Наука Плоского мира. Книга 3. Часы Дарвина - Терри Пратчетт

Понятие о времени как о четвертом измерении начало распространяться среди ученых в конце Викторианской эпохи. Сначала математики, пытаясь дать определение «измерению», решили, что ему не обязательно иметь направление в пространстве. Измерение – это всего лишь переменная величина, а их количество – это наибольшее число таких величин, каждая из которых может меняться независимо от других. Получается, что чар, основная частица магии, состоит из резонов, а каждый из них, в свою очередь, складывается из, по крайней мере, пяти ароматов: вверх, вниз, вбок, привлекательность сексуальная и мята перечная. То есть чар как минимум пятимерен, если не считать, что «вверх» и «вниз» не зависят друг от друга – что, по-видимому, происходит из-за квантов.

В XVIII веке математик Жан Лерон Д’Аламбер (в детстве его нашли на пороге церкви, по названию которой он и получил среднее имя) предложил мысль, что время – это четвертое измерение, в статье в «Энциклопедии наук, искусств и ремесел». Другой математик, Жозеф Луи Лагранж, поставил время на место четвертого измерения в своей «Аналитической механике» 1788 года, а в «Теории аналитических функций» 1797 года ясно указал: «Механику можно рассматривать как четырехмерную геометрию».

Для того чтобы идея прижилась, понадобилось некоторое время, но к началу Викторианской эпохи слияние времени и пространства уже стало для математиков обыденностью. Тогда его еще не называли пространством-временем, но знали о четырехмерности: три измерения пространства и одно – времени. Журналисты и дилетанты вскоре начали называть «четвертым измерением» само время, не понимая, что это измерение может быть иным, и преподносили это так, будто ученые искали его веками и наконец нашли. Ньюком писал об изучении четырехмерного пространства начиная с 1877 года, и заявлял об этом в Нью-Йоркском математическом обществе в 1893-м.

Уэллс упомянул Ньюкома в связи с одним из более ярких представителей Викторианской эпохи, писателем Чарльзом Говардом Хинтоном, который прославился благодаря тому, что горячо поддерживал идею четвертого измерения. Хинтон был талантливым математиком, искренне любившим четырехмерную геометрию. В 1880 году он опубликовал работу под названием «Что такое Четвертое измерение?» в журнале Дублинского университета и годом позже переиздал ее в «Вестнике Челтнем Ладиса». В 1884 году она вновь появилась в виде брошюры с подзаголовком «Истолкование призраков». В ней Хинтон с неким налетом мистики связал четвертое измерение с различными псевдонаучными темами – от призраков до загробной жизни. Призраки легко появляются и исчезают, перемещаясь вдоль четвертого измерения, так же, как монета может появляться и исчезать с ровной поверхности стола, двигаясь вдоль нашего третьего измерения.

На Чарльза Хинтона существенно повлияли взгляды его отца-хирурга Джеймса, который сотрудничал с Хэвлоком Эллисом, возмутившим викторианское общество своими исследованиями сексуального поведения человека. Хинтон-старший был сторонником свободной любви и полигамии и был основателем целого культа. Младший также вел насыщенную личную жизнь: в 1886 году он сбежал в Японию после того, как уголовный суд признал его виновным в двоеженстве. Покинув Японию в 1893-м, он стал преподавать математику в Принстонском университете и изобрел там машину для подачи бейсбольных мячей, в которой, как в пушке, использовался порох. После нескольких несчастных случаев от устройства решили отказаться, а сам Хинтон лишился работы. Зато его беспрестанные попытки донести до общественности свои идеи о четвертом измерении имели больший успех. Он писал о нем для таких журналов, как «Еженедельник Харпера», «Маккларс» и «Наука». Он умер неожиданно от кровоизлияния в мозг в 1907 году во время ежегодного ужина в Обществе филантропических исследований, как только произнес тост за женщин-философов.

Вероятно, именно Хинтон показал Уэллсу возможность использования времени в качестве четвертого измерения. Прямых свидетельств, которые бы это подтверждали, нет, но тем не менее вероятность того, что это правда, высока. Ньюком, несомненно, был знаком с Хинтоном: однажды он устроил Хинтона на работу. Мы не знаем, встречался ли с Хинтоном Уэллс, но на их явную связь указывают косвенные свидетельства. К примеру, термин «научный роман» впервые был использован Хинтоном в заголовке его сборника фантастических эссе 1884 и 1886 годов, а потом Уэллс применил его в отношении собственных рассказов. Более того, Уэллс был постоянным читателем «Природы», в которой в 1885 году публиковался обзор «Научных романов» Хинтона (причем положительный) и обобщались некоторые идеи о четвертом измерении.

