Физика времени

Гравитон — первый плодотворный результат будущего синтеза двух великих теорий. В нем отражается нечто очень значительное, может быть, самое что ни на есть фундаментальное в физическом мире.

Время среди квантов

Пример гравитационных волн и гравитона приводит нас к важному заключению. Он подсказывает, что теория относительности — специальная и общая — еще не все говорит нам о свойствах времени (и пространства). Существование кванта гравитационных волн означает, что есть у времени такие свойства, которые могут быть изучены и поняты только на основе квантовых представлений. Конечно, об этих новых, «квантовых» свойствах времени мы сможем со всей полнотой судить лишь тогда, когда будет окончательно достигнут тот синтез теорий, о котором мы уже упоминали. Пока что нужно стремиться по крайней мере к постановке вопросов — тех главных вопросов о времени квантовых явлений, на которые мы хотели бы получить ответ.

В мире «обычных» тел о каждом «обычном» промежутке времени можно точно сказать, что вот тогда-то он начался, длился столько-то секунд или часов и тогда-то закончился. Такой промежуток мы можем измерить с помощью часов — если захотим, то весь целиком, а можем измерить и по частям. Эти части могут быть очень малыми, но и каждую из них мы могли бы в свою очередь разделить на еще более мелкие части и любую из этих мелких частей тоже измерить по отдельности.

Классическая механика подразумевает, что процесс деления промежутков времени можно продолжать неограниченно: время считается непрерывным и непрерывно делимым во всех своих физических проявлениях. Измерение любого промежутка можно вести, в принципе, до сколь угодно малых его долей. Практически, конечно, такое дробление времени зависит от точности часов, которыми мы располагаем. Если часы имеют точность не свыше секунды, то измерить с их помощью промежуток, равный 0,1 секунды, не удастся. Потребуются более совершенные часы. Точность атомных часов, о которых мы говорили в главе 3, гораздо выше; она колоссальна, но все же не беспредельна, а вполне четко ограничена.

Теория относительности — специальная и общая — заимствует из классической физики представление о непрерывном и беспредельно делимом времени. Многое другое в понимании времени она резко меняет, но это его свойство сохраняет без всяких оговорок.

Обратимся снова к излучению энергии атомом. Квантовая теория говорит нам, что рождение кванта происходит единым актом. Она, однако, утверждает, что момент времени, в который этот акт совершился, остается фиксированным неточно: здесь, как и в других квантовых явлениях, имеется неустранимая неопределенность. Неопределенность во времени оценивается по соотношению неопределенностей «время-энергия». В качестве неопределенности энергии нужно в данном случае взять энергию излученного кванта: энергия кванта — это и есть точность, с которой определена энергия излучающего атома в акте излучения.

В квантовом явлении излучения мы не можем указать точного начала этого акта во времени. Не можем проследить шаг за шагом, как развивается акт излучения от начала к концу. Не можем точно сказать, когда он завершится. Время, за которое происходит это явление, выступает перед нами как нерасчленимый отрезок. У нас нет способа разглядеть, различить в нем отдельные моменты и сказать, какие из них были раньше, а какие позже. Мы вообще не можем разделить его на какие-либо отдельные части.

И эта неделимость принципиальна — она никак не связана с несовершенством измерительных приборов. Она лежит в природе вещей. Она составляет существо физического проявления времени в квантовых процессах.

Но каково время микромира само по себе — безотносительно к каким-либо явлениям, до явлений и вне их?

Этот вопрос вряд ли правильно поставлен. Ведь мы не можем ничего узнать о времени (да и вообще о физическом мире), так сказать, непосредственно. Мы судим о времени исключительно на основании наблюдений и физических экспериментов, на основании измерений. Приборами для наблюдений, экспериментов и измерений времени в микромире служат нам сами атомы, элементарные частицы, а также и установки, с помощью которых частицы регистрируются. Это и есть наши единственные часы для микромира. Мы ничего не узнаем о времени сверх того, что скажут нам эти часы. И если, согласно их показаниям, в данном физическом явлении данный отрезок времени предстает перед нами неделимым, то, значит, так оно и есть — отрезок неделим. Он неделим точно в том же смысле, в каком неделим квант энергии. Квантовая природа времени та же, что и квантовая природа энергии. Недаром они выступают «на равных» в квантовом соотношении неопределенностей.