В современной науке не так много идей, которые трансформировали наше понимание реальности глубже, чем пространство-время, — ткань, сплетённая из пространства и времени, лежащая в самом сердце теории относительности Альберта Эйнштейна.
Пространство-время часто описывают как «полотно реальности». В некоторых описаниях это полотно считается фиксированной «блок-вселенной» из четырёх измерений — подробной картой всех событий в прошлом, настоящем и будущем.
В других — это динамическое поле, которое изгибается и искривляется, реагируя на гравитацию. Но что именно имеется в виду, когда мы говорим, что пространство-время существует? Что это за штука, пространство-время — структура, вещество или метафора?
Сердце современной физики
Эти вопросы относятся не только к философии. Они находятся в сердцевине нашей интерпретации современной физики и незаметно формируют всё — начиная с нашего понимания общей относительности и заканчивая нашим восприятием путешествий во времени, множественных вселенных и нашего происхождения.
Эти вопросы говорят о возникновении пространства-времени как такового и о радикальных новых предположениях, которые относятся к нему как к памяти вселенной. И всё же, язык, которым мы пользуемся для описания пространства-времени, зачастую невнятен, метафоричен и крайне неоднозначен.
Австро-британской философ Людвиг Витгенштейн однажды выступил с предостережением, что философские проблемы возникают тогда, когда «язык находится в отпуске». Оказывается, что физика — первое тому подтверждение.
За последние сто лет такие знакомые слова как «время», «существовать» и «вечный» были наделены новым смыслом в техническом контексте, невзирая на тот багаж, который они несут с собой в силу повседневной речи.
Это привело к широко распространённому заблуждению относительно того, что именно означают эти понятия.
Языковая проблема
В философии физики, особенно с точки зрения течения, именуемого этернализмом, слово «вечный» (скорее, «безвременный» — прим. перев.) используется в буквальном смысле. Этернализм — идея о том, что время не течёт и не проходит, а о том, что все события по всему протяжению времени одинаково реальны в пределах структуры из четырёх измерений, известной как «блок-вселенная».
Согласно этой точке зрения вся история Вселенной уже расписана, вне времени, в структуре пространства-времени. В данном контексте «вечный» означает то, что сама Вселенная не проистекает и не разворачивается в каком-либо действительном смысле. Нет становления. Нет изменения. Есть только блок, и в нём уже существует вся бесконечность вне времени.
Но это приводит к более глубокой проблеме. Если всё, что происходит на протяжении всей вечности одинаково реально, и все события там уже присутствуют, то что же на самом деле имеется в виду, когда мы говорим, что пространство-время существует?
Слон в комнате
Есть структурная разница между существованием и возникновением (existence and occurrence — прим. перев.). Первое представляет собой способ бытия, второе — случаемости.
Представьте, что рядом с вами стоит слон. Есть вероятность, что вы скажете: «Этот слон существует». Вы можете описать его как трёхмерный объект, но важно то, что это «трёхмерный объект, который существует».
Для контраста, представьте себе абсолютно трёхмерного слона, который неожиданно возникает в комнате на мгновение: поперечнопересекающий момент в жизни существующего слона, появляющийся и исчезающий, как призрак. Он случается. Он возникает.
Существующий слон продолжается во времени, и пространство-время заносит в каталог каждый момент его существования в виде четырёхмерной мировой линии — пути объекта сквозь пространство и время на всей протяжённости его существования. Воображаемый «возникающий слон» — всего лишь пространственнообразный срез этой трубы; одиночный трёхмерный момент.
Теперь применим эту функцию к собственно пространству-времени. Что значит существовать для пространства-времени в том же смысле, в котором существует слон? Продолжается ли пространство-время в том же смысле? Существует ли для пространства-времени собственный набор «сейчас»-моментов? Или пространство-время — всё многообразие событий, происходящих на всём протяжении вечности — всего лишь нечто, что происходит? Является ли пространство-время всего лишь описательной моделью для повествования об этих событиях.
Этернализм растушёвывает это различие. Он рассматривает всю вечность — то есть всё пространство-время — как существующую структуру, и воспринимает течение времени как иллюзию. Но эта иллюзия невозможна, если всё пространство-время происходит одномоментно.
Чтобы восстановить иллюзию, что время проходит сквозь эту структуру, четырёхмерное пространство-время должно существовать так, как трёхмерный существующий слон — существование которого описывается четырёхмерным пространством-временем.
Каждое событие
Давайте сделаем с этим ещё один шаг вперёд.
Если мы представим, что каждое событие на всей протяжённости истории Вселенной действительно «существует» в пределах блок-вселенной, то мы можем спросить: когда существует сам блок? Если он не разворачивается и не изменяется, существует ли он вне времени? Если это так, то мы накладываем слой другого измерения времени на нечто, что должно было быть безвременным в буквальном смысле.
Чтобы с этим разобраться, можно сконструировать пятимерный каркас, используя три пространственных измерения и два измерения времени. Вторая ось времени позволила бы нам сказать, что четырёхмерное пространство-время существует точно таким же образом, как мы обычно думаем о слоне в комнате как о существующем в пределах окружающих нас трёх измерений пространства, события которых мы каталогизируем в четырёхмерное пространство-время.
В этот момент мы выходим за рамки традиционной физики, описывающей пространство-время только с помощью четырёх изображений. Но здесь проявляется глубокая проблема: у нас нет ясного способа говорить о том, что пространство-время существует без того, чтобы случайным образом не протащить контрабандой время обратно через дополнительное измерение, которое не является частью физики.
Это как попытка описать песню, которая существует вся разом, без исполнения, слушания или развёртывания.
От физики к вымыслу
Эта путаница формирует то, как мы представляем себе время в художественных произведениях и популярной науке.
В фильме Джеймса Кэмерона 1984 года «Терминатор» все события рассматриваются как фиксированные. Путешествия во времени возможны, но линию времени изменить нельзя. Всё уже существует в фиксированном, безвременном состоянии.
В четвёртом фильме франшизы «Мстители», (2019 г.), путешествие во времени позволяет персонажам менять события в прошлом, чтобы переформатировать линию времени, предполагая блок-вселенную, которая и существует, и изменяется.
Эти перемены возможны только если четырёхмерная линия времени существует так же, как существует наш трёхмерный мир.
Но независимо от того, возможны ли такие перемены, при обоих сценариях предполагается, что прошедшее и будущее есть в наличии, и они готовы, чтобы в них путешествовали. Однако ни в первом, ни во втором случае не разбирается, какой при этом предполагается способ существования и как пространство-время отличается от карты событий.
Понимание реальности
Когда физики говорят, что пространство-время «существует», они часто работают в пределах структуры, которая незаметно стёрла грань между существованием и возникновением. В результате получается метафизическая модель, в которой, в лучшем случае, не хватает ясности, а в худшем — скрыта сама природа реальности.
Ничто из этого не угрожает математической теории относительности или эмпирической науке, которая подтверждает её. Уравнения Эйнштейна продолжают работать. Но важно то, как мы интерпретируем эти уравнения, особенно когда этим формируется то, как мы говорим о реальности и как мы решаем более глубокие проблемы физики.
В такие трактовки входят попытки примирить общую теорию относительности с квантовой теорией — эта проблема разрабатывается как в философии, так и в дискуссиях из области популярной науки.
Определение пространства-времени — это больше, чем технический спор, это о том, в каком, по нашему мнению, мире мы живём.
Автор статьи — Дэрил Джензен (Daryl Janzen), управляющий и инструктор астрономической обсерватории Университета Саскачевана.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК».
Вам также может быть интересно: