Geum.ru

Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
1   ...   12   13   14   15   16   17   18   19   ...   66


Я использую эту концепцию ниже, но имейте в виду один хитрый момент. Список настоящего – реальность при таком образе мыслей – смешная вещь. Ничто из того, что вы видите прямо сейчас, не соответствует вашему списку настоящего, поскольку свету необходимо время, чтобы достичь ваших глаз. Любая вещь, которую вы видите прямо сейчас, уже произошла. Вы не видите слов на этой странице так, как они есть прямо сейчас; вместо этого, если вы держите книгу в футе от вашего лица, вы видите их такими, какими они были миллиардную долю секунды назад. Если вы оглядите обыкновенную комнату, вы увидите вещи, какими они были от 10 до 20 миллиардных долей секунды назад; если вы бросите взгляд на Большой Каньон, вы увидите его противоположную сторону такой, какой она была примерно одну десятитысячную долю секунды назад; если вы посмотрите на Луну, вы увидите ее такой, какая она была полторы секунды назад; для Солнца вы видите его таким, какое оно было около восьми минут назад; для звезд, видимых невооруженным глазом, вы видите их такими, какими они были грубо от нескольких лет до 10 000 лет назад. Это странно, хотя воображаемая статическая картинка охватывает наше ощущение от реальности, наше интуитивное ощущение "того, что находится не здесь", она состоит из событий, которые мы не можем почувствовать, на которые мы не можем повлиять или даже зафиксировать прямо сейчас. Вместо этого, настоящий список реальности может быть составлен только постфактум. Если вы знаете, как далеко находится что-либо, вы можете определить, когда был испущен свет, который вы видите в настоящий момент и отсюда вы можете определить, с каким из ваших темпоральных сечений он был связан - на каком из уже прошедших списков настоящего он должен быть записан. Тем не менее, и это главный момент, если мы используем эту информацию для составления списка настоящего для любого данного момента, непрерывно дополняя его по мере получения световых сигналов от все более далеких источников, вещи, которые перечислены в списке, есть вещи, по поводу которых мы интуитивно верим, что они существуют в данный момент.


Удивительно, что этот кажущийся простым путь размышлений приводит к неожиданно всеобъемлющей концепции реальности. Вы видите в соответствии с ньютоновским абсолютным пространством и абсолютным временем, что статическая картина вселенной для каждого человека в данный момент времени содержит в точности одинаковые события; настоящее для каждого человека это одно и то же настоящее, так что список настоящего для каждого человека для данного момента времени идентичен другим спискам. Интуиция большинства людей все еще ограничивается таким образом мышления, но СТО рассказывает совершенно другую историю. Посмотрите снова на Рис. 3.4. Два наблюдателя, находящиеся в относительном движении, имеют каждый настоящее, – отдельный момент времени с точки зрения каждого, – которое отличается от другого: их "настоящие" режут пространство-время под разными углами. А разные "настоящие" означают разные списки настоящего. Наблюдатели, движущиеся друг относительно друга, имеют разное представление о том, что существует в данный момент времени, а следовательно, они имеют различные представления о реальности.


При повседневных скоростях угол между сечениями – "настоящими" двух наблюдателей – ничтожен; это именно то, почему в повседневной жизни мы никогда не отмечаем расхождение между нашим определением настоящего и чьим-либо еще. Под этой причине большинство дискуссий по поводу СТО сосредоточиваются на том, что произойдет, если мы движемся с гигантской скоростью – скоростью вблизи световой, – поскольку такое движение будет страшно усиливать эффекты. Но имеется другой путь усиления расхождения между концепциями реальности двух наблюдателей, и я нахожу, что он обеспечивает подход к вопросам реальности, чрезвычайно проясняющий суть дела. Он основывается на следующем простом факте: если вы и я разрезаем обычный батон под слегка различающимися углами, вряд ли это хоть как то повлияет на получившиеся куски хлеба. Но если батон гигантский, результат будет иным. Точно так же, как малейшее раскрытие лезвий чудовищно длинных ножниц приведет к большому расстоянию между концами лезвий, разрезание гигантского батона хлеба под слегка отличающимися углами дает сечения, которые расходятся на гигансткую величину на далеких расстояниях от места пересечения сечений. Вы можете видеть это на Рис. 5.2.


