, рождённые вместе. Пока они существуют, они притягиваются. Но у этой связи есть срок годности: партнёры притягиваются лишь до встречи, а встретившись, исчезают, и притяжение в этот миг не ослабевает, а пропадает, потому что притягиваться больше нечему. Связь противоположных зарядов в вакууме — договор, который расторгается в момент исполнения. Зато плюс одной пары и плюс соседней отталкиваются и друг с другом никогда не исчезнут, так что их отталкивание переживает притяжение. Это вечеринка, с которой все пары уходят рано, а споры между незнакомыми гостями продолжаются ещё долго после того, как хозяева легли спать. Поэтому пустой вакуум слегка расталкивает сам себя, и в этом автор видит связь с расширением Вселенной. Чтобы понять, насколько эта мысль укоренена в физике, стоит вспомнить, что в 1967 году Андрей Сахаров предложил теорию индуцированной гравитации: тяготение возникает не как самостоятельная сила, а как отклик квантового вакуума на присутствие вещества, подобно тому как упругость твёрдого тела рождается из электрических сил между атомами. Эту идею Сахарова с тех пор развивают многие теоретики, и Кригер предлагает свой конкретный механизм того же рода.
Теперь поместим в вакуум вещество: ручку, пол, Землю под полом. Его заряды не мимолётны: у них есть постоянное место, и в следующее мгновение они никуда не исчезнут. Мимолётный заряд вакуума притягивается к заряду вещества так же, как к своему партнёру, но исчезнуть вместе с ним не может. Притяжение, которое в пустоте закончилось бы взаимным уничтожением, здесь откладывается. Вакуум возле вещества держится чуть дольше, а держащаяся ткань стягивает всё, что на ней лежит. Это и есть тяготение — не отдельная сила поверх электричества, а само электричество, обычное притяжение противоположностей, только там, где его привычный конец отсрочен. Отсюда сразу понятно, почему гравитация чувствует массу, а не заряд: вокруг нейтрального вещества собираются заряды вакуума обоих знаков, и им всё равно, какой знак какой. Гравитация — это электричество со стёртым знаком, а стёрт он потому, что оба знака делают одно и то же. Слабость тяготения — а электрическое отталкивание двух протонов сильнее их взаимного притяжения в число раз с тридцатью шестью нулями, которое и выписать-то утомительно, — тоже оказывается делом времени: отсроченная связь живёт ровно столько, сколько способна продержаться пара из вакуума.
У попыток вывести тяготение из электричества были и более давние предшественники — Оттавиано Моссотти в 1836 году, Иоганн Цёлльнер, а в 1900 году сам Хендрик Лоренц. Все они потерпели неудачу по одной причине, которую автор показывает развилкой. Либо гравитация — это небольшой перевес одной электрической силы над другой, и тогда она должна расти с числом зарядов, а в грамме водорода и в грамме свинца их очень разное количество; крутильные весы Этвёша и все последующие проверки отвечают: нет. Либо гравитация — электрическое притяжение, растянутое во времени возле вещества, и тогда она растёт с тем, насколько крепко вещество удерживает вакуум, то есть с массой; проверки отвечают: да. Электричество в обеих ветвях одно и то же, но крутильные весы выдерживает лишь одна. Новейшая такая проверка, спутниковый эксперимент MICROSCOPE, подтвердила одинаковость падения разных тел с точностью до одной миллиардной от миллионной доли, и программа Кригера с этим результатом полностью согласуется. Ручка всё ещё лежит у батареи, и автор не торопится её поднимать: она ведь занята электричеством, тем самым, у которого время ещё не кончилось.
Вакуум, который заслоняет и преломляет.
