Возрожденное время. От кризиса в физике к будущему вселенной

Предисловие

Что такое время?

Этот обманчиво простой вопрос является одной из наиболее важных проблем, встающих перед наукой, когда мы глубже исследуем основания вселенной. Все тайны, стоящие перед физиками и космологами, — от Большого Взрыва до будущего вселенной, от головоломок квантовой физики до объединения сил и частиц — сводятся к природе времени.

Прогресс науки отмечен освобождением от иллюзий. Вещество казалось гладким, но оказалось сделанным из атомов. Атомы казались неделимыми, но оказались построенными из протонов, нейтронов и электронов, первые и вторые из которых сделаны из еще более элементарных частиц, называемых кварками. Солнце, казалось, ходит вокруг Земли, но на самом деле наоборот — и когда вы перейдете к самой сути, оказывается, что все движется относительно всего остального.

Время наиболее распространенный аспект нашего повседневного опыта. Все, что мы думаем, чувствуем или делаем, напоминает нам о его существовании. Мы воспринимаем мир как течение моментов, которые составляют нашу жизнь. Но физики, как и философы, долго говорили нам (а многие люди так и думают), что время, в конечном счете, является иллюзией.

Когда я спрашиваю моих друзей, не имеющих отношения к науке, что, по их мнению, есть время, они часто отвечают, что его прохождение обманчиво и все, что бы ни было на самом деле реально, — истина, справедливость, божественность, законы науки — лежит вне него. Идея о том, что время это иллюзия, является философским и религиозным общим местом. На протяжении тысячелетий люди примиряли себя с трудностями жизни и с нашей смертностью с помощью веры в возможность окончательного бегства во вневременной и более реальный мир.

Некоторые из самых знаменитых наших мыслителей декларировали нереальность времени. Платон, величайший философ античного мира, и Эйнштейн, величайший физик современного мира, оба учили видению природы, в котором реальность не содержит времени. Они рассматривали наше чувство времени как случайность в наших людских обстоятельствах — случайность, которая скрывает от нас правду. Оба верили, что иллюзия времени должна быть преодолена, чтобы воспринять реальность и истину.

Раньше я верил в неотъемлемую нереальность времени. Более того, я пришел в физику потому, что по-юношески жаждал заменить ограниченный во времени человеческий мир, который я рассматривал как ужасный и неизлечимый, на мир чистой вечной истины. Позднее в жизни я открыл, что довольно приятно быть человеком, и необходимость в трансцедентном бегстве постепенно исчезла.

Более того, я больше не верю, что время нереально. Фактически, я переметнулся на противоположную точку зрения: Не только время реально, но и из того, что мы знаем или ощущаем, нет ничего более близкого к сущности природы, чем реальность времени.

Мои причины для такого разворота лежат в науке — и, особенно, в современных результатах физики и космологии. Я пришел к уверенности, что время есть ключ к смыслу квантовой теории и к ее возможному объединению с пространством, временем, гравитацией и космологией. Самое важное, я верю, что для придания смысла картине вселенной, которую нам приносят космологические наблюдения, мы должны по-новому принять реальность времени. Это то, что я имею в виду под возрождением времени.

Большая часть этой книги излагает научные аргументы в пользу веры в реальность времени. Если вы один из многих, кто верит, что время это иллюзия, я имею цель изменить ваши взгляды. Если вы уже верите, что время реально, я надеюсь дать вам лучшие основания для вашей веры.

Эта книга для каждого, поскольку нет никого, чьи размышления о мире не привели бы к вопросу, а как он видит время. Даже если вы никогда не задумывались над его смыслом, ваши мысли — тот самый язык, при помощи которого вы выражаете ваши соображения, — расцвечены античными сверхъестественными идеями о времени.

Когда мы принимаем революционный взгляд, что время реально, меняется и наш способ мыслей обо всем остальном. В особенности, нам придется смотреть на будущее неким новым способом, который живо выдвигает на первый план как счастливые возможности, так и опасности, грозящие человеческому виду.

Небольшая часть излагаемой в этой книге истории представляет собой персональное путешествие, которое привело меня к открытию времени заново. Мою изначальную мотивацию лучше всего описать не на языке науки, а на языке отцовства, через беседы, которые я вел со своим маленьким сыном, главным образом, когда я укладывал его в постель в конце дня. «Папа», — спросил он однажды, когда я читал ему, — «у тебя было мое имя, когда ты был моего возраста?» Это был детский прорыв к знанию, что было время до него, и поиск связи короткой еще истории его жизни с куда более длинной эпопеей.