То же самое справедливо для пространства-времени. При повседневных скоростях сечения, изображающие настоящее для двух наблюдателей, находящихся в относительном движении, будут ориентированы только под слабо отличающимися углами. Если два наблюдателя находятся рядом, это вряд ли приведет к заметному эффекту. Но, точно так же, как в батоне хлеба, мельчайшие углы приведут к большим различиям между сечениями, когда их сравнение проводится на больших расстояниях. А для сечений пространства-времени большое расхождение между сечениями означает существенное рассогласование того, какие события каждый из наблюдателей рассматривает как происходящие сейчас. Это проиллюстрировано на Рис. 5.3 и 5.4, и это подразумевает, что индивидуумы, двигающиеся друг относительно друга, даже при обычных, повседневных скоростях, будут иметь все более различающиеся представления о настоящем, если они находятся на все большем расстоянии друг от друга в пространстве.


Чтобы сделать это конкретным, представим, что Шеви находится на планете в далекой-далекой галактике – 10 миллиардов световых лет от Земли, – лениво сидя в своей жилой комнате. Представим далее, что вы (просто сидя и читая эти слова) и Шеви не двигаетесь друг относительно друга (для простоты проигнорируем движение планет, расширение вселенной, гравитационные эффекты и так далее). Поскольку вы покоитесь друг относительно друга, вы и Шеви полностью согласны по вопросам пространства и времени: вы будете разрезать пространство-время одинаковым образом, так что ваши списки настоящего будут в точности совпадать. По истечении небольшого времени Шеви встает и отправляется гулять – спокойным, расслабленным, легким шагом – в направлении, которое развернуто прямо от вас. Это изменение в состоянии движения Шеви означает, что его концепция настоящего, его сечение пространства-времени слегка повернется (см. Рис. 5.3). Это ничтожное угловое изменение не окажет заметного эффекта по соседству с Шеви: различие между его новым настоящим и настоящим кого-либо, все еще сидящего в его жилой комнате, исчезающе мало.


(а) (b)


Рис 5.2 (а) В обычном батоне сечения, проведенные под слабо отличающимися углами, не расходятся сильно; (b) Но чем больше батон при том же угле, тем больше расхождение.


(а) (b)


Рис 5.3 (а) Два индивидуума в покое друг относительно друга имеют идентичное представление о настоящем и поэтому идентичные временные сечения. Если один наблюдатель удаляется от другого, их временные сечения – то, что каждый наблюдатель рассматривает в настоящий момент, – поворачиваются относительно каждого; как иллюстрируется, затемненное сечение настоящего для движущегося наблюдателя поворачиватеся в прошлое стационарного наблюдателя. (b) Большее расстояние между наблюдателями дает большее отклонение между сечениями – большее расхождение в их концепциях настоящего.


Но на гигантском расстоянии 10 миллиардов световых лет этот ничтожный сдвиг в точке зрения Шеви на настоящее будет усилен (как в переходе от Рис. 5.3а к Рис. 5.3b, но с главными героями, теперь находящимися на гигантском расстоянии друг от друга, существенно усиливающим сдвиг между их "настоящими"). Его настоящее и ваше настоящее, которые были одним и тем же, пока он еще сидел, прыжком разнесутся друг от друга вследствие его скромного движения.


Рис. 5.3 и 5.4 схематично иллюстрируют ключевую идею, но, используя уравнения СТО, мы можем рассчитать, насколько отличными будут ваши представления о настоящем.[1] Если Шеви уходит от вас со скоростью около 10 миль в час (Шеви имеет довольно быструю походку), события на Земле, которые принадлежат его новому списку настоящего, будут событиями, которые произошли около 150 лет назад по отношению к вам! В соответствии с его концепцией настоящего – концепцией, в которой каждый кусочек настолько же правомерен, насколько и ваш, и которая до недавнего момента полностью совпадала с вашей, – вы еще не родились. Если он движется по направлению к вам с той же скоростью, угловой сдвиг будет противоположным, как схематично показано на Рис. 5.4, так что его настоящее будет совпадать с тем, что вы будете считать как происходящее через 150 лет в будущем! Теперь в соответствии с его настоящим вы больше не можете быть частью этого мира. А если вместо простой прогулки Шеви прыгнет в самолет Фалькон Миллениум, двигающийся со скоростью 1 000 миль в час (меньше, чем скорость Конкорда), его настоящее будет включать события на Земле, которые с вашей точки зрения имели место 15 000 лет назад или будут иметь место через 15 000 лет в будущем, в зависимости от того, летит он от вас или к вам.


