До появи квантової механіки вважалося, що фізика детермінована, тобто якщо сто разів провести той самий дослід, ми щоразу одержуватимемо той самий результат. Тепер ми знаємо, що це не так. Квантова фізика має справу з імовірністю, а не визначеністю. Цей факт настільки вражає, що навіть Ейнштейн так його й не визнав. «Бог не грає в кості» — його знамениті слова. Що ж, Ейнштейн помилявся!
До появи квантової механіки ми вважали, що положення частинки та її імпульс (добуток її маси та швидкості) можна, в принципі, одночасно визначити з будь-якою точністю. Це те, що нам кажуть закони Ньютона. Тепер ми знаємо, що насправді все інакше. Хоч як це нелогічно, але що точніше ми можемо визначити положення частинки, то більшою буде похибка для її імпульсу. Це так званий принцип невизначеності Гейзенберга.
У спеціальній теорії відносності Ейнштейн стверджував, що простір і час утворюють єдину чотиривимірну реальність — простір-час. Він допускав, що швидкість світла незмінна (300 000 кілометрів за секунду). Навіть якби хтось наближався до вас у надшвидкому поїзді, що рухається на половині швидкості світла (150 000 кілометрів за секунду), світячи вам фарами в обличчя, швидкість світла для вас обох була б однаковою. Логічно було б подумати, що оскільки поїзд наближається до вас, то, бачачи спрямоване на вас світло, ви маєте додати 300 000 і 150 000 й отримати в підсумку 450 000 кілометрів за секунду. Але нічого подібного — якщо вірити Ейнштейну, 300 000 плюс 150 000 все одно буде 300 000! Мабуть, ще більше закипав мозок від його загальної теорії відносності, яка повністю переосмислювала сили, що утримують разом астрономічний Всесвіт, стверджуючи, що гравітація викривлює матерію простору-часу, зміщує орбіти, вздовж яких рухаються тіла, й навіть змушує світло відхилятися в згаданому викривленому просторі-часі. Ейнштейн показав, що ньютонівську фізику потрібно серйозно переглянути, й відкрив шлях до сучасної космології — Великого вибуху, розширення Всесвіту й чорних дір.
Коли я в 1970-х почав викладати в МТІ, то більше наголошував на тому, що фізика — красива й надзвичайно цікава, а не на подробицях, які все одно минуть повз увагу студентів. Пояснюючи кожну тему, я намагався по змозі пов’язати матеріал зі світом студентів — щоб вони побачили речі, про які раніше не замислювалися, але які були на відстані витягнутої руки. Щоразу, як студенти щось запитують, я кажу: «Чудове запитання». Останнє, що вам потрібно, — змусити їх відчувати себе дурними порівняно з вами.
У моєму курсі з електрики й магнетизму є один дуже цінний для мене момент. Більшість семестру ми потроху підкрадаємося до рівнянь Максвелла, які з приголомшливою елегантністю описують зв’язок між електричними й магнітними явищами — різними виявами електромагнітного поля. У тому, як ці рівняння говорять одне з одним, є якась неймовірна розкіш. Їх неможливо розділити. Разом вони утворюють єдину теорію поля.
Тому я відображаю ці прекрасні рівняння за допомогою проектора по всій аудиторії. «Подивіться на них, — кажу я студентам. — Вдихніть їх. Впустіть їх у свій мозок. Тільки раз у житті ви можете вперше усвідомити значення всіх рівнянь Максвелла — довершених, надзвичайних і взаємопов’язаних. Більше це ніколи не повториться. Ви змінилися назавжди. Ви втратили цноту». На честь цього важливого дня в житті студентів, коли вони досягли цієї інтелектуальної вершини, я приношу на лекцію шістсот нарцисів — по одному для кожного студента.
Через багато років, уже давно забувши подробиці рівнянь Максвелла, студенти пишуть мені, що пам’ятають день нарцисів — день, коли вони по-новому поглянули на світ, який я відзначив квітами. Для мене це найвищий рівень викладання. Мені значно важливіше, щоб студенти запам’ятали красу побаченого, ніж щоб вони могли повторити те, що я написав на дошці. Головне не матеріал, який ти викладаєш, а таємниці, які ти розкриваєш.
Моя мета — допомогти їм полюбити фізику й поглянути на світ іншими очима, на все життя! Ти розширюєш їхній горизонт, і вони ставлять запитання, яких раніше не ставили. Річ у тім, щоб відкрити світ фізики так, аби поєднати його зі щирим зацікавленням студентів навколишнім світом. Саме тому я намагаюся показувати студентам ліс, а не вилазити з ними на кожне дерево. Саме це я намагався зробити й у цій книжці. Сподіваюся, вам сподобалась наша подорож.
Подяки
Ця книжка так би й залишилася нездійсненною мрією без розуму, далекоглядності, ділових якостей і моральної підтримки нашої надзвичайної літературної агентки Венді Стротман. Вона звела нас обох, знайшла для книжки правильного видавця, прочитала чорнові варіанти багатьох розділів як професійна редакторка, дала книжці назву й допомогла нам зосередитися на результаті. Також ми щасливі приймати її вірну дружбу, що підтримувала нас протягом роботи над проектом.