Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле - Карло Ровелли

Это второе концептуальное следствие теории квантовой гравитации еще радикальнее, чем исчезновение пространства.

Попробуем в нем разобраться.

То, что природа времени отличается от общепринятых представлений, которые есть у всех нас, стало ясно уже более столетия назад. Специальная и общая теории относительности сделали это очевидным. Сегодня неадекватность нашего обыденного представления о времени можно легко продемонстрировать в лаборатории.

Рассмотрим, например, первое следствие общей теории относительности, описанное в главе 3. Возьмем двое часов, убедимся, что они показывают в точности одинаковое время, положим одни из них на пол, а другие – на стол. Подождем полчаса и снова поместим их рядом. Будут ли они по-прежнему показывать одно и то же время?

Как говорилось в главе 3, ответ будет отрицательный. Обычные наручные часы или те, что встроены в мобильный телефон, не обладают необходимой точностью, чтобы проверить этот факт. Однако в физических лабораториях по всему миру есть часы, имеющие точность, которая позволяет продемонстрировать возникающее расхождение: часы, оставленные на полу, идут медленнее, чем такие же часы, расположенные выше.

Почему? Потому что время не течет одинаково повсюду в мире. В некоторых местах его поток быстрее, в других – медленнее. Чем ближе к Земле, где гравитация[103] сильнее, тем медленнее течет время. Помните близнецов из главы 3, чей возраст стал различаться в результате того, что один жил у моря, а другой в горах? Этот эффект ничтожен – выигрыш во времени, полученный за всю жизнь приморским жителем в сравнении с горцем, составляет доли секунды, – однако столь малая величина не меняет того факта, что это реальное различие. Время ведет себя не так, как мы привыкли себе представлять.

Мы не должны думать о времени так, словно где-то существуют великие космические часы, которые отмеряют жизнь Вселенной. Уже более 100 лет мы знаем, что о времени следует думать как о локальном явлении: каждый объект во Вселенной имеет свое собственное время, темп которого определяется локальным гравитационным полем.

Но даже это представление о локальном времени перестает работать, когда мы принимаем в расчет квантовую природу гравитационного поля. Квантовые события в планковском масштабе больше не упорядочены ходом времени. Время, в некотором смысле, перестает существовать.

Что означают слова о том, что времени не существует?

Прежде всего, отсутствие временно́й переменной в фундаментальных уравнениях не означает, что всё становится неподвижным и что перестают происходить какие-либо изменения. Напротив, это означает, что изменения вездесущи. Вот только элементарные процессы не могут быть упорядочены вдоль привычной последовательности мгновений. В предельно малых масштабах, соответствующих квантам пространства, танец природы не подчиняется ритму, задаваемому одной дирижерской палочкой для всего оркестра: каждый процесс танцует независимо от соседей, следуя своему собственному ритму. Течение времени – это внутреннее свойство мира, оно рождается самим миром из отношений между квантовыми событиями, которые и есть мир и которые сами порождают свое собственное время.

Фактически несуществование времени не означает ничего особенно сложного. Давайте попробуем это понять.

Время входит в большинство уравнений классической физики. Это переменная, обозначаемая буквой t. Уравнения говорят нам, как вещи меняются во времени. Если мы знаем, что случилось в прошлом, они позволяют нам предсказать будущее. Точнее, мы измеряем некоторые величины, например положение A объекта, угол B отклонения маятника, температуру C объекта, а физические уравнения говорят, как эти величины будут меняться во времени. Они предсказывают функции A (t), B (t), C (t) и т. д., которые описывают изменения этих величин с течением времени t.

Галилей был первым, кто понял, что движение объектов на земле может описываться уравнениями как функции времени A (t), B (t), C (t), и первым записал формулы для этих уравнений в явном виде. Например, первый закон земной физики, найденный Галилеем, описывал падение предмета, иначе говоря, показывал, как его высота x меняется с ходом времени t[104].

Для открытия и проверки этого закона Галилею потребовались два типа измерений. Он измерял высоту x предмета и время t. Поэтому ему был нужен инструмент для измерения времени – часы.

Во времена Галилея не было точных часов. Сам Галилей еще в молодости нашел способ изготовления точных хронометров. Он обнаружил, что колебания маятника всегда имеют одинаковую длительность (независимо от амплитуды). Поэтому можно измерять время, просто считая качание маятника. Эта идея кажется такой очевидной, но только Галилей обратил на нее внимание, до него она никому не приходила в голову. Так нередко бывает в науке.

Но на самом деле всё не так однозначно.

Согласно легенде, эта идея озарила Галерея в величественном Пизанском соборе, где он наблюдал за медленными покачиваниями гигантской люстры со свечами. (Легенда не соответствует действительности, поскольку люстра впервые закачалась там через много лет после смерти Галилея, но история всё равно хороша. И не исключено, что в те времена в соборе висело что-то другое.) Ученый наблюдал за этими колебаниями во время религиозной службы, которой он, очевидно, не был особенно поглощен, и замерял длительность каждого качания люстры, подсчитывая удары собственного пульса. С нарастающим волнением он обнаружил, что число ударов одинаково для каждого качания – оно не менялось, когда люстра замедлялась и раскачивалась с ничтожной амплитудой. Все колебания имели одинаковую длительность.

Эта история звучит замечательно, но если задуматься, она вызывает недоумение, и это недоумение ведет нас к самой сути проблемы времени. Откуда Галилей знал, что удары его собственного пульса происходят через равные отрезки времени?[105]

Вскоре после Галилея доктора стали измерять пульс своих пациентов, используя часы, которые, в конечном счете, представляли собой не что иное, как маятник. Получается, что мы использовали пульс, чтобы удостовериться в регулярности качаний маятника, а затем с помощью маятника проверяли постоянство пульса. Не кажется ли вам, что здесь имеет место какой-то порочный круг? Что бы это значило?

В действительности мы никогда не измеряем время само по себе, мы всегда измеряем физические величины A, B, C… (колебания, пульс и множество других вещей) и сравниваем одну величину с другой, то есть, иными словами, мы измеряем функции A(B), B(C), C(A) и т. д. Мы можем подсчитать, сколько ударов пульса в каждом колебании, сколько колебаний приходится на каждое тиканье секундомера, сколько тиканий секундомера между ударами башенных часов…