Если вы хотите встретиться с кем-то, вам нужно указать и место, и время. В таком городе, как Нью-Йорк, это может быть пересечение улиц. Отель Broadway Plaza находится на пересечении 29-й улицы и Бродвея. Вы также можете сказать, чтобы вас встретили на определенном этаже, например, на 6-м, в 7 вечера.
В общем, чтобы указать место в пространстве, вам нужны три координаты, по одной для каждого измерения: вправо/влево, вперед/назад, вверх/вниз. На Земле широта, долгота и высота фиксируют местоположение движущегося самолета или орбитального космического корабля. Чтобы указать место в пространстве и времени, вам нужна четвертая координата — когда.
Если вы возьмете все точки в пространстве и все моменты времени и объедините их, вы получите четырехмерное пространство-время.
Эйнштейн первым показал, что время ведет себя очень похоже на пространство. Когда вы ускоряетесь, ваше время кажется движущимся медленнее для тех, кто наблюдает за вашим ускорением. Ваша длина также кажется сокращенной в направлении движения. Время растягивается. Пространство сжимается.
Гравитация также изгибает пространство и время. Вы, фактически, можете изменить скорость вашего движения во времени относительно других объектов, просто изменив расстояние до Земли.
В 1970-х годах был проведен эксперимент, когда очень точные часы установили на самолете и облетели мир. Они показали, что на самолете прошло больше времени, чем на Земле. Это означает, что время движется медленнее ближе к Земле, потому что гравитационное поле больше изгибает время.
Недавно, с помощью еще более точных часов было показано, что время проходит по-разному из-за гравитации Земли даже при разнице в высоте всего в миллиметр.
Все это предполагает, что время изгибается подобно пространству, но не объясняет, почему мы не можем перемещаться во времени так же, как в пространстве. Это также не объясняет, почему мы ощущаем движение времени вперед с постоянной скоростью или почему мы помним прошлое, но не будущее. Как бы это было странно, если бы мы могли помнить только то, что слева, но не справа?
Время не похоже на пространство.
И если взглянуть на эти четыре координаты, в них отсутствует важная информация. Я могу сказать вам встретиться со мной в определенное время и месте, но для того, чтобы это произошло, я также должен синхронизировать «сейчас» с этим временем и местом. То есть у меня есть не только осознание мест в пространстве и времени, но и осознание того, когда это «сейчас».
Это может показаться тривиальным наблюдением, но оно критично для понимания, почему время не является измерением, как пространство.
Если у меня есть шахматная доска, где и вертикаль, и горизонталь являются пространственными измерениями, и я хочу поставить две фигуры на соседние клетки, я могу просто поставить их туда. Но если горизонталь является пространственным измерением, а вертикаль — временным, то это как будто доска — серия рядов на движущемся конвейере, и фигуры могут перемещаться только влево или вправо, пока конвейер движет их вперед. Чтобы встретиться, они должны находиться в соседних клетках в определенный момент.
Однако, если это так, возникает проблема, потому что я добавил третье измерение в двумерную шахматную доску, измерение времени. Теперь у меня есть горизонталь, вертикаль и время.
Или представьте себе так: я делаю серию снимков движущейся доски в разные моменты времени, и в каждый момент «сейчас» находится в другой точке. Теперь я складываю все эти снимки друг на друга. Это дает мне куб с измерениями пространства, горизонтали, времени, вертикали и «сейчас» в вертикальном измерении.
Хотя оно полностью коррелирует с позицией во времени, «сейчас» должно быть дополнительным измерением, тем, которое мы действительно ощущаем как движение времени, в то время как вертикальное время — это то, на что мы ссылаемся, когда указываем время какого-то события.
Дело в том, что мне не нужно говорить кому-то, когда я прошу их встретиться в определенное время, чтобы они также синхронизировали это время с «сейчас». Это обеспечивается для нас движением «сейчас» во времени, так что, хотя это кажется измерением, это также не является чем-то, что мы можем контролировать.
Существует четыре способа интерпретации этого наблюдения:
- Предположить, что измерение времени является иллюзией, и существует только измерение «сейчас».
- Предположить, что существует только измерение времени, а измерение «сейчас» является иллюзией.
- Предположить, что «сейчас» и время каким-то образом являются одним измерением, но разными его аспектами.
- Рассматривать оба как реальные отдельные измерения.
Презентизм
Первое предположение называется презентистской точкой зрения. До теории относительности Эйнштейна презентизм имел смысл, и Исаак Ньютон закрепил его в своих теориях. Мы не можем двигаться вперед и назад во времени, в конце концов. И мы существуем только сейчас, так что «сейчас» — все, что нам нужно для определения времени. Прошлое ушло, будущее не создано.
Однако теория относительности показала, что разные наблюдатели не могут согласиться на то, когда наступает «сейчас».
