Карло Ровелли - Срок времени

Этот вопрос – брат-близнец такого же вопроса о времени: существует ли время Ньютона, “абсолютное, истинное и математическое”, протекающее, когда ничего не происходит? И если существует, то это что-то иное, отличное от всего того, что существует в мире? Независимое?

Ответ на все эти вопросы складывается в результате неожиданного синтеза идей, со всей очевидностью чуждых обоим гигантам. Для этого нужно было, чтобы в танец включился и третий гигант [61].

Синтез времени Аристотеля и времени Ньютона – это бриллиант мысли Эйнштейна.

Ответ таков: да, время и пространство, которые, согласно ньютоновской интуиции, существуют в мире позади осязаемой материи, действительно существуют. Они реальны. Время и пространство – вполне реальные вещи. Только они не подразумевают существования какого-то абсолютного “ничто”, независимого от того, что происходит, отличного от всех субстанций, имеющихся в мире, как Ньютон себе это представлял. Мы можем вообразить себе грандиозный ньютоновский холст, на котором изображена история мира. Но этот холст сделан из того же материала, что и все остальное в этом мире, – из той же самой субстанции, из которой состоят камни, свет и воздух.

Эти субстанции, образующие ткань физической реальности мира, насколько мы можем ее понять сегодня, физики называют полями. У них иногда бывают экзотические добавки в названиях. Из “полей Дирака” состоят дома и звезды. Из поля, которое называют “электромагнитным”, соткана ткань света, именно оно заставляет крутиться электромоторы и поворачиваться к северу магнитную стрелку компаса. Но есть еще поле, называемое “гравитационным”, – ему мы обязаны всемирным тяготением, но, кроме того, оно и есть тот самый холст, на который нанесена вся картина ньютоновского мира. Часы – это механизмы, измеряющие его протяженность. Линейки – это те фрагменты материи, с помощью которых можно измерить другую составляющую той же самой протяженности.

Пространство-время – это гравитационное поле. И наоборот. Это нечто, существующее само по себе, как подсказала Ньютону его интуиция. В том числе и в отсутствие материи. Но эта сущность не отлична от всех остальных сущностей в мире, как думал Ньютон, это такое же поле, как и все остальное. Мир – больше, чем просто написанная маслом картина на холсте, мир – это суперпозиция холстов, наложенных слоями, и лишь один из них, подобный прочим, – гравитационное поле. Как и все прочие, он не абсолютен, не равномерен, не фиксирован, но подвержен наклонам, растяжениям и сжатиям. Взаимное влияние полей друг на друга описывается уравнениями. Пространство-время – одно из этих полей [62].

Гравитационное поле может быть гладким и ровным, как плоская поверхность, – именно такое и описал Ньютон. Если мы измеряем его линейкой, то обнаруживаем полное соответствие наших измерений геометрии Евклида, которую все изучали в средней школе. Но по полю могут также бежать волны – гравитационные волны. Где-то поле разрежается, а где-то сгущается.

Помните, в первой главе шла речь о замедлении часов вблизи масс? Они замедляются потому, что, в строгом смысле слова, там меньше гравитационное поле. Там меньше времени.

Холст, образуемый гравитационным полем, чем-то похож на эластичную ткань, способную растягиваться и сжиматься. Ее скручивания и растяжения предлагают наглядное объяснение гравитационного взаимодействия, падения тел и наилучшим образом описывают старую теорию всемирного тяготения Ньютона. Посмотрите еще раз на иллюстрацию к первой главе, поясняющую, как внизу время течет медленнее, чем на возвышенности, и представьте при этом, что бумага, на которую нанесено изображение, эластична, и пусть более протяженное время в горах – действительно более протяженное. У вас получится что-то вроде изображения на картинке ниже, где есть и пространство (высота – по вертикали), и время (по горизонтали). И теперь бóльшая протяженность времени в горах действительно соответствует его большей длительности.

Эта иллюстрация изображает именно то, что физики называют “искривлением” пространства-времени. Искривлено – потому что искажено: расстояния растягиваются и сжимаются, словно нанесенные на эластичную ткань. Поэтому и световые конусы предыдущей главы оказываются наклоненными.

Время, таким образом, сплетаясь как нить с нитью геометрии пространства, становится тканью общей сложной геометрии. В этом-то и заключался найденный Эйнштейном синтез идеи времени у Аристотеля с идеей времени у Ньютона. Единым взмахом Эйнштейн сделал правыми обоих. Ньютон прав в своей интуиции: кроме видимых вещей, которые движутся и изменяются, есть что-то еще, позади них. Истинное и математическое время Ньютона существует, это реальная сущность: гравитационное поле, эластичная ткань, пространство-время, нанесенное на нее. Но неправильно было бы думать, что это время ни от чего не зависит и течет равномерно, не подвергаясь никакому воздействию, само по себе.

Аристотель прав, говоря, что “когда” и “где” означают всего лишь взаиморасположение по отношению к чему-то другому. Но этим “другим” может быть и само поле, пространственно-временная сущность Эйнштейна. Потому что эта сущность так же динамична и конкретна, как и любая другая, по отношению к которой, по справедливому замечанию Аристотеля, мы только и можем определить месторасположение.

Все сказанное внутренне непротиворечиво, все прекрасно согласуется одно с другим, и уравнения Эйнштейна, которые описывают искривление пространства-времени и его воздействие на ход часов и на результаты измерений линейками, неизменно подтверждаются уже на протяжении века. Но в нашем понимании время лишилось еще одной своей важной части – независимости от всего остального мира.

Танец этих трех гигантов – Аристотеля, Ньютона и Эйнштейна – приводит нас к новому, гораздо более глубокому пониманию пространства и времени: существует еще одна структура реальности – гравитационное поле; оно не отделено от всей остальной физики, это вовсе не что-то вроде подмостков, на которых мир разыгрывается словно пьеса, это равноправный участник мирового танца, похожий на всех прочих. Взаимодействуя с другими участниками, он задает ритм, который мы измеряем линейками и часами, ритм, которому подчиняются все физические явления.

Но успех, как всегда, преходящ. Эйнштейн написал уравнения гравитационного поля в 1915 году, но сам же, уже в 1916-м, заметил, что сказанное не может быть последним словом – ведь существует еще и квантовая механика. У гравитационного поля, как у всего в природе, должны быть квантовые свойства.