Брайан Грин. Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности

Грин Брайан

Вы видите, что концепция реальности Шеви, его воображаемый статический образ, его представление о том, что существует сейчас, является в каждом кусочке столь же реальной для него, как наша концепция реальности для нас. Так что при определении, что составляет реальность, она будет чрезмерно узко понимаемой, если мы также не включим его точку зрения. Для Ньютона такой равноправный подход не мог привести к каким-либо различиям, поскольку во вселенной с абсолютным пространством и абсолютным временем сечения настоящего совпадают для каждого наблюдателя. Но в релятивистской вселенной, нашей вселенной он приводит к большим различиям. В то время, как наша обычная концепция того, что существует прямо сейчас, составляет отдельное сечение настоящего, – мы обычно видим прошлое как ушедшее и будущее как еще не наступившее, – мы должны расширить этот образ через сечение настоящего Шеви, то есть такое сечение настоящего, которое, как показало обсуждение, существенно отличается от нашего собственного. Более того, поскольку начальное положение Шеви и скорость, с которой он движется, произвольны, мы должны включить сечения настоящего, связанные со всеми возможностями. Эти сечения настоящего, как в нашем обсуждении выше, будут центрированы на начальном положении Шеви – или на положении некоторого иного реального или гипотетического наблюдателя – в пространстве и будут поворачиваться

на угол, зависящий от выбранной скорости. (Единственное исключение следует из выбора предельной скорости, равной световой, как объяснено в комментариях, в графическом представлении, которое мы использовали, это переводится в предел угла поворота в 45 градусов либо по, либо против часовой стрелки). Как вы можете видеть на Рис. 5.5 собрание всех таких сечений настоящего заполняет солидную область пространственно-временного батона. Фактически, если пространство бесконечно, – если сечения настоящего распространяются бесконечно, – то вращающиеся сечения настоящего могут быть центрированы произвольно далеко, а отсюда их объединение охватывает каждую точку пространственно-временного батона.*

(*)"Отметим любую точку в батоне. Проведем сечение, которое включает эту точку и которое пересекает наше текущее сечение настоящего под углом менее 45 градусов. Это сечение будет представлять сечение настоящего – реальность – удаленного наблюдателя, который был сначала в покое относительно нас, как Шеви, но теперь движется относительно нас со скоростью меньше скорости света. По построению это сечение включает (произвольную) точку в батоне, которой случилось быть отмеченной нами".

Итак, если вы принимаете замечание, что реальность состоит из вещей в вашем статическом воображаемом изображении прямо сейчас, и если вы согласны, что ваше настоящее не более действительно, чем настоящее кого-нибудь, располагающегося далеко в пространстве, кто может свободно двигаться, то реальность заключает в себе все события в пространстве-времени.

Рис 5.5 Пример сечений настоящего для различных наблюдателей (реальных или гипотетических), находящихся на различных расстояниях от Земли и двигающихся с различными скоростями.

Полный батон существует. [4] Точно так, как мы воображали все пространство, которое в действительности может быть не здесь, как реально существующее, мы должны также вообразить все время, которое в действительности может быть не здесь, тоже как реально существующее. Прошлое, настоящее и будущее определенно становятся особыми сущностями. Но, как сказал однажды Эйнштейн, "Как мы убеждаем физиков, разница между прошлым, настоящим и будущим есть только иллюзия, однако стойкая". [5] Единственная вещь, которая реальна, это пространство-время в целом.

4. Подготовленный читатель распознает, что я предполагаю, что пространство-время является пространством-временем Минковского. Аналогичные аргументы в других геометриях не обязательно будут давать полное пространство-время.

5. Albert Einstein and Michele Besso: Correspondence 1903–1955, P, Speziali, ed. (Paris: Hermann, 1972).

Опыт и течение времени

При этом образе мышления события независимо от того, когда они происходят с любой отдельной точки зрения, просто есть. Все они существуют. Они вечно занимают их особое положение в пространстве-времени. Здесь нет течения. Если вы провели замечательное время в момент полуночи накануне нового 1999 года, вы все еще его имеете, поскольку это просто одно неподвижное место в пространстве-времени. Тяжело принять такое описание, поскольку наше мировоззрение жестко проводит различие между прошлым, настоящим и будущим. Но если мы внимательно посмотрим на эту привычную темпоральную схему и противопоставим ей холодные тяжелые факты современной физики, то единственное место убежища для нее кажется лежащим в человеческом разуме.

