Семь этюдов по физике - Карло Ровелли

Гравитационное поле, как мы увидели в первой главе, есть само пространство, а точнее, пространство-время. Значит, когда тепло передается гравитационному полю, пространство и время сами должны колебаться… Однако мы до сих пор не знаем, как это правильно описать. У нас нет уравнений, чтобы описать тепловые колебания горячего пространства-времени. Что такое колеблющееся время?

Подобные вопросы ведут нас к сути проблемы времени: что именно есть течение времени?

Эта проблема присутствовала уже в классической физике, в XIX и XX веках к ней привлекли внимание философы – однако в современной физике она стала гораздо более острой. Физика описывает мир с помощью формул, которые задают изменение объектов как функцию «времени». Но мы можем написать формулу, объясняющую, как меняются объекты в зависимости от своего «положения» или как вкус ризотто меняется в зависимости от «количества масла». Время, как нам кажется, «течет», а вот количество масла или положение в пространстве не «текут». Откуда берется это отличие?

Другой способ сформулировать проблему – спросить себя: что есть «настоящее»? Мы говорим, что существуют только объекты настоящего: прошлое уже не существует, а будущее – еще. Но в физике нет ничего, что соответствовало бы понятию «сейчас». Сравните «сейчас» и «здесь». «Здесь» определяет место, где находится говорящий: для двух разных людей «здесь» указывает на два разных места. Таким образом, «здесь» – это слово, значение которого зависит от того, где оно произнесено. Специальное название такого рода высказываний – «индексал». «Сейчас» тоже указывает на момент, когда произнесено это слово, и также классифицируется как индексал. Однако никому не придет в голову утверждать, что объекты «здесь» существуют, тогда как объекты, которые не «здесь», не существуют. Так почему же мы говорим, что объекты «сейчас» существуют, а все остальные нет? Настоящее – это что-то объективное в мире, что «течет» и делает объекты существующими одни за другими, или оно лишь субъективно, как «здесь»?

Это может показаться малопонятным умствованием. Однако современная физика превратила эту проблему в актуальнейшую, с тех пор как специальная теория относительности показала, что понятие «настоящего» также субъективно. Физики и философы пришли к заключению, что понятие настоящего, общего для всей Вселенной, – иллюзия и что универсальное «течение» времени есть обобщение, которое не работает. Эйнштейн после смерти своего хорошего друга, итальянца Микеле Бессо, написал его сестре трогательное письмо: «Микеле оставил этот странный мир чуть раньше меня. Это ничего не значит. Люди вроде нас, верящие в физику, знают, что различие, проводимое между прошлым, настоящим и будущим, не более чем стойкая, неподатливая иллюзия».

Иллюзия или нет, но чем объяснить тот факт, что для нас время «идет», «течет», «бежит»? Ход времени очевиден нам всем: наши мысли и речь существуют во времени, сама структура языка требует времени – нечто «есть», «было» или «будет». Можно вообразить мир, лишенный цвета, вещества, даже пространства, но трудно представить себе мир без времени. Немецкий философ Мартин Хайдеггер подчеркивал наше «проживание во времени». Возможно ли, что течение времени, которое Хайдеггер признает первичным, отсутствует в характеристиках мира?

Некоторые философы, и среди них самые преданные последователи Хайдеггера, заключают, что физика не способна описать наиболее фундаментальные аспекты реальности, и называют физику обманчивой формой знания. Но в прошлом мы неоднократно осознавали, что неточно как раз таки наше непосредственное восприятие: если бы мы его придерживались, мы до сих пор верили бы, что Земля плоская и вокруг нее вращается Солнце. Наши интуитивные знания развились на фоне ограниченности нашего опыта. Когда же мы заглядываем чуть дальше вперед, то обнаруживаем, что мир не таков, каким нам представляется: Земля круглая, и в Кейптауне люди ходят головами вниз, а ногами вверх. Доверять непосредственному восприятию вместо коллективного изучения, вдумчивого, тщательного и осмысленного, – это не мудрость, а допущение старика, который отказывается верить в то, что огромный мир вокруг его деревни хоть сколько-то отличается от того, каким он его всегда знал.

Каким бы ярким нам ни казалось собственное ощущение хода времени, оно не обязано отражать фундаментальное свойство реальности. Но если оно не фундаментально, то откуда же оно берется, это наше четкое ощущение хода времени?

Я думаю, ответ кроется в тесной связи между временем и теплотой. Между прошлым и будущим есть явная разница, только когда происходит передача тепла. Теплота связана с вероятностью, а вероятность, в свою очередь, связана с тем обстоятельством, что наши взаимодействия со всем остальным миром не учитывают мелких деталей реальности. Так что течение времени возникает из физики, но не в контексте точного описания вещей такими, какие они есть. Оно возникает скорее в привязке к статистике и термодинамике. Вот где может покоиться ключ к загадке времени. «Настоящее» не существует в объективном смысле больше, чем «здесь» существует действительно, но микроскопические взаимодействия в мире вызывают появление преходящего признака внутри системы (например, внутри нас самих), «общающейся» только через несметное число переменных.

Наши память и сознание построены на этих статистических феноменах. В гипотетической сверхчувственной жизни не будет никакого «течения» времени: Вселенная станет единым блоком прошлого, настоящего и будущего. Но из-за ограниченности нашего сознания мы воспринимаем только размытый образ мира и живем во времени. Как сказал мой итальянский редактор, «то, что не наблюдаемо, значительно грандиознее, чем наблюдаемое». Из этого-то ограниченного, нечеткого фокуса и возникает наше восприятие хода времени. Все ли с этим ясно? Нет, не все. Еще так много того, что только предстоит понять.

Время сидит в центре клубка проблем, родившихся на пересечении теории гравитации, квантовой механики и термодинамики. Клубка проблем, где мы все еще как в потемках. Если даже мы, возможно, и начинаем понимать кое-что о квантовой гравитации, сочетающей два фрагмента мозаики из трех, у нас до сих пор нет теории, способной соединить между собой все три фрагмента нашего фундаментального знания о мире.

Небольшую зацепку для решения дают вычисления, произведенные Стивеном Хокингом, физиком, прославившимся тем, что он продолжил получать выдающиеся научные результаты несмотря на заболевание, приковавшее его к инвалидному креслу и лишившее возможности говорить без помощи технических средств.

Используя квантовую механику, Хокинг успешно показал, что черные дыры всегда «горячие». Они излучают тепло, словно печь. Это первое конкретное указание на природу «горячего пространства». Никто еще никогда не зарегистрировал этого тепла, поскольку оно слабое в тех черных дырах, которые мы наблюдали до сих пор, – однако вычисления Хокинга убедительны: они перепроверены разными способами, так что реальность теплоты черных дыр общепризнанна.

Теплота черных дыр – это квантовый эффект (действующий на объект, черную дыру), гравитационный по своей природе. Отдельные кванты пространства, элементарные песчинки пространства, колеблющиеся «молекулы» – вот что нагревает поверхность черных дыр и производит их тепло. В этот феномен вовлечены все три стороны проблемы: квантовая механика, общая теория относительности и теплофизика.