Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной

    Реляционная революция продвинулась уже далеко. В то же время, она явно в кризисе. На некоторых фронтах она застряла. Везде, где она в кризисе, мы находим три вида вопросов, по которым идут горячие дебаты: Что такое индивидуум? Как возникают новые виды систем и сущностей? Как нам успешно понять вселенную как целое?

    Ключ к этим головоломкам в том, что ни индивидуумы, ни системы, ни вселенная как целое не могут быть осмыслены как вещи, которые просто есть. Они все состоят из процессов, которые занимают место и время. Я буду доказывать, что для успеха реляционной революции она должна принять идею времени и настоящего момента как фундаментального аспекта реальности.

    При старом способе мышления индивидуумы были просто мельчайшими единицами в системе, и если вы хотели понять, как работает система, вы разбирали ее на части и изучали, как эти части себя ведут. Но как нам

к оглавлению

понять свойства наиболее фундаментальных сущностей? У них нет частей, так что редукционизм (как называется изложенный метод) нам больше не поможет. Атомистическая точка зрения тут не имеет места; она тоже по-настоящему застревает. Это великий шанс для нарождающейся реляционистской программы, которая может - и на самом деле должна - отыскать объяснение для свойств элементарных частиц в сети их взаимоотношений.

    Это уже произошло в теориях объединения, которые мы до сих пор имеем. В Стандартной Модели Физики Частиц, которая является лучшей имеющейся у нас на сегодняшний день теорией элементарных частиц, свойства электрона, такие как масса, динамически определяются взаимодействиями, в которых он принимает участие. Масса - самое основополагающее свойство, которое может иметь элементарная частица, - определяет, какая нужна сила, чтобы изменить ее движение. В Стандартной Модели все массы частиц появляются из их взаимодействий с другими частицами и определены, главным образом, одной - частицей Хиггса. Тут больше нет абсолютно 'элементарных' частиц; все, что ведет себя как частица, является, до некоторой степени, возникающим заново, эмерджентным следствием сети взаимодействий.

    Эмерджентность (или возникновение нового) является важным термином в реляционном мире. Свойство чего-либо, сделанного из частей, является эмерджентным, если оно не имеет смысла, будучи приписанным к любой из частей. Камни тяжелы, а вода текуча, но атомы, из которых они сделаны, не являются ни тяжелыми, ни текучими. Эмерджентное свойство часто выдерживается приблизительно, поскольку оно обозначает среднее или более высокоуровневое описание, которое не принимает во внимание многие детали.

    В ходе прогресса науки аспекты природы, когда-то рассматривавшиеся как фундаментальные, заново определены как эмерджентные и приблизительные. Мы когда-то думали, что твердые тела, жидкости и газы являются фундаментальными состояниями; теперь мы знаем, что это эмерджентные свойства, которые могут быть поняты как различные способы упорядочения атомов, из которых состоит все. Большинство законов природы, которые некогда мыслились как фундаментальные, теперь понимаются как эмерджентные и приблизительные. Температура есть просто средняя энергия хаотически движущихся атомов, так что законы термодинамики, ссылающиеся на температуру, эмерджентны и приблизительны.

    Я склонен верить, что как раз все, о чем мы сейчас думаем как о фундаментальном, также в конечном счете будет понято как приблизительное и

к оглавлению

эмерджентное: гравитация и управляющие ей законы Ньютона и Эйнштейна, законы квантовой механики и даже само пространство.

    Фундаментальная физическая теория, которую мы ищем, не будет теорией вещей, движущихся в пространстве. Она не будет содержать гравитацию, или электричество или магнетизм как фундаментальные силы. Она не будет квантовой механикой. Все они будут возникать как приблизительные понятия, когда наша вселенная достаточно подрастает.

    Если пространство эмерджентно, означает ли это, что время тоже эмерджентно? Если мы достаточно глубоко вникнем в основы природы, исчезнет ли время? В последнем столетии мы продвинулись до точки, в которой многие мои коллеги рассматривают время как эмерджентное явление, возникающее из более фундаментального описания природы, при котором время не появляется.

