 |
Часть V. Сейчас. Четырехмерный большой взрыв. Передний край времени. Одновременны ли все сейчас ?
|
|
|
|
Часть V
Сейчас
Глава 24
Четырехмерный большой взрыв
Когда Большой взрыв создает новое пространство, он создает также и новое время… и это новое время – ключ к «сейчас»
О, господи, можно сойти с ума, думая обо всем этом…
Сара Коннор, фильм «Терминатор»
Мгновенья коротки и быстро умирают,
но все их весело и радостно встречают.
Хор юных дев из комической оперы «Пираты Пензанса»
Эйнштейн внес поистине фундаментальные изменения в наши представления о времени. Фейнман счел нужным дополнить их обратным движением в потоке времени. С тех пор, как мне кажется, прогресс в наших представлениях о времени был практически нулевым.
При собирании пазла иногда бывает трудно отыскать недостающую деталь, но настоящие проблемы возникают, если какой‑ то элемент оказывается не на своем месте. Энтропийное объяснение стрелы времени долгое время служило именно такой неправильной деталькой в общей картине. Цивилизация строится на локальном снижении уровня энтропии, а не на его возрастании. Конечно, видео разбивающейся чашки – прекрасный пример возрастания энтропии и при проигрывании в обратном направлении выглядит совершенно неправдоподобно, но ведь видео изготовления той же чашки при обратной перемотке будет выглядеть ровно так же нелепо.
Энтропия Земли снижается по мере остывания ядра. Локальное снижение энтропии характерно для распространения жизни и цивилизации. Гипотеза о связи времени со снижением уровня энтропии обладает тем очевидным преимуществом, что в ней решающее значение имеют местные колебания энтропии, а не изменение ее уровня в какой‑ то отдаленной черной дыре. Мало того, в итоге снижение энтропии – существенная составляющая того, что мы называем жизнью: при этом из почвы и воздуха извлекаются разрозненные питательные вещества и превращаются сначала в пищу (посредством деятельности растений), потом в плоть (посредством питания и пищеварения), а затем в рост и знание. Когда в финале энтропия наших тел и правда начинает резко расти, мы называем это явление смертью.
|
|
|
Передний край времени
Мог ли сам Большой взрыв породить движение времени? Да, конечно, уверены многие теоретики, но при этом они считают необходимым включить в схему энтропийный механизм как связующее звено между расширением Вселенной и ходом времени. Большой взрыв создает Вселенную с низким уровнем энтропии и условиями для его увеличения. Но зачем вообще включать в модель энтропию, если ее присутствие позволяет ожидать результатов, которых мы не наблюдаем, таких как локальная корреляция между скоростью хода времени и энтропией? Давайте посмотрим на сам Большой взрыв и на то, как он может непосредственно породить ход времени и смысл понятия сейчас, без необходимости привлечения энтропийного «костыля».
В современной космологической картине, согласно подходу Леметра, галактики не движутся – или, по крайней мере, движутся незначительно; если забыть о небольшом «собственном движении» (таком, к примеру, как наше собственное локальное ускорение в направлении Андромеды), получится, что все они застыли в фиксированных координатах. Хаббловское расширение представляет собой не движение галактик, а создание нового пространства. В этом новообразовании нет ничего загадочного: в общей теории относительности пространство обладает гибкостью и растяжимостью. Оно запросто может расширяться, но при этом будущее такого расширения зависит от уравнения общей теории относительности – уравнения, согласно которому геометрия (метрика) пространства определяется соотношением в нем энергии и массы. В самой элегантной форме оно выглядит обманчиво простым: G = kT.
|
|
|
Что такое Большой взрыв? Взрывное расширение трехмерного пространства? Да – но более разумное, более близкое по духу к принципу унификации пространства и времени предположение, что Большой взрыв – это взрывное расширение четырехмерного пространства‑ времени. Точно так же, как пространство генерируется хаббловским расширением, создается и время. Непрерывная и бесконечная генерация нового времени определяет и направление стрелы времени, и ее скорость. Каждое мгновение Вселенная становится чуть больше, и времени в ней становится чуть больше; именно этот передний край времени мы и называем сейчас.
