Архитектура внешнего мира. Искусство проектирования и становление европейских физических представлений - Сергей Ситар

В 1905 году Эйнштейн публикует «Специальную теорию относительности», которая знаменует собой «выход» естественных наук за рамки ньютоновских абстракций абсолютного пространства и абсолютного времени. По поводу этой теории, а также развивающей ее положения «Общей теории относительности» в мире естественных наук до сих пор продолжаются споры, однако, как показывают результаты статистических опросов, к настоящему моменту ее положения приняты большинством членов сообщества естествоиспытателей – по крайней мере, за неимением более убедительной и удобной теории, объединяющей традиционную механику с электродинамикой. Для нас важны прежде всего культурно-философские импликации теории Эйнштейна, поэтому здесь мы ограничимся очерком главных особенностей ее концептуального аппарата, которые достаточно широко известны, и оставим в стороне ее математическое и экспериментальное обоснование[95].

Переход от ньютоновских понятий абсолютного пространства и абсолютного времени к четырехмерному континууму пространства – времени в теории Эйнштейна реализуется на двух уровнях. Во-первых, в качестве единичных элементов, с которыми эта теория работает и связи между которыми она выстраивает, выступают уже не тела и их движения, а элементарные события или результаты измерений (скажем, присутствие тела а в точке х в момент t) – в этом смысле эйнштейновская физика не является ни сугубо материалистической, ни сугубо идеалистической, но лучше всего характеризуется именно эпитетом информационная. Во-вторых, само различие между пространством как многообразием одновременно существующих мест и временем как многообразием последовательных состояний или моментов становится в рамках этой теории условным и локальным. Главная задача, которую она решает, состоит в координации между собой данных, полученных в различных инерционных системах отсчета, таким образом, чтобы: а) данные измерений из одной системы можно было перевести в данные, полученные в другой, с помощью одного универсального алгоритма (этот алгоритм получил название «преобразования Лоренца»); и б) соблюдался постулат о постоянстве скорости света при измерении ее в любой инерциальной системе отсчета. Логический прием, с помощью которого решается эта задача, заключается в том, что:

а) каждой конкретной системе отсчета ставится в соответствие ее собственное «локальное» классическое пространство и время;

б) эти локальные пространства и времена получают возможность «искривляться» (сжиматься или расширяться) по сравнению с другими пространствами и временами по мере изменения относительной скорости движения данной системы отсчета, то есть скорости одного наблюдателя-измерителя в сравнении со скоростью другого. В определенных случаях взаимные искажения между парами локальных пространств и времен приводят к тому, что события, которые в одной из систем отсчета являются последовательными, в другой оказываются одновременными – и наоборот.

Ил. 6

Формула для вычисления величины пространственно-временного интервала в Специальной теории относительности. Время, превращаясь в интегральную составляющую пространства, перестает играть роль соединительного звена между индивидуальной и всеобщей историей, – само понятие «всеобщая история», связанное с ньютоновским «абсолютным временем», утрачивает смысл.

Ил. 7

«Пространство-моллюск» с гауссовыми координатами, использованное Эйнштейном для объяснения гравитации в Общей теории относительности, упраздняет классическое различие между пространством как единым «концептуальным фоном» для движения тел и самими телам как объектами научного исследования. Иллюстрация из книги «Специальная и общая теория относительности, общедоступное изложение» (Einstein A. Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie, gemeinverständlich. Braunschweig: Vieweg, 1918).

Если описывать этот эффект в терминах повседневного человеческого опыта, получается, что нечто, представляющееся одному наблюдателю диахроническим процессом, для другого является пространственным объектом. При этом сказать, что один из наблюдателей прав, а другой нет, уже нельзя: возможность с помощью единого математического алгоритма «перевести» опытные данные одного в опытные данные другого означает лишь то, что каждый из них «прав по-своему». В этом, собственно, и состоит существенное мировоззренческое нововведение теории относительности: пространство и время, как теперь выясняется, не существуют в абсолютном смысле – так же как не существуют в полном или однозначном смысле объекты и процессы. Существуют лишь разноречивые интерпретации комплекса внутримировых явлений («эффекты восприятия»), которые, впрочем, можно согласовать (в знаково-числовом регистре), воспользовавшись нетривиальным, но достаточно компактным математическим аппаратом.

