Патриция перетянула опорную веревку в переднюю часть комнаты, затем обернулась и обратилась к классу. – Предположим, что зеркалит содержит светороды, которые так слабо связаны с остальными, что могут легко покидать свои энергетические ямы при воздействии световой волны. Предположим, что они увлекаются этой волной, пока их скорость не сравняется со скоростью самого света. Сравнив геометрию света с геометрией движения светородов, вы увидите, что энергия каждого из этих светородов в конечном счете становится пропорциональной частоте света.
На глазах у Карлы студентка, которая обычно отличалась застенчивостью, изобразила у себя на груди схематичную диаграмму, иллюстрирующую описанное ею соотношение.
– Для образования помутнения в заданной точке зеркалита, – продолжила Патриция, – требуется определенное количество энергии. Предположим, что для света с максимальной частотой этого количества можно достичь с помощью четырех светородов – тогда если четыре светорода столкнутся с одной из граней зеркалита, эта грань получит повреждение, которое мы воспринимаем как помутнение. Однако по мере уменьшения частоты энергия, приходящаяся на каждый светород, также будет падать, поэтому в какой-то момент для достижения того же самого порогового значения потребуется уже пять светородов. Помутнение произойдет и в этом случае – но скорость его образования резко уменьшится, и при заданном времени экспонирования эффект окажется гораздо слабее.
Патриция нарисовала стопку из четырех векторов энергии, соответствующих светородам в переходной точке, а затем добавила к ним еще одну стопку, в которой для достижения того же порогового значения требовалось пять частиц. – Рано или поздно то же самое произойдет снова: найдется частота, ниже которой не хватит и пяти светородов. Причем две критические частоты будут относиться в точности как пять к четырем.
Карле оставалось только поражаться изобретательности этой девушки. Выдающееся открытие Ялды – между прочим, на горе Бесподобная – заключалось в том, что световые частоты во времени и пространстве соответствовали двум сторонам прямоугольного треугольника – причем отношение этих сторон зависело от скорости света, а гипотенуза оставалась постоянной вне зависимости от каких-либо изменений.
Однако энергия, импульс и масса твердого тела также составляли прямоугольный треугольник. Величина гипотенузы в этом случае была постоянной и определялась массой тела, в то время как его скорость определяла отношение катетов.
Если сделать так, чтобы скорость в обоих случаях была одинаковой – заставить светород, материальную частицу, сравняться по скорости со световым импульсом – то два треугольника становились подобными, а между их сторонами возникало жесткое и неизменное соотношение. Энергия частицы оказывалась пропорциональной частоте волны. Получалось, что вместо необъяснимой связи между резкими изменениями степени помутнения и целыми кратными световой частоты мы имеем частицы, которые синхронно с самим светом естественным образом переносят энергию дискретными порциями.
Карла отложила запланированное занятие и предложила студентам обсудить результаты эксперимента с помутнением. – Это ваш шанс привести аргументы в пользу любой странной идеи, которую вы готовы отстаивать, – подталкивала она их, – даже если не можете довести ее до совершенства, даже если в ней есть пробелы и недостатки, которые вы не можете исправить. Пробелы и недостатки были во всем, чему я вас учила; загадки, над которыми люди ломали голову еще до запуска ракеты; но теперь – вы сами первопроходцы; ни Ялда, ни Нерео, ни Сабино не смогут поделиться с нами своими догадками. Так что теперь у вас есть шанс выйти за границы собственных знаний – заполнить пробелы в старых идеях или сравнять их с землей и построить на их месте что-то новое.
Поначалу дело не спорилось, люди вели себя настороженно и в обсуждение включались неохотно – самых обыкновенных студентов приходилось всячески подталкивать, чтобы они хоть как-то участвовали в общей работе. Но спустя полсклянки бесцельных блужданий, вопросов, уточнений и все более пылких заявлений, трое из ее студентов оказались достаточно смелыми, чтобы в общих чертах обрисовать собственные оригинальные гипотезы, объясняющие странную закономерность помутнения.
Ромоло высказал предположение, что при столкновении с зеркалитом свет порождает в веществе звуковые волны, а благодаря слабой нелинейности, присутствующей в уравнениях этих волн, энергия могла перемещаться между различными гармониками – вплоть до естественной частоты колебания самих светородов. Палладио предположил, что свет подходящей частоты в нужные моменты подталкивает осциллирующие светороды таким образом, что их соседи в решетке оказываются достаточно близко, чтобы вытащить друг друга из своих энергетических ям. Правда, было не так просто понять, как именно с помощью этих теорий можно предсказать тот факт, что налет состоял из нескольких рядов, а не изолированных полос помутнения, ограниченных несколькими резонансными частотами.
