Ли Смолин - Возвращение времени. От античной космогонии к космологии будущего

• Название: Возвращение времени. От античной космогонии к космологии будущего
• Автор: Ли Смолин
• Жанр: Философия
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-17-085474-5

Большинство людей считает, что время реально: меняются времена года, идут часы, человек стремится от колыбели к могиле. Большинство физиков, напротив, полагает, что время есть иллюзия – и, возможно, напрасно, как полагает известный канадский физик Ли Смолин. Автор книг “Жизнь космоса” (1997) и “Неприятности с физикой” (2006) напоминает, что все затруднения физиков и космологов (от Большого взрыва до “теории всего”) восходят к проблеме природы времени, а признание его реальности может вывести фундаментальную науку на новый уровень.

---

В последнее десятилетие многие физики-теоретики, занимающиеся теорией струн, восприняли концепцию ландшафта теорий, и вопрос о том, как Вселенная выбирает законы, обрел актуальность. Ответ (ниже я постараюсь это доказать) можно получить лишь в рамках космологической модели, в которой время реально, а законы природы эволюционируют со временем.

Законы не даются Вселенной извне. Ни один внешний объект, сверхъестественный либо математический, не указывает заранее, какими должны быть законы природы. Они не изъяты из времени и не ждут рождения Вселенной, а появляются и эволюционируют вместе с ней. Возможно даже, что новые законы физики, как в биологии, могут возникать из упорядочения нового явления в ходе эволюции Вселенной.

Кто-то усмотрит в отрицании вечных законов отступление от целей самой науки. Я же вижу здесь сбрасывание за борт метафизического балласта, мешающего поискам истины. Ниже я приведу примеры того, как мысль об эволюционирующих законах ведет к такой космологии, которая способна делать проверяемые в эксперименте предсказания.

Насколько мне известно, первым ученым эпохи научной революции, размышлявшим о теории всей Вселенной, был Готфрид Вильгельм Лейбниц. (Между прочим он оспаривал у Ньютона приоритет открытия дифференциального исчисления, предвосхитил современную логику, разработал систему двоичного исчисления и много чего еще. Его называли умнейшим человеком в истории.) Лейбниц сформулировал принцип, ставший базисным для космологии – принцип достаточного основания: при истолковании Вселенной любой выбор должен иметь рациональное объяснение. То есть должен иметься ответ на любой вопрос вида: “Почему Вселенная обладает характеристикой x, а не y?” Если Бог создал мир, то у него, вероятно, не было альтернативного плана. Принцип Лейбница оказал огромное влияние на физику и продолжает служить подспорьем при выстраивании космологической теории.

В картине мира Лейбница все сущее находится не в пространстве, а погружено в сеть взаимосвязей. Эти связи определяют пространство (а не наоборот). Сегодня идея Вселенной, представляющей собою сеть, пропитывает современную физику, биологию и компьютерные науки.

В реляционном мире (где связи первичны по отношению к пространству) нет пустоты. Ньютон, напротив, считал пространство первичным и абсолютным (это означало, что атомы определяются исходя из их положения в пространстве, однако на пространство они никак не влияют). В мире связей нет такой асимметрии. Субъекты могут быть частично автономны, но их возможности определяются связями, соединяющими их в вечно меняющуюся динамическую сеть.

Из принципа Лейбница следует (см. главу 3) отсутствие абсолютного времени, слепо метящего события. Время – следствие изменений. В неизменном мире нет времени. Философы утверждают, что время относительно, что оно – свойство отношений, таких как причинная зависимость. Аналогично и пространство может быть относительным. В самом деле, любое свойство объекта в природе должно быть отражением динамических[14] отношений между этим и другими объектами.

Принципы Лейбница противоречат ньютоновой физике, и ученое сообщество их приняло не сразу. Эйнштейн использовал принципы Лейбница в качестве обоснования теории относительности, заменившей ньютонову физику. Принципы Лейбница также реализованы в квантовой механике. Я называю революцию в физике XX века реляционной. Задача объединения физики и, в частности, объединение квантовой теории с общей теорией относительности – в широком смысле задача по завершению реляционной революции.

Реляционная революция идет полным ходом. Пример – дарвинистская революция в биологии: понятие биологического вида определено через отношение к остальным организмам, а гены рассматриваются в контексте набора связанных генов. Все сводится к передаче информации, и нет аналогии ближе, чем связь между передатчиком и приемником посредством канала передачи данных.

Либеральной концепции общества, состоящего из свободных, равных и независимых людей (предложенной философом Джоном Локком в качестве отражения физической картины мира его друга Исаака Ньютона), сейчас противопоставляется образ общества связанных друг с другом людей, чья жизнь имеет смысл лишь внутри сети этих взаимоотношений. Идею социальных сетей общество усвоило настолько прочно, что о них говорят все – от политологов-феминисток до гуру делового управления. Интересно, сколько пользователей “Фейсбука” понимает, что их социальная жизнь построена на многообещающем научном принципе?

Реляционная революция зашла уже далеко. В то же время она, очевидно, переживает кризис и в некоторых областях остановилась. Несмотря на кризис, идут споры о том, что такое индивид, как возникают новые системы и объекты, а также как понимать Вселенную.

Но ни индивид, ни система, ни Вселенная не могут рассматриваться просто как существующие. Они вовлечены в процессы, протекающие во времени. Элементом, без которого мы не ответим на поставленные вопросы, является соображение о том, что индивид, система, Вселенная представляют собой разворачивающиеся во времени процессы. Я постараюсь убедить вас, что реляционная революция должна воспринять понятия времени и текущего момента как фундаментальные свойства реальности.

В прежней картине мира индивиды – наиболее мелкие элементы системы: желая узнать, как работает система, вы выделяете одну из частей и изучаете ее. Но как можно выявить свойства самой элементарной части системы? У нее нет составных частей, и, следовательно, редукционизм здесь неприменим. Здесь обширное поле возможностей для зарождающихся программ. Они могут и должны искать объяснение свойств элементарных частиц через сеть их взаимодействий.

Это уже происходит. В стандартной модели физики частиц (самой успешной теории элементарных частиц) масса электрона определяется динамически в результате его взаимодействия с другими частицами. Масса – это наиболее фундаментальное свойство элементарной частицы, определяющее силу, которая необходима для изменения движения частицы. В стандартной модели массы всех частиц возникают в результате взаимодействия с другими частицами и определяются в основном одной из них – бозоном Хиггса. Нет абсолютно элементарных частиц: любая представляет собой следствие сети взаимодействий.

Возникновение – важное понятие в мире отношений. Свойство чего-либо, собранного из частей, возникает тогда, когда оно не имеет смысла для каждой из частей отдельно. Камень твердый, а вода текуча, но атомы, из которых они состоят, не обладают ни твердостью, ни текучестью. Возникающее свойство часто сохраняется лишь приблизительно, так как оно связано с усреднением или описанием с высоким уровнем абстракции.

По мере прогресса науки свойства природы, считавшиеся фундаментальными, оказываются возникшими и приблизительными. Мы прежде думали, что твердые тела, жидкости и газы – это фундаментальные состояния, а сегодня знаем, что эти свойства обусловлены различным расположением атомов. Большинство законов, считавшихся фундаментальными, оказываются вытекающими из еще более фундаментальных и приблизительными. Температура – усредненная энергия хаотично двигающихся атомов, и поэтому законы термодинамики выполняются приблизительно. Я склонен думать, что все, считающееся фундаментальным, будет переосмыслено как вытекающее из еще более фундаментального: гравитация и описывающие ее законы Ньютона и Эйнштейна, законы квантовой механики, даже само пространство.

Фундаментальная физическая теория, поиском которой мы заняты, не будет описывать движение материи в пространстве, не будет постулировать гравитационные и электромагнитные взаимодействия как фундаментальные и не будет квантовой. Все эти свойства возникли на сравнительно поздних этапах расширения Вселенной.

Но если пространство – возникающее, значит ли это, что и время тоже возникающее? Исчезнет ли оно, если мы пойдем вглубь? В прошлом столетии многие ученые считали, что время возникает из некоего фундаментального свойства природы, при описании которого понятие времени неприменимо. Я уверен (насколько это позволительно ученому), что они ошиблись. Время – вот единственное фундаментальное понятие.

Часть I Гравитация: устранение времени

Глава 1 Падение

Прежде чем начать наше путешествие, прислушаемся к совету древнегреческого философа Гераклита: “Природа любит прятаться”. Возьмем, например, частицы и взаимодействия, которые в современной науке считаются фундаментальными: еще 100 лет назад они скрывались внутри атома. Некоторые из современников Гераклита рассуждали об атомах, однако не знали, существуют ли те вообще. Лишь после Эйнштейна (1905) в науке укрепилось представление, что материя состоит из атомов. А спустя еще шесть лет ученые расщепили атом. Так началось путешествие внутрь атома.