Джордж Массер - Нелокальность: Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для черных дыр, Большого взрыва и теорий всего

Сильной стороной определения пространства с точки зрения структуры является то, что оно позволяет обойти некоторые давние споры о природе пространства. Античные атомисты воспринимали пространство как само собой разумеющуюся сущность, а Аристотель считал его абстракцией, которая давала возможность описывать устройство Вселенной. Как бы то ни было, в любом случае пространство отражает структуру естественного мира. Если правы атомисты и пространство существует независимо, то оно должно быть высокоупорядоченным, вроде тщательно сотканной ткани, с тем чтобы выполнять функции, необходимые физикам. Если же пространство — простая абстракция, то содержимое Вселенной должно быть связано воедино правильным образом, чтобы наполнять смыслом абстракцию.

На первый взгляд мы ничего не получаем от присвоения порядку атрибута первичности. Мы просто меняем одну загадку на другую — ведь теперь нам нужно объяснить порядок. Физик-теоретик Ли Смолин из Института теоретической физики «Периметр» называет это «обратной проблемой». Однако проблема — это одновременно и возможность, поскольку теперь можно предположить, что представляла бы собой Вселенная без определенной упорядоченности. Она могла бы не быть пространственной. Пространство можно не считать абсолютной необходимостью, а рассматривать как одно из возможных состояний Вселенной, подобно тому как мы считаем лед одним из состояний воды. Аналогия со льдом и в самом деле неплоха. Вода находится в твердом состоянии в более узком диапазоне условий, чем тот, в котором она пребывает в газообразном состоянии. Точно так же пространство может быть исключением, а не правилом — большинство предлагаемых теорий объединенной физики предполагает, что в основном возможные состояния Вселенной непространственны. «Существование пространства-времени — совершенно нехарактерное состояние, — говорит Моше Розали, приверженец теории струн из Университета Британской Колумбии. — Для него необходимо наличие особых условий». Возможно, именно в промежуточном состоянии между порядком и беспорядком, пространством и отсутствием пространства мы найдем всеобъемлющее объяснение явлений нелокальности, которые так озадачивают физиков.

Сказанное во многом относится и ко времени. Я сфокусировал внимание на пространстве по той причине, что так делают большинство исследователей, — примеры нелокальности для времени намного менее ясны. Смолин и философ Тим Модлин в своих книгах настаивают на том, что время не эмерджентно, о чем мы поговорим позднее. Так или иначе, каким бы ни был его статус, время играет активную организующую роль во Вселенной и, как и пространство, имеет два аспекта. Во-первых, оно иерархично. События могут быть тесно связанными, отдаленно связанными и несвязанными. Они происходят в логичной последовательности, одно событие влечет за собой другое в соответствии с законами физики. Например, в классическом психологическом тесте вам показывают ряд рисунков и предлагают расположить так, чтобы они представляли связанную историю. Собака отряхивается; собака залезает в воду; собака выскальзывает из ошейника. Без определенного порядка эти рисунки не связаны, при правильном размещении они складываются в сцену, знакомую любому владельцу собаки. Даже нелинейная проза вроде «Бойни номер пять» (Slaughterhouse-Five) или «Облачного атласа» (Cloud Atlas) имеет хронологическую логику.

В одном из своих последних эссе Лейбниц перевернул это представление с ног на голову. Он утверждал, что время не является причиной, по которой структурируются события. Это следствие того, что они структурированы. Вы можете вывести время из причинно-следственной связи. Событие, которое вызывает другое событие, должно предшествовать последнему во времени, а количество промежуточных этапов определяет, сколько времени проходит между событиями. Эйнштейновская теория относительности свидетельствует о том, что Лейбниц подметил нечто ценное, поскольку это придает причинно-следственной связи центральную роль в физике. Одно событие может инициировать другое только в том случае, если у света достаточно времени, чтобы преодолеть расстояние между ними. В соответствии с обратной логикой если одно событие может инициировать другое, то эти события должны происходить на определенном расстоянии друг от друга. Фактически вы можете воссоздать карту всего мира на основе его паутины причинно-следственных связей — все можно поставить на свои места, зная, что для чего является началом.

Ряд физиков включили эту идею в модель пространства-времени в качестве «причинностного множества». Технически паутина взаимосвязей оставляет некоторую неопределенность: она говорит, что одно событие происходит раньше другого, но не показывает, насколько раньше, — она не дает масштаба. Приверженцы причинностного множества, однако, утверждают, что пространство и время уже имеют естественный масштаб, если они состоят из дискретных единиц — «атомов» пространства, о которых я упоминал в предыдущей главе. Расстояние тогда определяется подсчетом количества таких атомов.

Для наших целей важно то, что паутина причинно-следственных связей должна быть высокоупорядоченной, иначе она не сможет воссоздавать пространство и время. «Практически все причинностное множество совершенно непохоже на пространство-время», — говорит Фэй Доукер, пионер идеи причинностного множества. По аналогии изобретатели упомянутого психологического теста не могут просто бросить вам любые сцены и надеяться на то, что вы свяжете их, — это должны быть подходящие друг другу сцены. Когда сцены упорядочены, время становится знаком, показывающим, где находится каждая из сцен в последовательности.

В дополнение к созданию последовательности или иерархии событий временная структура обеспечивает взаимную непротиворечивость различных процессов. Точнее говоря, забудьте о том, что вы когда-либо слышали о времени, и думайте о часах. Посмотрите вокруг, и вы наверняка увидите эти очень полезные штучки, называемые часами. Мы определяем по ним, когда вынимать пирог из духовки и когда переходить к следующему упражнению на тренировке. Если синхронизировать часы в доме, можно рассчитывать на то, что они будут идти синхронно, хотя бы примерно. Поскольку все часы имеют одни и те же показания, отображаемые цифры называют «временем». Мы редко задумываемся о том, насколько удивительна эта регулярность. Почему кухонные часы говорят, когда хлеб подошел? Почему стрелки Биг-Бена вращаются синхронно с Землей? Это ведь совершенно разные системы: электронный генератор колебаний, бродящие дрожжи, качающийся маятник и гигантский вращающийся шар. И тем не менее они маршируют под один и тот же барабан.