Летом 1989 года ЦЕРН запустил кольцо магнитов длиной почти двадцать семь километров и начал сталкивать электроны с позитронами. Среди множества результатов обнаружилась маленькая неловкость для всех, кто считал заряд электрона неизменной меткой вроде заводского номера. При высоких энергиях сила электромагнитного взаимодействия равна не одной сто тридцать седьмой, а примерно одной сто двадцать восьмой. Это надёжно измеренный факт, предсказанный квантовой электродинамикой; Лев Ландау с сотрудниками ещё в 1950-х годах проследил, куда ведёт такой рост. Видимый заряд зависит от того, насколько близко вы подошли. Мимолётные пары выстраиваются вокруг электрона так, что отчасти его заслоняют, как толпа поклонников заслоняет знаменитость: из дальнего конца зала её почти не видно, а пробираясь вперёд, вы видите её всё лучше с каждым рядом.
Там же, где поле чудовищно сильно, вакуум способен на вещи ещё удивительнее. Магнетар — это нейтронная звезда с магнитным полем в сотни триллионов гауссов, тогда как магнит на дверце холодильника даёт около сотни. Астрономы любят повторять, что магнетар, оказавшийся на полпути к Луне, стёр бы все банковские карты на Земле; автор так и не решил, должно это пугать или успокаивать. Но для книги в магнетаре важно не то, что он делает с атомами или с картами, а то, что он делает с пустотой. В таком поле вакуум начинает раздваивать луч, как кристалл исландского шпата. Это предсказали ещё в 1936 году Вернер Гейзенберг и Ганс Эйлер, а в начале 2000-х Джереми Хейл и Найр Шавив показали, что у намагниченной нейтронной звезды есть определённая высота, где поляризация света перестаёт следовать за полем. В 2022 году группа Роберто Таверны по данным телескопа IXPE нашла у магнетара поляризацию, согласующуюся с работой вакуума. Космический телескоп IXPE стал измерять поляризацию рентгеновского излучения магнетаров, и Кригер рассказывает о собственной работе «Где поляризация застывает», в которой предложена проверка, не зависящая от того, в каком месте поверхности звезды находится горячее пятно. Вблизи магнетара поляризация фотона не просто летит вместе с ним, а поворачивается вслед за полем, как флюгер за ветром. Поле по мере удаления ослабевает, ветер стихает, и флюгер замирает. Высота, на которой это происходит, задаётся полем, а его можно оценить независимо — по тому, как быстро звезда замедляет вращение. Либо сильная поляризация создаётся вакуумом, и тогда все магнетары подчиняются одному закону; либо вакуум бездействует, и каждая звезда ведёт себя по-своему. В программе Кригера у преломляющей пустоты простой смысл: чудовищное поле расчёсывает мимолётные заряды вакуума, и ткань приобретает волокно, как древесина.
Внутри нуклона и в сердце звёзд.
Как частица без электрического заряда умудряется иметь зарядовый радиус, да ещё и отрицательный? Нейтрону это удаётся. Квадрат его радиуса выходит меньше нуля, и всякий, кто помнит, что квадрат отрицательным не бывает, вправе на минуту возмутиться. Возмущение проходит, когда понимаешь смысл: положительный заряд сосредоточен ближе к центру, отрицательный — дальше, и в сумме они в точности уравновешены. Минус означает лишь, что спор выиграл внешний слой. Кригер видит нейтрон не шаром, а кольцом, у которого есть внутренняя и наружная сторона. Здесь он опирается на давнюю традицию: в 1961 году британский физик Тони Скирм предложил считать нуклон не мешком частиц, а узлом поля, а в 1980-х Эдвард Виттен показал, что такая картина естественно вытекает из теории сильного взаимодействия. Дверь возвращается здесь в новом обличье: нейтрон — вращающаяся дверь, в которой всегда кто-то идёт в одну сторону и кто-то в другую. А самой чистой проверкой этой ядерной геометрии оказывается гелий — тот самый, которым надувают шарики на детских праздниках. В прочтении Кригера каждый шарик, привязанный к стулу, полон игральных костей без единой точки.
