Страница 3 из 13
Введение
В общепринятой научной картине мира время иллюзорно. И, если принять гипотезу об его реальности, последствия окажутся революционными.
Наше представление о времени вытекает из понимания физических законов. Общеизвестно, что всё происходящее во Вселенной определяется законами природы, объясняющими, как прошлое превращается в будущее. Законы природы непреложны, и если условия в данный момент полностью определены, у нас нет свободы выбора. Мы всегда знаем, как будут развиваться события.
Томасина Каверли, не по годам умная героиня пьесы Стоппарда «Аркадия», заявляет учителю Септимусу Ходжу:
Если остановить каждый атом, определить его положение и направление его движения и постигнуть все события, которые не произошли благодаря этой остановке, то можно — очень-очень хорошо зная алгебру — вывести формулу будущего. Конечно, сделать это по-настоящему ни у кого ума не хватит, но формула такая наверняка существует[3].
Я считаю, что цель моей работы как физика-теоретика состоит в выведении такой формулы. Хотя моя вера в её существование имеет под собой скорее мистические основания, чем научные.
Если бы Стоппард писал о современной героине, она сравнила бы Вселенную с компьютером, а законы физики — с программами. Если программе задать положение всех элементарных частиц во Вселенной, то компьютер определит положение всех элементарных частиц в некоторый момент в будущем. С этой точки зрения в природе не происходит ничего, кроме перегруппировки в пространстве элементарных частиц в соответствии с неизменными во времени законами. Таким образом, прошлое целиком определяет настоящее, а настоящее определяет будущее.
Этот подход преуменьшает роль времени[4]. Поскольку всё сводится к перемещению атомов, существование любых неожиданностей, по-настоящему новых явлений отрицается. Свойства атомов не зависят от времени, как, впрочем, и законы природы, которым подчиняются атомы. Любое действие в будущем можно рассчитать, исходя из конфигурации настоящего. Таким образом, течение времени может быть заменено на вычисление, а будущее логически вытекает из настоящего.
Альберт Эйнштейн (см. главу 6) делает ещё более сильное заявление: понятие времени несущественно для фундаментального описания мира. Принцип относительности гласит, что в истории Вселенной время не играет никакой роли, а настоящее, прошлое и будущее имеют смысл лишь в субъективном восприятии мира. Время — дополнительное измерение пространства, а наше представление о течении времени — иллюзия восприятия реальности вне времени.
Такой взгляд может испугать любого, кто верит в свободу воли. Но это не тот довод, к которому я собираюсь здесь прибегнуть. Мои аргументы основаны на науке. Моя задача — объяснить, почему расхожие доказательства предопределённости будущего неверны с научной точки зрения.
В части I книги я представлю доводы в пользу иллюзорности понятия времени, а в части II опровергну их и докажу, что фундаментальная физика и космология смогут преодолеть нынешний кризис, если примут время как реальность. В части I я прослежу развитие концепции времени в физике со времён Аристотеля и Птолемея до наших дней и покажу, как с развитием физики роль времени уменьшалась. В части II мы коснёмся более современных физических представлений, поскольку довод в пользу возвращения времени в центр внимания учёных подтверждается новейшими исследованиями.
Успех научных теорий со времён Ньютона основывался на представлении о мире, принесённом Ньютоном: природа состоит из частиц с неизменными свойствами, чьи движение и взаимодействие подчиняются неизменным законам природы. Такие свойства частиц, как масса и электрический заряд, не изменяются, как и законы природы. Этот подход идеально годится для описания небольших частей Вселенной, однако если мы попробуем с его помощью описать Вселенную в целом, результат оставит желать лучшего.
Все основные теории рассматривают какую-либо небольшую часть Вселенной: радио, летящий мяч, клетку, Землю, Галактику. Когда мы имеем дело с частью Вселенной, мы помещаем себя и инструменты наблюдения за её пределы. Мы не выбираем и не подготавливаем исследуемую систему. Мы не принимаем во внимание системы отсчёта, служащие для определения местоположения системы, и, что наиболее важно, не пользуемся часами для наблюдения за развитием системы.
