|
Что, собственно, такое пространство-время
|
|
|
|
Немногие идеи в современной науке изменили наше понимание реальности более глубоко, чем пространство-время — переплетение пространства и времени, лежащее в основе теории относительности Альберта Эйнштейна.
|
|
|
|
Пространство-время часто описывается как "структура реальности". В некоторых источниках эта структура называется фиксированной четырехмерной "блочной вселенной" — полной картой всех событий прошлого, настоящего и будущего.
|
|
|
|
В других случаях это динамическое поле, которое изгибается под действием силы тяжести. Но что на самом деле означает утверждение о существовании пространства-времени? Что это за явление — структура пространства-времени, субстанция или метафора?
|
|
Сердце современной физики
|
|
|
|
Эти вопросы не просто философские. Они лежат в основе того, как мы интерпретируем современную физику, и незаметно формируют все - от того, как мы понимаем общую теорию относительности, до того, как мы представляем себе путешествия во времени, мультивселенные и наше происхождение.
|
|
|
|
Эти вопросы лежат в основе возникновения самого пространства-времени и радикально новых представлений о нем как о памяти Вселенной. И все же язык, который мы используем для описания пространства-времени, часто расплывчат, метафоричен и глубоко противоречив.
|
|
|
|
|
|
|
Австрийско-британский философ Людвиг Витгенштейн однажды предупредил, что "язык отправляется на каникулы". Физика, как оказалось, может быть ярким примером.
|
|
|
|
За последнее столетие такие привычные слова, как "время", "существовать" и "вневременной", были использованы в технических контекстах без учета того, какой багаж они несут из повседневной речи.
|
|
|
|
Это привело к распространенной путанице в отношении того, что на самом деле означают эти термины.
|
|
Проблема с языком
|
|
|
|
В философии физики, в частности, в представлении, известном как этернализм, слово "вневременной" используется буквально. Этернализм — это идея о том, что время не течет и не преходяще, что все события во все времена одинаково реальны в рамках четырехмерной структуры, известной как "блочная вселенная".
|
|
|
|
Согласно этой точке зрения, вся история Вселенной уже изложена, вне времени, в структуре пространства-времени. В этом контексте "вневременной" означает, что сама вселенная не существует вечно и не развивается в каком-либо реальном смысле. Нет становления. Нет изменений. Есть только блок, и вся вечность существует во времени внутри него.
|
|
|
|
Но это приводит к более глубокой проблеме. Если все, что когда-либо происходило в течение вечности, одинаково реально, и все события уже произошли, что на самом деле означает утверждение о существовании пространства-времени?
|
|
|
|
Слон в комнате
|
|
|
|
Существует структурное различие между существованием и возникновением. Одно из них - это способ существования, другое - случайности.
|
|
|
|
Представьте, что рядом с вами стоит слон. Вы, вероятно, скажете: "Этот слон существует". Вы могли бы описать это как трехмерный объект, но важно то, что это "трехмерный объект, который существует".
|
|
|
|
Для сравнения, представьте себе трехмерного слона, который на мгновение мелькает в комнате: момент из жизни существующего слона, появляющегося и исчезающего, как призрак. Этот слон на самом деле не существует в обычном смысле этого слова. Это случается. Это происходит.
|
|
|
|
Существующий слон сохраняется с течением времени, и пространство-время фиксирует каждый момент его существования в виде четырехмерной мировой линии - пути объекта в пространстве и времени на протяжении всего его существования. Воображаемый "появляющийся слон" - это всего лишь один пространственный фрагмент этой трубы, один трехмерный момент.
|
|
|
|
Теперь примените это различие к самому пространству-времени. Что означает существование четырехмерного пространства-времени в том смысле, в каком существует слон? Существует ли пространство-время в том же смысле? Имеет ли пространство-время свой собственный набор моментов "сейчас"? Или пространство-время — совокупность всех событий, происходящих в вечности, — это просто то, что происходит? Является ли пространство-время просто описательной основой для описания этих событий?
