Карло Ровелли - Срок времени

Странные пейзажи релятивистской физики, описываемые мною до сих пор, становятся еще более странными, когда в рассмотрение включаются кванты – квантовые свойства пространства и времени.

Дисциплина, которая их изучает, называется “квантовая гравитация” – это и есть область моих исследований [63]. Пока еще нет квантовой теории гравитации, которая пользовалась бы всеобщим признанием в научном сообществе и которая была бы подтверждена экспериментом. Моя научная жизнь по большому счету посвящена соучастию в построении одного из возможных решений проблемы – петлевой квантовой гравитации, или петлевой теории. Не все делают ставку на это решение. Например, мои друзья, работающие в теории струн, следуют иным путем, и споры о том, кто из нас больше прав, сейчас в самом разгаре. Ну что же, наука развивается в том числе и благодаря яростным спорам: рано или поздно мы узнаем, на чьей стороне правда, и может быть, до этого момента осталось совсем немного.

В отношении же природы времени, надо сказать, в последние годы разногласия сильно уменьшились, и многие выводы сейчас для большинства ясны. В первую очередь всем ясно, что даже та остаточная временнáя скрепа общей теории относительности, о которой говорилось в предыдущей главе, теряется, когда во внимание принимаются кванты.

Общее время раздробилось на мириады собственных времен, но, принимая во внимание кванты, мы должны будем признать и то, что каждое такое время, в свою очередь, “флуктуирует” – оно размазано словно облако и может принимать лишь определенные значения, но никакие другие… Нам больше не удастся воспользоваться эластичной тканью, описанной в предыдущей главе.

Есть три фундаментальных открытия, на которых зиждится квантовая механика: дискретность, неопределенность и взаимосвязанность физических величин. И каждое из них нанесло свой сокрушительный удар по тому немногому, что оставалось от наших представлений о времени. Рассмотрим их по порядку.

Время, измеряемое часами, “квантуется”, то есть может принимать только определенные дискретные значения и не может принимать никакие другие. Оно перестает быть непрерывным.

Зернистость времени – следствие характерной особенности квантовой механики, давшее, собственно, теории ее название: кванты – это элементарные количества. Для всякого явления существует его минимальный масштаб [64]. В случае гравитационного поля его называют “планковским масштабом”. А минимальное время называют “планковским временем”. Его значение легко оценить, комбинируя фундаментальные константы, которыми характеризуются релятивистские, гравитационные и квантовые явления [65]. Эта комбинация дает нам значение в 10 –44 секунды: это одна стомиллионная одной миллиардной одной миллиардной одной миллиардной одной миллиардной секунды. Это планковское время: на таких промежутках будут проявляться квантовые эффекты времени.

Планковское время очень мало: оно значительно меньше тех интервалов времени, которые могут быть измерены реальными часами сегодня. Оно так мало, что неудивительно, если там “внизу”, на масштабах столь мелких, наши представления о времени окажутся непригодны. Да и с чего им быть пригодными? Ничто не бывает пригодным всегда и при любых условиях. Рано или поздно нам приходится сталкиваться с чем-то принципиально новым.

Квантование времени подразумевает, что почти все значения для времени t не существуют. Если бы можно было измерять время с помощью достаточно точных часов, то оказалось бы, что измеренное время принимает только строго дискретные значения. Мы не можем больше думать о длительности как о континууме. Мы должны помнить о разрывах: время не течет равномерно, а в некотором смысле совершает скачки, будто кенгуру, – от одного значения к другому.

Другими словами, есть минимальный интервал времени. За его пределами время не существует в самом прямом смысле.

Реки чернил, пролитых за века – от Аристотеля до Хайдеггера – в дискуссиях о природе континуума, видимо, были пролиты напрасно. Непрерывность – всего лишь математический прием, позволяющий приблизительно описывать то, что состоит из очень мелких зерен. Мир не непрерывен – он очень мелко дискретен. Всеблагой Бог не писал этот мир непрерывными линиями, он испещрял его крошечными точечками своей легкой рукой, как делал это Жорж Сёра.

Зернистость обнаруживается повсюду. Свет состоит из мельчайших частиц – фотонов. Энергия электронов и атомов может принимать только дискретные значения и никакие другие. Самый чистый воздух, как и самое плотное вещество, зернист: и то и другое состоит из молекул. Как только стало понятно, что пространство и время у Ньютона – такие же физические сущности, как и любая другая, стало естественно ожидать, что они также зернисты. Теория включает эту идею: петлевая квантовая гравитация предусматривает для времени элементарные скачки – очень малые, но конечные.

Предположения о зернистом характере времени, о возможности существования минимальных временны́х интервалов не новы. Их защищал в VII веке Исидор Севильский в “Этимологиях”, а веком позже ему следовал Беда Достопочтенный с сочинением под значащим заголовком De Divisionibus Temporum , то есть “О разделении времен”. В XII веке великий философ Маймонид писал: “…Время состоит из мгновений, то есть из множества [моментов] времени, не поддающихся дроблению по причине своей малой протяженности” [66]. Вероятно, идея даже еще более древняя: утрата оригинальных текстов Демокрита не позволяет судить, было ли что-то подобное уже в классическом греческом атомизме [67]. Абстрактная мысль может выдвигать и обсуждать гипотезы за много веков до того, как они находят применение – или подтверждение – в научной деятельности.

Пространственная сестра планковского времени – планковская длина. Минимальное расстояние, за которым понятие длины теряет смысл. Планковская длина равна примерно 10 –33 сантиметра – одна миллионная одной миллиардной одной миллиардной одной миллиардной сантиметра. В юности, будучи студентом университета, я очень увлекся проблемой, что же может происходить на таких малых масштабах. Я взял большой лист и в центре нарисовал мерцающее

Повесил его в своей комнате в Болонье и решил, что посвящу жизнь выяснению того, что там происходит, внизу, на том уровне, где пространство и время перестают существовать. На уровне элементарных квантов пространства и времени. В этих попытках я и провожу оставшуюся часть жизни.