Каждое путешествие несет урок для преподавания, и мой заключался как раз в осознании того, насколько радикальная идея содержится в простом утверждении, что время реально. Начиная мою жизнь в науке с поиска уравнения за пределами времени, я теперь верю, что глубочайший секрет вселенной, ее сущность лежит в том, как она развивается во времени момент за моментом.

Тому, как мы думаем о времени, присущ парадокс. Мы воспринимаем себя как живущих во времени, однако часто представляем, что лучшие аспекты нашего мира и нас самих переступают его пределы. Что-либо на самом деле правильно, уверены мы, не потому, что это правильно сейчас, а потому, что это всегда было и всегда будет правильным. Что делает принцип морали абсолютным, так это то, что он сохраняется во все времена и для всех условий. Мы кажемся одержимыми прочно укоренившейся идеей, что если что-либо ценно, то оно существует вне времени. Мы тоскуем по «вечной любви». Мы говорим о «правде» и «справедливости» как о понятиях, не имеющих отношения ко времени. Чем бы мы ни восхищались и кого бы ни уважали — Бога, математические истины, законы природы — все это мы наделяем существованием, переступающим пределы времени. Мы действуем внутри времени, но судим наши действия по вневременным стандартам.

В результате этого парадокса мы живем в состоянии отчуждения от того, что мы больше всего ценим. Это отчуждение влияет на каждое из наших стремлений. В науке эксперименты и их анализ ограничены временем, как и все наши наблюдения природы, однако, мы думаем, что мы получаем подтверждения независимости законов природы от времени. Парадокс также влияет на наши действия как индивидуумов, членов семьи и граждан, поскольку как мы понимаем зависимость от времени, так мы и думаем о будущем.

В этой книге я надеюсь по-новому разрешить парадокс жизни во времени и веры в вечность. Я предположу, что время и его прохождение являются фундаментальными и реальными и что надежды на неизменность истин и уверенность в вечности сфер суть мифология.

Принятие времени означает уверенность в том, что реальность состоит только из того, что реально в каждый момент времени. Это радикальная идея, в соответствии с ней отвергается любой вид вневременного существования или вечной истины — как в области науки, морали, математики, так и в области государственного правления. Все эти области должны быть переосмыслены в рамках их истинности внутри времени.

Принятие времени также означает, что наши базовые представления о том, как работает вселенная на самом фундаментальном уровне, неполны. Когда на следующих страницах я утверждаю, что время реально, я на самом деле говорю следующее:

— Все, что реально в нашей вселенной, реально в момент времени, который суть один из последовательности моментов.

— Прошлое было реально, но больше реальным не является. Мы, однако, можем объяснить и проанализировать прошлое, поскольку мы находим в настоящем свидетельства прошлых процессов.

— Будущее еще не существует и, следовательно, открыто. Мы можем обоснованно делать некоторые предсказания, но мы не можем предсказать будущее полностью. В самом деле, будущее может производить истинно новые явления, истинно новые в том смысле, что нет знаний прошлого, которые могли бы помочь их предвидеть.

— Ничто не выходит за пределы времени, даже законы природы. Законы не являются вечными и вневременными. Как и все остальное, они являются характерной чертой настоящего, и они могут эволюционировать во времени.

По мере чтения этой книги мы увидим, что эти гипотезы приводят к новому направлению фундаментальной физики — тому, которое, как я утверждаю, является единственным путем преодоления современных головоломок теоретической физики и космологии. Имеются также выводы о том, как мы должны понимать наши собственные жизни и как мы должны обходиться с вызовами, стоящими перед человечеством.

Чтобы объяснить, почему реальность времени влечет такие последствия как для науки, так и для вещей вне науки, я собираюсь противопоставить мышление в рамках времени с мышлением вне времени. Идея о том, что истина независима от времени и, тем или иным образом, лежит вне вселенной, столь распространена, что бразильский философ Роберто Мангабейра Унгер ссылается на нее как на «вечную философию». В этом заключалась сущность идеи Платона, выраженной в известном диалоге «Менон» в форме притчи о мальчике-рабе и геометрии квадрата, в которой Сократ утверждал, что все открытия суть просто воспоминания.

