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

Давайте воспринимать этот урок как данность. Но какова истинная природа времени для меня? Что представляет собой полная характеристика времени, как явления, переживаемого и ощущаемого индивидуумом, без упора на сравнение с переживаниями других? Отражают ли эти переживания истинную природу времени? И что они говорят нам о природе реальности?

Наши ощущения учат нас, что прошлое отличается от будущего. Кажется, что будущее предоставляет изобилие возможностей, в то время как прошлое привязано к событию, которое фактически уже произошло. Мы считаем, что можем в той или иной степени влиять на будущее, воздействовать и формировать его, а прошлое кажется неизменным. И между прошлым и будущим находится скользкое понятие настоящего — скоротечная точка, постоянно пересоздающая саму себя, подобно кадрам кинофильма, когда они проносятся через яркий луч проектора и становятся на мгновение видимыми. Кажется, что время подчинено бесконечному, абсолютно постоянному ритму, достигая мимолётного пункта назначения в сейчас с каждым ударом барабанной палочки.

Наши ощущения также учат нас, что имеется очевидная асимметрия того, как события разворачиваются во времени. Бесполезно оплакивать пролитое молоко, потому что, будучи пролитым, оно никогда не сможет стать «непролитым»: мы ни разу не видели, чтобы разлитое молоко вдруг собралось, поднялось с пола и оказалось в стакане, который стоит на кухонном столе. Кажется, что наш мир твёрдо придерживается однонаправленной временно́й стрелы, никогда не отклоняясь от фиксированного условия, что события могут начинаться так, а заканчиваться эдак, но они никогда не смогут начаться эдак, а закончиться так.

Наши ощущения дают нам понятие о двух неотъемлемых свойствах времени. Первое — кажется, что время течёт. Как будто мы стоим на берегу реки времени, которая проносится мощным потоком, приближая будущее, которое становится настоящим, когда достигает нас, и стремительно проносится вниз по течению в прошлое. Или, если это представление выглядит слишком пассивным на ваш вкус, переверните метафору: мы плывём по реке времени, в то время как она неуклонно стремится вперёд, увлекая нас от одного настоящего момента к следующему, прошлое отступает с проходящим пейзажем, а будущее всегда ждёт нас ниже по течению. (Наши опыт также учит нас, что время может инспирировать самые расплывчатые метафоры.) Второе — кажется, что время имеет направление. Кажется, что поток времени идёт по одному и только одному пути, в том смысле, что всё происходит в одной и только одной временной последовательности. Если кто-то дал вам коробку, содержащую короткометражный фильм о проливаемом стакане молока, и при этом плёнка разрезана на отдельные кадры, вы сможете, изучая набор изображений, собрать кадры в правильном порядке без всякой помощи или инструкций от создателя кинофильма. Время, кажется, имеет внутреннее направление, указывающее из того, что мы называем прошлым, в то, что мы называем будущим, и сущности имеют свойство изменяться — молоко проливается, яйца разбиваются, свечи сгорают, люди стареют — в соответствии с этим направлением.

Эти легко ощущаемые свойства времени порождают некоторые из его наиболее волнующих загадок. Течёт ли время на самом деле? Если да, тогда что именно течёт? И насколько быстро течёт это вещество времени? Действительно ли время имеет направление? Пространство, например, не имеет свойственного ему направления — для астронавта в тёмных глубинах космоса понятия влево и вправо, назад и вперёд, вверх и вниз ничем не выделены — так откуда же возникает стрела времени? Если существует стрела времени, является ли она абсолютной? Или существуют вещи, которые могут эволюционировать в направлении, противоположном тому, в которое указывает, как кажется, стрела времени?

Для начала подойдём к этим вопросам с позиций классической физики. Итак, в оставшейся части этой и в следующей главе (в которых, соответственно, обсудим течение времени и стрелу времени) мы будем игнорировать квантовую вероятность и квантовую неопределённость. Однако многое из того, что мы узнаем, непосредственно переносится в квантовую область, и в главе 7 мы обсудим квантовую точку зрения.

Течёт ли время?

С точки зрения разумного существа, ответ очевиден. Когда я печатаю эти слова, я ясно чувствую течение времени. Каждый удар по клавише открывает путь для следующего. Читая эти слова, вы, несомненно, тоже чувствуете течение времени, пока ваши глаза скользят по странице от слова к слову. Однако, несмотря на старание физиков, в законах физики ещё никто не нашёл убедительных свидетельств, подтверждающих это интуитивное ощущение течения времени. На самом деле, переосмысление некоторых выводов Эйнштейна из специальной теории относительности показывает, что время не течёт.