Другая межпространственная сага Викторианской эпохи, «Флатландия» Эдвина Э. Эбботта, по всей видимости, также отчасти обязана Хинтону. Она повествует о квадрате, который живет в Евклидовом пространстве, двумерном обществе треугольников, шестиугольников и окружностей, не верящих в существование третьего измерения, пока не попадают в него из-за пролетавшей мимо сферы. Аналогично викторианцы, не верившие в четвертое измерение, могли заблуждаться точно так же. Многие из составляющих романа Эббота очень близки элементам, которые можно обнаружить в рассказах Хинтона[25].

Физика путешествий во времени по большей части сводится к общей теории относительности с примесью квантовой механики. Волшебники Незримого Университета списывают все на «кванты»: ведь их можно использовать как универсальную карточку «Покиньте тюрьму» в «Монополии» – то есть объяснить практически все, что угодно, каким бы странным оно ни казалось. Даже наоборот, чем оно страннее, тем лучше для квантов. Уже скоро, в восьмой главе, вы получите изрядную порцию квантов. А пока мы подготовим почву, рассмотрев основные положения теорий относительности Эйнштейна – специальной и общей.

Как мы уже объясняли в «Науке Плоского мира», «относительность» – это нелепое название. Здесь было бы правильнее говорить об «абсолютности». Вся суть специальной относительности заключается в том, что не «все относительно», но одна величина – скорость света – неожиданно абсолютна. Зажгите фонарик в движущейся машине, говорит Эйнштейн: скорость света не увеличится оттого, что к ней прибавится скорость машины. Это резко контрастирует со старомодной физикой Ньютона, согласно которой свет движущегося фонарика двигался бы быстрее после прибавления скорости машины к его собственной. А если бросить из машины мяч, то его скорость действительно увеличится. Со светом должно быть то же самое, но этого не происходит. Такие опыты потрясают человеческое восприятие, но показывают, что Круглый мир и в самом деле ведет себя релятивистски. Мы не замечаем, что различия между физикой Ньютона и Эйнштейна становятся заметны лишь тогда, когда скорость приближается к скорости света.

Специальная относительность была неизбежна; ученые не могли не задуматься о ней. Ее корни уходят в 1783 год, когда Джеймс Клерк Максвелл вывел свои уравнения электромагнетизма. Они имеют смысл в «подвижной системе координат» – когда наблюдения ведет движущийся наблюдатель, – и только если скорость света абсолютна. Несколько математиков, в числе которых были Анри Пуанкаре и Герман Минковский, поняли это и опередили Эйнштейна на уровне математики. Однако с точки зрения физики эти идеи были впервые серьезно рассмотрены уже Эйнштейном, который в 1905 году указал на странную природу физических последствий. По мере приближения к скорости света предметы уменьшаются, время замедляется, а масса становится бесконечной. Ничто (ну, или ничто материальное) не может перемещаться быстрее света, а масса способна превращаться в энергию.

В 1908 году Минковский обнаружил простой способ выражения релятивистской физики, ныне известной как пространство-время Минковского. В Ньютоновой физике пространство имеет три неподвижные координаты – влево-вправо, вперед-назад, вверх-вниз. Пространство и время считались независимыми друг от друга. Но в релятивистской физике Минковский принимал время за дополнительную, отдельную координату. Четвертую координату, четвертое независимое направление… четвертое измерение. Трехмерное пространство стало четырехмерным пространством-временем. Но понятие времени Минковского добавило новый виток в старые идеи Д’Аламбера и Лагранжа. Время и пространство могли в некоторой степени меняться местами. Равно как и пространство, время стало геометрическим.

Это видно из релятивистского описания движущейся частицы. В Ньютоновой физике частица находится в пространстве и перемещается с течением времени. Подход Ньютона к природе движущейся частицы похож на просмотр кинофильма. А теория относительности рассматривает ее как последовательность неподвижных кадров, составляющую фильм. Это явно делает теорию относительности детерминистичной. К моменту, когда вы начинаете смотреть фильм, его кадры уже существуют. Прошлое, настоящее и будущее уже в нем. Время течет, фильм идет, мы узнаём, что нам уготовано судьбой – но на самом деле судьба неизбежна и неотвратима. Да, кинокадры, вероятно, могли бы возникать поочередно – так, чтобы самым новым из них всегда был текущий кадр, – но это невозможно делать последовательно для каждого наблюдателя.