Чтобы понять, почему, нам нужно определить, что означает «сейчас».
Если две вещи происходят «сейчас», значит, они происходят одновременно. Так что «сейчас» включает все события, происходящие одновременно.
Это работает в повседневной жизни, но когда дело доходит до объектов, движущихся очень быстро или находящихся вблизи массивных тел, одновременные события зависят от точки зрения наблюдателя.
Например, предположим, что Боб находится на космическом корабле, движущемся с значительной долей скорости света относительно Алисы. Боб устанавливает световой пистолет в центре корабля, который выпускает импульсы света в детекторы на обоих концах корабля. Боб настраивает пистолет так, чтобы он выпускал импульсы в обоих направлениях с помощью делителя от одного источника, так что свет выходит из центра к обоим концам одновременно.
Для Боба световые импульсы достигают детекторов на каждом конце корабля одновременно. Но это не то, что видит Алиса. Оба, и Алиса, и Боб, видят световые импульсы, движущиеся со скоростью света, в соответствии с теорией относительности. Однако из-за движения корабля, в системе координат Алисы задний детектор движется навстречу световому импульсу, движущемуся противоположно направлению движения корабля, в то время как передний детектор удаляется от импульса. С ее точки зрения, задний импульс достигает заднего детектора раньше, чем передний достигает переднего детектора.
Это означает, что Боб и Алиса не могут согласиться на то, когда наступает «сейчас», то есть они не могут согласиться на то, какие события происходят одновременно и какие — в прошлом.
Это вариант того, что иногда называют парадоксом поезда. В этой версии молния ударяет в оба конца движущегося поезда. Таким образом, одновременные события происходят в «сейчас» наблюдателя, который не находится на движущемся поезде, но в разное время для наблюдателя, который находится на поезде.
Это становится еще более сложным в общей теории относительности, когда вы добавляете гравитацию. Люди вблизи различных гравитирующих тел также не могут согласиться на то, когда наступает «сейчас». Вблизи черной дыры время может двигаться так медленно, что час будет годом для тех, кто находится дальше. Время не является постоянным универсальным ритмом, как предполагал Ньютон.
Относительность делает презентизм трудным для принятия в его первоначальной форме. Некоторые изначальные презентисты продолжают отстаивать его, особенно в интерпретации квантовой теории, известной как механика Бома. Они предполагают существование универсального «сейчас» в квантовой сфере, которую мы не можем измерить.
Большинство презентистов просто отказываются от универсального аспекта настоящего и предполагают, что Вселенная презентистская, но у каждого наблюдателя есть свое местное «сейчас». Это требует, чтобы Вселенная распадалась на слои, как буханка хлеба, называемая фоляцией. Итальянский физик и автор бестселлеров «Порядок времени» Карло Ровелли опубликовал ряд научных работ на эту тему.
Этернализм
Второй подход называется этералистским или подходом блочного времени. Эйнштейн поддерживал эту интерпретацию до такой степени, что она стала основной частью его философии жизни. В одной из версий этой интерпретации «сейчас» является иллюзией. Мы — умы, переживающие фиксированную четырехмерную реальность, как человек, сканирующий картину глазами. Наше внимание блуждает по временной шкале, воспринимая то, что есть, чтобы видеть, слышать, осязать, пробовать на вкус и ощущать запахи.
Наше восприятие времени, движущегося в упорядоченном линейном направлении, является иллюзией, созданной нашими мозгами. Ваш ум не может знать ничего, кроме того, что говорит ему мозг, и мозг убеждает ум, что время движется, но, как в кино, оно не движется. Это просто последовательность снимков, представленных уму, с воспоминаниями, чтобы убедить вас, что вы существовали всего мгновение назад.
Эта интерпретация иногда называется B-теорией времени и восходит к книге Дж. М. Э. Мактаггарта 1908 года «Нереальность времени». Она обязательно дуалистична, потому что предполагает существование нематериального ума и приписывает ему восприятие времени. Физический мозг создает иллюзию потока времени. Но ум должен каким-то образом уметь переживать разные моменты и ни два момента одновременно.
Курт Воннегут включил B-теорию времени в свой классический роман о Второй мировой войне «Бойня номер пять». Если что, роман показывает, насколько абсурдной является эта идея.
Этернализм глубоко проблематичен. Он не только предполагает ум, отделенный от тела, но и ум, способный перемещаться по времени, как призрак, возможно, через сверхъестественные средства. Это создает больше проблем, чем решает, и не имеет статуса научной теории.
Странным образом, есть много ученых, которые являются этералистами и не верят в нефизические причины, что ставит их в философское затруднение, которое можно было бы решить с помощью второй временной координаты, как мы увидим.
