Структура реальности

Дойч Дэвид

Однако Ньютон мудро не пытается перевести свое утверждение о том, что время течет, в математическую форму или сделать из него какие-то выводы. Ни одна из физических теорий Ньютона не обращается к потоку времени, как не обращается к нему и не совместима с ним ни одна из последующих физических теорий.

Так почему же Ньютон счел необходимым сказать, что время «протекает равномерно»? С «равномерно» все в порядке: можно интерпретировать это как означающее, что измерения времени одинаковы для всех наблюдателей, находящихся в различных положениях и в различных состояниях движения. Это существенное утверждение (которое, как мы знаем со времен Эйнштейна, является неточным). Но его легко можно было бы сформулировать так, как я сформулировал его сейчас, не говоря, что время течет. Я считаю, что Ньютон намеренно использовал знакомый язык времени, не подразумевая его буквальное значение: точно так же он мог бы свободно сказать о том, что Солнце «всходит». Ему необходимо было передать читателю, приступившему к чтению этой революционной работы, что в концепции времени Ньютона нет ничего нового или сложного. «Начала» дают множеству слов, таких как «сила» и «масса», точные технические значения, которые несколько

отличаются от тех, что приняты на уровне здравого смысла. Однако числа, на которые ссылаются как на «время», – это всего лишь общепринятое время, которое мы находим на часах и календарях, и концепция времени в «Началах» – это концепция, основанная на здравом смысле.

За исключением того, что время не течет. В физике Ньютона время и движение выглядят примерно как на рис. 11.3. Одно небольшое отличие состоит в том, что я нарисовал следующие друг за другом моменты отдельно друг от друга, но во всей доквантовой физике это является аппроксимацией, потому что время – континуум. Мы должны представить бесконечно много бесконечно тонких снимков, непрерывно вставленных между нарисованными мною. Если каждый снимок представляет все во всем пространстве, которое физически существует в определенный момент, то можно считать, что эти снимки склеены друг с другом своей лицевой стороной и образуют один неизменный блок, содержащий все, что происходит в пространстве и времени (рис. 11.4) – то есть всю физическую реальность. Неизбежный недостаток диаграммы такого рода состоит в том, что снимки пространства в каждый момент показаны как двухмерные, тогда как в реальности они трехмерны. Каждый из них – это пространство в определенный момент. Таким образом, мы считаем время четвертым измерением, аналогичным трем пространственным измерениям в классической геометрии. Пространство и время, рассматриваемые совместно в виде четырехмерной сущности, называют пространством-временем.

В физике Ньютона эта четырехмерная геометрическая интерпретация времени была необязательной, но с появлением теории относительности Эйнштейна она стала неотъемлемой частью этой теории. Так произошло потому, что в соответствии с теорией относительности наблюдатели, которые движутся с разными скоростями, не придут к согласию относительно того, какие события являются одновременными. Иначе говоря, они не придут к согласию относительно того, какие события должны появиться на одном и том же снимке. Таким образом, каждый из них воспринимает пространство-время как разрезанное на «моменты» различным образом. Тем не менее, если бы каждый из них собрал свои снимки, как показано на рис. 11.4, получились бы идентичные пространства-времена. Следовательно, в соответствии с теорией относительности «моменты», изображенные на рис. 11.4, не являются объективными характеристиками пространства-времени: они являются всего лишь способом восприятия одновременности одним наблюдателем. Другой наблюдатель получил бы слои «сейчас» под другим углом. Таким образом, объективную реальность, стоящую за рис. 11.4, а именно пространство-время и его физическое содержание, можно было бы показать с помощью рис. 11.5.

Пространство-время иногда называют «блок-вселенной», потому что в нем вся физическая реальность – прошлое, настоящее и будущее – представлена раз и навсегда «замороженной» в одном четырехмерном блоке. По отношению к пространству-времени ничто не движется. То, что мы называем «моментами», – это определенные слои пространства-времени, и когда содержание этих слоев отличается друг от друга, мы называем это изменением или движением в пространстве.

Как я уже сказал, мы думаем о потоке времени в связи с причинами и следствиями. Мы считаем, что причины предшествуют своим следствиям; мы воображаем, что движущееся настоящее подходит к причинам до того, как подойдет к их следствиям, а также представляем, что следствия текут вперед вместе с настоящим моментом. С философской точки зрения, наиболее важными причинно-следственными процессами являются наши сознательные решения и последующие действия. Взгляд с точки зрения здравого смысла заключается в том, что мы обладаем свободной волей: что иногда мы в состоянии повлиять на будущие события (например, движение своего собственного тела) одним из нескольких возможных способов и выбрать, какой из способов случится, тогда как на прошлое, напротив, мы никогда не в состоянии повлиять. (К свободной воле я вернусь в главе 13.) Прошлое неизменно, будущее открыто. Для многих философов поток времени – это процесс, в котором открытое будущее становится, момент за моментом, неизменным прошлым. Другие говорят, что альтернативные события в каждый момент будущего являются возможностями, а поток времени – это процесс, в котором момент за моментом одна из этих возможностей становится действительностью (так что в соответствии с мнением этих людей будущее не существует совсем, пока поток времени не достигнет его и не превратит в прошлое). Но если будущее действительно открыто (а оно открыто!), то это не может иметь ничего общего с потоком времени, поскольку потока времени нет. В физике пространства-времени (которой по существу является вся доквантовая физика, начиная с физики Ньютона) будущее не открыто. Оно находится там, с определенным и неизменным содержанием, так же как прошлое и настоящее. Если бы определенный момент в пространстве-времени был «открыт» (в любом смысле), он непременно остался бы открытым, когда стал бы настоящим и прошлым, поскольку моменты не способны изменяться.