(а) (b)


Рис 5.4 (а) То же, что и на Рис. 5.3а, исключая то, что когда один наблюдатель движется ко второму, его сечение настоящего поворачивается в будущее, а не в прошлое другого наблюдателя; (b) То же, что и на Рис. 5.3b, – большее разнесение в пространстве дает большее отклонение в представлениях о настоящем для одной и той же относительной скорости – с поворотом, направленным в будущее вместо прошлого.


Если задать подходящий выбор направления и скорости движения, то Элвис, или Неро, или Карл I Великий, или Линкольн или кто-нибудь, родившийся на земной стороне в момент, который вы называете будущим, будут частью его списка настоящего.


Несмотря на необычность, ничто из этого не влечет за собой противоречий или парадоксов, поскольку, как мы объяснили выше, чем дальше находится нечто, тем дольше придется ждать, чтобы получить испущенный этим нечто свет, и отсюда определить, что входит, а что не входит в отдельный список настоящего. Например, даже если Джон Уилкс Бут, приближающийся к государственной трибуне у театра Форд, будет входить в новый список настоящего Шеви, если тот поднимется и будет удаляться от Земли со скоростью около 9,3 мили в час,[2] Шеви не сможет ничего предпринять, чтобы спасти Президента Линкольна. На такой гигантской дистанции потребуется гигантское количество времени, чтобы получить и обменяться сообщениями, так что только потомки Шеви миллиарды лет спустя в действительности получат световой сигнал от той трагической ночи в Вашингтоне. Суть в том, что даже если его потомки используют эту информацию для внесения дополнений в громадную коллекцию прошлых списков настоящего, они найдут, что предательское убийство Линкольна входит в тот же список настоящего, который содержит подъем Шеви с кресла и его прогулку от Земли. И еще они также найдут, что в момент перед тем, как Шеви поднялся, его список настоящего содержал среди большого количества других вещей вас, все еще сидящего на Земле двадцать первого столетия, читая эти слова.[3]


Аналогично, имеются вещи о нашем будущем, вроде вопроса, кто победит на президентских выборах США в 2100 году, который кажется полностью открытым: более чем похоже, что кандидаты на эти выборы даже еще не родились, не говоря о том, чтобы делать карьеру. Но если Шеви поднимается из своего кресла и движется в направлении Земли со скоростью около 6,4 мили в час, его список настоящего – его представление о том, что существует, его концепция о том, что происходит, – будет включать выборы первого президента США двадцать второго века. Что-то, что кажется совершенно неопределенным для нас, является чем-то, что для него уже произошло. Еще раз, Шеви не может узнать итоги выборов раньше, чем через миллиарды лет, поскольку это столько времени, сколько нужно нашему телевизионному сигналу, чтобы достичь его. Но когда данные об итогах выборов достигнут потомков Шеви и они используют их для обновления созданной Шеви перекидной книги истории, его коллекции прошлых списков настоящего, они увидят, что итоги выборов входят в тот же список настоящего, в котором Шеви поднялся с кресла и отправился гулять по направлению к Земле – список настоящего, отметят потомки Шеви, который появляется моментом позже списка, который содержит вас в первые годы двадцать первого века, завершая этот параграф книги Шеви.


Этот пример подчеркивает два важных момента. Первое, хотя мы использовали идею, что релятивистские эффекты становятся очевидными при скоростях вблизи скорости света, даже при малых скоростях релятивистские эффекты могут быть чрезвычайно усилены, если рассматривать объекты на больших расстояниях в пространстве. Второе, пример дает проникнуть в проблему, является ли пространство-время (батон) действительно чем-то существующим или просто абстрактной концепцией, абстрактным объединением пространства прямо сейчас вместе с его историей и подразумеваемым будущим.


