Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности - Брайан Грин

Если бы мы могли путешествовать во времени столь же легко, как мы путешествуем в пространстве, наш взгляд на мир не просто бы изменился, а претерпел бы самый резкий сдвиг за всю историю нашего вида. Ввиду такого несомненного потрясения я часто поражаюсь тому, сколь мало людей осознают, что теоретические основы одного из видов путешествий во времени — путешествия в будущее — были заложены ещё в начале прошлого века.

Открыв природу пространства-времени в своей специальной теории относительности, Эйнштейн обрисовал схему перемещения в будущее. Если вы хотите увидеть, как будет выглядеть Земля через 1000, 10 000 или 10 млн лет, обратитесь к законам эйнштейновской физики, говорящим, как это сделать. Надо построить космический корабль, способный достигнуть скорости, скажем, 99,9999999996% от скорости света. Разогнавшись до этой скорости, вы несётесь в открытом космосе день, десять дней или чуть больше двадцати семи лет согласно вашим корабельным часам, а затем внезапно поворачиваете и летите к Земле, опять же, на предельной скорости. Когда вы вернётесь, на Земле пройдёт 1000, 10 000 или 10 млн лет. Таково бесспорное и экспериментально проверенное предсказание замедления времени с ростом скорости, о чём мы говорили в главе 3.{201} Конечно, поскольку мы очень далеки от того, чтобы строить космические корабли, развивающие такую скорость, то никто буквально не проверял эти предсказания. Но, как мы рассказывали ранее, замедление времени было проверено на коммерческих авиарейсах, скорость которых составляет лишь мельчайшие доли скорости света, а также на элементарных частицах, подобных мюонам, разгоняемым на ускорителях до скоростей, близких к скорости света (покоящиеся мюоны распадаются на другие частицы за две миллионные доли секунды, но чем быстрее они движутся, тем медленнее идёт их внутреннее время и тем дольше они живут с нашей точки зрения). Есть все основания полагать (и нет ни одной причины не верить в это), что специальная теория относительности верна, и даваемая ей стратегия путешествия в будущее будет работать так, как и предсказывается. Технология, а не физика, держит нас привязанными к своей эпохе.[98]

Гораздо более трудные вопросы возникают, когда мы начинаем думать о другого рода путешествиях во времени — путешествиях в прошлое. Несомненно, вы знакомы с некоторыми из них. Например, есть стандартный сценарий, в котором вы путешествуете в прошлое и предотвращаете собственное рождение. Можно обойтись и без насилия — достаточно устроить так, чтобы ваши родители не встретились. Парадокс ясен: если вы никогда не рождались, то как же вы появились на свет и, в частности, перенеслись в прошлое и воспрепятствовали встрече своих родителей? Чтобы перенестись в прошлое и воспрепятствовать встрече своих родителей, вы должны были родиться; но если бы вы родились, перенеслись в прошлое и воспрепятствовали встрече своих родителей, то вы бы не родились. Мы упёрлись в логический тупик.

Сходный парадокс, предложенный философом из Оксфорда Майклом Дамметтом и подчёркнутый его коллегой Дэвидом Дойчем, дразнит ум немного другим образом, но, возможно, ещё больше сбивает с толку. Расскажу об этом парадоксе на обыденном примере. Представьте, что я создал машину времени и перенёсся на десять лет в будущее. После короткого ланча в японском ресторанчике «Тофу-для-Вас» (сеть ресторанов быстрого обслуживания, вытеснившая «Макдоналдс» после глобальной эпидемии коровьего бешенства, навсегда отбившей охоту к чизбургерам) я иду в ближайшее интернет-кафе и читаю о достижениях в теории струн за последние десять лет. И здесь меня поджидает сюрприз. Я обнаруживаю, что были решены все проблемы теории струн. Теория теперь полностью разработана и успешно используется для объяснения свойств всех известных частиц. Получено неопровержимое доказательство существования дополнительных измерений и теоретические предсказания, касающиеся суперсимметричных партнёров частиц — их массы, электрические заряды и т. д. — только что были подтверждены с помощью Большого адронного коллайдера. Больше нет никаких сомнений: теория струн является единой теорией Вселенной.

