Краткая теория времени - Карло Ровелли

Вернемся теперь в нашу эпоху, к квантовой гравитации и к значению нашего утверждения «Времени не существует». Это всего лишь означает, что схема Ньютона не работает там, где речь идет о бесконечно малом. Стратегия была великолепная, но она годится только для макроскопических явлений, то есть для явлений нашего собственного уровня.

Если мы хотим познать мир шире и глубже, если хотим описать уровни, которые нам менее знакомы, следует отказаться от этой схемы, потому что там она не работает. Понятие времени t, текущего само по себе, времени, по отношению к которому все остальное развивается и изменяется, не соответствует реальности. Микроскопический мир не может быть описан уравнениями, говорящими о процессах во времени t.

Когда изучающий физику впервые сталкивается с этой мыслью, он начинает паниковать. Уравнения без переменной, обозначающей время? Но как тогда описать изменения в системе? Мало-помалу он начинает понимать, что на самом деле в такой переменной нет необходимости. И чем соотносить все с этим «временем», абстрактным и абсолютным, которое было всего лишь изобретенным Ньютоном «трюком», лучше описывать каждую переменную как функцию от состояния других переменных.

Чтобы так формулировать закономерности, надо ограничиться переменными A, B, C… которые мы в действительности наблюдаем, и устанавливать связи между ними, то есть уравнениями для функций A(B), B(C), C(A)… наблюдаемых нами, а не функций A(t), B(t), C(t), которых мы не наблюдаем.

В таком случае у нас не будет пульса и маятника, которые оба движутся во времени, а только уравнения, которые говорят о том, как каждый из них движется относительно другого. И какие количественные значения одного движения совместимы с какими количественными значениями другого. Точно так же как пространство, время становится понятием относительности. Оно не выражает ничего, кроме отношения между различными состояниями, в которых пребывают объекты.

Речь идет о простом изменении в уравнениях, но в концептуальном плане это гигантский шаг. Мы должны научиться думать о явлениях в мире не как о чем-то, что движется во времени, а иным способом. На фундаментальном уровне времени нет. Для каждого объекта время есть то, как он изменяется или изменяет свое положение по отношению к другим объектам.

Новый образ мира, который занимает место в базовых координатах физики, – это образ мира без пространства и времени. Привычные пространство и время должны просто исчезнуть из основ физики как науки точно так же, как понятие центра вселенной исчезло из научной картины мира. Вместо них остаются отношения между объектами.

Это представляет собой радикальную революцию в структурах нашего мышления, но я думаю, что следовало бы принять такой новый способ понимать мир, не включая фактор времени в уравнения.

Однако даже мои самые близкие друзья не вполне согласны. Недавно свою поразительнейшую защиту понятия времени дал мне прочитать мой всегдашний коллега и друг Ли Смолин.

Ли Смолин восстанавливает время в правах

В своей последней книге, названной «Возрождение времени», мой собрат по петлевой теории с самого ее начала высказывается в пользу понятия абсолютного времени. Это его утверждение и та детальная аргументация, которой он его сопровождает, могут изумить простодушного читателя. Ведь речь идет о том, чтобы «просто» защитить мнение о том, что время существует и занимает место среди фундаментальных физических величин. Никто бы и не подумал, что надо доказывать существование времени – не то же ли это самое, что спрашивать, существует ли Земля?

Но сегодня физика привела нас к тому, что мы поставили под вопрос существование времени, в особенности в рамках квантовой теории гравитации. Ли Смолин изложил в своей книге, по каким причинам он считает, что мы сможем лучше понимать мир, если сохраним традиционный статус времени.

Аргументация Ли такова, что он ставит под сомнение очень многое: она направлена против притязания, уже на протяжении многих столетий вписанного в сам идеал теоретической физики, – притязания на поиск универсальным и «вечных» законов мироздания. Чтобы понимать природу, говорит Ли, совершенно не нужно приписывать ей абсолютные законы, верные во всякое время и во всяком месте. Законы самой физики подвержены изменениям, как и все в природе. И поэтому они тоже развиваются, эволюционируют. Законы, которые считались универсальными и вечными, следовало бы рассматривать как исторические закономерности. Всякий природный закон, включая наиболее фундаментальные, становится таким образом временным, входящим в оборот в определенный момент и на определенный срок. Речь идет не только о том, чтобы дать ответ на попытку описать законы природы без такой переменной, как время. Речь идет о том, чтобы превратить физику в один из разделов истории.

Эта радикальная позиция не является чем-то расхожим, хотя и не впервые предается огласке. Она, что следует отметить, стала результатом общения Смолина с Роберто Унгером, философом, чьи работы были посвящены социальным, политическим, юридическим и экономическим вопросам – в общем, далеки от философии науки. Сам базовый тезис такой позиции коренится в классическом американском прагматизме: он был открыто выражен у Пирса. Главный аргумент в пользу этого тезиса, по Унгеру и Смолину, предоставляет современная космология. В течение XX века было доказано, что наблюдаемая Вселенная имеет историю – от Большого взрыва до наших дней. За время своего развития она прошла через различные фазы и законы биологии, химии, классической физики и физики частиц и гравитации не могли «царствовать» во все эпохи мироздания и поэтому неприложимы ко всем из них. Нужны условия, в которых некий закон входит в силу, а эти условия создаются лишь в определенный момент. Не было химии – значит, не было и законов химии, поскольку не было атомов. Атомы появились далеко не сразу после Большого взрыва. Для сравнения можно было бы сказать, что правила игры в шахматы не существовали, пока в шахматы не начали играть. Ясно, что вся совокупность научных знаний, которыми мы располагаем, относится лишь к более или менее отдаленным эпохам, последовавшим за Большим взрывом. О том, что ему предшествовало, мы не знаем почти ничего, кроме того, что законы природы, установленные для космоса в нынешнем состоянии, не могли бы там действовать в той форме, в какой мы их знаем. Тем не менее в наших познаниях есть один элемент, которым мы могли бы гордиться, продолжает Смолин, и это время. Время уже существовало тогда, и протекало, и приносило с собой изменения, изменения мира и вместе с тем изменения его физических законов. Я думаю, что в этом утверждении содержится путаница между несколькими различными идеями. Это:

(i) степень значимости «универсальных» законов, известных нам сегодня;

(ii) надежда вскоре построить теорию всего, окончательную и универсально значимую;

(iii) поиск законов, имеющих все большую и большую применимость.

(i) То, что значимость «универсальных» законов, известных нам сегодня, ограничена, очевидно всякому, обладающему научной культурой. Огромный прогресс научных теорий питается приблизительными истинами, всякий раз превосходимыми при новых разысканиях. Законы Кеплера описывали движение планет и были настоящим триумфом, но оказались ложными, когда выяснилось, что тела притягиваются друг к другу. Законы Ньютона были одними из величайших завоеваний человечества, но выяснилось, что Меркурий отказывается их соблюдать. Теория относительности внесла поправки в законы Ньютона и предвосхитила обнаружение черных дыр, Большого взрыва, гравитационных волн и много чего еще, но сегодня мы думаем, что она теряет свое значение там, где становятся важными квантовые эффекты. То, что законы физики, какими мы их знаем сейчас, имеют ограниченную значимость, неоспоримо. Но то, что можно считать здесь «историческим», – это не сами открытые законы, а процесс приобретения нами познаний.