Брайан Грин - Ткань космоса: Пространство, время и текстура реальности

• Название: Ткань космоса: Пространство, время и текстура реальности
• Автор: Брайан Грин
• Издательство: Книжный дом «ЛИБРОКОМ»
• Жанр: Физика
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-397-00001-7

Брайан Грин — один из ведущих физиков современности, автор «Элегантной Вселенной» — приглашает нас в очередное удивительное путешествие вглубь мироздания, которое поможет нам взглянуть в совершенно ином ракурсе на окружающую нас действительность.

В книге рассматриваются фундаментальные вопросы, касающиеся классической физики, квантовой механики и космологии. Что есть пространство? Почему время имеет направление? Возможно ли путешествие в прошлое? Какую роль играют симметрия и энтропия в эволюции космоса? Что скрывается за тёмной материей? Может ли Вселенная существовать без пространства и времени?

Грин детально рассматривает картину мира Ньютона, идеи Маха, теорию относительности Эйнштейна и анализирует её противоречия с квантовой механикой. В книге обсуждаются проблемы декогеренции и телепортации в квантовой механике. Анализируются многие моменты инфляционной модели Вселенной, первые доли секунды после Большого взрыва, проблема горизонта, образование галактик. Большое внимание уделено новому современному подходу к объяснению картины мира с помощью теории струн/М-теории.

Грин показывает, что наш мир сильно отличается от того, к чему нас приучил здравый смысл. Автор увлекает всех нас, невзирая на уровень образования и научной подготовки, в познавательное путешествие к новым пластам реальности, которые современная физика вскрывает под слоем привычного нам мира.

---

Как бы то ни было, это рассуждение имеет весьма ограниченное отношение к делу, поскольку наша Вселенная подчиняется квантовым, а не классическим законам. Перспектива, рисуемая квантовой физикой, физикой реального мира, имеет кое-что общее с классической перспективой, но в ней намечаются и кардинальные отличия. Из главы 7 мы почерпнули, что если нам известна квантовая волновая функция в данный момент времени для всех частиц во Вселенной, то уравнение Шрёдингера скажет, какой волновая функция была или будет в любой другой момент времени. В этом квантовая физика полностью детерминистична, как и классическая физика. Однако акт наблюдения усложняет ситуацию в квантовом мире и, как мы видели, всё ещё идут жаркие дебаты по проблеме квантового измерения. Если физики когда-либо придут к заключению, что вся квантовая механика сводится к уравнению Шрёдингера, то квантовая физика в своей целостности окажется столь же детерминистической, как и классическая. И, как и в случае с детерминизмом классической физики, одни скажут, что свободная воля — это иллюзия, а другие не согласятся с этим. Но если мы здесь упустили какую-то существенную деталь квантового мира — если переход от вероятностей к определённому результату требует нечто, находящееся за пределами стандартной квантовой концепции, — то по меньшей мере возможно, что представление о свободе воли получит конкретную реализацию в рамках физических законов. Возможно, как предполагают некоторые физики, когда-нибудь мы обнаружим, что акт сознательного наблюдения является элементом интегрального целого квантовой механики, играя роль катализатора, который выделяет один определённый результат из «квантового тумана»{301}. Лично мне это предположение кажется крайне маловероятным, но я не знаю, как его опровергнуть.

Таким образом, статус свободной воли и её роли остаётся невыясненным в рамках фундаментальных физических законов. Так что давайте рассмотрим обе возможности: когда свободная воля иллюзорна и когда она реальна.

Если свободная воля — иллюзия, и возможно путешествие в прошлое, то ваша неспособность воспрепятствовать встрече своих родителей не составляет никакой загадки. Хотя вам кажется, что все ваши действия подконтрольны вам, но законы физики тайно водят вас за нос. Они встают у вас на пути, когда вы собираетесь увести свою мать или застрелить своего отца. Например, машина времени доставляет вас не в ту часть города, и вы прибываете на вечеринку уже после встречи своих родителей; либо вы пытаетесь нажать на спусковой курок, но механизм заклинивает; либо вы всё же нажимаете на курок, но промахиваетесь и попадаете не в своего отца, а в его соперника, и тем самым только способствуете союзу своих родителей; либо, возможно, когда вы выйдете из машины времени, у вас просто пропадёт желание воспрепятствовать встрече своих родителей. Независимо от вашего намерения в тот момент, когда вы садитесь в машину времени, ваши действия по выходу из неё составляют часть связной истории в пространстве-времени. Законы физики пресекают любую попытку внести противоречие. Всё, что вы делаете, прекрасно вписывается в логическую историю. Логика всегда есть и всегда будет. Вы не можете изменить неизменяемое.

