Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной - Юрий Артамонов

    Эти обращения суть еще один аргумент в пользу нереальности времени. Если направление законов природы может быть обращено, тогда не может быть

к оглавлению

в принципе разницы между прошлым и будущим - тот факт, что у нас очень разные взаимоотношения с прошлым и с будущим, не может быть фундаментальным свойством мира. Очевидная разница между будущим и прошлым должна быть или иллюзией, или следствием специальных начальных условий.

    Людвиг Больцман, который с его проникновением в природу энтропии сделал для соединения атомного мира с макромиром, который мы чувствуем, более, чем любой другой, как то раз сказал: 'Для вселенной два направления времени неразличимы, точно как в пространстве нет понятий верх и низ' [2]. И если нет реальной разницы между прошлым и будущим, - если они имеют в точности одно и то же содержание, только логически переставленное, - то нет необходимости верить в реальность настоящего момента или в реальность течения времени. Обратимость законов физики во времени часто принимается как еще один шаг в удалении времени из принятой физиками концепции природы.

    Мы прошли пока только несколько шагов перед тем, как принять полное удаление времени из физики. Следующий этап вытекает из теории относительности Эйнштейна, которая обеспечит нас самым сильным аргументом из всех в пользу нереальности времени.

к оглавлению

6

Относительность и безвременье

    Когда мне было девять лет, мой отец принес домой в нашу квартиру на Западной cтороне Верхнего Манхэттена копию книги Линкольна Барнетта Вселенная и Доктор Эйнштейн, и мы вместе ломали голову над его объяснениями теории относительности. Даже теперь я могу вспомнить диаграммы разогнанных поездов и искривление лучей звездного света.

    Затем, примерно в шестнадцать лет, я прочитал первую статью Эйнштейна по общей теории относительности, когда ездил на подземке в нижний город в гости к моей кузине, участнице рок-групп. Эйнштейновские пионерские статьи в то время, как и сейчас, были доступны в виде дешевых изданий в мягком переплете [1]. Плененный физикой через их чтение, которое я, к счастью, открыл для себя до того как получил возможность открыть учебник, я не мог бы пожелать для первого знакомства никакого лучшего примера того, как в виде ясных идей выразить сущность природы. Это было нечто, подобное отучению от детского способа поведения в пятизвездочном французском ресторане, так что позже вы должны были быть принуждены, пинаясь и крича, есть ваши воздушные овсяные хлопья и арахисово-масляное желе.

    Позднее я открыл, что в физике очень мало того, что могло бы соответствовать концептуальной ясности и элегантности теорий Эйнштейна. Этому не соответствуют ни квантовая

к оглавлению

механика, ни современная квантовая теория поля, ни даже Ньютоновская механика, представления которой в учебниках часто являются логической неразберихой, заминированной запутанными и циклическими определениями основных концепций, вроде массы и силы. Но поскольку я начинал с Эйнштейна, его труд стал моим научным стандартом, его теории относительности стали моим пробирным камнем, их принципы, священные как ни один текст, могли бы поучить некоторых научному скептицизму.

    С момента своего появления теории относительности Эйнштейна являются сильнейшим среди имеющихся у нас аргументов в пользу того, что время есть иллюзия, маскирующая правильную вневременную вселенную. Когда я верил, что время есть иллюзия, мои главные доводы должны были базироваться на теории относительности.

    Эйнштейн изобрел две теории относительности. Первая, специальная теория относительности (СТО), описывает мир, в котором гравитация не существует. Она представлена в двух статьях Эйнштейна, опубликованных в его 'легендарном' 1905 году [2]. Общая теория относительности (ОТО), изобретенная в течение следующего десятилетия, включает гравитацию.

    Эйнштейновские теории относительности в самой своей основе являются теориями времени - или, точнее, безвременья. Они незаслуженно имеют репутацию трудных; я нахожу их великолепно простыми и легко объясняемыми. Верно, что теории относительности кажутся с первого взгляда парадоксальными, поскольку они заменяют ошибочную интуицию на более глубокую интуицию, которая, как говорит нам эксперимент, ближе к истине. Изучить теории относительности означает пережить переход от одного способа мысленной организации мира к другому. Вы должны отказаться от определенных бессознательных допущений по поводу времени, но после этого главные идеи выводятся логически.

