 |
Тахионное убийство. Свобода воли поддается проверке
|
|
|
|
Тахионное убийство
Кажущийся странным вывод теории относительности о том, что порядок событий может меняться для разных систем отсчета, открывает перед нами новую сторону действительности: глубокие вопросы причинности и свободы воли. Эти вопросы можно инсценировать историей о тахионном убийстве.
Тахион – это гипотетическая частица, которая двигается со скоростью больше скорости света. Примечательно, что теория относительности не отрицает возможности движения частиц с такими скоростями. Она говорит только, что лишенные массы частицы должны двигаться со скоростью света, а частицы, обладающие ненулевой массой, не могут двигаться с такой скоростью (поскольку гамма‑ фактор тогда составлял бы бесконечность и они обладали бы бесконечной энергией). Уравнения теории относительности не отрицают принципиального существования скоростей больше скорости света.
Как можно заставить что‑ то двигаться со скоростью больше скорости света, не минуя саму скорость света? А для этого нужно, чтобы это что‑ то родилось на сверхсветовой скорости. Почему бы и нет? Фотоны не разгоняются до скорости света – они обладают этой скоростью с момента своего создания. Возможно, мы могли бы создать и тахион, который с момента своего образования двигался со скоростью больше скорости света. Это не противоречило бы теории относительности. И это как раз то представление, которое разделяют физики, жаждущие обнаружить тахион.
Откройте тахион, докажите, что он существует, и вы впишете свое имя в анналы физики. Однако, несмотря на общее оживление относительно таких поисков, я много лет назад отказался от идеи обнаружить тахион. Причины моего убеждения граничат с религией. Я верю, что обладаю свободой воли и что существование тахионов противоречило бы ей. Позвольте объяснить все по порядку.
|
|
|
Представьте, что Мэри стоит в 12 метрах от Джона. В ее руках тахионное ружье, которое стреляет тахионными пулями, движущимися со скоростью 4с, то есть в четыре раза быстрее света. Она стреляет. Свет движется со скоростью 0, 3 м/нс (наносекунда – одна миллиардная доля секунды), соответственно, тахионы летят со скоростью 1, 2 м/нс. Всего за 10 наносекунд тахионная пуля достигает сердца Джона и убивает его. Давайте предположим, что он умирает моментально.
Мэри подвергают суду. Она не отрицает очевидных фактов, однако настаивает, что может оспаривать обвинение в любой системе отсчета, которую выберет. Судья знает, что все системы отсчета равноценны, поэтому соглашается с Мэри. Она выбирает СО, движущуюся с половинной скоростью света, ½ с. Поскольку эта система отсчета движется медленнее, чем свет, с точки зрения теории относительности она вполне правомерна.
В земной системе отсчета два события (выстрел из ружья и удар пули) разделены +10 наносекундами. Как я показываю в Приложении 1, те же два события, описанные в системе отсчета, которая движется с половинной скоростью света, будут иметь разделение во времени − 15, 5 нс. Отрицательный знак означает, что они будут происходить в обратной последовательности. Пуля войдет в сердце жертвы до того, как Мэри выстрелит! У Мэри абсолютное алиби. Когда она нажимала на курок, Джон был уже мертв. Нельзя убить мертвого человека. Мэри ожидает, что суд ее оправдает.
Пример с тахионным убийством строится на том же принципе относительности, что и породившие сомнения парадоксы с близнецами и фермером с его шестом и сараем. Если два события достаточно разделены в пространстве и не очень отличны по времени, всегда будут существовать такие системы отсчета, в которых порядок событий может стать обратным. Такие отдаленные события – «пространственноподобные». Два события, которые происходят рядом, но разделены по времени, называются «времениподобными». Порядок пространственноподобных событий зависит от системы отсчета; порядок времениподобных событий от СО не зависит.
|
|
|
И вновь за подробными вычислениями я отсылаю вас к Приложению 1.
Возможна ли в принципе история с тахионным убийством? Как может быть правильным расчет на основании половинной скорости света, если он приводит к таким абсурдным последствиям? Означает ли это, что тахионов не существует или что теория относительности – бессмыслица? А если тахионы действительно будут обнаружены?
Свобода воли поддается проверке
Одним из возможных решений парадокса о тахионном убийстве может быть утверждение, что в том мире, где есть ружья, стреляющие тахионами, у Мэри нет свободы воли. Даже несмотря на то что она нажала на курок после смерти Джона, у нее не было вариантов, поскольку без свободы воли наличие у человека выбора иллюзорно. Все действия Мэри возникают под воздействием сил и влияния, происходящих извне. Джон умер в связи с тем, что нажатие Мэри на курок было неизбежно. Неизбежность физических законов создала картину стрельбы и смерти, и порядок происхождения этих событий уже не важен. В том, что мир управляется причинно связанными между собой физическими уравнениями, нет никакого парадокса. История с Мэри и Джоном представляет проблему, только если мы будем думать, что у людей есть свобода воли, и если вы будете считать, что Мэри могла решить не стрелять из ружья. Если же руководствоваться исключительно законами физики, Мэри просто делает то, что заставляют ее делать различные силы и влияния.
