До Эйнштейна физики не сомневались: у всех одно и то же время. Но потом пришёл патентный клерк из Берна и всё перевернул. Оказалось, что «одновременно» — понятие относительное. А ещё — что ваша бабушка, которая умерла много лет назад, с точки зрения фундаментальных законов природы… всё ещё существует.
Нет, это не мистика и не религия. Это специальная теория относительности и блочная Вселенная. Звучит страшно? На самом деле довольно просто, если разобраться.
В новой статье мы честно, без занудства и формул разбираем: почему вы никогда не видите настоящее, как Алиса в поезде спорит с вами о вспышках света, и куда уходит информация после смерти человека. Спойлер: она никуда не уходит.
Ваша бабушка всё ещё существует (и Эйнштейн это подтверждает)
Вы когда-нибудь задумывались, что на самом деле означает слово «сейчас»? Нет, серьёзно. Вот прямо сейчас. Пока вы читаете эту фразу. Можете ли вы быть абсолютно уверены, что этот момент — тот самый единственный «настоящий» момент во всей Вселенной, с которым согласился бы любой другой человек, космонавт на МКС или гипотетическая цивилизация в соседней галактике?
До Эйнштейна физики кивнули бы: да, конечно, время едино для всех. У всех нас одно и то же «сейчас». Часы могут расходиться, но само течение времени одинаково. Это было удобно, понятно и отлично работало для поездов, пушек и падающих яблок.
А потом пришёл один патентный клерк из Берна и сказал: «Ну, не всё так просто».
И знаете что? Он оказался прав. Но прав настолько жёстко, что последствия мы расхлёбываем до сих пор. В том числе — на уровне нашего страха смерти, памяти о близких и того, есть ли у времени хоть какой-то смысл.
Почему вы никогда не видите настоящее
Начнём с того, что кажется безобидным фактом из школьного учебника: скорость света конечна. И ничто не может двигаться быстрее света. Для всех наблюдателей — хоть вы, хоть ракета на половинной скорости света — она одинакова. Это исходное положение специальной теории относительности Эйнштейна 1905 года [Einstein, 1905].
Казалось бы, ну конечна и конечна. Подумаешь, свет от Солнца идёт восемь минут. Мы это знаем.
Но вот в чём подвох. Если свет движется с конечной скоростью, то всё, что вы видите, — это всегда прошлое. Экран вашего ноутбука — таким, каким он был пару наносекунд назад. Ваша собственная рука — примерно на одну наносекунду младше. Вы никогда — слышите, никогда — не соприкасаетесь с объектом в тот самый момент, который называете «сейчас». Вы всегда имеете дело с недавним прошлым.
Ладно, скажете вы, наносекунды — это мелочи, ими можно пренебречь.
Но Эйнштейн задал следующий, убийственный вопрос: откуда вы тогда знаете, что что-то существует прямо сейчас? Вон та звезда на небе. Может, она взорвалась четыреста лет назад, и мы просто ждём, когда до нас дойдёт свет. Или ваш друг в другой комнате. Вы слышите его голос через долю секунды после того, как он произнёс слова. Как проверить, что в этот самый момент он вообще существует?
Для проверки вам понадобился бы сигнал, который приходит быстрее света. Но такого сигнала нет. И не будет — согласно Эйнштейну [Einstein, 1916].
Таким образом, понятие «одновременно» теряет абсолютный смысл. Два события, которые кажутся вам одновременными, для того, кто движется мимо вас, будут происходить в разное время. И это не оптическая иллюзия. Это фундаментальное свойство реальности.
Поезд, ваша подруга Алиса и две вспышки
Давайте на примере. Представьте, что вы стоите на платформе. Мимо вас слева направо едет поезд. Внутри, в самом центре вагона, сидит ваша знакомая — назовём её Алисой. Она смотрит прямо на вас.
В тот самый момент, когда она оказывается напротив, на обоих концах поезда — в хвосте и в голове — одновременно вспыхивают лампы. Вы видите эти вспышки в одно и то же время, потому что источники света находятся на одинаковом расстоянии от вас. Естественно, вы говорите: «Они произошли одновременно».
Теперь представьте себя на месте Алисы. Поезд движется. Пока свет от ламп летит к ней, она сама приближается к передней лампе и удаляется от задней. Свету от передней лампы нужно пройти меньшее расстояние, чем от задней. Поэтому Алиса видит переднюю вспышку раньше, чем заднюю. Для неё эти два события не одновременны. Она скажет: «Нет, сначала вспыхнул передний фонарь, а потом задний».
Вопрос: кто прав?
До Эйнштейна физик сказал бы: прав тот, кто неподвижен (вы), а движущаяся Алиса ошибается, потому что её часы искажены движением. Но Эйнштейн заявил нечто революционное: оба правы.
