Диалоги (сентябрь 2003 г.)
Шрифт:
Р.П. Здесь на слайде мы видим первые мифологические картины мира. Мы видим, что даже в самых первых картинах мира есть какие-то границы. Вот это картина мира у халдеев, следующий слайд – картина мира у индусов, здесь тоже мир ограничивается каким-то пределом.
И интересно, что, оказывается, миф схватывает истину о мире. Но наука создает иногда свои научные мифы, закрывая истину, которая интуитивно содержится в мифах. Например, бесконечное пространство-время Ньютона. Оно довольно скучное, это мертвая механическая картина мира. Вот в известной иллюстрации из книги Фламмариона вы видите, что человек достиг края мира, смотрит за этот край и видит там совершенно другие вещи. Так вот, современная наука тоже как бы возвращается к понятию границы привычного мира, в том числе к понятию границы применимости пространства-времени.
На следующей картинке мифологическое мировое древо древней Германии. Интересно, что древо познания,
Следующая картина, это Микеланджело, была создана тогда, когда уже была осознана роль человека в сотворении мира, и был открыт космос человека. А вот современная научная картина мира – картина Солнечной системы – более прозаическая. А перед этим была египетская картина мира, где созвездия считались какими-то животными. И это было очень красочно.
Но что говорит современная наука? Солнечная система гораздо более точно отображает наше представление о ближайшем космосе. Следующая картинка – это изображение Солнечной системы. Она не столь поэтична, но, тем не менее, она ближе к истине, и науке пришлось много поработать, чтобы наполнить новым богатым содержанием ту картину мира, которая была в мифах, которая была уловлена в мифологической форме.
Так что же может сказать наука о времени? Наступление на понятие времени идет с двух сторон: со стороны теории относительности и со стороны квантовой механики. Я уже говорил, что время существует только вместе с пространством. Как известно, согласно Минковскому, и пространство, и время по отдельности – только «тени». Поэтому физика на самом деле – это физика событий. Юрий Васильевич скажет о том световом конусе, который мы видим на слайде. Это то, что говорит теория относительности о пространстве и времени.
Ю.Ш. На этой картинке показано двухмерное пространство по двум осям и еще показана ось времени. Ноль – это некоторая точка пространства в начальный момент времени, событие. Покоящаяся в пространстве точка изображается осью времени, цепочкой событий в данном месте пространства.
Что касается конуса, то этот конус можно представить себе, как образованный системой фотонов, которые вылетают в некоторый начальный момент времени из начальной точки. Эти фотоны являются образующими данного конуса. Характерной особенностью этих образующих является то, что в соответствии с теорией относительности с пространством Минковского, на конусе расстояние между двумя точками являются нулевыми – такова псевдоевклидова метрика этого пространства-времени. Область будущего для исходного события содержится внутри этого конуса: любая точка, причинно связанная с начальным событием, находится обязательно внутри этого конуса. Предельными границами будущего являются образующие конуса, и вот они-то и интересны с точки зрения пересмотра свойств пространства и времени.
Р.П. Ось времени – это мировая линия начальной точки пространства и находящегося в ней наблюдателя. Прожитое любой точкой пространства время – это длина её мировой линии. Ортогональные оси времени, – это оси пространства одновременности для этого наблюдателя.
Наблюдатель, движущийся с какой-то досветовой скоростью относительно исходного наблюдателя, изображается его мировой линией, наклонённой к исходной оси времени, и ортогональное его оси времени его новое пространство одновременных для него событий будет идти вдоль новых осей. В световом пределе ортогональное ему пространство выродится в световой конус, и его мировая линия будет идти вдоль светового конуса. В геометрии пространства-времени квадрат длины гипотенузы для пары разных событий равен разности квадратов длин пространственного и временного катетов – иначе нет разницы между пространством и временем. И для воображаемого светового наблюдателя являются одновременными такие события, как, скажем, начальный момент отправления на далекий квазар и момент прибытия туда – даже если в системе отсчета Земли расстояние до этого квазара равняется 10 миллиардам световых лет (то есть свет туда летит 10 миллиардов лет). Но длина этой мировой линии – это собственное время светового наблюдателя, и оно равно нулю. Для светового наблюдателя продольное направление пространства вообще «схлопывается» в нуль, пространство у него – двухмерное. И вместо привычного 1+3 расщепления на время и пространство преимущественным для него является 2+2 расщепление пространства-времени. Причем, равняется нулю расстояние не только до того объекта, куда он летит, скажем, квазара, но и для всех объектов, которые позади. В чем же тогда разница движения вперед и назад? В том, что изображение небесной сферы звезд в пределе стягивается в апекс движения, в точку, куда он движется, причем, стягивается с неограниченным голубым
Так вот эти предельные световые образы и являются ключом к новому пониманию пространству-времени, и это световое движение, на самом деле, не есть движение. Ну что же это за движение, где на преодоление нулевого пространства вы тратите собственное нулевое время?! Длина мировой линии вдоль светового луча от Земли до квазара и обратно равна нулю, а на Земле за время от момента отправления светового наблюдателя на квазар и до его возвращения на Землю с затратой нулевого мгновения собственного времени прошло 20 миллиардов лет. Это световое движение-состояние лучше назвать не динамикой, а релятивистской статикой. И теперь нам нужно объяснить как раз состояние покоя. Это очень просто. Состояние покоя – это два встречных световых движения, как бы «стоячая волна». И если мы строим мир из этих световых образов, из световых времен, то получается, что основным расщеплением является 2+2-расщепление, а когда этих расщеплений много, их суперпозиция и даёт обычное 1+3-расщепление.