Принятое объяснение звёздного синтеза — квантовое просачивание: протоны отталкиваются, но изредка проникают сквозь электрический барьер. Кригер предлагает другой образ: мотор чинят только с открытым капотом. Можно с большим изяществом вычислять вероятность того, что механик, стоя у машины с закрытым капотом, как-нибудь дотянется ключом до свечей, и Солнце даже согласится с вашими расчётами. Но в программе Кригера барьер, на который должен взобраться протон, — это суммарный заряд ядра, видимый снаружи как единый ком. На мгновение кварки высвобождаются, ком распадается на свои трети, и стена падает. Окно открывает именно это мгновение свободы, а не просачивание; потом кварки снова оказываются заперты, и окно закрывается. Что кварки способны на миг выйти на свободу, — не допущение, а экспериментальный факт: в 2005 году на коллайдере RHIC в Брукхейвене объявили о получении кварк-глюонной плазмы, а в 2020 году группа Ээметти Анналы в журнале Nature Physics привела доводы в пользу кварковых ядер в массивных нейтронных звёздах. Кригер честно указывает, где обычное описание через квантовое просачивание пока остаётся лучшей ставкой, и предлагает свой механизм как дополнение для неспокойных, неоднородных участков звёздных недр. Звёзды сияют потому, что в их недрах всё время и повсюду несколько нуклонов на миг перестают быть нуклонами. А золото в обручальном кольце родилось там, где капот был распахнут настежь.
Куда делось антивещество.
В 2023 году в ЦЕРНе поставили самый старый опыт физики на самом новом материале: роняли антиводород, чтобы посмотреть, куда он упадёт. Антивещество падает вниз. Для книги это маленькое приятное подтверждение главы о двери: гравитация читает массу, а не заряд. Но где же антивещество, которого при рождении Вселенной должно было быть столько же, сколько вещества? Андрей Сахаров сформулировал условия, при которых мог возникнуть перевес, но числа не дал; Стандартная модель число даёт, но ошибается на порядки. Программа, если читать её честно, объясняет, почему антивещества нет там, где мы его ищем, — ведь всё, что возникло здесь, возникло с противоположным знаком в противолежащей области, — но не выводит, сколько вещества там, где мы смотрим. Мысль, что антивещество не исчезло, а находится в другом месте, высказывали и великие: Дирак в нобелевской лекции 1933 года допускал существование звёзд из антивещества, а модель Бойла, Финна и Турока помещает его в зеркальную половину Вселенной. Этот пробел, говорит Кригер, реален, и он целиком на его совести.
Тут же автор признаётся в давней ошибке. Когда-то он заметил, что одна из констант его программы, возведённая в четвёртую степень, почти точно даёт знаменитые шесть десятимиллиардных — отношение числа частиц вещества к числу фотонов. И записал это как предсказание. На деле это было совпадение без всякого механизма, и теперь он называет его тем, чем оно было, — совпадением.
Число, которого никто не вывел.
В декабре 1958 года Вольфганга Паули положили в цюрихскую больницу с болями, за которыми скрывался рак, в палату номер сто тридцать семь. Ассистент вспоминал, что Паули заметил номер на двери и встревожился. Пятнадцатого декабря он умер в этой палате. Кригер не дописывает к этой истории никакой эффектной концовки. Его занимает другое: почему человек, подаривший миру принцип запрета и нейтрино, вздрогнул от номера палаты? Потому что сто тридцать семь — единственное число в теории электрического заряда, которое никто так и не сумел заработать. Фейнман называл его одной из величайших загадок физики — магическим числом, которое достаётся нам без всякого понимания. Программа Кригера его тоже не выводит, и автор говорит об этом так же громко, как о своих утверждениях. Самый быстрый способ подтвердить законное подозрение, будто перед нами очередная великая схема одинокого мыслителя, — объявить формулу для ста тридцати семи. Таких формул за девяносто лет прислано немало, обычно с чертежом и сетованиями на то, что научное сообщество не желает слушать. Паули будто бы шутил, что после смерти первым делом спросит у дьявола, что означает эта константа. Кригер надеется, что ответ он получил, а сам держит это число над письменным столом, как иные держат неоплаченный счёт на дверце холодильника: на виду, чтобы не было соблазна притвориться, будто он оплачен.