Нет никакого абсолютного «правильного» ответа. Одновременность — понятие относительное. Каждый наблюдатель имеет свою собственную «линию настоящего» [Taylor & Wheeler, 1992].
Это называется относительностью одновременности. И это — нож, который разрезал единое время на куски.
Блочная Вселенная: ваше прошлое никуда не делось
Если нет единого «сейчас» для всех, если два наблюдателя могут искренне спорить о том, что произошло раньше, а что позже, то что тогда происходит с самим временем?
Эйнштейн и его учитель Герман Минковский предложили модель, от которой у многих идёт кругом голова. Они сказали:
Перестаньте думать о времени как о реке, которая течёт из прошлого в будущее через узкий канал «настоящего». Вместо этого представьте четырёхмерный блок, в котором время — это просто ещё одно измерение, похожее на длину, ширину и высоту. Этот блок называется пространством-временем [Minkowski, 1908].
И в этом блоке всё существует одновременно. Не в смысле «в один момент», а в смысле — одинаково реально. Ваше рождение, ваш первый поцелуй, чтение этой статьи, ваша смерть (простите за прямоту) — все эти события уже «записаны» в четырёхмерном континууме. Они столь же реальны, как и здание, в котором вы сейчас находитесь.
Как точно выразился физик Брайан Грин в своей книге «Ткань космоса», «с точки зрения теории относительности все моменты времени столь же реальны, как и любой пространственный объект» [Greene, 2004].
Вы не можете сказать, что ваша бабушка «была», а вы «есть». В блочной Вселенной она есть — просто в другом месте времени, примерно как Париж есть в другом месте пространства.
А как же смерть? Неужели мы не исчезаем?
И вот здесь начинается самое интересное и самое личное.
Если блочная Вселенная существует, то информация о любом событии — включая информацию о том, кем была ваша бабушка, — не может быть уничтожена. Законы физики, насколько мы их знаем, обратимы во времени. Уравнения Максвелла, уравнения Эйнштейна, уравнение Шрёдингера — они работают одинаково хорошо и вперёд, и назад.
Как пишет Шон Кэрролл в «Большой картине», «фундаментальные законы природы не содержат в себе ластика, который стирал бы информацию» [Carroll, 2016].
Когда человек умирает, его тело разлагается, молекулы разлетаются, тепло рассеивается. Но информация о том, как были расположены эти молекулы, какие квантовые состояния они имели, — она сохраняется. Она просто переходит в форму очень слабых связей между частицами, которые теперь летят по всей Солнечной системе. Через миллион лет эти частицы перемешаются с атмосферой Юпитера, потом с межзвёздной пылью. Но они всё ещё где-то есть.
В практическом смысле это бесполезно. Вы не можете поговорить с умершим. Вы не можете восстановить его личность, как не можете собрать стакан разбитого молока обратно. Энтропия выросла, информация стала недоступной.
Роджер Пенроуз в «Новом уме короля» называет это «практической необратимостью при фундаментальной обратимости» [Penrose, 1989].
Но на уровне принципа — на уровне того, что можно вычислить, если у вас есть компьютер размером со Вселенную, — ваша бабушка всё ещё там. Её жизнь — это такой же реальный участок пространства-времени, как и ваш сегодняшний завтрак.
Две чёрные дыры, которые портят всю картину
Конечно, физики были бы не сами собой, если бы не нашли исключений. Два явления до сих пор заставляют их спорить, можно ли всё же уничтожить информацию.
Первое — чёрные дыры. Стивен Хокинг в 1970-х показал, что чёрные дыры испаряются, излучая так называемое излучение Хокинга. И тут возникает противоречие: если чёрная дыра испарилась полностью, что случилось с информацией о том, что в неё упало? Если она исчезла — это нарушает квантовую механику. Если не исчезла — как она вылезает наружу? Спор шёл десятилетиями.
Сейчас большинство физиков склоняются к тому, что информация сохраняется — например, через голографический принцип, предложенный Герардом ’т Хоофтом и Леонардом Сасскиндом. Согласно ему, вся информация о чёрной дыре закодирована на её горизонте событий [Susskind, 2008]. Но окончательного опытного подтверждения нет.
Второе — квантовое измерение. Когда вы «измеряете» квантовую частицу, её волновая функция как будто схлопывается в одну точку. Что происходит с информацией, которая была в других возможных состояниях? Этот вопрос до сих пор не решён. Многие физики, включая сторонников многомировой интерпретации Хью Эверетта, считают, что информация не теряется — просто расходится по разным ветвям реальности. Но и здесь нет общего мнения.
Тем не менее, для повседневной жизни — и для вопроса о том, существует ли ваша умершая бабушка, — эти тонкости не так важны. Важно другое: основные, хорошо проверенные законы физики не дают нам права сказать: «её больше нет». Она есть. Просто не здесь и не «сейчас».