Еще одной влиятельной теорией, ведущей к упразднению абсолютного времени классической физики, стала разработанная примерно в тот же революционный период вероятностно-статистическая термодинамика Людвига Больцмана. Отправным пунктом для Больцмана стал сформулированный Клаузиусом второй закон термодинамики: поскольку тепло может переходить только от горячего тела к холодному, системы взаимодействующих тел должны необратимо двигаться к тепловому равновесию, что соответствует рассеянию энергии (в противоположность концентрации). Больцман поставил перед собой задачу строго доказать два положения: а) когда газ или другие замкнутые термодинамические системы находятся в этом состоянии равновесия, в них с пренебрежительно малыми отклонениями должно соблюдаться определенное среднестатистическое распределение скоростей между молекулами (вариант гауссова распределения); и б) такое распределение («молекулярный хаос») является максимально вероятным как с точки зрения механического моделирования движения молекул внутри системы, так и с точки зрения чисто математических импликаций теории вероятностей. Использовав формулу вычисления количества перестановок, Больцман показал, что кинетически смоделированному равновесному распределению соответствует максимальное число возможных параметрических состояний каждой конкретной молекулы (максимальное число возможных микросостояний системы). Соответствие двух моделей – идеализированно-кинетической и вероятностной – Больцман счел достаточным доказательством максимальной вероятности состояния «молекулярного хаоса» для реальных термодинамических систем. Уверившись, таким образом, как в непреложности второго начала термодинамики, так и в применимости вероятностно-статистических методов к описанию эволюции физического мира, Больцман пришел к довольно радикальному выводу о том, что наша «далекая от равновесия» обитаемая Вселенная – не более чем допустимая статистическая погрешность в работе всеобщего закона возрастания энтропии, то есть «гигантская флуктуация», порожденная игрой случая, подобно тому как в очень длинной последовательности случайных бросков игральной кости изредка возникает серия, обладающая выраженной симметрией. Однако сведение реальности к математической модели натолкнулось в данном случае на вполне предсказуемое препятствие: математические модели всегда обратимы – их можно читать как «слева направо», так и «справа налево», – и потому мгновенная смена импульсов всех молекул в кинетической модели Больцмана на противоположные (по направлению) должна была приводить к «недозволенному» вторым началом термодинамики уменьшению энтропии[96]. Больцман преодолевал это затруднение двумя способами. Во первых, он указывал на то, что опора на аппарат теории вероятностей в выведении закона подразумевает не полную невозможность его нарушения, а всего лишь очень малую вероятность обнаружить такое нарушение в природе. Но этот аргумент выглядел слабым на фоне окружающей человека биологической жизни, которая на каждом шагу сопротивляется «рассеиванию» энергии. И тогда – имея в виду, что мы можем обозреть лишь весьма ограниченную часть Вселенной, – Больцман пришел к еще более радикальному положению – о зависимости направления течения времени от наблюдателя. Выбор направления времени при таком способе описания мира перемещается в коллективное сознание людей: мы (как ансамбль живых существ) непроизвольно схватываем в качестве «всемирной истории» именно ту последовательность событий, в которой стремление к энтропийному распаду (тепловой смерти) статистически преобладает над обратными процессами. Отсюда и возникает наш эмпирически верный второй закон термодинамики с его необратимостью. Сама же необозримая для нас Вселенная – представляющая собой, согласно Больцману, бескрайний океан «молекулярного хаоса» с крошечными стохастическими вкраплениями регулярности – времени как такового не знает. Иными словами, как и в теории относительности, время у Больцмана превращается во вторичный производный эффект – по сути, психологическую иллюзию, рожденную в уме локального наблюдателя, обозревающего локальное пространство. Как и Эйнштейн, Больцман приходит к множеству локальных времен и множеству локальных пространств[97].