Слово без содержания.
29 апреля 1749 года Франклин написал другу в Лондон, что в конце сезона они с товарищами устроят праздник на берегу реки: индейку убьют электрическим ударом, а за здоровье знаменитых электриков Европы выпьют под залп электрической батареи. Праздник давно забыт, но два слова пережили его почти на три века. Батареей называли ряд пушек: Франклин соединил лейденские банки, чтобы они разряжались разом, и ему представилась артиллерийская батарея на крепостной стене. Зарядом называли порох с пулей, которые забивают в ствол перед выстрелом. Это были не научные термины, а шутки печатника, любившего звучные слова, и прилипли они, как школьные прозвища прилипают к взрослым.
Слово «заряд» обещает вещество, которое можно насыпать и отмерить. Но заряд ведёт себя совсем не как вещество: его нельзя разделить на части мельче элементарной, у него нет объёма, его знак не абсолютен. Допустим, что слово «заряд» обозначает не вещество, а роль. Вратарь в футбольной команде — это роль. Он один на команду, полвратаря не бывает. Он не сделан из особого материала. Тяжелее он или легче, выше или ниже — он всё равно один вратарь. А «наш» он или «чужой», зависит лишь от того, за кого вы пришли болеть. Сравнение хромает, как всякое сравнение, но хромает в нужную сторону. Франклин, полагает автор, не обиделся бы: к своим словам он был привязан куда меньше нас, а к своей индейке — куда больше.
Имя для рода разрезов.
Этой осенью, рассказывает Кригер, он целую неделю наблюдал, как плотники ставят перегородки с дверями поперёк гостиной в доме у друга, превращая одну большую комнату со сквозняками в несколько маленьких и тёплых. И понял то, что, казалось бы, должен был знать давно. Сначала стену ставят целиком, без всякой двери. Потом кто-то отмеряет, чертит две линии и выпиливает проём. Дверь начинается с отсутствия. Коробка, петли, ручка и краска появляются позже и придают отсутствию вид предмета, так что к концу недели вы готовы поклясться, что дверь внесли в дом. Никто её не вносил: это разрез в стене, только принаряженный. Дверь целиком определяется стеной вокруг; уберите стену, и двери не станет, останется только пол. «Слева направо» и «справа налево» существуют лишь потому, что у стены две стороны. Направление прохода — это свойство стены.
Отсюда автор спускается так глубоко, как только позволяет его программа. В работе «Время как множество жизнеспособности» он утверждал, что время — не река и не сцена, существовавшая прежде актёров, а нечто, что считывается с куда более простого деления: на состояния мира, способные и дальше оставаться собой в согласии с окружением, и на неспособные. Глубже этого ничего нет. И предложение Кригера звучит так: заряд — это имя для рода разрезов, проведённых по границе жизнеспособного. Сколько знаков у силы, столько и родов разрезов для неё. Для электромагнетизма их два, и топология эллиптического пространства объясняет почему. Для сильного взаимодействия три рода разрезов дали бы как раз ту картину запертых кварков, которую мы наблюдаем, но почему их три, а не четыре, программа пока сказать не может, и автор пишет об этом пределе прямо, не пряча его в примечание. Учение о том, что такое вещи, полезно даже без вывода, потому что меняет сами вопросы, которые стоит задавать. Кот друга освоил новые двери ещё до того, как высохла краска, и завёл привычку сидеть точно в проёме: наполовину в одной комнате, наполовину в другой. Он не по одну сторону разреза — он на самом разрезе. Никто не объяснил ему, что такое положение нежизнеспособно, и пока объяснять не пришлось.
