Краткая теория времени - Карло Ровелли

первых ученых, от которых идут наши познания о мире, но также один из величайших, кто только был, в детскую эпоху человечества. Его способность представить себе, что Земля парит в пространстве, – это, возможно, первый и определенно один из блистательнейших примеров того, что такое Наука. Она – способность углублять и изменять наше ви́дение мира на основе наблюдений и рациональной мысли. Способность ставить под сомнение признанные идеи и находить новые, более адекватные. Такова огромная провидческая сила науки, всегда меня очаровывавшая.

Когда некое новое воззрение на мир проверено и доказано, оно постепенно становится фундаментом новой культуры. Тот факт, что структура пространства изменяется в случае близости массивного тела, однажды станет всеобщим достоянием, а мысль о неизменном и повсюду одинаковом пространстве покажется смехотворной – не менее смехотворной, чем в наши дни кажется предположение, что Земля должна опираться на что-то, чтобы не падать.

В этом движении, постоянно перестраивающем картину мира, сама сущность мира или, вернее, то, как мы ее воспринимаем, тоже меняется. Поэтому Анаксимандр стоит у истоков и другой великолепной затеи: чтобы объяснить физические явления, он ввел понятие apeiron (согласно мнению одних, это значит «то, что не имеет отличий, неопределенное», согласно мнению других – «бесконечное»). Апейрон – это первый умозрительный объект, понимавшийся как «кирпич» реальности: это «предок» атомов, элементарных частиц, физических полей, искривлений пространства-времени, кварков, струн и петель, то есть тех понятий, с помощью которых мы сегодня заново объясняем то, что видим.

Итак, революционное развитие науки, открывающее принципиально новую картину мира, начинается не с Эйнштейна. Оно вообще свойственно Большой науке. Особая роль Эйнштейна, я хочу подчеркнуть, заключается «всего лишь» в том, что он пробудил фундаментальную науку от летаргического сна, в который ее погрузил невероятный успех теорий Ньютона.

История пространства: соотношение или целостность?

В противоположность тому, что можно подумать, представление о пространстве, царившее от Аристотеля до Ньютона, заключалось в том, что это пространство сформировано самими объектами мира. На него смотрели как на порядок, по законам которого тела соприкасаются или, скорее, связаны друг с другом. Получается, что в западной научно-философской мысли ньютоновская идея абсолютного пространства, способного существовать в отсутствие каких-либо тел, вовсе не была господствующей точкой зрения.

Чтобы ввести представление о пространстве-ящике как о независимой сущности, Ньютону пришлось бороться против ожесточенного сопротивления мыслителей своего времени. И сопротивление оказывали не столько ученые старой аристотелевской школы, сколько выдающиеся представители Scientia Nova, Новой науки. Эти последние следовали за недавней коперниковской революцией, а своего главного учителя видели в Рене Декарте. У Декарта по поводу пространства было мнение, сильно отличавшееся от мнения Ньютона. Это декартово представление по прямой линии восходило через всю западную мысль к Аристотелю. Для Декарта, как и для Аристотеля, не было такой самостоятельной сущности, как «пространство». Не было, например, пустого пространства. Были только объекты (камни, стены, стулья, воздух, вода). Эти объекты находились в отношениях смежности друг с другом, они могли соприкасаться или не соприкасаться, а отношение смежности определяло порядок их взаимодействия, который и был пространством. Например, Аристотель определял пространственное положение тела как границу внутри собрания других тел, то есть своего рода положение «в пустоте» между близлежащими телами. Так, положение объекта А определяется положением соседнего объекта Б, и наоборот. Таким же образом для Декарта движение тела А было определено как переход от близости с телом Б к близости с телом В. Если говорить о единичном объекте самом по себе, то невозможно сказать, движется он или нет.

Для Ньютона, наоборот, все тела располагались в пространстве. И у пространства есть собственная структура, никак не зависящая от объектов, которые могут в нем находиться или которых в нем нет. В первой трактовке пространства, аристотелевско-декартовской, оно не сущность, не целостность, оно – взаимное отношение вещей. Во второй, ньютоновской, трактовке пространство – это отдельная целостность, реально существующая и имеющая свою структуру, даже если никаких тел нет.

Является ли выбор между этими двумя возможностями научной проблемой или чисто философской? Я бы сказал, что это научная проблема, но не в том смысле, в каком наука могла бы дать «правильное» представление о пространстве. Роль науки – в том, чтобы сказать, какая из этих двух точек зрения лучше, больше подходит для того, чтобы понимать мир наиболее эффективным способом. Здесь – корень проблемы истинности научных высказываний. Ньютон ответил в своей главной книге Principia Mathematica на вопрос о природе пространства. Сила этой книги, причина того, что решение Ньютона в итоге оказалось лучшим, в том, что он создал такой способ описания мира, основанный на его ви́дении пространства, который был невероятно хорош при использовании.

Вспомните уравнение, которое учили в школе: F = ma, где F – это сила, m – масса, а a – ускорение. Это база всей ньютоновской механики. Итак, мы стали способны измерять ускорение.

Но ускорение – это мера движения. Движения по отношению к чему? По отношению к абсолютному пространству, в котором оно происходит. Для того чтобы эта теория работала, надо, чтобы мы могли сказать, ускоряется или не ускоряется объект при абсолютном движении. Для Ньютона ускорение существует по отношению к сущности «пространство», а в аристотелевско-декартовской картине мира такое понятие просто не имеет смысла. Ведь нельзя сказать, движется ли объект, если не сравнивать его положение с положением другого объекта.

Умозрительная конструкция Ньютона настолько хорошо работает, что мы и сегодня продолжаем ей пользоваться при строительстве домов и мостов, в авиации, при многих других технологических применениях. Но старое представление Аристотеля и Декарта о том, что пространство – это отношение тел между собой, и критика мысли о том, что оно – независимая сущность, получили поддержку у таких мыслителей, как Лейбниц, Беркли и Мах. Благодаря им идея дожила до времен Эйнштейна, который сделал ее основой своей общей теории относительности.

Философский спор вокруг представлений о пространстве-сущности и пространстве-отношении прошел сквозь века, питая мышление ученых, таких как Ньютон и Эйнштейн, давая им темы для раздумий, вдохновляя их. И этот спор не исчерпал себя. Сегодня, на мой взгляд, следует опять поразмышлять над этим вопросом, если мы хотим понять квантовые свойства гравитации. Законченная теория квантовой гравитации, возможно, не будет создана иначе, чем путем отказа от ньютоновского понимания пространства как реально существующего «объекта». Существует только гравитационное поле, также как существуют другие физические поля. В теории квантовой гравитации петли – это кванты гравитационного поля, и соотношениями петель и создается то, что мы называем пространством.

Но что нам на самом деле известно?

Итак, основание науки – это