Структура реальности
Шрифт:
Наши физические теории, в отличие от здравого смысла, являются логически связными, и впервые они достигли этого при отказе от идеи о потоке времени. Вероятно, физики говорят о потоке времени точно так же, как говорят о нем все остальные. Например, в своей книге Principles [20] излагая свои принципы механики и гравитации, Ньютон писал:
«Абсолютное, истинное и математическое время само по себе и по своей собственной природе течет равномерно, не относясь ни к чему внешнему».
20
«Начала».
Однако Ньютон мудро не пытается перевести свое утверждение о том, что время течет, в математическую форму, или сделать из него какие-то выводы. Ни одна из физических теорий Ньютона не обращается к потоку времени, как не обращается к нему и не совместима с ним ни одна из последующих физических теорий.
Так почему же Ньютон счел необходимым сказать, что время «течет равномерно»? С «равномерно» все в порядке: можно интерпретировать это, как означающее,
Рис. 11.4. Пространство-время, рассмотренное как следующие друг за другом
За исключением того, что время не течет, в физике Ньютона время и движение выглядят примерно, как на рисунке 11.3. Одно небольшое отличие состоит в том, что я нарисовал следующие друг за другом моменты отдельно друг от друга, но во всей доквантовой физике это является аппроксимацией, потому что время — континуум. Мы должны представить бесконечно много бесконечно тонких снимков, непрерывно появляющихся между нарисованными моими «я». Если каждый снимок представляет все во всем пространстве, которое физически существует в определенный момент, то можно считать, что эти снимки склеены Друг с другом своей лицевой стороной и образуют один неизменный блок, содержащий все, что происходит в пространстве и времени (рисунок 11.4) — то есть всю физическую реальность. Неизбежный недостаток диаграммы такого рода состоит в том, что снимки пространства в каждый момент показаны как двухмерные, тогда как в реальности они трехмерны. Каждый из них — это пространство в определенный момент. Таким образом, мы считаем время четвертым измерением, аналогичным трем измерениям пространства в классической геометрии. Пространство и время, рассматриваемые совместно, как в этом случае, в виде четырехмерной категории, называют пространством-временем.
Рис. 11.5. Движущийся объект с перспективы пространства-времени
В физике Ньютона эта четырехмерная геометрическая интерпретация времени была произвольной, но с появлением теории относительности Эйнштейна она стала необходимой частью этой теории. Так произошло потому, что в соответствии с относительностью наблюдатели, которые движутся с разной скоростью, не придут к согласию относительно того, какие события являются одновременными. То есть они не придут к согласию относительно того, какие события должны появиться на одном и том же снимке. Таким образом, каждый из них воспринимает пространство-время как разрезанное на «моменты» различным образом. Тем не менее, если бы каждый из них собрал свои снимки, как показано на рисунке 11.4, получились бы идентичные пространства-времена. Следовательно, в соответствии с относительностью, «моменты», изображенные на рисунке 11.4. не являются объективными характеристиками пространства-времени: они являются всего лишь образом восприятия одновременности наблюдателем. Другой наблюдатель получил бы слои «сейчас» под другим углом. Таким образом, объективную реальность, стоящую за рисунком 11.4, а именно: пространство-время и его физическое содержание, — можно было бы показать с помощью рисунка 11.5.
Пространство-время иногда называют «вселенной, связанной в единый блок», потому что в нем вся физическая реальность — прошлое, настоящее и будущее — раз и навсегда представлена неизменной в одном четырехмерном блоке. По отношению к пространству-времени ничто не движется. То, что мы называем «моментами», — это определенные слои пространства-времени, и когда содержание этих слоев отличается друг от друга, мы называем это переменой или движением в пространстве.
Как я уже сказал, мы думаем о потоке времени в связи с причинами и следствиями. Мы считаем, что причины предшествуют своим следствиям; мы представляем, что движущееся настоящее подходит к причинам до того, как подойдет к их следствиям, а также представляем, что следствия текут навстречу настоящему моменту. С философской точки зрения, наиболее важными причинно-следственными процессами являются наши сознательные решения и последующие действия. Разумная точка зрения заключается в том, что мы обладаем свободной волей: что иногда мы в состоянии повлиять на будущие события (например, движение своего собственного тела) одним из нескольких возможных способов и выбрать этот способ; тогда как на прошлое, напротив, мы никогда не в состоянии повлиять. (К свободной воле я вернусь в главе 13.) Прошлое неизменно: будущее открыто. Для многих философов поток времени — это процесс постепенного, момент за моментом, превращения открытого будущего в неизменное прошлое. Другие говорят, что альтернативные события в каждый момент будущего являются возможностями, а поток времени — это процесс постепенного, момент за моментом, превращения одной из этих возможностей в действительность (так что, в соответствии с мнением этих людей, будущее не существует совсем, пока поток времени не достигнет его и не превратит в прошлое). Но если будущее действительно открыто (а оно открыто!), то это не может иметь ничего общего с потоком времени, поскольку в нем нет потока времени. В физике пространства-времени (которой является вся доквантовая физика, начиная с физики Ньютона), будущее не открыто. Оно находится там, с определенным и неизменным содержанием, так же, как прошлое и настоящее. Если бы определенный момент в пространстве-времени был «открыт» (в любом смысле), он непременно остался бы открытым, став настоящим и прошлым, поскольку моменты не способны изменяться.