    Я верю - настолько сильно, насколько можно во что-либо верить в науке, - что они ошибаются. Время окажется единственным аспектом нашего повседневного опыта, который является фундаментальным. Тот факт, что в нашем восприятии всегда имеется некоторый момент и что мы ощущаем этот момент как один из потока моментов, не является иллюзией. Это лучшая путеводная нить к фундаментальной реальности, которую мы имеем.

к оглавлению

Часть I

Тяжелое наследие:

Изгнание времени

к оглавлению

1

Падение

    Прежде чем начать это или любое другое путешествие по открытиям, мы должны обратить внимание на высказывание греческого философа Гераклита, который, делая лишь первые шаги в эпической истории науки, имел мудрость предостеречь нас: 'Природа любит скрываться'. И на самом деле любит; вспомним, что большинство сил и частиц, которые наука рассматривает как фундаментальные, лежали скрытыми внутри атома до последнего столетия. Некоторые из современников Гераклита говорили об атомах, но без реального знания, существуют они или нет. И их концепция была ошибочна, они представляли себе атомы неделимыми. Науке пришлось подождать статей Эйнштейна 1905 года, чтобы выявить и сформировать консенсус, что материя состоит из атомов. А шестью годами позже сам атом был разбит на части. Так началось распутывание внутренней области атомов и открытие спрятанных внутри нее миров.

    Самым большим исключением из скрытности природы является гравитация. Это единственная из фундаментальных сил природы, чье воздействие наблюдает каждый, не прибегая к специальным инструментам. Наши самые первые опыты борьбы и неудач связаны с борьбой против гравитации. Следовательно, гравитация должна

к оглавлению

была оказаться среди первых природных феноменов, который получил имя от рода человеческого.

    Тем не менее, ключевые аспекты повседневного опыта падения тел до начала науки оставались скрытыми от обыкновенного взгляда, а многие остаются скрытыми до сих пор. Как мы увидим в последующих главах, одна вещь, которая остается скрытой по поводу гравитации, есть ее отношение ко времени. Так что мы начинаем наше путешествие к открытию времени с феномена падения.

*

    'Почему я не могу летать, папа?'

    Мы были на верхней террасе, глядя через три этажа вниз на сад за домом.

    'Я только подпрыгну и полечу вниз к маме в сад, как вон те птицы.'

    'Птица' это было его первое слово, произнесенное при порхании воробьев на дереве за окном его детской. Тут был основной конфликт отцовства: мы хотим, чтобы наши дети чувствовали себя свободными, чтобы парить без нас, но мы также боимся за их безопасность в непостоянном мире.

    Я сказал ему строго, что люди не могут летать и он абсолютно никогда не должен пытаться, и он расплакался. Чтобы отвлечь его, я воспользовался удобным случаем, чтобы поговорить с ним о гравитации. Гравитация это то, что притягивает нас к Земле. Она это то, почему мы падаем, и почему падает все остальное.

    Следующее слово из его рта было, что не удивительно: 'Почему?' Даже трехлетний малыш знает, что назвать явление не означает его объяснить.

    Но мы могли бы сыграть в игру, чтобы увидеть, как вещи падают. В скором времени мы кидали всякие игрушки вниз в сад, проводя 'сперимент', чтобы увидеть, падают ли они все одинаково или нет. Я быстро нашел свое соображение по этому вопросу, которое превосходит мощность трехлетнего ума. Когда мы кидаем объект и он падает, а также удаляется от нас, он вычерчивает кривую в пространстве. Что это за кривая?

    Не удивительно, что этот вопрос не появляется у трехлетних. Не кажется, что он возникал у кого-либо за тысячи лет после того, как мы стали считать себя высоко цивилизованными. Кажется, что Платон, Аристотель и другие великие философы античного мира

к оглавлению

довольствовались наблюдением за падением вещей вокруг себя, не удивляясь тому, что падающие тела путешествуют вдоль определенного вида кривой.

    Первым, кто исследовал пути, вычерчиваемые падающими телами, был итальянец Галилео Галилей в начале 17-го столетия. Он представил свои результаты в Диалоге о двух новых науках, который он записал, будучи семидесятилетним, когда находился под домашним арестом у Инквизиции. В этой книге он сообщил, что падающие тела всегда путешествуют вдоль одного и того же сорта кривой, который суть парабола.