Вы видите, что концепция реальности Шеви, его воображаемый статический образ, его представление о том, что существует сейчас, является в каждом кусочке столь же реальной для него, как наша концепция реальности для нас. Так что при определении, что составляет реальность, она будет чрезмерно узко понимаемой, если мы также не включим его точку зрения. Для Ньютона такой равноправный подход не мог привести к каким-либо различиям, поскольку во вселенной с абсолютным пространством и абсолютным временем сечения настоящего совпадают для каждого наблюдателя. Но в релятивистской вселенной, нашей вселенной он приводит к большим различиям. В то время, как наша обычная концепция того, что существует прямо сейчас, составляет отдельное сечение настоящего, – мы обычно видим прошлое как ушедшее и будущее как еще не наступившее, – мы должны расширить этот образ через сечение настоящего Шеви, то есть такое сечение настоящего, которое, как показало обсуждение, существенно отличается от нашего собственного. Более того, поскольку начальное положение Шеви и скорость, с которой он движется, произвольны, мы должны включить сечения настоящего, связанные со всеми возможностями. Эти сечения настоящего, как в нашем обсуждении выше, будут центрированы на начальном положении Шеви – или на положении некоторого иного реального или гипотетического наблюдателя – в пространстве и будут поворачиваться на угол, зависящий от выбранной скорости. (Единственное исключение следует из выбора предельной скорости, равной световой, как объяснено в комментариях, в графическом представлении, которое мы использовали, это переводится в предел угла поворота в 45 градусов либо по, либо против часовой стрелки). Как вы можете видеть на Рис. 5.5 собрание всех таких сечений настоящего заполняет солидную область пространственно-временного батона. Фактически, если пространство бесконечно, – если сечения настоящего распространяются бесконечно, – то вращающиеся сечения настоящего могут быть центрированы произвольно далеко, а отсюда их объединение охватывает каждую точку пространственно-временного батона.*


(*)"Отметим любую точку в батоне. Проведем сечение, которое включает эту точку и которое пересекает наше текущее сечение настоящего под углом менее 45 градусов. Это сечение будет представлять сечение настоящего – реальность – удаленного наблюдателя, который был сначала в покое относительно нас, как Шеви, но теперь движется относительно нас со скоростью меньше скорости света. По построению это сечение включает (произвольную) точку в батоне, которой случилось быть отмеченной нами".


Итак, если вы принимаете замечание, что реальность состоит из вещей в вашем статическом воображаемом изображении прямо сейчас, и если вы согласны, что ваше настоящее не более действительно, чем настоящее кого-нибудь, располагающегося далеко в пространстве, кто может свободно двигаться, то реальность заключает в себе все события в пространстве-времени.


Рис 5.5 Пример сечений настоящего для различных наблюдателей (реальных или гипотетических), находящихся на различных расстояниях от Земли и двигающихся с различными скоростями.


Полный батон существует.[4] Точно так, как мы воображали все пространство, которое в действительности может быть не здесь, как реально существующее, мы должны также вообразить все время, которое в действительности может быть не здесь, тоже как реально существующее. Прошлое, настоящее и будущее определенно становятся особыми сущностями. Но, как сказал однажды Эйнштейн, "Как мы убеждаем физиков, разница между прошлым, настоящим и будущим есть только иллюзия, однако стойкая".[5] Единственная вещь, которая реальна, это пространство-время в целом.


Опыт и течение времени


При этом образе мышления события независимо от того, когда они происходят с любой отдельной точки зрения, просто есть. Все они существуют. Они вечно занимают их особое положение в пространстве-времени. Здесь нет течения. Если вы провели замечательное время в момент полуночи накануне нового 1999 года, вы все еще его имеете, поскольку это просто одно неподвижное место в пространстве-времени. Тяжело принять такое описание, поскольку наше мировоззрение жестко проводит различие между прошлым, настоящим и будущим. Но если мы внимательно посмотрим на эту привычную темпоральную схему и противопоставим ей холодные тяжелые факты современной физики, то единственное место убежища для нее кажется лежащим в человеческом разуме.