Заряд как направленное различие.
Что самое малое нужно уметь сказать, чтобы вообще что-нибудь сказать? Не самая малая частица, а самое малое высказывание. Любое описание чего угодно — камня, протона или налоговой декларации — требует четырёх действий. Нужно отличить одно от другого: это различие. Нужно признать, что вещь осталась собой и мгновение спустя: это тождество. Нужно сказать, что из чего следует: это условие. И нужно выхватить что-то из мира как предмет разговора: это выбор. По-английски первые буквы этих слов складываются в сочетание, похожее на вывеску юридической конторы с отделением в Цюрихе, и автор давно перестал за это извиняться.
Из четырёх начал собственную фактуру обнаружило различие. Различия бывают сильнее и слабее: два оттенка серого различаются меньше, чем серый и алый. Но есть и второе измерение, которого автор совсем не ожидал: различие может быть более или менее направленным. Два яблока на столе различаются, но у этого различия нет направления — поменяйте их местами, и ничего не случится. Верхний и нижний этажи тоже различаются, но здесь различие указывает: подниматься — не то же, что спускаться.
Сюда-то Кригер и помещает заряд. На той глубине, где начинается всякое описание, самое простое различие — различие двух направлений, и оно направлено до предела. У него ровно два конца, и как только вы выбрали, на каком стоите, поменять их местами нельзя. Это не значит, что заряд всего лишь слово, условность, наброшенная на бесцветный мир. Направленность существует на самом деле: искра от дверцы автомобиля не сверяется со словарём. Утверждение скромнее и, по мнению автора, от него труднее отвертеться: заряд принадлежит к тому же роду, что разница между верхом и низом, а не к тому, что вес камня. Вес находится в камне. Верх не находится ни в одном из этажей. Двое людей, никогда не видевших друг друга, могут выяснить, кто из них выше, только встав спиной к спине; по переписке, меряя каждый себя относительно пустоты, этого не узнать. В этом жесте вся глава, и природа, похоже, усвоила его на самой глубине. Удивительно не то, что заряды бывают противоположными. Удивительно, что мы когда-то ждали, будто один заряд сам по себе может что-то значить. И эта линия мысли возникла не на пустом месте. Джон Уилер в конце жизни выдвинул программу «всё из бита», согласно которой физическая реальность вырастает из элементарных актов различения, а Карло Ровелли развил реляционную квантовую механику, где свойства системы существуют лишь по отношению к другой системе.
Молнии, угри и ваш свитер.
В марте 1800 года на равнинах Венесуэлы Александр фон Гумбольдт видел, как электрические угри, выпрыгивая из воды, разили током загнанных в пруд лошадей. Два столетия биологи считали этот рассказ преувеличением, пока в 2016 году Кеннет Катания не подтвердил его в лаборатории.
Но главное в угре то, что он не производит никакого заряда. Ни один электрон в его разряде в шестьсот вольт не новый: клетки лишь перераспределяют то, что уже было в рыбе и в пруду. Так устроено всё электричество нашей жизни. Никто и никогда не создал суммарного заряда; всё, что когда-либо било вас током, было разделением знаков, которые уже составляли пары и стремились соединиться вновь. Гроза делает то же самое в масштабе погоды, а около двух тысяч гроз, одновременно бушующих на Земле, служат батареей для всей планеты. Зимним вечером автор стягивает в тёмной комнате шерстяной свитер и видит у лица слабое голубое потрескивание, будто кто-то жарит что-то совсем крошечное. Где-то над бассейном Конго облако сортирует ледяную крупу, и малая часть рассортированного через верхние слои атмосферы попадёт в воздух его гостиной. Свитер и гроза связаны. Цепь одна, и он стоит в ней, в носках.
Как доказать, что я неправ.
