Карло Ровелли - Краткая теория времени [калибрятина]

Нынешние законы физики (классической) не распространяются на всю Вселенную. Мы знаем, что они не работают, когда мы приближаемся к Большому взрыву или когда нужно описать испарение черной дыры. Но нет никакой причины думать, что мы не сможем найти более широкую теорию, которая охватит еще бо́льшую часть мироздания, доступную для нас. Каким образом мы сможем притязать на лучшую возможность понимать Вселенную, если откажемся от этого упорного постепенного обобщения? Наблюдаемая Вселенная, несомненно, имеет историю, и физические законы применяются по-разному по отношению к разным ее стадиям, но это никак не отменяет того факта, что известные законы применяются широчайшим образом. В современной космологии самое удивительное не то, что мы поняли, что химия не может применяться там, где нет атомов, – это просто тавтология. Самое удивительное, напротив, то, что законы, открытые к настоящему времени, с невероятной точностью описывают первые моменты в истории Вселенной. В том, что касается частиц, те же физические законы приложимы и сегодня, и к эпохе, отстоящей от нас более чем на 13 миллиардов лет, несмотря на совершенно другие температурные условия и плотность энергии. Кто мог бы ожидать такого?

Современная космология не дает свидетельств в пользу изменчивых, эволюционирующих физических законов. Напротив, она показывает нам, что законы изменялись гораздо меньше, чем можно было себе представить. Поиск все дальше простирающейся упорядоченности и все более общих представлений для понимания природы – это сейчас, как никогда, двигатель физической науки.

То отсутствие времени, которое находится в центре всех наших усилий создать квантовую теорию гравитации, не должно смешиваться с наивной мыслью о застывшем мире без изменений. Указывать на то, что на фундаментальном уровне время отсутствует, – значит утверждать, что временны́е аспекты реальности не описываются посредством единственного универсального времени, которое «течет», – то есть посредством единой переменной t в фундаментальных уравнениях.

Отсюда не следует, что время не обладает никакой реальностью. Конечно, обладает! Точно так же, как реальны высокое и низкое, красное и синее, сладкое и соленое, горячее и холодное. Стоит прикоснуться к сковородке, чтобы в этом убедиться. Однако физики не пользуется этими понятиями, когда описывают природу на фундаментальном уровне. Не стоит путать то, что существует лишь на определенной шкале или в особом случае, с тем, что с необходимостью присутствует в описании элементов природы. Каждый отдельный атом не имеет ни цвета, ни вкуса, ни температуры. Чтобы понять мир в его элементарном строении, надо уйти от таких понятий. И точно так же, по моему мнению, чтобы объяснить мир, надо уйти от переменной t .

Наше общее представление о времени – представление со множеством оттенков и слоев, содержащее в себе целое изобилие неявных гипотез и условий. Поэтому время – не такое понятие, чтобы брать его целиком, «все или ничего». Это совокупность перемешанных в нашем интуитивном восприятии явлений, объединяемых нашими чувствами. Если бы мы могли воспринимать скорость света без инструментов или напрямую замечать наносекунды, наше интуитивное восприятие временно́го аспекта было бы совсем иным. Оказалось бы страшным ограничением, если бы мы должны были выбирать между интуитивным схватыванием временного аспекта, выработанным на основе нашего нерелятивистского опыта, опыта, не включающего относительность, и некой замороженной формой реальности, порожденной полным отрицанием времени.

С начала нашего долгого сотрудничества я все время спорил с Ли Смолином, мы очень часто не сходились во мнениях. И в этом красота науки: можно полностью расходиться во мнениях и в то же время постоянно учиться друг у друга в ходе дискуссий, вызванных разногласиями. Сохранять братскую близость, даже придерживаясь противоположных точек зрения.

Ален Кон и термодинамическое время

Важная часть моей работы в США состояла в изучении технических и теоретических проблем, вызванных к жизни квантовой гравитацией, с тем чтобы получить теорию без переменной t и понять, что она значит. Одна из этих проблем была вот в чем. Если время не существует на фундаментальном уровне, то что же такое время, которое мы воспринимаем, время, которое течет? Чем оно может быть в действительности? Откуда взялась эта одна из главнейших характеристик макроскопического мира? К концу девяностых годов я работал над одним возможным решением этой проблемы. Идея имела большое влияние на обстоятельства моей жизни: она привела меня в Европу – благодаря новому другу и по новому интеллектуальному маршруту.

Вселенная огромна и сложна. В ней существуют миллиарды частиц и еще больше переменных, описывающих поля. Мы никогда не контролируем все переменные задачи. Когда у нас есть этот контроль (то есть в самых простых случаях), мы убеждаемся, что система подчинена уравнениям динамики, а на фундаментальном уровне, как мы видели, время в таких уравнениях не появляется. Но в большинстве случаев мы измеряем лишь маленькую часть неисчислимых переменных, характеризующих систему. К примеру, если мы изучаем кусок металла при определенной температуре, мы можем измерить эту его температуру, его величину, его положение, но не микроскопические движения каждого его атома, которые, как нам известно, и есть причина температуры. В таких случаях мы используем для описания физической системы не только уравнения динамики, но в равной степени и те, которые применяются в статистической механике и термодинамике. Эти статистические уравнения позволяют нам делать предсказания, даже если мы и не знаем в точности изменения всех микроскопических переменных. Так, термодинамика – это раздел физики, которая изучает системы, состоящие из большого количества частиц и описанные статистическими законами, а не на уровне каждой из частиц.

Мысль о том, как можно было бы, исходя из вневременно́й фундаментальной теории, достичь макроскопического времени, заключалась в следующем: время появляется только в контексте термодинамической статистики. Это значит, что оно может быть таким феноменом, который возникает в результате ряда процессов в очень малом масштабе, но дает о себе знать только на шкале более крупных величин, макроскопической. Иначе можно выразить это так: время – это следствие нашего незнания детального устройства мира . Если бы мы знали в совершенстве все детали мироздания, на уровне каждого отдельного атома, у нас не было бы ощущения того, что время течет. Но мы воспринимаем только средние арифметические и равнодействующие, и отсюда возникает новое понятие – время; точно так же как мы испытываем общее впечатление тепла там, где накладываются большие количества движущихся молекул. На уровне молекул мы видим только движения, ни одна из них сама по себе не теплая.