Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной

к оглавлению

открытие этой скрытой общности между падением и движением по орбите. Но под громадностью Ньютоновского достижения имеется непреднамеренное следствие, заключающееся в том, что его труд сделал наше понимание природы намного более математическим, чем ранее. Аристотель и его современники описывали движение в терминах склонностей: Земные объекты имеют склонность стремиться к центру Земли, воздух имеет склонность убегать от центра и так далее. Это была, по существу, описательная наука. Там не было предположений, что пути, вдоль которых двигаются объекты, имеют какие-либо специальные свойства, и, следовательно, не было интереса к использованию математики для описания движения на Земле. Математика, будучи вневременной, была божественной и применимой только к тем божественным и вечным явлениям, которые мы могли видеть и которые были только в небесах.

Когда Галилей открыл, что падающие тела описываются простой математической кривой, он захватил аспект божественного, привнесенный вниз с неба, и показал, что этот аспект мог бы быть открыт в движении повседневных объектов на Земле. Ньютон продемонстрировал, что громадное разнообразие движений на Земле и в небе, инициированное или гравитацией или другими силами, является проявлением скрытого единства. Различные движения являются следствиями единственного закона движения .

К моменту, когда Ньютон закончил объединение движений в небе и на Земле, мы жили в едином унифицированном мире. И это был мир, вдохновленный божественностью, поскольку сердцем всего, что движется на Земле и в небе, была вечная математика. Если безвременность и вечность являются свойствами божественного, тогда наш мир - то есть, целая история нашего мира - может быть столь же вечным и божественным, как математическая кривая.

к оглавлению

3

Игра в мяч

Чтобы обратиться к проблеме, поднятой в двух первых главах, нам надо знать больше о том, как мы определяем движение. Кажется, чего проще: Движение есть изменение положения во времени. Но что такое положение и что такое время?

Есть два ответа, которые физики давали на кажущийся безобидным вопрос об определении положения. Первый есть соответствующая здравому смыслу идея, что положение объекта определяется относительно вехи некоторого сорта; второй - что имеется нечто абсолютное в пространственном положении, без отношения к чему-либо еще. Это называется, соответственно, реляционистская и абсолютистская точки зрения на пространство.

Реляционное понятие положения нам всем привычно. Я сейчас нахожусь в трех футах от моего кресла. Самолет приближается к аэропорту с запада и сейчас находится в двух километрах от конца взлетной полосы 1 на высоте 1000 футов. Это все описания относительного положения.

Но реляционное положение, кажется, оставляет что-то за бортом. Где находится окончательная точка отсчета? Вы даете свои координаты на Земле, но где сама Земля? Много миль от Солнца в направлении созвездия

к оглавлению

Водолея. А где Солнце? Много тысяч световых лет от центра Галактики Млечный Путь. И так далее.

Двигаясь по этому пути, вы можете дать положение чего угодно во вселенной относительно чего угодно другого. Это огромное количество информации, но достаточно ли этого? Нет ли тут некоторого абсолютного понятия положения - где находится что-либо на самом деле , после всех этих относительных положений?

Эти дебаты между реляционистским и абсолютистским понятиями пространства проходят через всю историю физики. Грубо говоря, Ньютоновская физика была триумфом абсолютистской картины, которая была отброшена Эйнштейновской теорией относительности, установившей реляционистский взгляд на вещи. Я уверен в правильности реляционистского взгляда и надеюсь убедить в этом читателей. Но я был бы также рад дать читателю четкое понимание, почему крупные специалисты вроде Ньютона приняли абсолютистский взгляд и от чего придется отказаться, когда мы его отбросим в пользу реляционистского взгляда.

Чтобы оценить мысли Ньютона об этой проблеме, нам нужно задаться вопросом не только о положении, но и о движении. Оставим время в стороне на минуту и обратимся к тому, что именно мы обсуждали. Если положение относительно, тогда движение есть изменение относительного положения - то есть, изменение положения относительно некоторого эталонного тела.

Все типичные разговоры о движении есть разговоры об относительном движении. Галилей изучал тела, падающие относительно поверхности Земли. Я кидаю мяч и наблюдаю, как он движется прочь от меня. Земля движется вокруг Солнца. Все это примеры относительного движения.

Следствием относительного движения является то, что движение кого-то или чего-то всегда есть вопрос точки зрения. Земля и Солнце движутся вокруг друг друга, но что из них реально движется? Реальна ли история, что Солнце движется вокруг Земли, зафиксированной в центре вселенной? Или наоборот, она реальна для Солнца, которое зафиксировано, а Земля движется по орбите? Если движение только относительно, может не быть правильного ответа на этот вопрос.

Факт, что любая вещь может двигаться или быть зафиксированной, затрудняет объяснение причин движения. Как что-то может быть причиной движения Земли вокруг Солнца, если имеется другая и равно применимая точка зрения, в соответствии с которой Земля вообще не движется? Если движение относительно, наблюдатель свободен в выборе точки зрения, что все движения определены относительно него. Чтобы разрешить это безвыходное положение и получить возможность говорить

к оглавлению

о причинах движения, Ньютон предположил, что у положения должен быть абсолютный смысл. Для него это было положение по отношению к тому, что он называл 'абсолютным пространством'. Тела движутся или нет в абсолютном смысле, по отношению к абсолютному пространству. Ньютон утверждал, что абсолютно движется Земля, но не Солнце.

Постулирование абсолютного пространства останавливает бесконечную отсылку к предыдущему эталонному телу и придает смысл положению каждого отдельного тела во вселенной без необходимости ссылаться на что-нибудь еще. Это может быть комфортным представлением, но есть одна проблема. Где это самое абсолютное пространство и как мы могли бы измерить положение тела относительно него?

Никто и никогда не видел и не обнаруживал абсолютного пространства. Никто не измерял положение, которое бы не было относительным положением. Вплоть до того, что если уравнения физики относятся к положению в абсолютном пространстве, то их нельзя связать с экспериментом.

Ньютон это знал, но это его не беспокоило. Он был глубоко религиозным мыслителем, и абсолютное пространство имело для него теологический смысл. Бог видел мир в терминах абсолютного пространства, и этого было достаточно для Ньютона. Он даже определил это более строго: Пространство есть одно из чувств Бога. Вещи существуют в пространстве, поскольку они существуют в разуме Бога.