Что же нам делать с этим знанием?
Признаюсь честно: я, как и вы, не могу интуитивно почувствовать блочную Вселенную. Мой мозг устроен так, чтобы воспринимать время как стрелу, а настоящее — как единственную реальность. Это эволюционное наследство: те, кто слишком задумывался об относительности одновременности, просто не успевали увернуться от хищника.
Но как физик я обязан доверять математике. Математика говорит: разделение на прошлое, настоящее и будущее — это навязчивая иллюзия. Вот что писал сам Эйнштейн в 1955 году семье своего недавно умершего друга Микеле Бессо:
«Он ушёл из этого странного мира немного раньше меня. Это ничего не значит. Для нас, убеждённых физиков, различие между прошлым, настоящим и будущим — это всего лишь упорно сохраняющаяся иллюзия» [письмо семье Бессо, март 1955].
И знаете, в этих словах есть нечто глубоко утешительное — без всякой религиозной мистики. Ваша бабушка не исчезла. Она просто находится в другой части пространства-времени. Информация, которая составляла её личность, рассеялась по Вселенной — да, её невозможно собрать, как невозможно собрать дым. Но она никуда не делась. Она стала частью миллиардов связей между частицами, частью космического фона, частью будущих миров.
Через миллиард лет, возможно, возникнет сверхразум — распределённое галактическое сознание, которое сможет восстановить эти связи. Мы понятия не имеем, как будет выглядеть жизнь и разум через такую бездну времени. Но в принципе — законы физики не запрещают однажды «прочитать» информацию о любом моменте прошлого [Deutsch, 1997].
Вместо заключения
Я не призываю вас отрицать горечь потери или делать вид, что смерть — это пустяк. Нет. Мы люди, мы привязаны к тем, кого любим, и их физическое отсутствие в нашей временной линии — это реальная, острая боль.
Но если вам когда-нибудь покажется, что всё кончено, что прошлое стёрто и ничего не осталось, — вспомните этого патентного клерка из Берна. Он показал, что время не течёт. Оно просто есть. И в этом «есть» — всё, что когда-либо случилось. Ваше детство, голос бабушки, ваш сегодняшний день и даже те дни, которых вы пока не видели.
Всё это существует. Прямо сейчас. В том единственном «сейчас», которого, строго говоря, не существует.
Но это уже совсем другая история.
P.S. Маленькое «сейчас» для большой благодарности
Если вы дочитали до этого места — спасибо вам за терпение и интерес. Такие темы я пишу не потому, что они лёгкие, а потому что они меняют угол взгляда на вещи, к которым мы привыкли относиться как к данности. И вот тут — совсем не иллюзия, а практическая вещь. Справа под статьёй вы найдёте кнопку «Поддержать». Для вас это пара движений, для меня — прямой знак: «Это нужно, продолжай». Пожертвования — не про то, чтобы «купить кофе автору» (хотя и про него тоже). Они про то, что у меня возникает живой, почти спортивный интерес искать для вас самую ценную, выверенную информацию, разбирать сложные идеи без занудства и не экономить на источниках. Чем щедрее работает эта кнопка, тем больше времени я могу уделять таким глубоким лонгридам. Так что если вам захочется сказать «спасибо» не только мысленно — вот он, самый прямой способ. А я, в свою очередь, постараюсь, чтобы каждое ваше «сейчас» (даже относительное) было чуть интереснее предыдущего.
Следуйте своему счастью
Внук Эзопа
Источники (для тех, кто хочет копнуть глубже):
- Einstein, A. (1905). Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik. — Первая работа по специальной теории относительности.
- Einstein, A. (1916). Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie (рус. пер.: «О специальной и общей теории относительности»).
- Minkowski, H. (1908). Raum und Zeit — знаменитая речь о пространстве-времени.
- Taylor, E. F., & Wheeler, J. A. (1992). Spacetime Physics — классическое введение в физику пространства-времени.
- Greene, B. (2004). The Fabric of the Cosmos (рус. пер.: Грин Б. «Ткань космоса»).
- Carroll, S. (2016). The Big Picture (рус. пер.: Кэрролл Ш. «Большая картина»).
- Penrose, R. (1989). The Emperor's New Mind (рус. пер.: Пенроуз Р. «Новый ум короля»).
- Susskind, L. (2008). The Black Hole War — о противоречии чёрных дыр и сохранении информации.
- Deutsch, D. (1997). The Fabric of Reality (рус. пер.: Дойч Д. «Структура реальности»).
- Письмо Эйнштейна семье Микеле Бессо, март 1955 (опубликовано в сборниках писем, например, в The Born-Einstein Letters).