Неоспоримо, что наш сознательный опыт кажется охватывающим все сечения. Это так, хотя наш разум обеспечивает прожекторный свет, обращенный к прошлому, так что моменты времени оживляются, когда они освещаются силой сознания. Текущие ощущения от одного момента к следующему возникают из нашего сознательного распознавания изменений в наших мыслях, чувствах и ощущениях. И последовательность изменений кажется имеющей непрерывное движение; она кажется разворачивающейся в связанную историю. Но – без какой бы то ни было претензии на психологическую или нейробиологическую точность – мы можем вообразить, как мы можем ощущать течение времени, даже если в действительности может и не быть такого феномена. Чтобы увидеть, что я имею в виду, представим проигрывание Унесенных ветром на неисправном DVD-проигрывателе, который хаотически прыгает вперед и назад: некоторые кадры вспыхивают на мгновение на экране, а за ними моментально следуют другие из совершенно другой части фильма. Когда вы смотрите эту перепутанную версию, для вас тяжело придать смысл происходящему. Но Скарлетт и Рэтт проблем не имеют. В каждом кадре они делают то, что они всегда делали в этом кадре. Если бы вы могли остановить DVD на некотором отдельном кадре и спросить их об их мыслях и воспоминаниях, они бы откликнулись c теми же самыми ответами, которые они дали бы, если бы вы проигрывали DVD на нормально функционирующем проигрывателе. Если бы вы спросили их, не сбивает ли их с толку легкое прохождение Гражданской войны не по порядку, они бы посмотрели на вас насмешливо и посчитали бы, что вы выпили слишком много мятной водки. В любом данном кадре они имеют мысли и память, которые они всегда имели в этом кадре, – и, в особенности, эти мысли и память будут давать им ощущение, что время гладко и последовательно течет вперед, как обычно.


Аналогично, каждый момент в пространстве-времени – каждое временное сечение – похож на один из тех же кадров в фильме. Он существует, освещает его некоторый свет или нет. Как для Скарлетт и Рэтта, для вас, кто находится в любом таком моменте, это и есть настоящее, это момент, который вы ощущаете в данное мгновение. И это всегда будет. Более того, внутри каждого индивидуального сечения ваши мысли и память полностью стремятся дать ощущение, что время непрерывно текло к этому моменту. Это чувство, это ощущение, что время течет, не требует, чтобы предыдущий момент – предыдущий кадр – был "последовательно освещен".[6]


И если вы подумаете об этом несколько дольше, вы осознаете, что это очень хорошая вещь, поскольку фиксирование светом прожектора последовательно приходящих моментов жизни чрезвычайно проблематично по другой, даже более основной причине. Если свет прожектора правильно выполняет свою работу и освещает данный момент – скажем, наступление полуночи в канун нового 1999 года, – что будет означать для этого момента уйти затем в темноту? Если момент был освещен, то быть освещенным будет свойством момента, свойством таким же вечным и неизменным, как все другое, происходящее в этот момент.


Ощущать освещение – быть "действительным", быть существующим, быть настоящим – и затем ощущать темноту – быть "скрытым", быть в прошлом, быть тем, что было, – значит ощущать изменение. Но понятие изменения не имеет смысла по отношению к отдельному моменту времени. Изменение будет возникать через время, изменение будет отмечать прохождение времени, но как понятие времени могло сделать это возможным? По определению, моменты не включают прохождение времени – по меньшей мере, мы осознаем не время, – поскольку моменты просто есть, они представляют собой сырой материал времени, они не изменяются. Отдельный момент может изменяться во времени не больше, чем отдельное положение может изменяться в пространстве: если положение передвинулось, это будет уже другое положение в пространстве; если момент во времени изменился, это будет уже другой момент во времени. Интуитивный образ света прожектора, который приносит каждое новое настоящее в жизнь, непосредственно не поддается аккуратной проверке. Вместо этого, каждый момент времени освещается и каждый момент остается освещенным. Каждый момент есть. При ближайшем рассмотрении текущая река времени более точно соответствует гигантскому блоку льда, причем каждый момент навечно вморожен в его объем.[7]


Эта концепция времени существенно отличается от той, с которой большинство из нас свыклось. Даже если она появилась из его собственного понимания, Эйнштейн не остался безразличным к трудности полного постижения таких основательных изменений в точке зрения. Рудольф Карнап[8] подробно изложил поразительный разговор, который он имел с Эйнштейном по этому поводу: "Эйнштейн сказал, что проблема настоящего сильно его беспокоит. Он объяснил, что ощущение настоящего означает нечто специальное для человека, нечто существенно отличное от прошлого и будущего, но что это важное отличие не возникает или не может возникнуть в рамках физики. То, что это ощущение не может быть охвачено наукой, казалось ему фактом неприятного, но неизбежного поражения".