Все записи
12:30  /  6.03.19

703просмотра

Что такое время? Часть 1

+T -
Поделиться:

Что же такое время? Если никто меня об этом не спрашивает, я знаю, что такое время; если бы я захотел объяснить спрашивающему - нет, не знаю… А как могут быть эти два времени, прошлое и будущее, когда прошлого уже нет, а будущего еще нет?

Аврелий Августин

 

20 век принес человечеству существенные открытия — прежде всего в изучении черных дыр, времени, квантовой теории и Большого взрыва. За сто лет место человека во Вселенной изменилось до неузнаваемости. Нелегко было 17 веку смириться с подчиненным положением Земли по отношению к Солнцу, а следующим векам принять периферийность всей Солнечной системы и даже галактики Млечный путь, а человеку осознать себя пылинкой во Вселенной. В этой точке полного ничтожества человека перед бесконечным множеством непредсказуемых вселенных происходит удивительный поворот: в нашей вселенной человек существует, а значит, из всех возможных наборов законов и историй приходится выбирать те, которые допускают наше существование. Это обманчиво схоже со всевозможными телеологическими объяснениями: Бог создает и направляет мир к появлению человека. Однако научная картина мира не предполагает существования цели (высший замысел может не иметь «высшего замыслителя»), появление человека – это итог множества случайных совпадений, но оно позволяет нам, развернув историю вспять, проследить ее вплоть до изначальных условий, вплоть до начала времени, до момента Большого взрыва. Мы живем в интересный период развития науки: часть ученых отказывается от понятия «времени», заявляя, что существование времени - фикция. Часть же из них, напротив, подходит к нему субстанциалистки, придавая времени реальное существование.

Этимологически слово «время» происходит от  индоевропейского корня, что значит вращаться, вертеться. Первое серьезное осмысление феномена времени возникает в период ранней христианской философии у блаженного Августина Аврелия в 4 веке нашей эры. В трактате «О Государстве Божьем» и в «Исповеди» Августин рассматривает человеческую историю как драму, которая началась с грехопадения. Бог тогда наказал людей, заставив их жить во времени, лишив бессмертия. Но  позднее Иисус Христос, искупив человеческие грехи, вновь повернул время вспять, в сторону искупления. После смерти Иисуса Христа время пошло по двум противоположным направлениям: для праведников - в сторону Града  Божьего, вневременного рая; для грешников - в направлении разрушимого града земного, который после развязки исторической драмы (Второго Пришествия и Страшного Суда), должен был превратиться в ад.

Проблемы с физическим временем (в работах блаженного Августина мы говорим прежде всего о семиотическом, или культурном понимании времени) начались еще во времена Исаака Ньютона. Время в мире Ньютона течет над вещами – вот есть объективная арена пространства, а вот объективная арена времени.

Ньютон понял: движение звезд и планет обусловлено тем, что все тела притягиваются друг к другу. И притягиваются тем сильнее, чем больше их массы и чем меньше расстояние между ними. Эти свои выводы он оформил в так называемый закон всемирного тяготения. Теория Ньютона никак не объясняет данное явление. Позже Лаплас формулирует знаменитый принцип научного детерминизма («демон Лапласа»): для данного состояния Вселенной в конкретный момент времени существует комплект законов, позволяющий полностью определить как будущее, так и прошлое ее состояния. Но без гипотезы Бога система законов нуждается в постоянной коррекции в связи с новыми физическими открытиями, и это уже нельзя препоручить «часовщику».

Строгость классической физики отныне рушится. Отказавшись от абсолютного покоя, Ньютон лишает абсолюта и пространство. Движение отныне понимается как движение относительно наблюдателя: оба наблюдателя — в вагоне поезда и на перроне — одинаково правы в своих оценках. В покосившемся пространстве Ньютон сохранял абсолютность времени — новая революция оставалась за Альбертом Эйнштейном.

Кроме того в классической картине мира оставалась неразгаданной загадка света. Скорость света впервые измерил Оле Рёмер за 11 лет до публикации «Начал» Ньютона. Но из чего состоит свет и как он распространяется? Ньютон понимал свет как поток частиц, и некоторые его опыты этому соответствовали, а другие — противоречили. Кроме того, движение этих частиц невозможно было объяснить гравитацией.

Для классической теории возникли две неразрешимые проблемы: как свет может вести себя то как частица, то как волна? Опыты, в том числе явление рефракции и интерференции, показывали, что свет — и то, и другое. Вторая проблема связана со скоростью распространения световых волн. Если свет распространяется с постоянной скоростью, то относительно чего и как эта скорость не меняется при сближении или удалении?

Из первого вопроса развилась в итоге квантовая механика и физика субатомных частиц, где действуют чуждые миру Ньютона принципы дуальности (или дополнительности) и неопределенности. Из второго вопроса выросла теория относительности. Максвелл пытался снять парадокс, предположив существование эфира, относительно которого свет и движется с постоянной скоростью. Но в 1887 г. опыт Майкельсона-Морли показал, что скорость света с точки зрения наблюдателя на Земле остается постоянной вне зависимости от того, приближается ли Земля к источнику света или движется ему перпендикулярно.