Течение времени запущено не энтропией Вселенной, а непосредственно Большим взрывом. Будущее еще не существует (хотя и включается в стандартные диаграммы пространства‑ времени); оно создается по ходу событий. Сейчас находится на границе, на фронте ударной волны нового времени, приходящего из ниоткуда, на переднем крае времени.
Одновременны ли все сейчас?
Совпадает ли ваше сейчас с моим? Для начала рассмотрим этот вопрос в обычной космологической системе координат, описанной Жоржем Леметром. Все галактики у него покоятся, а пространство между ними расширяется. Можно считать, что в каждой галактике имеются свои часы. Согласно космологическому принципу (встроенному в модель Леметра), все галактики везде выглядят одинаково; они все прожили одно и то же время с момента Большого взрыва, и все часы в них показывают одно и то же. Это означает, что все они переживают момент сейчас одновременно.
Но, как и в специальной теории относительности, концепция одновременности тоже может зависеть от системы отсчета. Возьмем, к примеру, СО с галактикой Млечный Путь в центре. Здесь все галактики движутся от нас прочь, и время в них растягивается; оно бежит медленнее, и моменты сейчас уже не синхронны. В этой системе отсчета с момента Большого взрыва для нас прошло больше времени, чем в других галактиках. Сейчас перестает быть одновременным по всей Вселенной. Наше сейчас наступает первым.
|
|
|
Как и в СТО, такое поведение одновременности не создает противоречия; это свойство общей теории относительности.
Восприятие сейчас
Почему вы чувствуете, что живете в настоящем? На самом деле вы есть и в прошлом тоже; вы это прекрасно знаете. Вы существуете обратно во времени до самого момента рождения (или зачатия, в зависимости от вашего определения жизни). Тот факт, что вы сосредоточены на настоящем, объясняется в первую очередь тем, что настоящее, в отличие от прошлого, подвержено воздействию вашей свободной воли. Согласно физике, как мы ее теперь понимаем, прошлое не определяет будущее полностью; квантовая физика вносит в развитие событий по крайней мере какой‑ то элемент случайности. Его присутствие означает, что физика неполна, будущее не определяется однозначно прошлым, а нефизические факторы могут сыграть роль в определении того, что должно произойти. И то, что физика неполна, оставляет открытой возможность повлиять на будущее посредством свободной воли.
Не могу доказать, что свобода воли существует, но когда физика включает в себя квантовую неопределенность, она уже не может отрицать возможное существование свободы воли. Если вы обладаете свободой воли, можете воспользоваться нефизическим знанием, чтобы открыть или закрыть возможные пути возрастания энтропии и таким образом повлиять на то, что происходит, и на то, что будет происходить. Вы можете разбить чашку или изготовить новую; ни вероятность, ни энтропия не имеют отношения к вашему решению. Процитируем Джона Драйдена[272]: «То, что прошло, прошло. Даже небо само не имеет над прошлым власти». Кстати – и это плохая новость для любителей научной фантастики, – вы тоже не имеете над ним власти. И никакая петля сквозь кротовую нору этого не изменит.
Физике с помощью повсеместного – и в исследованиях, и в обучении – использования диаграмм пространства‑ времени долгое время удавалось обходить вопрос о течении времени. Ось времени рассматривается (по большей части) как еще одна пространственная ось; ее особая черта – направленный ход времени – совершенно пропадает из поля зрения. Сейчас представляет собой всего лишь еще одну точку на этой оси, как будто будущее уже существует, просто еще не пережито. В такой системе путешествия во времени оказались бы изменением момента сейчас – сдвигания его вдоль оси времени назад и вперед. Но сейчас невозможно сдвинуть. Сейчас – передний край четырехмерного Большого взрыва. Сейчас – это момент времени, созданный только что. В подлинной диаграмме пространства‑ времени ось времени не уходит в бесконечность. На сейчас время останавливается.