Мы думаем вне времени, воображая, что ответ на любой вопрос, о котором мы размышляем, лежит где-то там в некоторой вечной области вневременной истины. Состоит ли проблема в том, как быть лучшим родителем, супругом или гражданином, или какой может быть оптимальная организация общества, мы верим, что где-то там имеется нечто неизменно верное, и нам остается обнаружить это.

Ученые думают в рамках времени, когда мы понимаем нашу задачу как изобретение новых идей для описания вновь открытых явлений и математических структур для их выражения. Если мы думаем вне времени, мы верим, что эти идеи так или иначе существовали до того, как мы их изобрели. Если мы думаем во времени, мы не видим оснований предполагать такое существование.

Контраст между мышлением во времени и вне времени очевиден во многих областях человеческих мыслей и действий. Мы думаем вне времени, когда, находясь перед технологической или социальной проблемой, мы допускаем, что возможные подходы уже определены как набор абсолютных существующих заранее категорий. Любой, кто думает, что правильная теория экономики или политики была записана за столетие до настоящего, думает вне времени. Когда мы вместо этого видим цель политики в изобретении новых решений для новых проблем, которые появляются по мере эволюции общества, мы думаем в рамках времени. Мы также думаем во времени, когда мы понимаем, что прогресс в технологии, обществе и науке состоит в изобретении подлинно новых идей, стратегий и форм социальной организации — и верим в нашу способность делать такие изобретения.

Когда мы беспрекословно принимаем структуры, обычаи и бюрократизм наших разнообразных сообществ и организаций, как если бы они имели абсолютные основания для существования, мы оказываемся в ловушке вне времени. Мы заново вводим время, когда осознаем, что каждая особенность человеческой организации является результатом истории, так что все, ее касающееся, может служить предметом обсуждения и объектом усовершенствования через изобретение новых способов делать вещи.

Если мы верим, что задачей физики является открытие не зависящего от времени математического уравнения, которое охватывает каждый аспект вселенной, тогда мы верим, что правда о вселенной лежит вне вселенной. Это настолько привычная традиция мышления, что мы не способны увидеть ее абсурдность: Если вселенная это все, что существует, то как может что-то существовать вне нее, чтобы она описывалась с помощью этого чего-то? Но если мы принимаем реальность времени как очевидность, тогда не может быть математического уравнения, которое полностью охватывает каждый аспект мира, поскольку есть одно свойство реального мира, которым не обладает ни одно математическое уравнение, а именно, что речь всегда идет о некотором моменте.

Дарвиновская эволюционная биология является прототипом мышления во времени, поскольку она, по сути, является осознанием, что развитие природных процессов во времени может приводить к созданию подлинно новых структур. Могут возникать даже новые законы, когда возникают структуры, к которым они применимы. Например, принципы полового отбора не могли бы возникнуть до возникновения полов. Эволюционная динамика не нуждается в бескрайних абстрактных пространствах, подобных всем возможным жизнеспособным животным, последовательностям ДНК, наборам белков или биологическим законам. Лучше, как предложил биолог-теоретик Стюарт А. Кауфман, думать об эволюционной динамике как об изучении во времени для биосферы того, что может произойти следующим: то есть «соседней возможности». То же самое применимо для эволюции технологий, экономик и обществ.

Мышление во времени является не релятивизмом, а формой реляционализма — философии, которая утверждает, что самое верное описание чего-либо состоит в установлении его взаимосвязей с другими частями содержащей его системы. Истина может быть одновременно и ограниченной временем, и объективной, когда она касается объектов, которые существуют, будучи однажды созданными эволюцией или человеческим разумом.

На персональном уровне думать во времени означает признавать неопределенность жизни как необходимую цену самой возможности быть живым. Бунтовать против шаткости жизни, отвергать неопределенность, не допускать риск, воображать, что жизнь может быть организована так, чтобы полностью исключить опасность, означает думать вне времени. Быть человеком означает жить в подвешенном состоянии между опасностью и благоприятной возможностью.

Мы пытаемся как можно лучше преуспеть в неопределенном мире, чтобы заботиться о том, кого и что мы любим, а также наслаждаться в процессе сейчас и потом. Мы составляем планы, но мы никогда не можем полностью предвидеть, ожидают нас в будущем опасности или благоприятные шансы. Буддисты говорят, что мы живем в доме, все еще не замечая, что он охвачен огнем. Опасность может появиться в любой момент, и в обществах охотников-собирателей она присутствовала постоянно, но в современной жизни мы организуем вещи так, что опасность сравнительно редка. Сложной задачей жизни является мудрый выбор того, о каких опасностях из гигантского числа возможных действительно стоит беспокоиться. Это же можно сказать и о выборе того, что делать дальше, чтобы не упустить нужный шанс из всех шансов, которые приносит каждый момент. Мы выбираем, куда приложить свою энергию и внимание, — всегда в условиях неполноты знаний о последствиях своих действий.