Неоспоримо, что наш сознательный опыт кажется охватывающим все сечения. Это так, хотя наш разум обеспечивает прожекторный свет, обращенный к прошлому, так что моменты времени оживляются, когда они освещаются силой сознания. Текущие ощущения от одного момента к следующему возникают из нашего сознательного распознавания изменений в наших мыслях, чувствах и ощущениях. И последовательность изменений кажется имеющей непрерывное движение; она кажется разворачивающейся в связанную историю. Но – без какой бы то ни было претензии на психологическую или нейробиологическую точность – мы можем вообразить, как мы можем ощущать течение времени, даже если в действительности может и не быть такого феномена. Чтобы увидеть, что я имею в виду, представим проигрывание Унесенных ветром на неисправном DVD-проигрывателе, который хаотически прыгает вперед и назад: некоторые кадры вспыхивают на мгновение на экране, а за ними моментально следуют другие из совершенно другой части фильма. Когда вы смотрите эту перепутанную версию, для вас тяжело придать смысл происходящему. Но Скарлетт и Рэтт проблем не имеют. В каждом кадре они делают то, что они всегда делали в этом кадре. Если бы вы могли остановить DVD на некотором отдельном кадре и спросить их об их мыслях и воспоминаниях, они бы откликнулись c теми же самыми ответами, которые они дали бы, если бы вы проигрывали DVD на нормально функционирующем проигрывателе. Если бы вы спросили их, не сбивает ли их с толку легкое прохождение Гражданской войны не по порядку, они бы посмотрели на вас насмешливо и посчитали бы, что вы выпили слишком много мятной водки. В любом данном кадре они имеют мысли и память, которые они всегда имели в этом кадре, – и, в особенности, эти мысли и память будут давать им ощущение, что время гладко и последовательно течет вперед, как обычно.

Аналогично, каждый момент в пространстве-времени – каждое временное сечение – похож на один из тех же кадров в фильме. Он существует, освещает его некоторый свет или нет. Как для Скарлетт и Рэтта, для вас, кто находится в любом таком моменте, это и есть настоящее, это момент, который вы ощущаете в данное мгновение. И это всегда будет. Более того, внутри каждого индивидуального сечения ваши мысли и память полностью стремятся дать ощущение, что время непрерывно текло к этому моменту. Это чувство, это ощущение, что время течет, не требует, чтобы предыдущий

момент – предыдущий кадр – был "последовательно освещен". [6]

6. Обсуждение здесь призвано придать качественный смысл тому, как переживания прямо сейчас вместе с памятью, которую вы имеете прямо сейчас, формируют основу ваших ощущений жизни, в которой вы пережили эту память. Но если, например, ваш мозг и тело были каким-то образом приведены в точно то же состояние, в котором они находятся прямо сейчас, вы должны будете иметь то же самое ощущение прожитой жизни, которое подтверждает ваша память (предполагая, как я это делаю, что основа всех ощущений может быть найдена в физическом состоянии мозга и тела), даже если эти переживания никогда на самом деле не происходили, а были искусственно впечатаны в состояние вашего мозга. Одно упрощение в обсуждении заключается в предположении, что мы можем чувствовать или переживать вещи, которые происходят в отдельный момент, тогда как, на самом деле, течение времени требует от мозга распознавать и интерпретировать все, что бы он на входе ни получал. Хотя это верно, это не имеет особого значения для излагаемой мной точки зрения; это интересное, но совсем не относящееся к делу усложнение, возникающее из анализа времени способом, прямо связанным с человеческими ощущениями. Как мы обсуждали ранее, человеческие примеры помогают делать нашу дискуссию более обоснованной и интуитивной, но это требует от нас отделять те аспекты дискуссии, которые более интересны с биологической, в противоположность физической, точки зрения.

