Главная
Главная
О журнале
О журнале
Архив
Архив
Авторы
Авторы
Контакты
Контакты
Поиск
Поиск
Реализация невозможности
В статье содержится всесторонний анализ общественной ситуации в связи с арестом ...
№08
(361)
25.06.2019
Наука и техника
Изменение роли феномена времени в научных парадигмах: от классической картины Ньютона до квантовой космологии
(№6 [359] 01.05.2019)
Автор: Александр Винничук
Александр Винничук

    Что же такое время? Если никто меня об этом не спрашивает, я знаю, что такое время; если бы я захотел объяснить спрашивающему – нет, не знаю… Как могут быть эти два времени, прошлое и будущее, когда прошлого уже нет, а будущего еще нет?

Аврелий Августин

 

   ХХ век принес человечеству существенные открытия — прежде всего в изучении черных дыр, времени, квантовой теории и Большого взрыва. За сто лет место человека во Вселенной изменилось до неузнаваемости. Появление человека – итог множества случайных (или неслучайных) совпадений, но знание законов природы позволяет нам, развернув историю вспять, проследить ее вплоть до изначальных условий, вплоть до начала времени, до момента Большого взрыва. 

    Проблемы с физическим временем (в работах блаженного Августина мы говорим прежде всего о семиотическом, или культурном понимании времени) начались еще во времена Исаака Ньютона. Время в мире Ньютона везде одинаково. Оно течет над вещами – есть объективная арена пространства, а есть – объективная арена времени. 

   Ньютон понял: движение звезд и планет обусловлено тем, что все тела притягиваются друг к другу. И притягиваются тем сильнее, чем больше их массы и чем меньше расстояние между ними. Эти свои выводы он оформил в так называемый закон всемирного тяготения. Теория Ньютона никак не объясняет данное явление. Позже Лаплас формулирует знаменитый принцип научного детерминизма («демон Лапласа»): для данного состояния Вселенной в конкретный момент времени существует комплект законов, позволяющий полностью определить как будущее, так и прошлое ее состояния. 

    Строгость классической физики отныне рушится. Отказавшись от абсолютного покоя, Ньютон лишает абсолюта и пространство. Движение отныне понимается как движение относительно наблюдателя: оба наблюдателя — в вагоне поезда и на перроне — одинаково правы в своих оценках. В покосившемся пространстве Ньютон сохраняет абсолютность времени — новая революция остается за Альбертом Эйнштейном. 

    Кроме того, в классической картине мира была неразгадана загадка света. Скорость света впервые измерил Оле Рёмер за 11 лет до публикации «Начал» Ньютона. Но из чего состоит свет и как он распространяется? Ньютон понимал свет как поток частиц, и некоторые его опыты этому соответствовали, а другие — противоречили. Кроме того, движение этих частиц невозможно было объяснить гравитацией.

    Для классической теории возникли две неразрешимые проблемы: как свет может вести себя то как частица, то как волна? Опыты, в том числе явление рефракции и интерференции, показывали, что свет — и то, и другое. Вторая проблема связана со скоростью распространения световых волн. Если свет распространяется с постоянной скоростью, то относительно чего и как эта скорость не меняется при сближении или удалении? 

    Из первого вопроса развилась в итоге квантовая механика и физика субатомных частиц, где действуют чуждые миру Ньютона принципы дуальности (или дополнительности) и неопределенности. Из второго вопроса выросла теория относительности. 

    Максвелл пытался снять парадокс, предположив существование эфира, относительно которого свет и движется с постоянной скоростью. Но в 1887 г. опыт Майкельсона-Морли показал, что скорость света с точки зрения наблюдателя на Земле остается постоянной вне зависимости от того, приближается ли Земля к источнику света или движется ему перпендикулярно. 