Эту проблему и решил в 1905 году Эйнштейн, сформулировав теорию относительности: все законы физики одинаковы для всех свободно движущихся наблюдателей независимо от их скорости. Скорость света постоянна для движущегося наблюдателя, но возникает парадокс времени: если скорость одинакова, а расстояние, которое проходит тело, с точки зрения двух наблюдателей (в поезде и на платформе) различно, значит, они по-разному оценивают и время. Так время тоже стало относительным — четвертой координатой. Теперь время под влиянием общей теории относительности понимается как четвертое измерение, главное отличие которого от первых трех  (пространства), заключается в том, что время необратимо (анизотропно).

Когда физики исследуют пространство – время с помощью экспериментов и расчетов, то приходят к выводу, что пространство и время во многом схожи. Простой пример: куда бы мы ни смотрели, мы смотрим в прошлое, поскольку свету нужно время, чтобы дойти до наших глаз. Наблюдая квазар, находящийся в миллиарде световых лет от нас, мы видим, каким он был миллиард лет назад, когда лучи света, пришедшие в наш телескоп, только начали свой путь. Такое смешение пространства и времени может показаться сложным для понимания, но оно лежит в основе природы нашей Вселенной.

Теория относительно установила - только те события, которые можно мгновенно связать информационно, являются одновременными. Единое «настоящее», то есть часы, синхронно идущие в различных точках пространства, можно ввести только в рамках конкретной инерциальной системы отсчёта. Однако этого нельзя сделать одновременно для двух различных, или неинерциальных систем отсчёта.

В течение долгих лет физики пытались объединить две несоответствующие друг другу теории путём составления Великого Объединяющего Уравнения, полагая, что всё во Вселенной должно быть связано между собой – от частиц до галактик. Такое уравнение было создано: его разработали физики Джон Уилер и Брайс-Де Витт. Тем не менее, их открытие сразу показалось спорным, потому что если уравнение правильное, то на самом фундаментальном уровне материи такого понятия, как время, вообще не существует.

В 20 веке появляются концепции многомерного статичного времени. В работах философа Джона Уильяма Данна утверждается, что все события во Вселенной существуют одновременно -  и прошлое, и настоящее, и будущее. Поэтому по времени можно пропутешествовать так же, как по пространству. Данн проанализировал феномен пророческих сновидений, когда на одном конце планеты человеку снится событие, которое через год происходит наяву на другом конце планеты. Объясняя это загадочное явление, он пришел к выводу, что время имеет как минимум два измерения для одного человека. В одном измерении человек живет, а в другом он наблюдает. И это второе измерение времени является пространственноподобным, по нему можно передвигаться в прошлое и в будущее. Проявляется это измерение в измененных состояниях сознания, когда влияние интеллекта на человека меньше, например, во сне или в трансе.

Согласно некоторым из солидных научных теорий (этого взгляда, например, придерживается Стивен Хокинг) всё, что когда–либо существовало или когда-либо будет существовать, действительно существует - не здесь и сейчас, но на каком–то пространственно–временном расстоянии от здесь и сейчас. Реальность вещей прошлого и будущего ничуть не уступает и ничем не отличается от той реальности, которой вы обладаете сейчас. Такое представление о времени называют этернализмом; это один из вариантов четырехмерности — теории, согласно которой реальность существует в виде четырехмерного пространства-времени.

Главным соперником этернализма является презентизм — представление о том, что существуют только настоящее. Согласно презентизму, уже нет будущих или прошлых вещей и невозможно указать, в каком смысле они существуют теперь.

В классической физике, располагая полными данными о настоящем (вспомним Лапласа), можно восстановить картину прошлого. Это соответствует интуитивному убеждению в существовании определенного прошлого. Но квантовая физика утверждает, что при самом детальном наблюдении настоящего ненаблюдаемое прошлое неопределенно и представляет собой сумму предысторий.

В середине 1940-х годов это коренное отличие квантовой механики от Ньютоновской сформулировал Ричард Фейнман: в Ньютоновской механике движущиеся предметы проходят через фильтр с двумя отверстиями строго определенным путем. Но если на фильтр направить пучок частиц (или даже одну частицу), они пройдут через эти отверстия всеми мыслимыми путями, и прямым, и через Проксиму Центавра, и через соседний гастроном, пройдут в одно отверстие, выйдут через другое и снова войдут. Вместо классического детерминизма современная физика имеет дело со случайностью и вероятностью. Но эта фундаментальная случайность, так беспокоившая Эйнштейна, все же поддается математическому описанию. Фейнман ввел понятие «суммы предысторий» — это все возможные пути частиц, по итогам которых мы наблюдаем результаты эксперимента. Мы не можем предсказывать не только будущее, но и прошлое — как именно частица попала в конечную точку, но мы можем рассматривать совокупность всех возможных путей. В итоге основным методом квантовой физики становится «сумма альтернативных историй», то есть учет всех путей с расчетом вероятности каждого.

Продолжение следует…