Брайан Грин. Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности - Брайан Грин

12. Замечание, что причины предшествуют следствию (см. предыдущий комментарий), должно будет среди других вещей стать проблемным, если воздействие сможет перемещаться быстрее скорости света.

13. Isaac Newton, Sir Isaac Newton"s Mathmatical Principle of Natural Philosophy and His System of the World, trans. A.Motte and Florian Cajori (Berkeley: University of California Press, 1962), vol. 1, p.634.

14. Поскольку гравитационное притяжение Земли отличается от одного местоположения к другому, пространственно протяженный, свободно падающий наблюдатель сможет еще обнаружить остаточное гравитационное воздействие. А именно, если наблюдатель во время падения отпускает два бейсбольных мяча, – один из его вытянутой в сторону правой руки, а другой из его левой, – каждый будет падать вдоль пути по направлению к центру Земли. Так что с точки зрения наблюдателя он будет падать прямо вниз к центру Земли, тогда как отпущенный из его правой руки мяч будет двигаться вниз и слегка влево, а отпущенный из его левой руки мяч будет двигаться вниз и слегка вправо. Через тщательные измерения, следовательно, наблюдатель увидит, что расстояние между двумя бейсбольными мячами медленно уменьшается; они двигаются по направлению друг к другу. Однако, ключевым для этого эффекта является то, что мячи были отпущены в слегка различных точках пространства, так что пути их свободного падения к центру Земли всегда слабо различаются. Таким образом, более точное выражение утверждения Эйнштейна заключается в том, что чем меньше пространственная протяженность объекта, тем более полно он может уничтожить гравитацию, перейдя в свободное падение. Будучи важным принципиальным моментом, это уточнение может быть благополучно проигнорировано в ходе обсуждения.

15. Для более детального, хотя и на обобщенном уровне, объяснения деформации пространства и времени в соответствии с ОТО, см., например, Главу 2 Элегантной Вселенной.

16. Для математически подготовленного читателя уравнения Эйнштейна есть Gμν = (8πG/c4)Tμν, где левая сторона описывает кривизну пространства-времени, используя тензор Эйнштейна, а правая сторона описывает распределение материи и энергии во вселенной, используя тензор энергии-импульса.

17. Charles Misner, Kip Thorne, and John Archibald Wheeler, Gravitation (San Francisco: W. H. Freeman and Co., 1973), pp. 544-45.

18. В 1954 Эйнштейн писал коллеге: "Собственно говоря, больше совсем не нужно говорить о принципе Маха" (как цитируется в Abraham Pais, Subtle Is the Lord, pp. 228).

19. Как отмечалось ранее, последующие поколения приписывали следующие идеи Маху, даже если его собственные записи не описывают вещи явно в этом духе.

20. Одна оговорка здесь заключается в том, что объекты, которые настолько удалены, что не имеется достаточно времени с начала вселенной, чтобы свет от них – или гравитационное воздействие – даже достигли нас, не влияют на гравитацию, которую мы ощущаем.

21. Читатель-эксперт заметит, что это утверждение, формально говоря, слишком сильное, поскольку имеются нетривиальные (что означает, пространство-не-Минковского) решения пустого пространства для ОТО. Здесь я упростил, используя факт, что СТО может мыслиться как специальный случай ОТО, в котором гравитация игнорируется.

22. Для баланса позвольте мне заметить, что имеются физики и философы, которые не согласны с этим заключением. Даже если Эйнштейн отказался от принципа Маха в течение последних тридцати лет, этим он бросил вызов своей собственной жизни. Продвигались различные версии и интерпретации идей Маха и, например, некоторые физики предполагали, что ОТО фундаментально включает в себя идеи Маха; это точно, что некоторые особые формы, которые может иметь пространство-время, – такие как бесконечное плоское пространство-время в пустой вселенной, – не реализуются. Возможно, они предполагали, что любое пространство-время, которое отдаленно реалистично – населено звездами и галактиками, и так далее – удовлетворяет принципу Маха. Другие предлагали переформулировку принципа Маха, в которой проблема больше не в том, как объекты, такие как связанные струной камни или наполненное водой ведро, ведут себя в пустой во всех иных отношениях вселенной, а скорее, как различные временные сечения – различные трехмерные пространственные геометрии – соотносятся друг с другом через время. Информационная ссылка на современные размышления по поводу этих идей такова: Mach's Principle: From Newton's Bucket to Quantum Gravity, Julian Barbour and Herbert Pfister, eds. (Berlin: Birkhauser, 1995), где собрана коллекция эссе по данной теме. Как интересное отступление, эта ссылка содержит опрос примерно сорока физиков и философов по поводу их взгляда на принцип Маха. Большинство (90 процентов) согласны, что ОТО не полностью совпадает с идеями Маха. Другое превосходное и предельно интересное обсуждение этих идей с точки зрения, которая явно поддерживает Маха, и на уровне, доступном широкому читателю, есть книга Julian Barbour, The End of Time: The Next Revolution in Physics (Oxford: Oxford University Press, 1999).

