Ли Смолин - Возвращение времени. От античной космогонии к космологии будущего

Но если время реально, то будущее нельзя вывести из знания о настоящем. В такой ситуации сюрпризы неизбежны: они следуют из нашего неведения о последствиях своих поступков. Сюрприз – неотъемлемая часть бытия. Природа может преподнести сюрпризы, для которых у нас нет достаточного количества знаний. Новое реально. С помощью воображения мы можем создавать нечто, для предсказаний чего нам недостаточно накопленных знаний. Именно поэтому для каждого важно, реально время или нет. Ответ на этот вопрос может изменить наше восприятие своего положения внутри во многих отношениях неизвестной Вселенной. (Я вернусь к этому вопросу в эпилоге: полагаю, что признание реальности времени может помочь решить такие проблемы, как изменение климата и экономический кризис.)

Прежде чем перейти к главному, позволю себе несколько советов. Я пытался изложить свои соображения для читателя, не имеющего ни специального физического, ни математического образования. В книге нет уравнений, и основные вопросы я иллюстрирую простейшими примерами. Когда мы перейдем к более сложным вещам, я рекомендую читателям, потерявшим нить рассуждений, делать то, что научились делать ученые: перейти к месту в книге, где текст снова становится ясен. Те, кто желает больше узнать обо всем этом, может воспользоваться интерактивными приложениями на сайте: www.timereborn.com. Примечания в конце книги, надеюсь, окажутся полезными и специалистам, и широкой публике.

Путь к возвращению времени занял у меня более 20 лет. Он начался с осознания того, что законы природы должны эволюционировать. Я боролся с теорией относительности, квантовой теорией и теорией квантовой гравитации, которые привели меня к изложенным здесь выводам. Сотрудничество и дискуссии с друзьями и коллегами оказались очень важны для меня (см. раздел “Благодарности”, а также примечания), но плодотворнее всего оказалось сотрудничество с Роберту Мангабейрой Унгером [1].

Напоминаю, что есть много точек зрения на природу времени, квантовую теорию, космологию и многое другое, что здесь не обсуждается. Существует обширная литература по физике, космологии и философии, касающаяся вопросов, затронутых в моей книге. Просто я решил показать читателям, которые, может быть, впервые столкнулись с этой областью знаний, путь через сложный ландшафт [2]. Например, сочинения о взглядах Канта на пространство и время занимают целые полки. Я также не излагаю взгляды некоторых современных философов. Прошу прощения у моих ученых друзей за эти упущения и отсылаю читателя к библиографическому списку.

В общепринятой научной картине мира время иллюзорно. И, если принять гипотезу об его реальности, последствия окажутся революционными.

Наше представление о времени вытекает из понимания физических законов. Общеизвестно, что все происходящее во Вселенной определяется законами природы, объясняющими, как прошлое превращается в будущее. Законы природы непреложны, и если условия в данный момент полностью определены, у нас нет свободы выбора. Мы всегда знаем, как будут развиваться события.

Томасина Каверли, не по годам умная героиня пьесы Стоппарда “Аркадия”, заявляет учителю Септимусу Ходжу:

Если остановить каждый атом, определить его положение и направление его движения и постигнуть все события, которые не произошли благодаря этой остановке, то можно – очень-очень хорошо зная алгебру – вывести формулу будущего. Конечно, сделать это по-настоящему ни у кого ума не хватит, но формула такая наверняка существует [3].

Я считаю, что цель моей работы как физика-теоретика состоит в выведении такой формулы. Хотя моя вера в ее существование имеет под собой скорее мистические основания, чем научные.

Если бы Стоппард писал о современной героине, она сравнила бы Вселенную с компьютером, а законы физики – с программами. Если программе задать положение всех элементарных частиц во Вселенной, то компьютер определит положение всех элементарных частиц в некоторый момент в будущем. С этой точки зрения в природе не происходит ничего, кроме перегруппировки в пространстве элементарных частиц в соответствии с неизменными во времени законами. Таким образом, прошлое целиком определяет настоящее, а настоящее определяет будущее.

Этот подход преуменьшает роль времени [4]. Поскольку все сводится к перемещению атомов, существование любых неожиданностей, по-настоящему новых явлений отрицается. Свойства атомов не зависят от времени, как, впрочем, и законы природы, которым подчиняются атомы. Любое действие в будущем можно рассчитать, исходя из конфигурации настоящего. Таким образом, течение времени может быть заменено на вычисление, а будущее логически вытекает из настоящего.

Альберт Эйнштейн (см. главу 6) делает еще более сильное заявление: понятие времени несущественно для фундаментального описания мира. Принцип относительности гласит, что в истории Вселенной время не играет никакой роли, а настоящее, прошлое и будущее имеют смысл лишь в субъективном восприятии мира. Время – дополнительное измерение пространства, а наше представление о течении времени – иллюзия восприятия реальности вне времени.

Такой взгляд может испугать любого, кто верит в свободу воли. Но это не тот довод, к которому я собираюсь здесь прибегнуть. Мои аргументы основаны на науке. Моя задача – объяснить, почему расхожие доказательства предопределенности будущего неверны с научной точки зрения.

В части I книги я представлю доводы в пользу иллюзорности понятия времени, а в части II опровергну их и докажу, что фундаментальная физика и космология смогут преодолеть нынешний кризис, если примут время как реальность. В части I я прослежу развитие концепции времени в физике со времен Аристотеля и Птолемея до наших дней и покажу, как с развитием физики роль времени уменьшалась. В части II мы коснемся более современных физических представлений, поскольку довод в пользу возвращения времени в центр внимания ученых подтверждается новейшими исследованиями.

Успех научных теорий со времен Ньютона основывался на представлении о мире, принесенном Ньютоном: природа состоит из частиц с неизменными свойствами, чьи движение и взаимодействие подчиняются неизменным законам природы. Такие свойства частиц, как масса и электрический заряд, не изменяются, как и законы природы. Этот подход идеально годится для описания небольших частей Вселенной, однако если мы попробуем с его помощью описать Вселенную в целом, результат оставит желать лучшего.

Все основные теории рассматривают какую-либо небольшую часть Вселенной: радио, летящий мяч, клетку, Землю, Галактику. Когда мы имеем дело с частью Вселенной, мы помещаем себя и инструменты наблюдения за ее пределы. Мы не выбираем и не подготавливаем исследуемую систему. Мы не принимаем во внимание системы отсчета, служащие для определения местоположения системы, и, что наиболее важно, не пользуемся часами для наблюдения за развитием системы.