Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности

Грин Брайан

Рассмотрим конкретный пример. Представим, что Чуви находится на планете в далёкой-далёкой галактике — 10 млрд световых лет от Земли — и праздно сидит в своей комнате. Далее представим, что вы (просто сидящий и читающий эти слова) и Чуви не двигаетесь друг относительно друга (для простоты проигнорируем движение планет, расширение Вселенной, гравитационные эффекты и т. д.). Поскольку вы находитесь в состоянии покоя друг относительно друга, вы и Чуви полностью согласны по вопросам пространства и времени: вы будете разрезать пространство-время одинаковым образом, так что ваши списки настоящего будут в точности совпадать. Через некоторое время Чуви встаёт и отправляется гулять спокойным, расслабленным шагом в направлении прочь от вас. Это изменение в состоянии движения Чуви означает, что его концепция настоящего, его слой пространства-времени слегка повернётся (см. рис. 5.3). Это слабое изменение угла не окажет заметного влияния рядом с Чуви: различие между его новым сейчаси вашим сейчаскрайне мало. Но на гигантском расстоянии в 10 млрд световых лет этот ничтожный сдвиг в представлении Чуви о его сейчасусиливается (как в переходе от рис. 5.2 к рис. 5.3, но с главными героями, находящимися теперь на гигантском

расстоянии друг от друга, которое существенно увеличивает сдвиг между их сейчас). Настоящее Чуви и ваше настоящее, которые были одинаковыми, когда он ещё сидел в комнате, сильно разойдутся в результате его медленного движения.

Рисунки 5.3 и 5.4 схематично иллюстрируют ключевую идею, но, используя уравнения специальной теории относительности, мы можем точно рассчитать, на сколько будут различаться ваши представления о сейчас. ^{59} Если Чуви уходит от вас со скоростью около 18 км/ч (у Чуви довольно быстрая походка), события на Земле, которые принадлежат его новому списку настоящего, будут событиями, которые произошли около 150 лет назад по отношению к вам! В соответствии с его концепцией настоящего — концепцией, до последней мелочи столь же правомерной, что и ваша, и до последнего момента полностью совпадающей с вашей, — вы ещё даже не родились. Если он двигается по направлению к вам с той же скоростью, угловой сдвиг будет противоположным, как схематично показано на рис. 5.4, так что его сейчасбудет совпадать с тем, что вы считаете происходящим в будущем через 150 лет! Теперь в соответствии с его сейчасвы больше не можете быть частью этого мира. А если вместо прогулки Чуви прыгнет в звездолёт Миллениум Фалькон, двигающийся со скоростью 1800 км/ч (меньше, чем скорость Конкорда), его настоящее будет включать события на Земле, которые, с вашей точки зрения, имели место 15 000 лет назад или будут происходить через 15 000 лет в будущем, в зависимости от того, летит он от вас или к вам. Если задать подходящий выбор направления и скорости движения, то Элвис, Нерон, Карл Великий, Линкольн или кто-нибудь, родившийся на Земле в момент, который вы называете будущим, будут частью его списка настоящего.

Несмотря на необычность, ничто из этого не приводит к противоречиям или парадоксам, поскольку, как мы объяснили выше, чем дальше что-то находится, тем дольше придётся ждать, чтобы получить испущенный этим чем-то свет, и с помощью этого света определить, что входит, а что не входит в определённый список настоящего. К примеру, даже если Джон Уилкс Бут [33] , приближающийся к правительственной ложе в театре Форда, будет входить в новый список настоящего Чуви, если тот встанет и будет идти в сторону от Земли со скоростью около 17 км в час, ^{60} Чуви не сможет ничего предпринять, чтобы спасти президента Линкольна. На такой гигантской дистанции потребуется гигантское количество времени, чтобы получить и обменяться сообщениями, так что только потомки Чуви, миллиарды лет спустя, получат световой сигнал от той трагической ночи в Вашингтоне. Суть в том, что даже если его потомки используют эту информацию для внесения дополнений в громадную коллекцию прошлых списков настоящего, они обнаружат, что предательское убийство Линкольна входит в тот же список настоящего, который содержит подъём Чуви с кресла и его прогулку прочь от Земли. Они также обнаружат, что перед прогулкой список сейчасЧуви среди большого количества других вещей содержал и вас. Вы всё ещё находитесь на Земле XXI в. и читаете эти слова. ^{61}

33

Джон Уилкс Бут (John Wilkes Booth) убил президента Линкольна в театре Форда в 1865 г. (Прим. ред.)