23. Склонный к математике читатель может счесть познавательным, что Эйнштейн верил, что пространство-время не имеет независимого от его метрики существования (метрика – математическое понятие, которое дает соотношения между расстояниями в пространстве-времени), так что, если удалить все, – включая метрику, – пространство-время не будет больше представлять собой нечто. Но говоря "пространство-время", я всегда имел его в виду как многообразие вместе с метрикой, которая является решением уравнений Эйнштейна, так что заключение, которого мы достигли, на математическом языке звучит так: метрическое пространство-время представляет собой нечто.

24. Max Jammer, Concepts of Space, p. xvii.

Глава 4

1. Более точно это является средневековой концепцией с историческими корнями, восходящими к Аристотелю.

2. Как мы будем обсуждать в книге позже, имеются ситуации (такие как Большой взрыв и черные дыры), которые все еще представляют много загадочного, по меньшей мере, в части, возникающей из-за экстремально малого размера или гигантских плотностей, которые заставляют даже более утонченную теорию Эйнштейна терпеть неудачу. Так что приведенное здесь утверждение применимо для всех обстоятельств, кроме экстремальных, в которых сами известные законы становятся сомнительными.

3. Первые читатели этого текста, которые, неожиданно, оказались частично сведущими в культе Вуду, проинформировали меня, что кое-что представляется переходящим от места к месту, чтобы проявиться в идях последователей Вуду, а именно – дух. Так что мой пример Вуду как причудливого нелокального процесса может, в зависимости от вашего отношения к Вуду, быть неадекватным. Тем не менее, идея ясна.

4. Чтобы избежать путаницы, позвольте мне еще раз подчеркнуть вывод, что когда я говорю "Вселенная не является локальной" или "нечто, что мы делаем здесь, может переплетаться с чем-то там", я не имею в виду возможность оказать мгновенное намеренное влияние на что-то удаленное. Вместо этого, как будет ясно, эффект, на который я ссылаюсь, проявляется как корреляции между событиями, – обычно в форме корреляций между результатами измерений, – имеющими место в удаленных местах (местах, для которых не может быть достаточно времени, чтобы даже свет успел пропутешествовать от одного к другому). Таким образом, я ссылаюсь на то, что физики называют нелокальными корреляциями. На первый взгляд, такие корреляции не могут поразить вас как особенно удивительные. Если кто-то посылает вам ящик, содержащий одну из пары перчаток, и посылает вторую из той же пары вашему другу за тысячи миль от вас, будет иметься корреляция между соответствием перчаток рукам, которое каждый из вас увидит, открыв ваш соответствующий ящик: если вы видите левую, ваш друг увидит правую; если вы видите правую, ваш друг увидит левую. И понятно, в этих корреляциях совсем нет ничего удивительного. Но, как мы постепенно будем описывать, корреляции, видимые в квантовом мире, кажутся имеющими существенно иной характер. Это как если бы вы имели пару "квантовых перчаток", в которых каждая перчатка может быть или левой или правой и фиксирует определенное соответствие той или иной руке только когда над ней проведено подходящее наблюдение или измерение. Таинственность возникает потому, что хотя каждая перчатка кажется при наблюдении выбирающей свое соответствие руке хаотически, перчатки работают в тандеме, даже если они далеко разнесены: если одна выбирается левой, другая выберется правой и наоборот.

5. Квантовая механика делает предсказания о микромире, которые фантастически хорошо согласуются с экспериментальными наблюдениями. На этот счет имеется универсальное согласие. Тем не менее, поскольку детальные свойства квантовой механики, как обсуждается в этой главе, существенно отличаются от особенностей повседневного опыта, и, соответственно, поскольку имеются различные математические формулировки теории (и различные формулировки того, как теория преодолевает зазор между микромиром явлений и макромиром измеряемых результатов), нет консенсуса насчет того, как интерпретировать различные особенности теории (и различные загадочные данные, которые теория, тем не менее, в состоянии объяснить математически), включая проблему нелокальности. В этой главе я выбрал отдельную точку зрения, которую я нахожу самой убедительной, основываясь на современных теоретических представлениях и экспериментальных результатах. Но я делаю акцент здесь, что не всякий согласится с этим взглядом, и в последующем комментарии после более полного объяснения этой точки зрения я коротко отмечу некоторые из других точек зрения и обозначу, где вы можете почитать о них более подробно. Позвольте мне также обратить внимание, как мы будем обсуждать дальше, что эксперименты противоречат вере Эйнштейна, что данные могут быть объяснены исключительно на основе частиц, всегда имеющих определенные, хотя и скрытые, свойства без какого-либо использования или упоминания нелокального запутывания. Однако, неудача этой точки зрения только отвергает локальную вселенную. Она не отбрасывает возможности, что частицы имеют такие определенные скрытые свойства.