Книга делает то, на что редко решаются теоретические сочинения: перечисляет собственные слабости и те открытия, которые убили бы программу наповал. Не ранили бы, не доставили бы хлопот, а покончили бы с ней. Теория, которая не может назвать утро своей смерти, говорит Кригер, — не теория, а настроение. Идея, которую невозможно опровергнуть, вовсе не скромна; она просто безработная. Это прямое следование критерию Карла Поппера, по которому научную теорию отличает от умозрения именно возможность её опровергнуть.
Вот эти роковые утра. Устойчивый магнитный монополь, пойманный в пластиковых пластинах возле Большого адронного коллайдера или в любом другом детекторе. Свободный дробный заряд, найденный в метеорите, в морской воде или в ниобиевом шарике: тогда удержание кварков окажется не законом, следящим за целостью зарядов, а всего лишь привычкой. Третий знак — заряд, который притягивает и положительные, и отрицательные или отталкивает и те и другие; это опровержение автору особенно весело воображать. Ненулевой суммарный заряд Вселенной. Нарушение сохранения заряда — например, электрон, который просто исчез или распался на нейтральные частицы. Хоть малейшая разница между зарядами протона и электрона: это значило бы, что граница всё-таки что-то прослышала о разнице их масс, и рухнула бы дверь, на которой держится главный образ книги. Утрата согласованности заряда на самых больших космических расстояниях. И наконец, отсутствие предсказанной выделенной оси на небе, вдоль которой одна его половина отличается от другой, — самого прямого следа встречного вращения. Восемь таких утр, и автор оговаривается, что число это не любимое, просто столько их у него набралось.
Вторая половина главы даётся труднее. Перечень возможных опровержений — честное лицо, которое теория показывает миру; перечень слабостей — честное лицо, которое она видит в зеркале. Программа не выводит постоянную тонкой структуры, то самое число сто тридцать семь. Отождествление заряда с направлением времени, как справедливо заметил рецензент, провозглашено, а не выведено: нет единого математического выражения, лагранжиана, из которого оно следовало бы само собой. Рецензент написал:
— Покажите мне лагранжиан, и я скажу, вытекает из него ваше отождествление или просто стоит рядом.
Кригер ответил, что рецензент прав. Толкования слабого и сильного взаимодействий складны и наводят на мысль, но не выведены. Совпадение с перевесом вещества над антивеществом — только совпадение. А три статьи, на которые книга опирается больше всего, пока остаются рукописями, не прошедшими рецензирования. Тому же, кто однажды положит под микроскоп пластиковую пластину и увидит цепочку крошечных ямок, которой там быть не должно, автор адресует просьбу: сфотографировать как следует, опубликовать поскорее и прислать ему копию. Он обещает вставить её в рамку.
Что такое электрический заряд.
В последней главе Кригер возвращается к ответу из второй главы. Он сравнивает свой замысел с тем, как съедают десерт первым, клятвенно обещая потом перемыть посуду; и вот, после тридцати восьми глав посуды, ответ звучит так же, но теперь в нём работает каждое слово. Направление — не вещество, не жидкость, не количество чего бы то ни было. Направление времени — не пространства; это до сих пор удивляет самого автора, хотя он повторял эти слова вслух бессчётное число раз, иногда людям, которые всего лишь просили передать соль. По отношению к другому заряду — без этой оговорки определение рассыпалось бы, ведь направление времени, которое не с чем сравнить, есть просто время.
Свойства заряда не прибавляются к определению, как дополнительная опция к новой машине, а вытекают из него сами. Заряд относителен: поменяйте все знаки во Вселенной, и ничего наблюдаемого не изменится. Он бывает лишь двух видов, потому что вращений два, а закрутка у эллиптического пространства одна. Он живёт на границе, а не в объёме, и потому одинаков у тяжёлого и у лёгкого. У него есть день рождения — первый необратимый выход из кэрролловского равновесия. Он всегда парный, и потому Вселенная в сумме даёт ноль, а каждая искра, которую вы когда-либо ощущали, была воссоединением разлучённой пары. Он сохраняется, потому что направление нельзя сменить в одиночку. Он приходит целыми порциями, потому что нельзя двигаться вперёд во времени на семьдесят процентов, а скидок на это Вселенная никогда не предлагала. И сила его остаётся необъяснённой: ничто в определении не говорит, почему связь между зарядами равна одной сто тридцать седьмой. Определение говорит, что такое заряд, а не насколько крепко он держит.
