Вопрос, который возникает к пространству в его текущей интерпретации в связке со временем, простой: если это предзаданная арена, то почему у этой арены именно такие свойства — три измерения, евклидова геометрия в отсутствие материи, инерциальные системы отсчёта? Почему она не может быть двумерной или четырёхмерной? Почему время однонаправленно? И главное — чем вообще является сама эта арена, если убрать с неё всю материю? Физика постулирует пространство-время как сцену, но не объясняет, почему сцена устроена именно так, а не иначе, и почему материя обязана подчиняться её геометрии, а не наоборот.
Эта «аренная» картина порождает и более тонкие несоответствия. Например, в общей теории относительности гравитация интерпретируется как искривление пространства-времени, но само пространство-время при этом остаётся непрерывным и дифференцируемым многообразием — то есть фоном, пусть и динамическим. Это приводит к сингулярностям в центре чёрных дыр и в точке Большого взрыва, где кривизна становится бесконечной. Физика не может описать эти состояния, потому что её аппарат ломается там, где исчезает сам фон. Другая фундаментальная проблема — инерция. Почему тело сопротивляется ускорению? В ньютоновской механике инерция постулируется как внутреннее свойство массы, но не объясняется. В ОТО инерция сводится к движению по геодезическим искривлённого пространства-времени, однако вопрос, почему геодезические именно таковы и что задаёт масштаб инертной массы, остаётся без ответа. И наконец, квантовая механика использует пространство как классический фон, на котором определена волновая функция. Две главные теории физики опираются на один и тот же постулированный фон, но совершенно по-разному, и это — одна из причин их несовместимости.
Итак, есть вопросы, на которые пока нет однозначного утвердительного ответа. Есть масса теорий и гипотез, которые пытаются как-то обойти эти моменты, либо дать им свое объяснение. Давайте и мы попробуем это разобрать.
Представим, что в основании реальности нет ни полей, ни частиц, ни тем более пустого пространства. Есть только огромное — возможно, бесконечное — множество тождественных сущностей. Назовём их фазовыми осцилляторами. У каждого осциллятора есть лишь одно внутреннее состояние — фаза, которая циклически меняется. Ни положения в пространстве, ни массы, ни размера у них нет. Всё, что они могут, — это посылать друг другу сигналы о своей текущей фазе и принимать сигналы от других. Скорость передачи сигналов конечна и одинакова для всех — это предельная скорость, возможно, ее величина равна значению, которую мы в привычной физике называем скоростью света. Никаких других взаимодействий, сил или полей в теории не постулируется. Только осцилляторы, их фазы и обмен сигналами.
Если два осциллятора обмениваются сигналами, сигнал от одного идёт к другому не мгновенно, а с задержкой. Эта задержка — первичный факт. Из неё рождается расстояние: мы можем сказать, что осцилляторы находятся на расстоянии, равном скорости сигнала, умноженной на время задержки. Но важно понять обратное: расстояние не предшествует задержке, оно есть её интерпретация. Пространство возникает как сеть таких задержек между осцилляторами. Если убрать все осцилляторы, не останется ни задержек, ни расстояний, ни самого пространства.
Теперь добавим третий осциллятор. Каждый из трёх обменивается сигналами с двумя другими. Возникает система из трёх попарных задержек. Оказывается, что эти три задержки не могут быть произвольными — иначе осцилляторы никогда не смогут согласовать свои фазы в устойчивом режиме. Условие, необходимое для успешной синхронизации всей тройки, выглядит так: задержка между любыми двумя осцилляторами никогда не превышает сумму задержек между ними через третьего. Это математическое условие — не предположение, а требование совместности. А если перевести этот факт на язык расстояний, получится в точности неравенство треугольника: расстояние по прямой не может быть больше суммы двух других расстояний. Иными словами, сама возможность существования устойчивой сети заставляет задержки вести себя так, будто они порождены точками в обычном геометрическом пространстве.
Более того, если продолжить этот анализ для четырёх, пяти и более осцилляторов, выясняется следующее: условия совместной синхронизации всей сети выполняются без противоречий только в том случае, когда эффективное пространство, в которое мы проецируем задержки, имеет три измерения. Двумерное пространство оказывается слишком «бедным» — в нём нельзя уложить сложную сеть транзитивных связей без конфликтов задержек. Четырёхмерное — избыточным, оно порождает неоднозначность в определении фазовых отношений. Трёхмерность — это единственное число измерений, при котором глобальная синхронизация возможна в принципе.
Итак, пространство в этой картине перестаёт быть пассивной ареной. Оно возникает как сеть задержек между осцилляторами, а его трёхмерность — не случайность и не божественный промысел, а необходимое условие того, чтобы сеть вообще могла устойчиво существовать. Мы больше не постулируем сцену, на которой разыгрывается физика. Сцена вырастает из отношений между актёрами. Конечно, это не отменяет вопросов — как именно осцилляторы синхронизируются, откуда берётся инерция, почему масса притягивает массу. Но теперь у нас есть иной язык: пространство — не фон, а следствие. И это открывает путь к тому, чтобы объяснить уже не только форму сцены, но и всё, что на ней происходит под другим углом.
Вопросы уже далеко завели нас и дали первые ответы. Теперь пришло время собрать их воедино и взглянуть на Вселенную целиком.
продолжение следует...