Расширение физической теории до космологического масштаба требует нового подхода. В космологической теории ничего нельзя поместить вне исследуемой системы. Если теория полна, то она включает всё, что ни есть во Вселенной, и даже нас как наблюдателей. Она должна учитывать наши инструменты и часы. Но в космологии мы сталкиваемся с затруднением: когда рассматриваешь Вселенную, невозможно оставаться внешним наблюдателем. Более того, космология должна обходиться без двух важных методологических аспектов, присущих другим наукам. В науке, как правило, эксперимент многократно повторяется. Опыт с Вселенной мы не в состоянии повторить, как не можем подготовить систему. Это существенно затрудняет изучение мира в масштабах Вселенной.
И всё же мы хотели бы распространить физическую теорию до космологических масштабов. На первый взгляд теории, хорошо работающие в части Вселенной, легко распространить на Вселенную. Но это не так (см. главы 8 и 9). Ньютонова картина мира с неизменными свойствами частиц и законами не годится для описания Вселенной в целом: этому препятствует сама теория.
Я понимаю, что этот подход идёт вразрез с представлениями и опытом многих моих коллег, но я лишь прошу читателя уделить внимание части II. Я продемонстрирую (в общих чертах и на конкретных экспериментах), что при любой попытке расширить стандартную теорию до космологического масштаба природа щедро одаривает нас парадоксами, противоречиями и вопросами, на которые нет ответов. Среди них — неспособность стандартной теории учитывать выбор, сделанный природой на ранней стадии жизни Вселенной: выбор начальных условий и выбор самих законов природы.
Некоторые современные книги по космологии представляют собой попытки весьма умных людей преодолеть указанные противоречия. Популярно представление, будто наша Вселенная — лишь одна из огромного (или бесконечного) множества подобных ей. Это представление основано на методологической ошибке. Наши теории подтверждаются на уровне Вселенной, лишь если она есть часть чего-либо большего. Таким образом, мы придумали мир, который наполнили другими Вселенными. Этот подход ненаучен: мы не можем ни доказать, ни опровергнуть существование других Вселенных, не связанных причинно-следственной связью с нашей собственной[5].
Я собираюсь предложить альтернативный подход: следует искать новую теорию, применимую к Вселенной в целом, свободную от парадоксов, способную дать ответы на вопросы, пока остающиеся без ответов, и сделать предсказания для космологических наблюдений. Пока у меня нет такой теории, но я хочу предложить ряд принципов, которые помогут её создать (см. главу 10). Я продемонстрирую, как эти принципы могут привести к новым гипотезам и моделям Вселенной, указывающим путь к истинной космологической теории. Центральным её принципом является реальность времени и гипотеза об эволюции законов природы.
Мысль о меняющихся законах природы не нова[6]. Американский философ Чарльз С. Пирс писал ещё в 1891 году[7]:
Предполагать, что универсальные законы природы могут быть поняты разумом и однако же не иметь никакого обоснования своим особенным формам, оставаясь необъяснимыми и иррациональными, — позиция вряд ли оправданная. Единообразия — это и есть те самые факты, которые необходимо объяснять… Закон — это par exellence [преимущественно] вещь, требующая объяснений… Единственно возможный путь объяснить законы природы и единообразие в целом — предположить, что они являются результатом эволюции[8].
3
Пер. О. Варшавер. — Прим. пер.
4
И не только время: он преуменьшает все аспекты нашего восприятия (цветной, сенсорный, музыка, эмоции, сложные мысли), сводя их к перегруппировке атомов. В этом суть атомистического взгляд на мир, предложенного Демокритом и Лукрецием, выраженного Локком в теории первичных и вторичных качеств и, похоже, целиком подтверждённого наукой. С этой точки зрения реально движение — в современном понимании (квантовые переходы). Всё прочее — до некоторой степени иллюзия. Я не собираюсь ни оспаривать эти воззрения (они в основном истинны), ни подкреплять их наукой. Моя цель — оспорить утверждение, будто время иллюзорно.
5
Единственное исключение (см. главу 11) — если наша Вселенная — типичный представитель коллекции Вселенных.
6
Некоторые читатели сразу спросят, должны ли быть законы, управляющие эволюцией законов. О проблеме метазакона см. главу 19.
7
Пер. К. Голубович. — Прим. пер.
8
Peirce, Charles Sanders The Architecture of Theories // The Monist, 1:2, 161–176 (1891).