Чтобы понять это, вернёмся к описанию пространства-времени в виде буханки хлеба (в виде блока), представленному в главе 3. Вспомним, что ломтики, формирующие блок, являются моментами настоящего для данного наблюдателя; каждый ломтик представляет пространство в один момент времени с его точки зрения. Объединение, получаемое путём расположения ломтиков один за другим в том порядке, в котором наблюдатель переживает эти ломтики (временны́е слои), заполняет область пространства-времени. Если мы расширим этот взгляд до логического предела и представим, что каждый слой отображает всё пространство в данный момент времени в соответствии с точкой зрения одного наблюдателя, и если мы добавим любой возможный слой от древнего прошлого до отдалённого будущего, блок будет охватывать всю Вселенную на протяжении всего времени — пространство-время в целом. Каждое событие, независимо от того, где или когда оно произошло, представлено некоторой точкой в блоке.

Это схематически проиллюстрировано на рис. 5.1, но открывающаяся перспектива должна заставить вас почесать голову. «Внешний» ракурс рисунка, на котором мы видим целую Вселенную, всё пространство в каждый момент времени — это фиктивная точка наблюдения, которая никогда не будет дана никому.

Рис. 5.1. Схематическое изображение всего пространства в течение всего времени (представлена, разумеется, только часть пространства в течение части времени) отображает формирование некоторых первичных галактик, формирование Солнца и Земли, а также окончательную гибель Земли, когда Солнце раздуется до красного гиганта, как нам в настоящее время представляется наше отдалённое будущее

Мы все находимся внутри пространства-времени. Каждое событие, ощущаемое нами, всегда происходит в некотором месте пространства в некоторый момент времени. И поскольку рис. 5.1 должен описывать всё пространство-время, он включает в себя всю совокупность таких событий — ваших, моих, а также всех прочих. Если бы вы могли увеличить масштаб и вплотную рассмотреть всё приходящее на планете Земля, вы смогли бы увидеть Александра Великого на уроке у Аристотеля, Леонардо да Винчи, наносящего последние штрихи на портрет Моны Лизы, и Джорджа Вашингтона, пересекающего Делавэр; если бы вы продолжили просматривать изображение слева направо, вы смогли бы увидеть вашу бабушку, играющую ещё маленькой девочкой, вашего отца, отмечающего своё десятилетие, и ваш собственный первый день в школе. Глядя ещё дальше направо в изображение, вы смогли бы увидеть самого себя, читающего эту книгу, рождение вашей праправнучки, а немного дальше её инаугурацию в качестве президента. Из-за плохого разрешения рис. 5.1 вы не можете в действительности видеть эти моменты, но вы можете видеть (схематическую) историю Солнца и планеты Земля от их рождения из сгущающегося газового облака до гибели Земли, когда Солнце разбухнет до красного гиганта. Всё это там есть.

Бесспорно, рис. 5.1 — это воображаемая перспектива, вне времени и пространства. Это вид, открывающийся из ниоткуда и из никогда. Хотя это и так — хотя мы не можем на самом деле шагнуть за пределы пространства-времени и полностью окинуть взглядом Вселенную, — схематическое изображение рис. 5.1 даёт мощный способ анализа и прояснения основных свойств пространства и времени. В качестве начального примера интуитивное ощущение течения времени может быть живо описано, по аналогии с кинопроектором. Мы можем вообразить свет, освещающий один временной слой за другим, оживляя на мгновение слой в настоящем, — делая сам слой на мгновение настоящим, — только чтобы тотчас отпустить его снова в темноту, когда свет перейдёт к следующему слою. Уже сейчас в рамках этого интуитивного способа размышлений о времени видно, что свет освещает слой, в котором вы, находясь на планете Земля, читаете это слово, а теперь он освещает слой, в котором вы читаете уже это слово. Но, с другой стороны, в то время как этот образ соответствует ощущениям, учёные не в состоянии найти в законах физики что-либо, что воплощает такое перемещающееся световое пятно. Они не обнаружили физический механизм, который выделяет момент за моментом, делая его на мгновение реальным, — превращая момент в настоящее, — как механизм, всегда продвигающийся вперёд к будущему.