|
|
|
|
Этернализм размывает это различие. Он рассматривает всю вечность — то есть все пространство-время — как существующую структуру и считает течение времени иллюзией. Но эта иллюзия невозможна, если все пространство-время возникает мгновенно.
|
|
|
|
Чтобы восстановить иллюзию того, что время течет в этих рамках, четырехмерное пространство-время должно существовать так, как существует трехмерный слон, чье существование описывается четырехмерным пространством-временем.
|
|
Каждое событие
|
|
|
|
Давайте продвинемся в этой мысли еще на шаг.
|
|
|
|
Если мы представим, что каждое событие на протяжении всей истории вселенной "существует" во вселенной блоков, тогда мы могли бы спросить: когда же существует сам блок? Если он не разворачивается и не меняется, существует ли он вне времени? Если это так, то мы накладываем другое измерение времени на то, что должно было быть вневременным в буквальном смысле этого слова.
|
|
|
|
Чтобы разобраться в этом, мы могли бы построить пятимерную структуру, используя три пространственных измерения и два временных измерения. Вторая ось времени позволила бы нам сказать, что четырехмерное пространство-время существует точно так же, как мы обычно представляем себе слона в комнате, существующего в трех измерениях окружающего нас пространства, события которого мы классифицируем как четырехмерное пространство-время.
|
|
|
|
На данный момент мы выходим за рамки устоявшейся физики, которая описывает пространство-время только через четыре измерения. Но это раскрывает глубокую проблему: у нас нет последовательного способа рассказать о том, что означает существование пространства-времени, без случайного возвращения времени обратно через дополнительное измерение, которое не является частью физики.
|
|
|
|
Это все равно, что пытаться описать песню, которая существует одновременно, но не исполняется, не слышится и не раскрывается.
|
|
От физики к фантастике
|
|
|
|
Эта путаница формирует наше представление о времени в художественной литературе и популярной науке.
|
|
|
|
В фильме Джеймса Кэмерона "Терминатор" 1984 года все события рассматриваются как фиксированные. Путешествия во времени возможны, но временную шкалу изменить нельзя. Все уже существует в фиксированном, вневременном состоянии.
|
|
|
|
В четвертом фильме франшизы "Мстители", "Мстители: Финал" (2019), путешествия во времени позволяют персонажам изменять прошлые события и временную шкалу, создавая блок-вселенную, которая одновременно существует и изменяется.
|
|
|
|
Это изменение может произойти только в том случае, если четырехмерная временная шкала существует точно так же, как существует наш трехмерный мир.
|
|
|
|
Но независимо от того, возможно ли такое изменение, оба сценария предполагают, что прошлое и будущее существуют и готовы к путешествиям. Однако ни в одном из них не рассматривается вопрос о том, какой тип существования это подразумевает или чем пространство-время отличается от карты событий.
|
|
Понимание реальности
|
|
|
|
Когда физики говорят, что пространство-время "существует", они часто работают в рамках концепции, которая незаметно стирает грань между существованием и возникновением. В результате получается метафизическая модель, в лучшем случае лишенная ясности, а в худшем - скрывающая саму природу реальности.
|
|
|
|
Ничто из этого не ставит под угрозу математическую теорию относительности или подтверждающую ее эмпирическую науку. Уравнения Эйнштейна по-прежнему работают. Но то, как мы интерпретируем эти уравнения, имеет значение, особенно когда это влияет на то, как мы говорим о реальности и как подходим к более глубоким проблемам физики.
|
|
|
|
Это понимание включает попытки согласовать общую теорию относительности с квантовой теорией — проблема, которая обсуждается как в философии, так и в научно-популярных дискуссиях.
|
|
|
|
Определение пространства-времени — это нечто большее, чем технические дебаты, речь идет о том, в каком мире, по нашему мнению, мы живем.
|
|
|
|
Источник
|