Могли бы мы делать лучше? Могли бы мы преодолеть капризы жизни и добиться состояния, в котором бы мы знали если не все, то хотя бы достаточно, чтобы видеть все результаты наших выборов — как опасности, так и шансы? То есть, могли бы мы проживать на самом деле рациональную жизнь, без сюрпризов? Если время есть иллюзия, мы могли бы вообразить такую возможность, поскольку в мире, в котором время несущественно, не было бы фундаментальной разницы между знанием о настоящем и знанием о будущем. Осталось бы просто немного повычислять, чтобы получить решение. Несколько чисел, несколько формул можно было бы рассчитать и расшифровать, чтобы они сказали нам все, что нам нужно знать.

Но если время реально, будущее неопределимо из знаний настоящего. Нет пути бегства из нашей ситуации, нет спасения от сюрпризов, которые возникают из-за того, что мы живем, игнорируя большинство следствий наших действий. Неожиданности обязательно присущи структуре мира. Природа может подбросить нам сюрпризы, к которым нас не подготовит никакое количество знаний. Новизна реальна. Мы можем с помощью нашей фантазии создать последствия, не вычислимые из знаний настоящего. По этой причине для каждого из нас имеет значение, реально время или нет: Ответ может поменять то, как мы видим нашу ситуацию в поисках счастья и смысла во вселенной, которая большей частью нам не известна. Я вернусь к этим темам в Эпилоге, где я предположу, что реальность времени может помочь нам подумать о таких проблемах как изменение климата и экономический кризис.

Прежде чем мы начнем излагать главные аргументы книги, несколько слов в качестве совета.

Я попытался сделать аргументы этой книги доступными для массового читателя, не знающего основ физики и математики. Тут нет уравнений, и объясняется все, что вам необходимо знать, чтобы проследить за моими доводами. Важнейшие вопросы поясняются возможно более простыми примерами. Когда мы переходим к более сложным предметам, если возникают трудности, советую читателю поступить так, как учатся делать ученые, которые бегло просматривают текст или пропускают его до места, где он становится им более понятным. Читатели, ожидающие большего обоснования, могут также обратиться к нескольким приложениям, которые доступны онлайн на сайте www.timereborn.com. Читатель также может счесть полезным обратиться к Примечаниям, которые содержат цитаты и вспомогательные замечания как для непрофессионалов, так и для экспертов, и дальнейшие обсуждения, которые могут быть интересны некоторым читателям.

Мое собственное путешествие назад к понятию времени насчитывает более двадцати лет от моего осознания, что законы должны объясняться через их способность эволюционировать, через мои труды в области относительности, оснований квантовой механики и квантовой гравитации, которые, наконец, привели меня к описываемым в этой книге взглядам. Сотрудничество и неформальные беседы с несколькими друзьями и коллегами были существенны для моего продвижения по этой дороге; они детализированы в Благодарностях и Примечаниях, чтобы отметить мое использование результатов и идей других людей. Ни одно из указанных взаимодействий не было более важно, чем плодотворное и возбуждающее сотрудничество с Роберто Мангабейра Унгером, в ходе которого мы сформулировали главный аргумент и многие из следующих ниже ключевых идей[1].

Читатели должны осознавать, что имеется много точек зрения на время, квантовую теорию, космологию и на другие подобные вещи, которые не обсуждаются в этой книге. Имеется обширная литература от физиков, космологов и философов, посвященная проблемам, которых я лишь касаюсь. Эта книга не претендует на академичность. Я в первую очередь сосредоточился на том, чтобы дать читателям, которые могут впервые знакомиться с этой областью дискуссий, один путь через их сложную территорию, высвечивая особые аргументы, которые являются фокусом этих дискуссий[2]. Имеются (в качестве одного из примеров) целые книжные полки, заполненные трудами, анализирующими взгляды Канта на пространство и время, которые здесь не упоминаются. Я также не описываю некоторые взгляды современных философов. Я прошу прощения моих ученых друзей за эти пробелы и отправляю заинтересованных читателей к Библиографии, которая содержит подсказки для дальнейшего чтения по теме времени.

Ли Смолин

Торонто, Август 2012