И если вы подумаете об этом несколько дольше, вы осознаете, что это очень хорошая вещь, поскольку фиксирование светом прожектора последовательно приходящих моментов жизни чрезвычайно проблематично по другой, даже более основной причине. Если свет прожектора правильно выполняет свою работу и освещает данный момент – скажем, наступление полуночи в канун нового 1999 года, – что будет означать для этого момента уйти затем в темноту? Если момент был освещен, то быть освещенным будет свойством момента, свойством таким же вечным и неизменным, как все другое, происходящее в этот момент.

Ощущать освещение – быть "действительным", быть существующим, быть настоящим – и затем ощущать темноту – быть "скрытым", быть в прошлом, быть тем, что было, – значит ощущать изменение. Но понятие изменения не имеет смысла по отношению к отдельному моменту времени. Изменение будет возникать через время, изменение будет отмечать прохождение времени, но как понятие времени могло сделать это возможным? По определению, моменты не включают прохождение времени – по меньшей мере, мы осознаем не время, – поскольку моменты просто есть, они представляют собой сырой материал времени, они не изменяются. Отдельный момент может изменяться во времени не больше, чем отдельное положение может изменяться в пространстве: если положение передвинулось, это будет уже другое положение в пространстве; если момент во времени изменился, это будет уже другой момент во времени. Интуитивный образ света прожектора, который приносит каждое новое настоящее в жизнь, непосредственно не поддается аккуратной проверке. Вместо этого, каждый момент времени освещается и каждый момент остается освещенным. Каждый момент есть. При ближайшем рассмотрении текущая река времени более точно соответствует гигантскому блоку льда, причем каждый момент навечно вморожен в его объем. [7]

7. Вы можете удивиться, как обсуждение в этой главе соотносится с нашим описанием в Главе 3 объектов, "двигающихся" через пространство-время со скоростью света. Для склонного к математике читателя грубый ответ будет таким, что история объекта представляется кривой в пространстве-времени – путем через пространственно-временной батон, который высвечивает каждое место, которое занимал объект в момент, когда он был там (почти как мы видим на Рис. 5.1). Интуитивное обозначение "движения" через пространство-время тогда может быть выражено на языке "без течения", путем простого обозначения этого пути (в противоположность представлению, что путь проходится на ваших глазах). "Скорость", связанная с этим путем, тогда измеряется величиной, насколько длинный этот путь (от одной выбранной точки до другой), деленной на промежуток времени, записанный по часам, переносимым кем-то или чем-то между двумя выбранными точками пути. Это, еще раз, концепция, которая не содержит какого-либо течения времени: вы просто смотрите на то, что говорят интересующие вас часы в двух представляющих интерес точках. Оказывается, скорость, найденная таким образом, для любого движения равна скорости света. Склонный к математике читатель обнаружит причину этого немедленно. Метрика в пространстве-времени Минковского есть ds² = c²dt² – dx² (где dx² есть евклидова длина dx₁² + dx₂² + dx₃²), тогда как время, текущее по часам ("собственное" время), задается d² = ds²/c². Так что, очевидно, скорость через пространство-время так же определяется математически выражением ds/d, которое равно с.

Эта концепция времени существенно отличается от той, с которой большинство из нас свыклось. Даже если она появилась из его собственного понимания, Эйнштейн не остался безразличным к трудности полного постижения таких основательных изменений в точке зрения. Рудольф Карнап [8] подробно изложил поразительный разговор, который он имел с Эйнштейном по этому поводу: "Эйнштейн сказал, что проблема настоящего сильно его беспокоит. Он объяснил, что ощущение настоящего означает нечто специальное для человека, нечто существенно отличное от прошлого и будущего, но что это важное отличие не возникает или не может возникнуть в рамках физики. То, что это ощущение не может быть охвачено наукой, казалось ему фактом неприятного, но неизбежного поражения".

8. S. Rudolf Carnap, "Autobiography," in The Philosophy of Rudolf Carnap, P.A. Schilpp, ed. (Chicago: Library of Living Philosophers, 1963), p. 37.