А что всё это меняет, когда январским утром вас бьёт током дверца автомобиля? Ничего, и так и должно быть. Щиплет по-прежнему.
Остаётся дверь, на которую автор опирался почти всю книгу, и тут он делает самое неожиданное — разбирает её. Дверь предполагает две комнаты с разной мебелью, то есть два места. А в эллиптическом пространстве двух комнат нет: в этом и состоит смысл склейки каждой точки с противолежащей. То, что вы назвали бы другой стороной, находится не где-то ещё, а здесь. Значит, дверь никогда не вела из одного места в другое. Она была мгновением, когда замечаешь, по каким из двух часов сверяешь время. Позитрон Фейнмана никогда не был гостем из соседней комнаты: это была та же комната, увиденная по другим часам. И ещё одно скрывала дверь. Через дверь проходят однажды и оказываются по ту сторону. Заряд же ничего не проходит. Электрон не переходит в отрицательное состояние, чтобы в нём остаться, как турист, миновавший таможню. Он отрицателен всё время своего существования, в каждое мгновение, как река, текущая на север, течёт на север на каждом повороте, а не потому, что когда-то миновала указатель «Север». Дверь делала заряд похожим на событие, а он — состояние.
Что же поставить на место двери? Перебрав несколько образов, автор оставил самый простой. Одна комната ночью. На стене двое одинаковых часов, идущих с одной скоростью: одни по часовой стрелке, другие против. Больше в комнате ничто не различается: мебель, остывший чай на столе и человек, сидящий за столом, принадлежат обоим часам поровну. Спросите этого человека, на положительной он стороне или на отрицательной, и он посмотрит на вас с недоумением: сторон нет. Спросите, по каким часам он живёт, и он ответит сразу. Человек этот, разумеется, частица. А поскольку комната одна, у каждой стрелки одних часов есть пара на других, идущая в обратную сторону с того самого мгновения, когда обе тронулись. Их запустили вместе, в конце кэрролловского оцепенения, когда в комнате впервые появилось время, и с тех пор ни одна не может остановиться без другой.
Лист «Ещё нет».
Над письменным столом автора висит лист с заголовком «Ещё нет». Его переписывали столько раз, что кнопка продавила в пробковой доске маленький кратер, а кот дважды пытался его съесть, что автор предпочитает считать отзывом о своём почерке, а не о физике. Книга, которая притворилась бы, будто этот лист пуст, была бы книгой о чём-то другом, скорее всего о недвижимости. На листе записано то, чего программа пока не сделала. Сила взаимодействия: в программе три константы там, где хотелось бы одну, и автор склоняется к тому, что это три облика одной величины, — склоняется так, как склоняются к солнечному прогнозу перед пикником, прекрасно понимая, что склонность не доказательство. Лагранжиан рецензента: либо такое выражение существует, и тогда отождествление станет теоремой, а рецензент получит посвящение, хочет он того или нет; либо его нет, и тогда всё прочитанное окажется хорошо обоснованным путеводителем по стране без пограничных столбов. Автор уверяет, что спокойно спит при любом исходе. Толкование слабого взаимодействия, признанное мелким шрифтом лишь догадкой: это ключ, подточенный на глаз, который поворачивается в замке, но может двадцать лет открывать дверь, а потом сломаться в какой-нибудь вторник. И наконец, поведение заряда на самых больших космических расстояниях, о котором небо выскажется само, не спрашивая разрешения; именно так, по словам автора, и должна приходить настоящая проверка. Свою работу он нарочно устроил так, чтобы с ним было легко спорить: все статьи, на которых стоит книга, открыты, и, по его признанию, возражения ему дороже согласия.