Вот поэтому я и не ищу тахионы. Думаю, что обладаю свободой воли. В физике ничто не противоречит этому, во всяком случае пока тахионы не существуют (и пока верны уравнения теории относительности). Разумеется, вполне возможно, что моя собственная свобода воли – всего лишь иллюзия, и я всего лишь комбинация сложных молекул, реагирующих на локальные воздействия. В этом случае, если бы я обнаружил тахион, то испытывал бы дискомфорт от того, что не мог приписать бы себе это открытие. Хотя и вошел бы в историю физики. Открытие было бы не мое.
|
|
|
С другой стороны, можно назвать интригующим обстоятельством то, что с научной точки зрения теория свободы воли вполне опровержима. Я расскажу о том, что подразумевается под опровержением, когда мы будем обсуждать стрелу времени. Сейчас могу лишь утверждать одно: ученые обычно соглашаются, что какая‑ то теория научна, если автор может ее опровергнуть[61]. Некоторые теории типа «разумного замысла» не отвечают этому условию. А вот теория о наличии у нас свободы воли как раз ему соответствует. Она содержит в себе как минимум одно поддающееся опровержению утверждение о том, что тахионов не существует.
Тахионный парадокс не работает, когда речь идет о скоростях ниже скорости света. Я показываю в Приложении 1, что если два события разделены пространственным интервалом D и временным интервалом T, тогда D /T меньше скорости света (то есть пуля движется со скоростью меньше скорости света, и два события становятся времениподобными ) и порядок событий будет одинаковым во всех системах отсчета. Если вы выстрелите в кого‑ то настоящей пулей, смена систем отсчета не поможет вам в деле об убийстве. Во всех СО вы выстрелите раньше, чем умрет жертва.
Время от времени та или иная команда ученых приходит к выводу, что обнаружила тахион, и делает соответствующее заявление. Так случилось в 2011 году, когда ЦЕРН[62] (Европейская организация по ядерным исследованиям, крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий, которая расположена неподалеку от Женевы) сообщил, что ее физики наблюдали некоторые (не все) элементарные частицы нейтрино, двигавшиеся со скоростью больше скорости света. Заголовки в СМИ провозгласили тогда обнаружение тахионов‑ нейтрино открытием века. Меня это не взволновало. Такого рода эксперименты очень трудны для проведения и часто содержат систематические ошибки. И действительно, менее чем через год ЦЕРН выпустил второе заявление, которое снимало заявку на открытие и приписывало ошибку неисправному оборудованию.
|
|
|
Тахионы, если они действительно существуют (а мы в этом случае не обладаем свободой воли), должны иметь очень интересные свойства. Гамма‑ фактор γ на самом деле мнимое число (это квадратный корень из отрицательного числа[63]). Мы знаем, что энергия вещественна (из теоремы Эмми Нётер, см. главу 3). Так что для вещественной энергии E = γ mc ² масса также должна быть мнимой. Тахионы обладают мнимой массой. Это ничего, в главе 6 я покажу, что мнимые числа вообще‑ то не совсем мнимые: они в действительности существуют. Но, что еще более любопытно, по мере приобретения тахионами все более ускоряющейся сверхсветовой скорости, то есть по мере приближения ее к бесконечности, их энергия уменьшается! Тахионы с нулевой энергией будут двигаться с бесконечной скоростью. Энергия тахионов приближается к бесконечности по мере снижения скорости до скорости света. Такое поведение тахионов обратно поведению других частиц.
Кстати, в том деле с тахионным убийством Мэри была признана виновной. Когда судья объявил об этом, он объяснил, что не имел другого выбора. У него не было свободы воли, поэтому он поступал так, как заставляли его вести себя действующие на него силы.
* * *
В центре всех этих парадоксов находится трудный для понимания аспект одновременности. Гораздо легче воспринять идею о том, что время замедляется или что двигающийся объект становится короче, чем спокойно осознавать, что слово сейчас не имеет одного универсального значения.
Давайте посмотрим на другой парадокс: явление, когда отдаленные в пространстве объекты оказываются очень близко друг от друга за очень короткий интервал времени. Если расстояние разделить на наблюдаемое вами время, то скорость – то есть тот показатель, с которым отдаленный объект приблизился к другому, – может быть значительно выше скорости света. И это не противоречит теории относительности.
|
|
|