Полублочное время
Третий вариант — предположить, что время состоит из прошлого, но «сейчас» является границей этого измерения, и оно растет, как верхушка растения по направлению к Солнцу. Полублочное время страдает от тех же проблем, что и презентизм, и поэтому нуждается в многовременной интерпретации, чтобы иметь смысл в рамках теории относительности. Из-за сходства я не буду дальше рассматривать его.
Этернализм с другим временным измерением
Четвертый подход — это этерализм не с одним, а с двумя временными измерениями. Измерение относительности — это измерение событий и истории. Измерение «сейчас» означает текущий момент, движущийся по истории.
Поскольку наше положение в «сейчас» и текущий момент в истории полностью коррелируют, мы теряем (по крайней мере локально) то, что физики называют «степенью свободы», и поэтому Вселенная кажется четырехмерной, а не пяти. Мы не можем двигаться в истории, не перемещаясь в «сейчас» на ту же величину. И единственный способ различить два измерения — это теория относительности.
Наука до сих пор медленно усваивает этот философский вывод. Теории времени, по сути, склонны игнорировать опыт времени в целом — тот факт, что каждая точка времени является «сейчас» в какой-то «точке», и что это требует дополнительного измерения для объяснения, оставлено вне всех уравнений.
Те, кто все же рассматривает это, склонны фокусироваться на многовременном подходе презентизма. Однако не ясно, можем ли мы полностью фолировать Вселенную, включая все типы черных дыр. Существует тип фоляции, называемый «временем Йорка», который может учитывать их. Однако время Йорка должно быть универсальным во всей Вселенной, от космического масштаба до масштаба Планка, чтобы презентизм имел смысл.
Для того чтобы этералистская интерпретация времени имела смысл, необходимо иметь два временных измерения, точка. Невозможно интерпретировать движение по блочному времени без другого измерения для объяснения движения, если не обращаться к сверхъестественному.
Преимущество этерализма с двумя временными измерениями в том, что он допускает геометрии пространства-времени, которые нельзя разделить на слои. Эти включают замкнутые времеподобные кривые (CTCs), червоточины, ведущие в прошлое, которые фоляция исключает. Поскольку мы не наблюдаем ничего, путешествующего назад во времени, это не физическое наблюдение, которое нам нужно учитывать, но потенциально на самых малых квантовых масштабах CTCs могли бы появиться.
Кроме того, квантовая физика естественным образом включает корреляции между всеми точками в пространстве-времени одновременно. Действительно, мы можем показать, что в квантовой теории поля теория относительности нарушается с экспоненциально уменьшающейся вероятностью с увеличением расстояния. Это также может привести к странному эффекту, называемому ретрокаузальностью, когда будущее влияет на прошлое, явлению, которое никогда не наблюдалось, но предсказано стандартной квантовой теорией.
Предсказание возникает, потому что все квантовые теории симметричны по времени. Они не различают будущее и прошлое.
Презентистская перспектива полностью исключает ретрокаузальность, потому что она асимметрична по времени. Тем не менее, CTCs, происходящие на уровне квантовой пены в теории квантовой гравитации, могут сделать кратковременную ретрокаузальность регулярной особенностью нашей Вселенной.
Между тем, этералистский подход с двумя временными измерениями является симметричным по времени, в согласии с квантовой теорией, потому что у него есть еще одно измерение, которое не симметрично и не появляется ни в каких уравнениях (пока).
Ретрокаузальность также имеет философский смысл с точки зрения свободной воли, если у вас есть два временных измерения, но не если у вас одно. В случае с двумя временными измерениями у вас может быть история, включающая все время, в нашем обычном временном измерении с двумя событиями, A и B, так что B происходит позже, чем A, но вызывает A. Например, предположим, что B — это путешественник во времени, отправляющийся в прошлое, а A — это этот путешественник, убивающий своего собственного дедушку.
Теперь, если мы можем наблюдать, что A было вызвано более поздним событием B, у нас есть свободная воля предотвратить B, например, уничтожив машину времени до того, как путешественник во времени сможет ее использовать, создавая временной парадокс. Однако, поскольку мы движемся во втором временном измерении, мы можем предотвратить B и удалить ретрокаузальную связь из истории, поскольку нам позволено «изменить прошлое» без парадокса. Это потому, что вся история может двигаться и изменяться в этом втором временном измерении.
Если квантовые эксперименты покажут, что ретрокаузальность существует, это автоматически исключит презентистскую точку зрения. И по всем вышеупомянутым причинам такое наблюдение также исключило бы одно измерение времени, независимо от того, имеем ли мы свободную волю или нет.
Еще одно преимущество подхода с двумя временными измерениями в том, что он предлагает объяснение проблемы квантового измерения. Я уже писал об этом обширно (ссылки ниже), поэтому не буду вдаваться в подробности здесь.
Таким образом, 5D-вселенная может объяснить две загадки современной физики, время и квантовую теорию, с помощью одной идеи. Это определенно стоит изучения.
4o