|
|
|
Может ли будущее влиять на прошлое? Как насчет позитронов – электронов, движущихся назад во времени, приходящих из будущего, чтобы поучаствовать в нынешних взаимодействиях? Да, таков современный подход в физике, той самой, что упорно не замечает сейчас и базируется на бесконечной диаграмме пространства‑ времени. Означает ли этот современный подход, позволяющий успешно вычислять напряженность магнитного поля электрона с точностью более десяти знаков, что все сделанные в нем предположения верны? Многие физики считают, что да: по крайней мере, до тех пор, пока нет альтернативы.
Возможно, здесь работает своего рода принцип неопределенности. Будущее может повлиять на настоящее только в той мере, в какой некоторая часть этого будущего уже определена и потому неизбежна в настоящем. Хокинг высказывался в пользу этой позиции; он писал, что движение назад во времени возможно только на микроскопическом уровне. Вероятно, он не принял бы позитрон, сфотографированный Андерсоном, за частицу, движущуюся в прошлое.
Однако я готов утверждать, что отдаленного будущего пока не существует – в том смысле, в каком существуют настоящее и прошлое. Прошлое уже определено; что произошло, то произошло; будущего пока нет, потому что мы знаем, что оно непредсказуемо; по крайней мере, на основании нынешних законов физики, неспособных даже предугадать, когда распадется тот или иной радиоактивный атом. Религиозные детерминисты считали, что будущее зафиксировано посредством безупречности и предвидения их всезнающего Бога. Затем некоторое время мы думали, что детерминизм во Вселенной не требует такого Бога; мы считали, что физика справится и сама. Теперь знаем, что это не так.
Уравнение Дирака предсказывало существование антивещества, а Фейнман сумел избавиться от абсурда в интерпретации Дирака – от бесконечного моря заполненных отрицательных энергетических состояний; он понял, что решения, относящиеся к антивеществу, можно интерпретировать как частицы с отрицательной энергией, движущиеся назад во времени, – что придает им, по существу, положительную энергию. Все это история. Фейнман выяснил, что отрицательные энергетические состояния с обратным движением во времени неотличимы от положительных энергетических состояний с прямым движением во времени. Но не будем воспринимать эту интерпретацию слишком серьезно. Позитроны существуют; они обладают положительной энергией и движутся‑ таки вперед во времени.
|
|
|
Что было, то было. Если уравнения Дирака предсказали существование позитрона через серию витиеватых интерпретаций, прекрасно. Вот вам историческая аналогия. Нильс Бор предложил первую модель, корректно объяснившую спектр водорода; в 1913 году эта модель дала невероятно мощный толчок только зарождающейся области – квантовой физике. Сегодня мы знаем, что теория Бора была ошибочна; она делает определенные предсказания (к примеру, о моменте импульса [угловом моменте] электрона на самой низкоэнергетической орбите), которые не совпадают с наблюдаемыми значениями и, соответственно, фальсифицируют теорию. Неважно. Через 13 лет сразу двое – Гейзенберг и Шрёдингер – предложили теории получше, и вдохновил их на эту работу в значительной мере именно Бор; новые теории давали ровно тот же спектр водорода, но не делали при этом ошибочных предсказаний.
Мы до сих пор почитаем Бора как одного из основоположников квантовой физики. И по‑ прежнему преподаем модель Бора студентам; это простой и убедительный способ начать знакомство с исследованиями квантового поведения. (Мало кто из профессоров при этом указывает, что теория Бора дает неверные предсказания; не хочется, чтобы студенты знали – интуитивно понятная и простая модель ошибочна; по крайней мере, пока уровень их физического образования не продвинется хотя бы немного. ) Когда‑ нибудь мы станем так же относиться к Дираку, Фейнману и их притянутым за уши теориям антивещества.
|
|
|