Световая скорость в этом смысле не есть скорость. Что же это за скорость движения, если вы уже там, и весь мир стал двумерным, потому что поперечная двумерная геометрия не затронута, а продольная геометрия «схлопнулась» в нуль в пределе световой скорости. Значит, это уже не скорость, это вырожденное релятивистское состояние. Значит, в фундаменте мира (если перевернуть картину и опираться на световые образы) нет скорости, а стало быть, нет ускорения. И, таким образом, граница мира событий – этот световой конус, как граница пространственных и временных направлений, – на самом деле втягивает в себя вообще весь мир.
Но как же тогда получить обычное пространство-время? Возьмем тот фотон, который летит вперед, и тот, который летит назад. Комбинация их световых времён дает обычное временное и пространственное измерения.
Теперь обратимся к квантовой механике. Она тоже принципом неопределенности ведет наступление на понятие времени. Возьмем мгновенное пространство, трехмерное, искривленное. Его можно задать точкой бесконечномерного пространства трехмерных пространств. И уравнение Шредингера (в гравитации оно даёт уравнение Уилера-Девитта) описывает эволюцию этого трехмерного пространства, кривую в этом бесконечномерном пространстве мгновенных 3-проcтранств. Но согласно принципу неопределенности, если мы точно задали момент времени и в этот момент времени точно задали мгновенное пространство, то неопределенность импульса – не ограничена. Куда скакнет наше мгновенное пространство, неизвестно. А в физике, вопреки мнению некоторых физиков, реально существует только то, что можно измерить.
Если мы не можем измерить следующее состояние нашей Вселенной, нашего мгновенного пространства, то этого следующего момента времени просто нет. А стало быть – вообще времени нет! Джон Арчибальд Уилер уже несколько десятилетий говорит о том, что в квантовой механике нет привычного пространства-времени. А что же есть? Есть только пространство таких трехмерных пространств, и статус времени на самом деле понижается – есть как бы только кинокадры пространств. Так в кино или на телевидении то, что кажется движением, на самом деле является набором статических кадров. И вместо размерности четыре для лоренц-сигнатуры метрики пространства-времени (минус для временного измерения, три плюса – для трёх пространственных измерений) четырехмерного пространства-времени истинным измерениям отвечают только три плюса, то есть только пространство реально в квантовом мире.
Но, к сожалению, после этого революционного пересмотра истинной размерности нашего мира Уилер не учел, что у него возникает асимметрия неопределенностей в принципе неопределённостей Гейзенберга. Мы точно задали координату, а импульса нет, то есть мы «зарезали» время, спасая пространство. Но это противоречит духу релятивизма – пространство и время должны рассматриваться вместе и во многих отношениях равноправно. Так давайте разрежем трехмерное пространство на пленки с двухмерной геометрией. Теперь можно проследить эволюцию одной отдельной пленки, но за это мы платим тем, что не знаем геометрии соседних двухмерных пленок. Значит, если мы возрождаем снова время t, то нет одного пространственного измерения х, нумерующего плёнки. Значит, есть не t и x (t – временное, x – пространственное измерения), а есть t или x. Если у нас на равных правах есть и t, и x, то есть и два световых времени t + x и t – x. Значит, реализуется только суперпозиция этих двух световых времен, а не оба они одновременно.