Сергей Ситар - Архитектура внешнего мира. Искусство проектирования и становление европейских физических представлений

Формула для вычисления величины пространственно-временного интервала в Специальной теории относительности. Время, превращаясь в интегральную составляющую пространства, перестает играть роль соединительного звена между индивидуальной и всеобщей историей, – само понятие «всеобщая история», связанное с ньютоновским «абсолютным временем», утрачивает смысл.

Ил. 7

«Пространство-моллюск» с гауссовыми координатами, использованное Эйнштейном для объяснения гравитации в Общей теории относительности, упраздняет классическое различие между пространством как единым «концептуальным фоном» для движения тел и самими телам как объектами научного исследования. Иллюстрация из книги «Специальная и общая теория относительности, общедоступное изложение» ( Einstein A. Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie, gemeinverständlich. Braunschweig: Vieweg, 1918).

Если описывать этот эффект в терминах повседневного человеческого опыта, получается, что нечто, представляющееся одному наблюдателю диахроническим процессом, для другого является пространственным объектом. При этом сказать, что один из наблюдателей прав, а другой нет, уже нельзя: возможность с помощью единого математического алгоритма «перевести» опытные данные одного в опытные данные другого означает лишь то, что каждый из них «прав по-своему». В этом, собственно, и состоит существенное мировоззренческое нововведение теории относительности: пространство и время, как теперь выясняется, не существуют в абсолютном смысле – так же как не существуют в полном или однозначном смысле объекты и процессы. Существуют лишь разноречивые интерпретации комплекса внутримировых явлений («эффекты восприятия»), которые, впрочем, можно согласовать (в знаково-числовом регистре), воспользовавшись нетривиальным, но достаточно компактным математическим аппаратом.

Еще одной влиятельной теорией, ведущей к упразднению абсолютного времени классической физики, стала разработанная примерно в тот же революционный период вероятностно-статистическая термодинамика Людвига Больцмана. Отправным пунктом для Больцмана стал сформулированный Клаузиусом второй закон термодинамики: поскольку тепло может переходить только от горячего тела к холодному, системы взаимодействующих тел должны необратимо двигаться к тепловому равновесию, что соответствует рассеянию энергии (в противоположность концентрации). Больцман поставил перед собой задачу строго доказать два положения: а) когда газ или другие замкнутые термодинамические системы находятся в этом состоянии равновесия, в них с пренебрежительно малыми отклонениями должно соблюдаться определенное среднестатистическое распределение скоростей между молекулами (вариант гауссова распределения); и б) такое распределение («молекулярный хаос») является максимально вероятным как с точки зрения механического моделирования движения молекул внутри системы, так и с точки зрения чисто математических импликаций теории вероятностей. Использовав формулу вычисления количества перестановок, Больцман показал, что кинетически смоделированному равновесному распределению соответствует максимальное число возможных параметрических состояний каждой конкретной молекулы (максимальное число возможных микросостояний системы). Соответствие двух моделей – идеализированно-кинетической и вероятностной – Больцман счел достаточным доказательством максимальной вероятности состояния «молекулярного хаоса» для реальных термодинамических систем. Уверившись, таким образом, как в непреложности второго начала термодинамики, так и в применимости вероятностно-статистических методов к описанию эволюции физического мира, Больцман пришел к довольно радикальному выводу о том, что наша «далекая от равновесия» обитаемая Вселенная – не более чем допустимая статистическая погрешность в работе всеобщего закона возрастания энтропии, то есть «гигантская флуктуация», порожденная игрой случая, подобно тому как в очень длинной последовательности случайных бросков игральной кости изредка возникает серия, обладающая выраженной симметрией. Однако сведение реальности к математической модели натолкнулось в данном случае на вполне предсказуемое препятствие: математические модели всегда обратимы – их можно читать как «слева направо», так и «справа налево», – и потому мгновенная смена импульсов всех молекул в кинетической модели Больцмана на противоположные (по направлению) должна была приводить к «недозволенному» вторым началом термодинамики уменьшению энтропии [96]. Больцман преодолевал это затруднение двумя способами. Во первых, он указывал на то, что опора на аппарат теории вероятностей в выведении закона подразумевает не полную невозможность его нарушения, а всего лишь очень малую вероятность обнаружить такое нарушение в природе. Но этот аргумент выглядел слабым на фоне окружающей человека биологической жизни, которая на каждом шагу сопротивляется «рассеиванию» энергии. И тогда – имея в виду, что мы можем обозреть лишь весьма ограниченную часть Вселенной, – Больцман пришел к еще более радикальному положению – о зависимости направления течения времени от наблюдателя. Выбор направления времени при таком способе описания мира перемещается в коллективное сознание людей: мы (как ансамбль живых существ) непроизвольно схватываем в качестве «всемирной истории» именно ту последовательность событий, в которой стремление к энтропийному распаду (тепловой смерти) статистически преобладает над обратными процессами. Отсюда и возникает наш эмпирически верный второй закон термодинамики с его необратимостью. Сама же необозримая для нас Вселенная – представляющая собой, согласно Больцману, бескрайний океан «молекулярного хаоса» с крошечными стохастическими вкраплениями регулярности – времени как такового не знает . Иными словами, как и в теории относительности, время у Больцмана превращается во вторичный производный эффект – по сути, психологическую иллюзию, рожденную в уме локального наблюдателя, обозревающего локальное пространство. Как и Эйнштейн, Больцман приходит к множеству локальных времен и множеству локальных пространств [97].

В концептуальных операциях, с помощью которых каждый из двух ученых по-своему «упраздняет» фундаментальную константу человеческой жизни – поток времени, – нетрудно уловить одну любопытную общую черту. В теории относительности переживаемое время возникает как эффект локального сопоставления движений отдельных объектов. В интерпретации Больцмана время становится эффектом локального наблюдения распределения скоростей внутри систем из множества микрообъектов. Получается, что каждая из двух теорий описывает время как продукт сознания естествоиспытателей, работающих с объектами данной теории. Эйнштейн представляет людей в качестве наблюдателей движущихся объектов, Больцман – в качестве исследователей газов. Каждый из них отменяет всеобщее однонаправленное время во имя некоего подобия Вечности. Для Эйнштейна это свет, о котором уже нельзя сказать, движется он или покоится, поскольку все скорости в известном смысле отсчитываются от него. Для Больцмана это разреженный равновесный газ, который трактуется как максимально вероятное, внутренне некоординированное и, так сказать, «безразличное» состояние материи. Из концептуального словаря термодинамики и статистической механики ведет свое происхождение закрепившаяся в ХХ веке перестановка терминов, при которой равновесное спокойное состояние понимается как «хаос», в то время как любые другие выраженные состояния (турбулентные вихри, конвекционные потоки и т. д.) описываются как разновидности «порядка». Интерпретация равновесного состояния как результата накопления огромного числа случайных взаимодействий дает повод относиться к нему как к своего рода «белому шуму» или «белому листу», на фоне которого любые другие состояния выглядят более определенными. Та же линия рассуждений ведет к отождествлению больцмановского «молекулярного хаоса» с «минимумом информации» – своего рода «информационной тишиной», – что получает дальнейшее развитие в рамках теории информации как специальной дисциплины. На фоне шокирующих парадоксов эйнштейновской относительности мало кому представляется абсурдным или даже просто нетривиальным тот факт, что больцмановская «тишина» описывается вполне определенным набором чисел и формул.