    В этой главе я буду говорить только об идеях и выводах теории относительности, имеющих отношение к природе времени. Я буду делать утверждения, которые, я надеюсь, прозрачны, но я не хочу делать того, что обычно делается в популярных книгах по физике, которые приводят аргументы, связывающие простые постулаты Эйнштейна с их неожиданными следствиями [3].

    Мы коснемся двух концепций СТО. Первая есть относительность одновременности. Вторая, следующая из первой, есть монолитная вселенная. Каждая из них была важным шагом на пути изгнания времени из физики.

    При создании СТО Эйнштейн выдвинул две стратегии, имеющие отношение

к оглавлению

к вопросу о природе времени. Во-первых, он принял реляционистскую сторону в дебатах о том, является ли время относительным или абсолютным: Время связано с изменением, смысл которого заключен в воспринимаемых взаимоотношениях. Нет такой вещи как абсолютное или универсальное время.

    В своей ранней работе Эйнштейн также использовал стратегию, называемую операционализм. В соответствии с этим подходом единственный осмысленный способ определить такую величину как время это договориться, как его измерить. Если вы хотите говорить о времени, вы должны описать, какие часы есть в вашей теории и как эти часы работают. Когда вы подходите к науке с точки зрения операционализма, вы не спрашиваете о том, что происходит на самом деле, а только о том, что мог бы наблюдать наблюдатель. Положение наблюдателя во вселенной должно быть принято во внимание, включая то, где он находится и как он движется. Это позволяет вам ответить на вопрос, будут ли разные наблюдатели согласны или не согласны по поводу того, что они видят. Некоторые из наиболее интересных открытий Эйнштейна связаны с тем, по поводу чего наблюдатели не согласны.

    А что насчет реальности? Разве физикам не интересно, что есть на самом деле, а не только, что наблюдается? Да, но хотя большинство операционалистов верит в реальность, они также верят, что единственный способ до нее добраться это путь через то, что наблюдается. Тестом на то, реально ли что-либо - объективно правильно - является то, что все наблюдатели будут с этим согласны.

    Великое открытие по поводу времени в СТО Эйнштейна называется относительностью одновременности. Она должна действовать, если два удаленных друг от друга события могут быть рассмотрены как имеющие место в одно и то же время. Эйнштейн нашел, что имеется неопределенность при любом определении удаленных событий как одновременных. Наблюдатели, находящиеся в движении друг относительно друга придут к различным заключениям о том, являются события одновременными или нет, когда эти события удалены друг от друга.

    Совершенно естественно для некоторой девушки, гуляющей по Торонто, интересоваться, что делает ее любимый человек в тот же момент в Сингапуре. Если это имеет смысл, то также должен иметь смысл вопрос о том, что происходит в этот момент на Плутоне, на планете в галактике Андромеда или, на самом деле, где угодно во вселенной. Эйнштейн показал, что наша привычная интуиция, считающая осмысленным говорить о том, что происходит прямо сейчас далеко от нас, ошибается. Два наблюдателя, которые двигаются друг относительно

к оглавлению

друга, будут не согласны по поводу того, являются ли два удаленных события одновременными.

    Относительность одновременности зависит от некоторых предположений, одно из которых состоит в том, что скорость света универсальна, - что означает, что любые два наблюдателя, измеряющие скорость фотона, будут согласны в своих измерениях независимо от того, как они движутся по отношению друг к другу или к фотону. Мы также можем допустить, что ничто не может двигаться быстрее, чем устанавливает эта универсальная скорость [4]. Если она задана, событие может влиять на другое событие, только если сигнал, движущийся со скоростью света или менее, покидает первое и достигает второго. Если это может произойти, мы говорим, что два события причинно связаны в том смысле, что первое могло бы быть причиной второго.