   Эту проблему и решил в 1905 году Эйнштейн, сформулировав теорию относительности: все законы физики одинаковы для всех свободно движущихся наблюдателей независимо от их скорости. Скорость света постоянна для движущегося наблюдателя, но возникает парадокс времени: если скорость одинакова, а расстояние, которое проходит тело, с точки зрения двух наблюдателей (в поезде и на платформе) различно, значит, они по-разному оценивают и время. Так время тоже стало относительным — четвертой координатой наряду с тремя пространственными. Теперь время под влиянием общей теории относительности понимается как четвертое измерение, главное отличие которого от первых трех (пространства), заключается в том, что время необратимо (анизотропно).

    Когда физики исследуют пространство–время с помощью экспериментов и расчетов, то приходят к выводу, что пространство и время во многом схожи. Простой пример: куда бы мы ни смотрели, мы смотрим в прошлое, поскольку излучению нужно время, чтобы дойти до наших глаз. Наблюдая квазар, находящийся в миллиарде световых лет от нас, мы видим, каким он был миллиард лет назад, когда лучи света, пришедшие в наш телескоп, только начали свой путь. Такое смешение пространства и времени может показаться сложным для понимания, но оно лежит в основе природы нашей Вселенной.

    Теория относительности установила: только те события, которые можно мгновенно связать информационно, то есть с помощью частиц излучения,  являются одновременными. Единое «настоящее», то есть часы, синхронно идущие в различных точках пространства, можно ввести только в рамках конкретной инерциальной системы отсчёта. Однако этого нельзя сделать одновременно для двух различных, или неинерциальных, систем отсчёта. Например, в черной дыре, если в нее опустить часы, время вообще не идет – из-за сильной гравитации стрелки не смогут преодолеть и доли секунды. 

   Согласно некоторым из научных теорий (этого взгляда, например, придерживается Стивен Хокинг) всё, что когда-либо существовало или когда-либо будет существовать, действительно существует – не здесь и сейчас, но на каком-то пространственно-временном расстоянии от «здесь и сейчас». Реальность вещей прошлого и будущего ничуть не уступает и ничем не отличается от той реальности, которой вы обладаете сейчас. Такое представление о времени называют этернализмом; это один из вариантов четырехмерности – теории, согласно которой, реальность существует в виде четырехмерного пространства-времени.

    Главным соперником этернализма является презентизм — представление о том, что существует только настоящее. Согласно презентизму, уже нет будущих или прошлых состояний материи и невозможно указать, в каком смысле они существуют теперь. 

    По словам Хокинга, одно из следствий теории квантовой механики заключается в том, что события, произошедшие в прошлом, не происходили каким-то определённым образом. Вместо этого они могли происходить всеми возможными способами. Это связано с вероятностным характером вещества и энергии согласно квантовой механике: до тех пор, пока не найдётся сторонний наблюдатель, материя будет находиться в неопределённости. Стивен Хокинг пишет: «Независимо от того, какие воспоминания вы храните о прошлом в настоящее время, прошлое, как и будущее, неопределённо и существует в виде спектра возможностей».

      В классической физике, располагая полными данными о настоящем (вспомним Лапласа), можно восстановить картину прошлого. Это соответствует интуитивному убеждению в существовании определенного прошлого. Но квантовая физика утверждает, что при самом детальном наблюдении настоящего ненаблюдаемое прошлое неопределенно и представляет собой сумму предысторий. 

   В середине 1940-х годов это коренное отличие квантовой механики от Ньютоновской сформулировал Ричард Фейнман: в Ньютоновской механике движущиеся предметы проходят через фильтр с двумя отверстиями строго определенным путем. Но если на фильтр направить пучок частиц (или даже одну частицу), они пройдут через эти отверстия всеми мыслимыми путями, и прямым, и через Проксиму Центавра, и через соседний гастроном, пройдут в одно отверстие, выйдут через другое и снова войдут. Вместо классического детерминизма современная физика имеет дело со случайностью и вероятностью. Но эта фундаментальная случайность, так беспокоившая Эйнштейна, все же поддается математическому описанию. Фейнман ввел понятие «суммы предысторий» — это все возможные пути частиц, по итогам которых мы наблюдаем результаты эксперимента. Мы не можем предсказывать не только будущее, но и прошлое — как именно частица попала в конечную точку, но мы можем рассматривать совокупность всех возможных путей. В итоге основным методом квантовой физики становится «сумма альтернативных историй», то есть учет всех путей с расчетом вероятности каждого. 