Идея Патриции, без сомнения, объясняла резкие переходы в степени помутнения – а примененная ею аналогия между энергией и частотой была настолько простой и изящной, что Карле стало совестно оттого, что она не подумала об этом сама. Тем не менее, в этой теории – при всех ее преимуществах – были свои нестыковки.
Карла постаралась как можно мягче подойти к обсуждению первой проблемы. – Ты исходишь из предположения, что часть светородов будут увлекаться световой волной?
– Да, – согласилась Патриция. – Свет будет их подталкивать, разгоняя все сильнее и сильнее, пока их скорость не сравняется со скоростью самой волны.
– И как бы это выглядело, если бы мы двигались вместе с ними? Что бы мы увидели, если бы мы разогнались до скорости светородов?
– Они бы показались нам неподвижными, – недоуменно ответила Патриция. Разве это не было очевидно?
– А как бы выглядела сама световая волна?
– Тоже неподвижной. Все движется с одной и той же скоростью.
– С той же самой скоростью движется световой импульс, – сказала Карла, – в этом твое описание верно. Но история импульса в 4-пространстве перпендикулярна волновым фронтам. А что же происходит с самими фронтами?
– Ой. – Патриция опустила глаза и ссутулившись, отстранилась от опорной веревки. – Они движутся в обратном направлении. А значит, светород не будет двигаться вместе с импульсом – он застрянет в энергетической яме между двумя фронтами и будет двигаться в обратную сторону с совершенно другой скоростью.
– Верно, – сказала Карла. – Движение импульса отличается от движения волновых фронтов! Эту ошибку легко допустить: меня это до сих пор иногда сбивает с толку.
Она изобразила ситуацию, описанную Патрицией. – Для того, чтобы светород приобрел постоянную скорость, он должен находиться в энергетической яме. Более того, я подозреваю, что для этого необходим источник света с очень высокой интенсивностью, так как в противном случае яма окажется недостаточно глубокой. Но если бы это все-таки произошло, то светород был бы неподвижен относительно волновых фронтов, но никак не самого импульса.
– Я понимаю, – печально произнесла Патриция и уже было направилась обратно.
– Постой, – сказала Карла. – Есть еще одна проблема, и ее тоже стоит обсудить.
Теперь Патриция едва не сгорала от стыда. – Разве мало первого недостатка?
– Потерпи меня еще немного, – предложила ей Карла. – Бывает, что ошибки компенсируют друг друга.
– Только ошибки в знаке! – вмешался Ромоло. Карла подняла руку, призывая его к тишине, а затем снова обернулась к Патриции. – У тебя было четыре или пять подвижных светородов, способных вызвать помутнение, если их суммарная энергия достигнет порогового значения, – сказала она. – Но если они собираются столкнуться с другим светородом, находящимся в потенциальной яме, то для его освобождения потребуется передача кинетической энергии, равной глубине ямы. При увеличении истинной энергии кинетическая энергия уменьшается – именно поэтому твоя первоначальная идея о том, что подвижные светороды достигают скорости светового импульса, здесь бы не сработала. Но если светороды движутся не параллельно световому импульсу, а вдоль его волновых фронтов, то все меняется местами: чем выше частота света, тем медленнее движется световой импульс, но тем выше скорость волновых фронтов. Иначе говоря, светороды, запертые между волновыми фронтами, будут двигаться тем быстрее и обладать тем большей кинетической энергией, чем выше частота световой волны.
Патриция обдумала эти слова. – Общая закономерность в итоге получается правильной, – сказала она, – но цифры не сходятся, так ведь? Частоты, при которых четыре или пять светородов достигают порогового значения кинетической энергии, не будут находиться в соотношении четыре к пяти.
– Это так, – согласилась Карла. – Разумеется, есть и другие проблемы, которые необходимо решить, чтобы твоя гипотеза сработала: нужно детально проанализировать соударения, чтобы выяснить точное количество кинетической энергии, передаваемой от подвижных светородов к связанным, а также полностью учесть сгенерированное излучение. Сложно сказать, как именно все эти эффекты совместными усилиями могут выдать простое соотношение четыре к пяти.
– Вы правы, это было глупо, – сказала Патриция. – Она направилась на свое место.
– Это вовсе не было глупо! – воскликнула ей вслед Карла. Хотя она и не видела способа отстоять эту хитроумную гипотезу целиком, в центре всех ее сложностей была заключена догадка столь же блестящая, как и любое из открытий, сделанных в золотой век вращательной физики.
