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

Это не так странно, как звучит, если вы мастер дешифровки, каким был Ньютон. Он посвятил годы работы поиску скрытых смыслов в Писании, и, как алхимик, пытался найти скрытые коды для добродетелей и вообще для бессмертия. Как физик он открыл универсальные законы, которые управляют движением во вселенной, но перед этим были скрыты. Это было в его характере верить, что сущность пространства скрыта от наших чувств, но, однако, видна Богу.

Более того, он имел физическое обоснование для абсолютного пространства. Даже если положение в абсолютном пространстве не могло быть воспринято человеком, некоторые виды движения по отношению к абсолютному пространству, могли бы.

Дети не могут летать, но они могут крутиться. И они крутятся. Ничто не доставляет такого удовольствия ребенку, который только что открыл возможность испытать головокружение. И в любое время хочет снова и снова. Еще! Ньютон не имел детей, но я воображаю его безмолвно пораженным развлечением его юной племянницы Катерины, вращающейся в его

к оглавлению

рабочем кабинете. Ньютон берет шатающегося смеющегося ребенка на свое колено и говорит ей, что ее головокружение есть прямое восприятие абсолютного пространства. И абсолютное пространство есть Бог. 'То, что ты чувствуешь, когда чувствуешь головокружение, есть рука Бога над тобой', предполагает он. Она хихикает, ёрзает, когда он начинает объяснять, что ее головокружение возникает не из-за того, что она вращается по отношению к мебели, к дому или к коту, а из-за того, что она вращается по отношению к самому пространству. И если пространство может вызвать ее головокружение, оно должно быть чем-то реальным. 'Почему?' - говорит она, спрыгивая с его коленей, чтобы поискать кота в другой комнате. Оставим Ньютона там размышлять о гравитации и роде человеческом и вернемся к вопросу о том, как определяется движение.

Когда мы говорим, что нечто движется, мы подразумеваем, что оно меняет свое положение с течением времени. Это здравый смысл, но, чтобы быть точными, нам нужно удостовериться, что мы знаем, что мы имеем в виду под временем. И здесь перед нами встает та же дилемма реляционистского против абсолютистского.

Люди воспринимают время как изменение. Время наступления события измеряется относительно другого события - например, считывания показаний часов. Все показания часов и календарей суть относительные времена, точно как адреса суть относительные положения. Но Ньютон верил, что тут позади скрыто изменение абсолютного времени, которое воспринимает Бог.

Здесь есть привкус дебатов, которые бушевали с тех пор по проблеме абсолютного времени. Противник Ньютона Готфрид Лейбниц тоже верил в Бога, но его Бог был не свободен, тогда как Бог Ньютона делал так, как Ему нравится. Лейбниц поклонялся в высшей степени рациональному Богу. Но если Бог совершенно рационален, то все в природе должно иметь причину. Это и есть принцип достаточного обоснования Лейбница. Один из способов его формулировки такой, что каждый вопрос вроде 'Почему вселенная такая, а не этакая?' должен иметь рациональный ответ. Конечно, имеются вопросы, на которые невозможно дать никакого рационального ответа. Точка зрения Лейбница заключалась в том, что задавать вопрос, который не может иметь рационально обоснованный ответ, означает совершать ошибку в мышлении.

Лейбниц пояснял свой принцип так: Он спрашивал, 'Почему вселенная началась, когда началась, а не десятью минутами позже?' Он отвечал, что не может быть никакого рационального ответа, чтобы предпочесть историю вселенной другой истории, в которой все происходит на десять минут позже. Все

к оглавлению

относительные времена будут одинаковыми в обеих вселенных; только абсолютные времена будут различны. Но законы природы говорят только об относительных временах. Следовательно, утверждал Лейбниц, если нет причины для вселенной предпочесть начало в данное абсолютное время началу в другое, не может быть смысла в абсолютном времени.

Я поддерживаю рассуждения Лейбница, что когда бы я не ссылался на время, я буду подразумевать относительное время. В самом деле, хотя мы можем рассуждать о том, может ли быть некоторый трансцедентный смысл, в котором существует абсолютное время, несомненно то, что мы, люди, живущие в реальном мире, имеем доступ только к относительным временам. Так для целей описания движений мы будем рассматривать время, измеряемое часами. Для наших целей часами являются все приборы, которые считывают последовательность возрастающих чисел.

Теперь, когда мы определили как время, так и положение, мы можем переходить к измерению движения: Движение есть изменение положения, измеренного по отношению к некоторому эталонному объекту, в течение периода времени, измеренного по отношению к показаниям часов.

Это приводит нас к следующему ключевому шагу в нашем рассуждении. Чтобы делать науку, недостаточно просто давать определения и рассуждать о понятиях. Вы должны измерять движения. Это означает использовать инструменты вроде часов и линеек, чтобы соотнести положения и времена с числами.

В отличие от абсолютного положения, которое не наблюдаемо, относительные расстояния и относительные времена могут быть измерены в числах, которые, в свою очередь, могут быть записаны на куске бумаги или в цифровой памяти. Таким образом, наблюдения движения преобразуются в таблицы чисел, которые можно изучать методами математики. Один такой метод заключается в создании графика или диаграммы из записей, что переводит таблицу чисел в картинку, что может пробудить наше понимание и воображение.

Этот мощный инструментарий был разработан Рене Декартом, и преподается каждому школьнику. Несомненно, что-то похожее мог бы делать Кеплер, когда он боролся с данными Тихо Браге по орбите Марса. На Рис. 4мы видим схему орбиты Луны по отношению к Земле.

В школе мы изучали второй способ рисовать движение, в котором добавляется ось для времени и рисуется положение в зависимости от времени. Это

к оглавлению

Рис.4 . Схема лунной орбиты вокруг Земли . представляет орбиту как кривую в пространстве и времени, как на Рис. 5. Мы видим, что орбита Луны теперь представлена спиралью; пока она один раз возвращается к своему стартовому положению, проходит месяц.

Заметим, что путем графической записи наблюдений делается нечто удивительное. Кривая на Рис. 5представляет измерения, выполненные, пока что-то эволюционирует во времени, но сами измерения от времени не зависят - что означает, однажды выполненные, они не меняются. И кривая, которая их представляет, также постоянна. Это означает, что мы сделали движение - то есть, изменение в мире - предметом изучения математики, которая изучает не меняющиеся объекты.