     Поскольку ненаблюдаемое прошлое неопределенно, а наблюдение меняет поведение системы, то выводимое из наблюдений прошлое еще и изменено по сравнению с ненаблюдаемым. Наблюдая за системой, мы меняем не только ее настоящее, но и прошлое. Но на повседневном уровне, имея дела с достаточно крупными (по сравнению с частицами) объектами, мы пользуемся законами Ньютона или теорией относительности, где прошлое статично – то есть только один вариант того, как события развивались до настоящего времени. 

    Как же возможно сочетание классической физики с неопределенностью и непредсказуемостью квантовой механики? Вероятно, происходит примерно то же, что и в специальной теории относительности: теория начинает действовать в «экстремальных обстоятельствах». Для движущегося объекта влияние скорости на массу становится заметным при приближении к скорости света, а время замедляется вплоть до полной остановки. 

     В каком экстремуме квантовые законы и, как следствие, исчезновение времени могут проявиться на уровне Вселенной? Очевидно, когда Вселенная сравнима размерами с атомным ядром. Именно это подразумевает теория Большого взрыва: все начинается с сингулярности — точки, в которой температура, плотность и искривление Вселенной были бесконечны. Из этой точки Вселенная начинает расширяться, и расширение (инфляция) продолжается до сих пор. Обратив вспять расширение, мы увидим, как содержимое Вселенной сближается, всё более сжимаясь. В конце концов, с самого начала космической истории весь мир находится в состоянии бесконечного сжатия и стянут в точку – в «сингулярность». Общая теория относительности Эйнштейна утверждает, что форма пространства-времени определяется распределением энергии и материи. И когда энергия и материя бесконечно сжаты, то пространство-время тоже сжато – оно просто исчезает.

    Предположение, что Вселенная расширяется (вопреки прежней статичной модели) было подтверждено в 1929 году астрономом Хабблом на основании наблюдений за спектром звезд. Окончательным подтверждением инфляции Вселенной стало обнаруженное в 1965 году реликтовое излучение, которое осталось со времен Большого взрыва. Если проследить историю расширяющейся Вселенной вспять, Вселенная будет уменьшаться, пока в момент Большого взрыва не обратится в сингулярность. Здесь теория Эйнштейна прерывается и не может предсказать начало Вселенной и начало времени — только как она развивалась позже. В этой точке действуют законы квантовой механики: частицы движутся всеми возможными путями, и Вселенная может иметь бесконечное множество предысторий. Что же происходит со временем? Общая теория относительности объединяется с квантовой теорией: искривление времени-пространства настолько велико, что все четыре измерения ведут себя одинаково. Иными словами, времени как особого параметра нет. А если времени нет, то нет и возможности говорить о начале Вселенной во времени, что устраняет проблему творения из ничего или первопричины. 

     Таким образом, сингулярность в начале Вселенной является не событием во времени, а скорее временной границей или краем. До t=0 никакого времени не было. Поэтому не было и времени, когда преобладало Ничто. И не было никакого «возникновения» – по крайней мере, во времени. Вселенная имеет конечный возраст, хоть и существовала всегда, если под «всегда» подразумевать все моменты времени. Вековой парадокс разрешается!