Субъективно, можно сказать, что будущее данного наблюдателя «открыто с точки зрения этого наблюдателя», потому что никто не может измерить или пронаблюдать свое будущее. Но открытость в таком субъективном смысле не оставляет выбора. Если у вас есть билет лотереи, которая состоялась на прошлой неделе, но вы еще не узнали выиграли ли вы, результат остается открытым с вашей точки зрения даже несмотря на то, что объективно он неизменен. Однако субъективно ли, объективно ли, вы не в состоянии его изменить. Никакие причины, которые уже не повлияли на него, больше не смогут этого сделать. Разумная теория о свободной воле гласит, что на прошлой неделе, в то время как у вас все еще был выбор покупать или нет лотерейный билет, будущее объективно все еще было открытым, и вы действительно могли выбрать один из двух или нескольких вариантов. Однако это несовместимо с прстранством-временем. Таким образом, в соответствии с физикой пространства-времени, открытость будущего — иллюзия, а следовательно, причинно-следственное отношение и свободная воля тоже не могут быть чем-то большим, чем иллюзии. Нам необходима вера, и мы стараемся сохранить ее, в то, что настоящие события, а особенно наш выбор, могут повлиять на будущее; но возможно, таким образом мы всего лишь компенсируем факт неизвестности будущего. В реальности мы не делаем выбор. Даже когда мы думаем, что стоим перед выбором, его результат уже существует на подходящем слое пространства-времени, неизменном, как и все остальное, что находится в пространстве-времени, и невосприимчивом к нашим намерениям. Кажется, что сами эти намерения неизменны и уже существуют в выделенных им моментах еще до того, как мы даже узнаем о них.
Быть «следствием» какой-то причины — значит подвергаться влиянию этой причины — изменяться из-за этой причины. Таким образом, когда физика пространства-времени отрицает реальность потока времени, она логически не может согласовать даже разумные понятия причины и следствия. Поскольку во вселенной, связанной в единый блок, ничто неизменно, одна часть пространства-времени может изменить другую не больше, чем одна часть неизменного трехмерного объекта может изменить другую.
Получается, что во времена физики пространства-времени все фундаментальные теории обладали следующим свойством: если известно все, что происходит до данного момента, законы физики определяют, что происходит во все последующие моменты. Свойство одних снимков определять другие называется детерминизмом. В физике Ньютона, например, если в любой момент известны положения и скорости всех масс в изолированной системе, например, в солнечной системе, то в принципе можно вычислить (предсказать), где эти массы будут находиться во все последующие моменты. Так же в принципе можно вычислить (восстановить), где эти массы находились все предыдущее время.
Законы физики, определяющие один снимок из другого, — это «клей», который удерживает эти снимки вместе в виде пространства-времени. Представим, что мы по волшебству (что невозможно) оказались вне пространства-времени (а следовательно, в своем собственном внешнем времени, независимом от того, которое находится в пределах пространства-времени). Давайте разрежем пространство-время на снимки пространства в каждый момент, как его воспринимает конкретный наблюдатель, находящийся в пределах этого пространства-времени, потом перемешаем эти снимки и снова склеим их в новом порядке. Могли бы мы сказать, глядя извне, что это нереальное пространство-время? Почти определенно. Поскольку, первое: в перемешанном пространстве-времени физические процессы не были бы непрерывными. Объекты мгновенно прекращали бы свое существование в одной точке и снова появлялись бы в другой. Второе и более важное: законы физики уже не сохранялись бы. По крайней мере, реальные законы физики уже не сохранялись бы. Там существовал бы другой набор законов, которые, явно или неявно, учитывая перемешивание, правильно описывали бы перемешанное пространство-время.
Таким образом, для нас разница между перемешанным и реальным пространством-временем была бы огромной. А для тех, кто живет там? Могли бы они заметить разницу? Сейчас мы опасно близки к бессмыслице — знакомой бессмыслице разумной теории времени. Но потерпите немного, и мы обойдем эту бессмыслицу. Конечно, живущие в этом пространстве-времени не смогли бы заметить разницу. Они заметили бы ее, если бы могли. Они, например, комментировали бы существование разрывностей в своем мире, издавали бы о них научные труды — то есть, если бы они вообще смогли выжить в перемешанном пространстве-времени. Но с наших волшебных выгодных позиций мы видим, что они выжили и пишут свои научные труды. Мы можем прочитать эти труды и увидеть, что они по-прежнему содержат только наблюдения исходного пространства-времени. Все записи физических событий в пределах пространства-времени, включая и те, которые остались в воспоминаниях и восприятии сознательных наблюдателей, идентичны существовавшим в исходном пространстве-времени. Мы только перемешали снимки, а не изменили их внутреннее содержание, поэтому, жители по-прежнему воспринимают их в исходном порядке.
Таким образом, говоря на языке реальной физики — физики, как ее воспринимают жители этого пространства-времени, — все это разрезание и повторное склеивание пространства-времени не имеет смысла. Исходному пространству-времени физически идентично не только перемешанное пространство-время, но даже набор несклеенных друг с другом снимков. Мы изображаем все снимки склеенными друг с другом в правильном порядке, потому что это представляет отношения между ними, определяемые законами физики. Изображение этих снимков, склеенных в другом порядке, представило бы те же самые физические события — ту же самую историю, — но некоторым образом исказило бы отношения между этими событиями. Таким образом, снимки обладают внутренним порядком, определяемым их содержанием и законами физики. Любой из снимков в сочетании с законами физики не только определяет то, чем являются все остальные, он определяет их порядок и свое собственное место в последовательности. Другими словами, каждый снимок имеет «временную печать», закодированную в его физическом содержании.