Затем он предлагает оставить лист на доске и выйти на улицу или хотя бы в прихожую. Ничто из того, к чему можно прикоснуться, не изменилось с первой страницы, а вот взгляд на это должен был измениться. Латунная дверная ручка январским утром нейтральна, но нейтральность никогда не означала пустоты: зарядов в ней больше, чем в любом конденсаторе, каким вы когда-либо будете владеть, и каждый плюс уравновешен своим минусом. Батарейка в пульте от телевизора не копит электричество: у новой и у севшей одинаковый, нулевой, заряд. Августовская гроза над озером в час ужина, когда вода становится цвета жестяного шкафа, — это фабрика разделения, а не производства.
И остаётся янтарь. Грек — может быть, Фалес, а может быть, тот, кому предание потом дало имя Фалеса, — потёр кусочек янтаря о ткань и смотрел, как тот подбирает соломинки. Янтарь славится тем, что останавливает время: мошка в нём замерла на лету задолго до того, как появились греки. Но время он не останавливал. Он остановил только мошку. Каждый атом смолы сорок миллионов лет шёл в том же направлении, что и лес, и море, и купец, и грек, и свитер, ни разу не повернув назад, и слабый заряд, который ткань вызвала на поверхности камня, был тем самым направлением, на мгновение сопоставленным с другим. Камень, будто бы удержавший время на месте, всё это время хранил его направление. А самое юное в янтаре — заряд на его поверхности, которому от силы пара секунд, — именно то, в честь чего названа целая наука. На подоконнике у автора лежит кусочек балтийского янтаря, дешёвый, купленный у туристического лотка, с мошкой, у которой кривая лапка. Сегодня вечером топится печь, воздух сух, как бумага, и когда автор в темноте стягивает свитер, по рукаву пробегает голубая искорка, а у кота сочувственно поднимается шерсть. Мошка этого не видит. Она висит там же, где висела с незапамятных времён, с полураскрытыми крыльями, обращённая к окну и устремлённая в ту же сторону, что и все мы.
Если теперь вернуться в зал суда из предисловия, он выглядит иначе. Подсудимый на месте, такой же крошечный, как прежде, но напротив, там, где раньше стоял обвинитель, теперь стоит другая частица — в точности такая же, обращённая к нему лицом, противоположная по знаку и тождественная во всём остальном. Ни одна из них не может уйти. Каждая — единственная причина того, что у другой есть имя. Книга Кригера — не мечтательное умозрение, а продуманная попытка соединить в одну картину давно признанные результаты: склейку противоположных точек от де Ситтера до ’т Хоофта, «заряд без заряда» Уилера и Мизнера, позитрон Штюкельберга и Фейнмана, индуцированную гравитацию Сахарова, две стрелы времени Кэрролла, Барбура и Турока, кэрролловскую физику ранней Вселенной. Каждый её шаг либо опирается на проверенную физику, либо прямо назван гипотезой с указанием того, как её опровергнуть. В этом, пожалуй, и состоит главный урок книги Бориса Кригера: большинство ответов, звучащих как названия веществ, оказываются отношениями, а большинство ответов, звучащих как отношения, оказываются геометрией. Заряд — самый чистый из известных автору примеров. Это свойство, которым все пользуются и которого никто не определил; оно не даёт вашему стулу провалиться сквозь пол и гонит ваши мысли по нервам. Книга не требует верить ей на слово. Она просит о другом: попытаться доказать, что её ответ неверен, и посмотреть, подойдёт ли ключ, отданный во второй главе, ко всем комнатам, в которые его пробовали вставить.
Борис Кригер будет рад диалогу с читателями. Контакты автора, текстовые варианты книг и библиография находятся на сайте https://boriskriger.com/