Если же свободная воля не является иллюзией, и возможно путешествие в прошлое, то квантовая физика рисует альтернативную картину того, что может произойти, и она совершенно отличается от того, что говорит классическая физика. В одном из особенно ошеломляющих предположений, отстаиваемом Дойчем, используется многомировая интерпретация квантовой механики. Вспомним из главы 7, что в рамках многомировой концепции любой возможный исход, запечатлённый в квантовой волновой функции, — вероятность одной частицы иметь тот или иной спин, вероятность другой частицы быть в том или ином месте — реализуется в собственной отдельной параллельной Вселенной. Вселенная, которую мы осознаём в любой заданный момент времени, является лишь одной из бесконечного числа Вселенных, в которых отдельно реализуется каждый исход, дозволяемый законами квантовой физики. В таком представлении заманчиво предположить, что ваша свобода сделать тот или иной выбор отражает возможность вступить в последующий момент в ту или иную Вселенную. Конечно, поскольку по параллельным Вселенным разбросано бесконечно много копий вас и меня, то в этом расширенном контексте потребуется толкование понятий личной идентификации и свободной воли.

Многомировая интерпретация предлагает новое разрешение потенциальных парадоксов, связанных с путешествием во времени. Прибыв на машине времени в 23:50 31 декабря 1965 г., вы вынимаете пистолет, целитесь в своего отца, нажимаете на курок и поражаете свою цель. Но поскольку не это произошло во Вселенной, из которой вы отправились в прошлое, то ваше путешествие должно происходить не только во времени, но и из одной параллельной Вселенной в другую. Параллельная Вселенная, в которой вы оказались, — это та, в которой ваши родители никогда не встретились, это одна из возможных Вселенных, допускаемых многомировой интерпретацией. И тогда мы не сталкиваемся ни с каким парадоксом, поскольку существуют различные версии любого данного момента, каждая из которых находится в своей параллельной Вселенной; в многомировой интерпретации существует как бы бесконечное множество «срезов» блока пространства-времени, а не только один. Во Вселенной, из которой вы отправились в путешествие во времени, ваши родители встретились 31 декабря 1965 г., затем вы родились, выросли, затаили злобу на своего отца, стали одержимы идеей путешествия во времени и, наконец, отправились в 31 декабря 1965 г. Во Вселенной, в которую вы попали, ваш отец был застрелен 31 декабря 1965 г. до встречи с вашей матерью человеком, заявившим, что он — его сын из будущего. В этой Вселенной вы никогда не рождались, но здесь нет противоречия, поскольку вы — человек, нажавший на курок, в действительности имеете родителей. Просто вы со своими родителями жили в другой Вселенной. Я не могу сказать, поверит ли кто-нибудь в этой Вселенной вашим рассказам или все сочтут вас сумасшедшим. Но ясно то, что в обоих Вселенных — в той, которую вы покинули, и в той, в которую вы попали, — нет противоречивых событий.

Более того, даже в этом расширенном контексте ваше путешествие во времени не меняет прошлое. Во Вселенной, в которую вы попали, ваше присутствие в 23:50 31 декабря 1965 г. ничего не изменило: в этой Вселенной вы всегда были и всегда будете в этот момент времени. Опять же, в рамках многомировой интерпретации, каждая непротиворечивая цепочка событий развивается в одной из параллельных Вселенных. Вселенная, в которую вы попали, — это та, в которой реализуется ваш замысел убийства своего отца. Ваше присутствие 31 декабря 1965 г. и всё насилие, причинённое вами, составляют часть неизменной ткани реальности той Вселенной.

Многомировая интерпретация предлагает аналогичное решение проблемы знания, возникающего словно из ниоткуда, как в случае с моей матерью, пишущей революционную статью в области теории струн. Согласно многомировой интерпретации, в одной из мириад параллельных Вселенных моя мать действительно быстро стала крупным специалистом в области теории струн, и в её статье я прочёл о её собственных открытиях. Отправившись в будущее, я попал в ту Вселенную. Результаты, о которых я узнал из статьи, были действительно открыты моей матерью, но матерью, живущей в той Вселенной. Затем, вернувшись в своё время, я оказался в другой Вселенной — той, в которой моя мать с большим трудом осваивает физику. После ряда лет, прошедших в попытках обучить её физике, я сдаюсь и в конце концов сообщаю ей, что написать в статье. Но при таком развитии событий нет загадки относительно того, кто же совершил революционный прорыв. Его совершила моя мать, живущая в той Вселенной, в которой она — ас в физике. В результате моих путешествий во времени произошло лишь то, что её открытия передались из одной Вселенной в другую. Если вы готовы скорее допустить существование параллельных Вселенных, чем открытий, не имеющих авторов, то вот вам менее загадочное объяснение связи знания с путешествием во времени.

Ни одно из предположений, обсуждавшихся в этом и предыдущих разделах, не является обязательно разрешением загадок и парадоксов путешествия во времени. Эти предположения нацелены лишь на то, чтобы показать, что эти загадки и парадоксы не исключают возможности путешествия в прошлое, поскольку на нашем современном уровне понимания физика позволяет маневрировать вокруг этих проблем. Но если какой-то вариант не исключается, то это совсем не означает, что он действительно возможен. Так что давайте теперь поставим главный вопрос.

Возможно ли путешествие в прошлое?

Самые рассудительные физики ответили бы, что нет. Я тоже сказал бы «нет». Но это только отчасти «нет», в отличие от определённого «нет», которое вы получили бы, спросив, позволяет ли специальная теория относительности разгоняться массивным телам до скорости света, а затем превосходить её, или допускает ли теория Максвелла расщепление частицы с единичным электрическим зарядом на частицы с двумя единицами заряда.