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

Закон падения тел Галилея говорит, что мяч, который бросил Дэнни, будет двигаться по параболе. Но по какой параболе? Ответ определяется тем, как быстро и под каким углом и из какого положения он кинул мяч - то есть, начальными условиями.

Оказывается, что этот метод всеобщий. Он может быть применен к любой системе, которая может быть описана посредством конфигурационного пространства. Раз система определена, необходимы те же три вводных условия:

- Начальную конфигурацию системы . Это задает точку в конфигурационном пространстве; - Начальное направление и скорость изменений системы ; - Силы, которым будет подвергаться система, пока она меняется во времени.

Тогда законы Ньютона предскажут точную кривую в конфигурационном пространстве, которой будет следовать система.

Всеобщность и мощь Ньютоновского метода не может быть переоценена. Он применялся к звездам, планетам, лунам, галактикам, кластерам звезд, кластерам галактик, темной материи, атомам, электронам, фотонам, газам, жидкостям, мостам, небоскребам, автомобилям, самолетам, спутникам, ракетам. Он успешно применялся к системам с одним, двумя или тремя телами и к системам с 1023 или 1060 частиц. Он применялся к полям - таким как электромагнитное поле - чье определение требует измерения бесконечного числа переменных (например, электрических и магнитных полей в каждой точке пространства). Он описывал громадное число возможных сил или взаимодействий между переменными, определяющими систему.

Базовый метод может быть также применен в компьютерной науке, где он называется изучением клеточных автоматов. И лишь с небольшими модификациями он является основой квантовой механики.

Вследствие силы этого метода, его можно назвать парадигмой.

к оглавлению

Мы будем называть его по имени его изобретателя: Ньютоновской парадигмой . Это более формальный способ говорить о методе изучения физики в ящике.

По своей сущности Ньютоновская парадигма сконструирована из ответов на два основных вопроса:

- Каковы возможные конфигурации системы?

- Каковы силы, которым подвергается система в каждой конфигурации?

Возможные конфигурации также называются начальными условиями, поскольку мы определяем их, чтобы дать старт движению системы. Правила, по которым описываются силы и их влияние, называются законами движения . Эти законы представляются уравнениями. Когда вы подставляете в уравнения начальные условия, уравнения дают вам будущую эволюцию системы. Это называется решением уравнений. Имеется бесконечное число таких решений, поскольку имеется бесконечное число возможных начальных условий.

Мы должны осознавать, что такой мощный метод основан на некоторых мощных предположениях. Первое заключается в том, что конфигурационное пространство не зависит от времени. Предполагается, что некоторый метод может дать полный набор возможных конфигураций заранее - это означает, до того, как мы увидим настоящую эволюцию системы. Возможные конфигурации не эволюционируют, они просто есть. Второе предположение в том, что силы, а, следовательно, и законы, которым система подвержена, не зависят от времени. Они не меняются во времени, и они также, по-видимому, могут быть определены до настоящего изучения системы.

Урок из всего этого столь же простой, сколь и ужасающий. В той степени, в какой предположения, лежащие в основе Ньютоновской парадигмы, осуществляются в природе, время несущественно и может быть удалено из описания мира. Если пространство возможных конфигураций может быть определено вне времени, и законы тоже, тогда историю любой системы не нужно рассматривать как эволюционирующую во времени. Для того, чтобы можно было сформулировать ответ на любой вопрос физики, достаточно рассматривать полную историю любой системы как отдельную замороженную кривую в конфигурационном пространстве. По-видимому, самый существенный

к оглавлению

аспект нашего переживания мира - его представление для нас как последовательности настоящих моментов - пропадает из нашей самой успешной парадигмы для описания природы.

Мы начали с наблюдения за теннисным мячом с телефонным номером, написанным на его боку пурпурными чернилами, перебрасываемым между двумя писателями по имени Дэнни и Джанет 4 октября 2010 в Хай Парке. Наше глубочайшее понимание того, как он движется, свелось к рассмотрению вневременной картинки, содержащей бесцветную кривую в абстрактном пространстве.

к оглавлению

5

Изгнание новшеств и сюрпризов

Изобретение Ньютоновской парадигмы как основного метода изучения физики в ящике было ключевым этапом в изгнании времени. Одним из следствий были доводы в пользу детерминизма, превосходно озвученные Пьером-Симоном Лапласом, который заявлял, что если бы он задал все точные положения и скорости всех атомов во всей вселенной вместе с точным описанием сил, которым они подвержены, он мог бы предсказать будущее вселенной с любой точностью. Это утверждение с тех пор убеждало многих, что будущее полностью определено настоящим.

Но у данного утверждения есть важное допущение, которое может вызвать вопрос, а именно, что вы можете распространить Ньютоновский метод на вселенную как целое, включив в ящик все, что угодно. Но физика в ящике начинается с изолирования малой подсистемы вселенной. Мог ли Лаплас на самом деле выйти из затруднительного положения, проигнорировав этот этап?

Вернемся к игре в мяч в парке.

Теперь уже 14 августа 2062 года, 3:15 пополудни. Лаура, внучка Дэнни и Джанет, будет кидать игрушку - летающую тарелку Frisbee - Франческе, дочери Билли и Роксаны, которая также появилась в парке. Когда

к оглавлению

Лаура кидает тарелку, Франческа отвлекается на вспышку от сообщения, приходящего к ней на микроячейку телефона, имплантированную в ее сетчатку. Упустит ли она тарелку?

Если вы верите, что Ньютоновская парадигма в точности применима к миру, то вы верите, что в 2010, в котором Дэнни и Джанет будут сочетаться браком (друг с другом, оказывается, но никто не мог предположить, что в тот момент), уже определено, когда их сын поймет, на ком он женится, и когда будет зачата его дочь, и будет ли она или нет иметь склонность к игре в летающую тарелку. Вы должны верить, что каждое отдельное движение, мысль, идея и эмоция, которые постоянно будут иметь эти люди, уже определена в настоящем. Вы должны верить, что полный список всех тех, кто будет жить во все времена, уже установлен, даже если невозможно представить технологию для его расшифровки.

Вы должны верить не только в то, что это уже определено - и, на самом деле, было определено в течение миллиардов лет, - что будет игра между Лаурой и Франческой в летающую тарелку этим днем, даже несмотря на то, что они выросли на противоположных концах парка и встретились менее чем за пять минут до этого. И вы должны верить, что ничего нельзя было бы сделать, чтобы предотвратить разработку имплантируемых в сетчатку микроячеечных телефонов, и что ничего нельзя было бы сделать, чтобы предотвратить передачу от кого-то точно в тот момент рокового сообщения, отвлекшего Франческу. Тем не менее, она поймает летающую тарелку? До того, как замигал ее микрофон, ни один наблюдающий не мог бы этого знать, но, если будущее определено в принципе, уже есть некоторая величина, которая могла бы быть измерена сейчас, чтобы подсказать нам это.