Аналогичным образом возникают вопросы о нашем будущем, типа — «кто победит на президентских выборах США в 2100 г.?», которые кажутся полностью открытыми: более чем вероятно, что кандидаты на эти выборы даже ещё не родились, не говоря о том, чтобы начать делать карьеру. Но если Чуви поднимается из своего кресла и начинает движение в направлении Земли со скоростью около 11,5 км/ч, то его список настоящего будетвключать выборы первого президента США XXII в. То, что кажется совершенно неопределённым для нас, для него уже произошло. Опять-таки, Чуви не сможет узнать итоги выборов раньше, чем через миллиарды лет, поскольку это время необходимо нашему телевизионному сигналу, чтобы достичь Чуви. Но когда данные об итогах выборов достигнут потомков Чуви и они обновят его книгу истории, его коллекцию прошлых списков сейчас, они увидят, что итоги выборов входят в тот же список настоящего, в котором Чуви поднялся с кресла и отправился гулять по направлению к Земле. Этот список настоящего, отметят потомки Чуви, появляется моментом позже списка, который содержит вас в начале XXI в., в тот самый момент, когда вы дочитываете этот абзац.

Этот пример подчёркивает два важных момента. Первый: хотя мы использовали мысль о том, что релятивистские эффекты становятся очень заметными при скоростях, близких скорости света, но даже при малых скоростях релятивистские эффекты чрезвычайно усиливаются, когда рассматриваются очень большие расстояния. Второй: пример позволяет проникнуть в проблему: является ли пространство-время (буханка) действительно чем-то существующим или просто абстрактной концепцией, абстрактным объединением пространства прямо сейчасвместе с его историей и подразумеваемым будущим.

Вы видите, что концепция реальности, которую принимает Чуви, его замороженный образ текущего мгновения, ничем не хуже концепции реальности, которую принимаете вы. Так что если при определении того, что представляет собой реальность, мы не учтём его точку зрения, то получим чрезвычайно узкое представление. Для Ньютона такой равноправный подход не мог привести к каким-либо различиям, поскольку во Вселенной с абсолютным пространством и абсолютным временем слои настоящего совпадают для всех наблюдателей. Но в релятивистской Вселенной, нашей Вселенной, различия велики. Поскольку наша

обычная концепция того, что существует прямо сейчас, включает только один слой настоящего — мы обычно видим прошлое, как уже ушедшее, и будущее, как ещё не наступившее, — то мы должны расширить этот образ, включив слой настоящего Чуви, т. е. мы должны включить такой слой настоящего, который, как показало обсуждение, может существенно отличаться от нашего собственного. Более того, поскольку начальное положение Чуви и его скорость движения произвольны, мы должны включить слои настоящего, связанные со всеми возможностями. Эти слои настоящего будут центрированы на положении Чуви или на положении некоторого другого реального или гипотетического наблюдателя в пространстве и будут поворачиваться на угол, который зависит от выбранной скорости. (Единственное ограничение следует из предела скорости, установленной светом, и, как объяснено в примечаниях, в использованном нами графическом представлении это соответствует ограничению угла поворота сорока пятью градусами по или против часовой стрелки). Как вы видите, на рис. 5.5 собрание всех слоёв настоящего заполняет солидную область пространственно-временной буханки. Фактически, если пространство бесконечно — если слои настоящего простираются в бесконечность, — то поворачивающиеся слои настоящего могут быть центрированы произвольно далеко, и поэтому их объединение заметает (при повороте) каждую точку блока пространства-времени. [34]

34

Отметим любую точку в блоке пространства-времени. Отрежем ломтик, который включает эту точку и пересекает наш текущий ломтик настоящего под углом менее 45°. Этот ломтик будет представлять ломтик настоящего — реальность— удалённого наблюдателя, который был сначала в покое относительно нас, как Чуви, а теперь двигается относительно нас со скоростью, меньшей скорости света. По построению этот ломтик включает (произвольную) точку в буханке, которую мы отметили. ^{222}