Но меня поджидает ещё больший сюрприз, когда я начинаю читать, благодаря кому достигнут столь великий прогресс. Революционная статья была написана годом ранее не кем иным, как Ритой Грин — моей матерью. Я шокирован. Не подумайте о непочтительности: моя мать — чудесная женщина, но она не учёный и не может понять, как это кто-то может быть учёным, и, к примеру, прочла лишь первые несколько страниц «Элегантной Вселенной», после чего отложила её в сторону и сказала, что из-за этой книги у неё разболелась голова. Так как же она смогла написать главную статью в теории струн? Читая её статью, я поражаюсь её простому и всё же глубочайшему прозрению и вижу в конце, что она благодарит меня за годы интенсивных занятий по физике и математике после её посещения семинара Тони Роббинса[99], позволившего преодолеть ей свои внутренние страхи и пробудить в себе физика. Ну и ну, — думаю я. Она пошла на этот семинар после того, как я отправился в будущее. Лучше бы мне побыстрее вернуться в своё время, чтобы начать с ней занятия.

Ладно, я возвращаюсь в своё время и начинаю знакомить свою мать с теорией струн. Но дело идёт туго. Проходит год, проходит второй. И хотя она старается изо всех сил, прогресса почти нет. Я начинаю беспокоиться. Мы продолжаем занятия ещё пару лет, но прогресс минимален. Теперь я по-настоящему обеспокоен. Осталось не так уж много времени до того, как должна выйти та самая революционная статья. Как же она напишет её? Наконец, я принимаю важное решение. Когда в будущем я читал эту статью, она произвела на меня такое впечатление, что прочно отпечаталась в моей памяти. Так что вместо того чтобы предоставить моей матери самой делать своё открытие — что кажется всё менее и менее вероятным — я говорю ей, что написать, а затем проверяю и убеждаюсь, что она изложила всё, что я помню. Она публикует статью, и вскоре та переворачивает весь мир физики. Появляется всё, что я запомнил из своего путешествия в будущее.

А теперь загадка. Кого благодарить за революционную статью моей матери? Конечно, не меня. Я узнал о результатах, прочтя о них в статье. Но как благодарить мою мать, если она лишь записала то, что я ей сказал? Конечно, настоящий вопрос не в том, кого благодарить — вопрос в том, оттуда появилось новое знание, новое прозрение и новое понимание, представленное в статье моей матери. На кого или что можно указать и заявить: «Благодаря этому человеку или этому компьютеру появились новые результаты?» У меня, как и у моей матери, не было никаких прозрений, а никто другой не причастен к этому делу, и мы не использовали компьютер. Тем неё менее, каким-то непостижимым образом эти великолепные результаты появились в статье моей матери. Видимо, в мире, позволяющем путешествовать как в прошлое, так и в будущее, знание может материализоваться из воздуха. Это, несомненно, очень странно, хотя, возможно, и не так парадоксально, как в ситуации воспрепятствования собственному рождению.

Что же нам делать с таким парадоксом и такой странностью? Следует ли нам заключить, что хотя законы физики позволяют нам путешествовать в будущее, но любая попытка перенестись в прошлое обречена на неудачу? Некоторые думают, что это несомненно так. Но, как мы сейчас увидим, существуют пути, позволяющие обходить эти коварные вопросы. Это не означает, что путешествие в прошлое возможно — это отдельная проблема, которую мы затем вкратце рассмотрим — но это показывает, что путешествие в прошлое не может исключаться теми парадоксами, которые мы только что обсуждали.

Пересмотр загадок

Вспомним, как в главе 5 мы обсуждали течение времени с точки зрения классической физики и пришли к образу, существенно отличающемуся от нашего интуитивного представления. Аккуратные рассуждения привели нас к представлению о пространстве-времени как о глыбе льда с навечно замороженными моментами времени, в отличие от известного образа времени как реки, уносящей нас от одного момента к другому. Эти замороженные моменты группируются в представление о «сейчас» — события, произошедшие одновременно, — разными наблюдателями, движущимися друг относительно друга. Мы также использовали равнозначную метафору, в которой пространство-время рассматривается как буханка хлеба, которую можно нарезать на отдельные ломтики под различными углами.

Но, безотносительно к метафорам, урок главы 5 состоит в том, что моменты — события, составляющие блок пространства-времени, — просто существуют. Они безвременные. Каждый момент — каждое событие — существует точно так же, как существует каждая точка пространства. Моменты не приходят внезапно в жизнь при освещении их «прожектором» настоящего времени наблюдателя; такой образ согласуется с нашей интуицией, но не выдерживает логического анализа. Моменты не меняются. Моменты существуют. Освещённость этим «прожектором» — просто одно из множества свойств, составляющих момент. Это прекрасно иллюстрирует рис. 5.1, дающий хотя и не реальную, но наглядную перспективу, на которой в едином взгляде охватываются все события, составляющие историю Вселенной; они все там — неподвижные и неизменные. Различные наблюдатели не согласятся в том, какие события происходят одновременно — они нарезают блок пространства-времени под разными углами, — но весь блок в целом с составляющими его событиями буквально универсален.