    Существует точка зрения на появление человека, по которой эволюция сознательной жизни на нашей планете обусловлена подходящими мутациями, происходившими в различное время. Предположительно это были квантовые события, поэтому они могли бы существовать только в виде линейной суперпозиции до тех пор, пока они не довели эволюцию до мыслящих существ, самое существование которых зависит от всех «правильных» мутаций, имевших место в прошлом. Присутствие человека, согласно этой идее, вызывает к существованию всю цепочку событий, которые привели к появлению разумной жизни. Эта концепция называется теорией «партисипаторной» Вселенной, которая была выдвинута физиком Джоном Уилером в 1938 году.

    Есть еще более радикальная и поэтичная идея, которую отстаивает современный ученый из Оксфорда Питер Эткинс. По словам Эткинса, «противоположности различаются направлением движения во времени». Например, -1 есть то же самое, что 1, только движущееся из будущего в прошлое. При отсутствии времени -1 и 1 взаимоуничтожаются, объединяясь в ноль. Время позволяет двум противоположностям отделиться друг от друга, что таким образом и отмечает появление времени. Эткинс предполагает, что именно так спонтанно зародилась Вселенная. Американский писатель Джон Апдайк был настолько поражен этой идеей, что использовал её в романе «Россказни Роджера» в качестве альтернативы теистическому объяснению бытия.

    25 лет назад в «Краткой истории времени» Стивен Хокинг предложил свою версию теории Большого взрыва и расширения Вселенной, однако он признавал, что вопрос о возникновении Вселенной в рамках современной физики остается нерешенным. Соблазнительная надежда, что через несколько лет или десятилетий все ответы будут получены, не оправдала возложенных на нее ожиданий – траектория науки последнего времени убеждает, что поиск законов, которые упраляют Вселенной, едва ли когда-нибудь остановится. Да и сами представления об Теории Всего успели несколько измениться: если Эйнштейн надеялся на несколько изящных уравнений, увязывающих все силы природы (а лучше бы — одно, как у него), то современная космология предполагает комплект законов, которые будут перекрываться и дополнять друг друга, как проекции Земли на плоской карте. Применив квантовую механику, то есть теорию «бесконечно малого мира», к огромным пространствам Вселенной, физики приходят к выводу, что Вселенная имеет не одну историю, как в классической картине мира, но все возможные истории существуют одновременно. 

    Однако мы присутствуем в той конкретной вселенной, где возможно присутствие человека — а значит, все законы этой вселенной подстроены под возможность существования планет, жизни, разумной жизни, и именно такой формы жизни, и из всех предысторий выбираются те, которые приводят к появлению человека. 

    Но «привилегия», дарованная человеку в этой вселенной, не должна, как это было в древности, подводить нас к мысли об уникальности нашего мира.  

                                          Список литературы

  1. Рейхенбах Г. Направление времени - М., 1962
  2. Тейяр де Шардем П. Феномен человека. - М, 1987.
  3. Уитроу Дж Естественная философия времени. - М., 1964.
  4. Анри Бергсон «Творческая эволюция» 
  5. Лейбниц Г. В . Начала природы и благодати, основанные на разуме /Пер. с франц. Н. А. Иванцова // Сочинения в четырех томах. Т. I / Ред., сост., вступит. ст. и примеч. B. В. Соколова; перевод Я. М. Боровского и др. М.: Мысль, 1982.
  6. Хайдеггер М. Введение в метафизику / Пер. с нем. Н. О. Гучинской. СПб, «Высшая религиозно-философская школа», 1997. 
  7. Хокинг С. Краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр.
  8. Dunne J. W. An Experiment with Time : [англ.]. — L. : A & C Black, Ltd, 1927. — 208 p.

________________________________

© Винничук Александр Александрович

Современная украинская художница Ольга Кошелева
Творчество художницы Ольги Кошелевой необычно и по содержанию, и по форме. Она пытается отобразить глобальные ...
Технология блокчейн, её развитие и перспективы
Статья о сетевой технологии блокчейн, проблемах её внедрения и значении для коммуникации и финансовых операций...
Интернет-издание года
© 2004 relga.ru. Все права защищены. Разработка и поддержка сайта: медиа-агентство design maximum