Рис. 5.5.Пример слоёв настоящего для различных наблюдателей (реальных или гипотетических), находящихся на различных расстояниях от Земли и двигающихся с различными скоростями

Итак: если вы принимаете идею, что реальность состоит из вещей в вашей замороженной мысленной картинке, представляющей текущий момент времени, и вы согласны, что ваше настоящее не более действительно, чем настоящее кого-то, кто располагается далеко от вас и кто может свободно двигаться, то реальность включает в себя все события в пространстве-времени. Существует весь блок пространства-времени. Точно так же, как мы представляем всё пространство реальносуществующим не только здесь, мы должны представлять и всё время реальносуществующим не только теперь. Прошлое, настоящее и будущее явно выглядят как различные сущности. Но, как сказал однажды Эйнштейн, «Как нас убедили физики, разница между прошлым, настоящим и будущим есть только иллюзия, хотя и стойкая» ^{62} . Единственная вещь, которая реальна, — это пространство-время в целом.

Опыт и течение времени

В рамках таких представлений различные события, независимо от того, когда они происходят, с любой частной точки зрения, просто есть. Все они существуют. Они вечно занимают свою особую точку в пространстве-времени. Здесь нет течения. Если вы провели замечательное время в полночь накануне нового 1999 г., вы всё ещё там, поскольку это просто одно неизменное место в пространстве-времени. Трудно принять такое описание, поскольку наше мировоззрение жёстко проводит различие между прошлым, настоящим и будущим. Но если мы внимательно посмотрим на нашу привычную темпоральную схему и противопоставим ей холодные упрямые факты современной физики, то единственный приют для привычных представлений, кажется, находится в человеческом сознании.

Неоспоримо, что наше сознание способно перемещаться по слоям времени. Это происходит, когда наш разум высвечивает прошлое, так что моменты времени оживают, когда их освещает сила сознания. Ощущение течения от одного момента времени к следующему возникает из нашего сознательного распознавания изменений в наших мыслях, чувствах и ощущениях. И эта последовательность изменений, кажется, непрерывно движется; кажется, что она разворачивается в связанную историю. Но, без какой бы то ни было претензии на психологическую или нейробиологическую точность, можно представить, как мы можем ощущать течение времени, даже если в действительности и нет такого феномена. Чтобы понять, что я имею в виду, представим просмотр фильма «Унесённые ветром»на неисправном DVD-проигрывателе, который хаотически прыгает вперёд и назад: некоторые кадры вспыхивают на мгновение на экране, а за ними моментально следуют другие из совершенно другой части фильма. Когда вы смотрите эту перепутанную версию, вам трудно понять смысл происходящего. Но Скарлетт и Рэтт проблем не имеют. В каждом кадре они делают то, что они всегда делали в этом кадре. Если бы вы могли остановить DVD на некотором отдельном кадре и спросить об их мыслях и воспоминаниях, они бы ответили то же самое, что и в случае, если бы вы проигрывали DVD на нормально функционирующем проигрывателе. Если бы вы спросили, не сбивают ли их с толку события Гражданской войны не в том порядке, они бы недоумённо посмотрели на вас и решили бы, наверное, что вы выпили лишнего. В любом данном кадре они имеют мысли и память, которые всегда имели в этом кадре, — и, в частности, эти мысли и память будут давать им ощущение, что время гладко и последовательно течёт вперёд, как обычно.

Аналогично, каждый момент в пространстве-времени — каждый временной слой — похож на один из кадров в фильме. Он существует независимо от того, освещает ли его некий свет. Так же как для Скарлетт и Рэтта, для вас, находящихся в любом таком моменте, это и есть сейчас, это есть момент, который вы ощущаете в этомгновение. И так будет всегда. Более того, внутри каждого индивидуального слоя ваши мысли и память достаточно богаты, чтобы создать ощущение, что время непрерывно текло к этому моменту. Это чувство, это ощущение течения времени не требует, чтобы предыдущий момент, предыдущий кадр, был «освещён в правильном порядке». ^{63}