Субъективно можно сказать, что будущее данного наблюдателя «открыто с точки

зрения этого наблюдателя», потому что никто не может измерить или пронаблюдать свое будущее. Но открытость в таком субъективном смысле не оставляет выбора. Если у вас есть билет лотереи, которая состоялась на прошлой неделе, но вы еще не узнали, выиграли ли вы, – вопрос об исходе остается открытым с вашей точки зрения даже несмотря на то, что объективно он уже зафиксирован. Однако субъективно ли, объективно ли, вы не в состоянии его изменить. Никакие причины, которые уже не повлияли на него, больше не смогут этого сделать. Теория о свободной воле, основанная на здравом смысле, гласит, что на прошлой неделе, в то время как у вас все еще был выбор, покупать или нет лотерейный билет, будущее все еще было объективно открытым, и вы действительно могли выбрать один из двух или нескольких вариантов. Однако это несовместимо с пространством-временем. Таким образом, в соответствии с физикой пространства-времени открытость будущего есть иллюзия, а следовательно, причинно-следственное отношение и свободная воля тоже не могут быть чем-то большим, чем иллюзии. Нам необходима вера – и мы стараемся сохранить ее – в то, что настоящие события, а особенно наш выбор, могут повлиять на будущее; но возможно, таким образом мы всего лишь справляемся с тем фактом, что мы не знаем будущего. В реальности мы не делаем выбор. Даже когда мы думаем, что стоим перед выбором, его результат уже существует на соответствующем слое пространства-времени, неизменном, как и все остальное в пространстве-времени, и невосприимчивом к нашим намерениям. Кажется, что сами эти намерения неизменны и уже существуют в выделенных им моментах еще до того, как мы даже узнаем о них.

Быть «следствием» какой-то причины – значит подвергаться влиянию этой причины и быть измененным из-за этой причины. Таким образом, когда физика пространства-времени отрицает реальность потока времени, она логически не может согласовать даже основанные на здравом смысле понятия причины и следствия. Поскольку в блок-вселенной ничто не изменяемо, одна часть пространства-времени может изменить другую не больше, чем одна часть фиксированного трехмерного объекта может изменить другую.

Получается, что во времена физики пространства-времени все фундаментальные теории обладали следующим свойством: если известно все, что происходит до данного момента, законы физики определяют, что происходит во все последующие моменты. Свойство одних снимков быть определенными другими снимками называется детерминизмом. В физике Ньютона, например, если в любой момент известны положения и скорости всех масс в изолированной системе, например, в Солнечной системе, то в принципе можно вычислить (предсказать), где эти массы будут находиться во все последующие времена. Также в принципе можно вычислить (восстановить), где эти массы находились во все предыдущие времена.

Законы физики, определяющие один снимок из другого, – это «клей», который удерживает эти снимки вместе в виде пространства-времени. Представим, что мы по волшебству (что невозможно) оказались вне пространства-времени (а следовательно, в своем собственном внешнем времени, независимом от того, которое находится в пределах пространства-времени). Давайте разрежем пространство-время на снимки пространства в каждый момент, как его воспринимает конкретный наблюдатель, находящийся в пределах этого пространства-времени, потом перемешаем эти снимки и снова склеим их в другом порядке. Могли бы мы сказать, глядя извне, что это не есть реальное пространство-время? Почти определенно. Первое: в перемешанном пространстве-времени физические процессы не были бы непрерывными. Объекты мгновенно прекращали бы свое существование в одной точке и снова появлялись бы в другой. Второе и более важное: законы физики уже не действовали бы. По крайней мере, реальные законы физики уже не действовали бы. Там существовал бы другой набор законов, которые, явно или неявно учитывая перемешивание, правильно описывали бы перемешанное пространство-время.

Таким образом, для нас разница между перемешанным и реальным пространством-временем была бы огромной. А для тех, кто живет там? Могли бы они заметить разницу? Сейчас мы опасно близки к бессмыслице – знакомой бессмыслице обычной теории времени. Но потерпите немного, и мы обойдем эту бессмыслицу. Конечно, живущие в этом пространстве-времени не смогли бы заметить разницу. Они заметили бы ее, если бы могли. Они, например, комментировали бы существование разрывностей в своем мире, издавали бы о них научные статьи – разумеется, если бы они вообще смогли выжить в перемешанном пространстве-времени. Но с нашей магической точки зрения мы видим, что они выжили и пишут свои научные труды. Мы можем прочитать эти труды и увидеть, что они по-прежнему содержат только наблюдения исходного пространства-времени. Все записи физических событий в пределах пространства-времени, включая и те, которые остались в воспоминаниях и восприятии сознательных наблюдателей, идентичны таковым в исходном пространстве-времени. Мы только перемешали снимки, а не изменили их внутреннее содержание, поэтому жители по-прежнему воспринимают их в исходном порядке.

Таким образом, на языке реальной физики – физики, как ее воспринимают жители этого пространства-времени, – все это разрезание и повторное склеивание пространства-времени не имеет смысла. Не только перемешанное пространство-время, но даже набор не склеенных друг с другом снимков физически идентичны исходному пространству-времени. Мы изображаем все снимки склеенными друг с другом в правильном порядке, потому что это отражает отношения между ними, определяемые законами физики. Набор этих снимков, склеенных в другом порядке, представил бы те же самые физические события – ту же самую историю, – но некоторым образом исказил бы отношения между этими событиями. Таким образом, снимки обладают присущим им порядком, определяемым их содержанием и реальными законами физики. Любой из снимков в сочетании с законами физики не только определяет то, чем являются все остальные, он определяет их порядок и свое собственное место в последовательности. Другими словами, каждый снимок имеет «временную метку», закодированную в его физическом содержании.