– Ладно, – сказала она. – У нас до сих пор нет адекватной теории помутнения. Поэтому сейчас мы попытаемся придумать новый эксперимент – нечто, что могло бы помочь нам разобраться в предыдущем.
– Причина, которая заставляет светороды покидать их привычное местоположение в зеркалите – это одно, но… куда они после этого деваются? – спросил Ромоло.
– Скорее всего, они находят новую устойчивую конфигурацию, – ответила Карла. – Может оказаться, что именно она и является тем самым налетом на поверхности зеркала – светородами, которые после перегруппировки уже не образуют нормальную структуру, характерную для зеркалита.
– Но если это так, то почему мы не видим два разных вида помутнения? – возразил Ромоло. – Зеркалит, потерявший часть своих светородов и зеркалит, который, наоборот, приобрел светороды, потерянные в других местах?
– Налет вполне может оказаться неоднородным, – ответила Карла, – но лично я подозреваю, что масштаб этих неоднородностей слишком мал, чтобы его можно было увидеть – даже с помощью микроскопа.
В разговор неожиданно вмешалась Азелия, которая большую часть занятия безучастно смотрела в пустоту. – А почему в вакууме это происходит быстрее? Как на этот процесс влияет воздух?
– Я думаю, что воздух, скорее всего, каким-то образом реагирует с отшлифованной поверхностью, защищая ее от помутнения. Раньше мы думали, что воздух вызывает помутнение, но теперь более вероятное объяснение, по-видимому, заключается в том, что он создает тонкий слой, не подверженный этому эффекту.
Азелию такой ответ не удовлетворил. – Если из-за этого слоя зеркалит не теряет свойства зеркала, значит свет должен реагировать с материалом так же, как и раньше. Так почему же он точно так же не меняет структуру светородов?
Ответа у Карлы не было. По правде говоря, она была настолько очарована удивительной простотой резкого частотного перехода, что почти не задумывалась над запутанной мелкомасштабной структурой самого материала.
Она заметила восторженно выражение Ромоло еще до того, как он успел заговорить. – Светороды улетают в вакуум! – объявил он. – Наверняка ведь дело в этом? Скорее всего, воздух меняет поверхность зеркалита таким образом, что светородам становится сложнее вырваться на свободу – но в отсутствие воздуха свет может отправить вырванные светороды прямиком в пустоту!
Свободные светороды? Карла почувствовала, как напрягается ее тимпан, готовясь выдать скептическое возражение, но затем она поняла, что идея была не такой уж абсурдной. Уже давно высказывалось предположение, что в огне содержалось небольшое количество свободных светородов, однако их невозможно было обнаружить среди нестабильных продуктов горения; к тому же не было никаких оснований считать, что они надолго останутся свободными, постоянно испытывая соударения с окружающим веществом. Однако ветерок, состоящий из одних только светородов, источаемых кусочком зеркалита в космическую пустоту, – это совершенно иной сценарий.
– Возможно, ты и прав, – сказала она. – Итак, как же нам проверить эту идею? Если в контейнере с зеркалитом находится разреженный газ, состоящий из свободных светородов, как нам убедиться в его существовании?
На несколько пауз в классе наступила тишина, после чего Азелия раздраженно спросила: «А разве мы не можем просто посмотреть? Конечно, большинство газов прозрачны, но светороды совершенно не похожи на обычный газ».
– Светороды должны рассеивать свет, – согласилась Карла. – Более того, каждый из вас должен быть в состоянии рассчитать, как поведет себя свет умеренной интенсивности при столкновении со свободным светородом. Итак, приходите через три дня с ответом на этот вопрос, а заодно подумайте, как именно мы могли бы организовать такое наблюдение.
Когда комната опустела, Карлу внезапно охватила тревога. Что ждало ее впереди после того, как она устроила раздрай в учебном плане? Ей удалось совершить одно заманчивое открытие – на какое-то время это даже вскружило ей голову – но она даже не знала, как подступиться к объяснению своей находки, а с учетом последствий эта тема казалась как никогда туманной. Чем ей гордиться, если она оставит грядущему поколению на одну задачу больше, чем унаследовала сама?
Она порылась в буфете в поисках орехов, припрятанных за стопкой потрепанных учебников. Сколько же изъянов насчитывала сейчас теория Нерео? Слишком много и в то же время чересчур мало. Одна аномалия вызывала затруднение, две ставили в тупик, но дюжина или около того, собранные вместе, могли стать ключом к совершенно новому видению мира. Ей следовало бояться не путаницы и замешательства, а того, что понимания, которого она достигнет, хватит лишь на половину пути.