Семь этюдов по физике

Надеюсь, я не отпугнул читателя своими рассуждениями об этих тонких различиях…

На протяжении XX века термодинамика (то есть наука о теплоте) и статистическая механика (наука о вероятностях различного поведения) распространились на электромагнитные и квантовые явления. А вот включить туда и гравитационное поле оказалось проблематично. Как ведет себя гравитационное поле, когда нагревается, – все еще не решенный вопрос.

Мы понимаем, что происходит с нагретым электромагнитным полем: в духовке, например, горячее электромагнитное излучение печет пирог, и мы знаем, как это описать. Электромагнитные волны колеблются, беспорядочно делясь энергией, и мы можем себе их представить как газ фотонов, движущихся, словно молекулы в нагретом воздушном шаре. Но что такое горячее гравитационное поле?

Гравитационное поле, как мы увидели в первой главе, есть само пространство, а точнее, пространство-время. Значит, когда тепло передается гравитационному полю, пространство и время сами должны колебаться… Однако мы до сих пор не знаем, как это правильно описать. У нас нет уравнений, чтобы описать тепловые колебания горячего пространства-времени. Что такое колеблющееся время?

Подобные вопросы ведут нас к сути проблемы времени: что именно есть течение времени?

Эта проблема присутствовала уже в классической физике, в XIX и XX веках к ней привлекли внимание философы – однако в современной физике она стала гораздо более острой. Физика описывает мир с помощью формул, которые задают изменение объектов как функцию «времени». Но мы можем написать формулу, объясняющую, как меняются объекты в зависимости от своего «положения» или как вкус ризотто меняется в зависимости от «количества масла». Время, как нам кажется, «течет», а вот количество масла или положение в пространстве не «текут». Откуда берется это отличие?

Другой способ сформулировать проблему – спросить себя: что есть «настоящее»? Мы говорим, что существуют только объекты настоящего: прошлое уже не существует, а будущее – еще. Но в физике нет ничего, что соответствовало бы понятию «сейчас». Сравните «сейчас» и «здесь». «Здесь» определяет место, где находится говорящий: для двух разных людей «здесь» указывает на два разных места. Таким образом, «здесь» – это слово, значение которого зависит от того, где оно произнесено. Специальное название такого рода высказываний – «индексал». «Сейчас» тоже указывает на момент, когда произнесено это слово, и также классифицируется как индексал. Однако никому не придет в голову утверждать, что объекты «здесь» существуют, тогда как объекты, которые не «здесь», не существуют. Так почему же мы говорим, что объекты «сейчас» существуют, а все остальные нет? Настоящее – это что-то объективное в мире, что «течет» и делает объекты существующими одни за другими, или оно лишь субъективно, как «здесь»?

Это может показаться малопонятным умствованием. Однако современная физика превратила эту проблему в актуальнейшую, с тех пор как специальная теория относительности показала, что понятие «настоящего» также субъективно. Физики и философы пришли к заключению, что понятие настоящего, общего для всей Вселенной, – иллюзия и что универсальное «течение» времени есть обобщение, которое не работает. Эйнштейн после смерти своего хорошего друга, итальянца Микеле Бессо, написал его сестре трогательное письмо: «Микеле оставил этот странный мир чуть раньше меня. Это ничего не значит. Люди вроде нас, верящие в физику, знают, что различие, проводимое между прошлым, настоящим и будущим, не более чем стойкая, неподатливая иллюзия».

Иллюзия или нет, но чем объяснить тот факт, что для нас время «идет», «течет», «бежит»? Ход времени очевиден нам всем: наши мысли и речь существуют во времени, сама структура языка требует времени – нечто «есть», «было» или «будет». Можно вообразить мир, лишенный цвета, вещества, даже пространства, но трудно представить себе мир без времени. Немецкий философ Мартин Хайдеггер подчеркивал наше «проживание во времени». Возможно ли, что течение времени, которое Хайдеггер признает первичным, отсутствует в характеристиках мира?

Некоторые философы, и среди них самые преданные последователи Хайдеггера, заключают, что физика не способна описать наиболее фундаментальные аспекты реальности, и называют физику обманчивой формой знания. Но в прошлом мы неоднократно осознавали, что неточно как раз таки наше непосредственное восприятие: если бы мы его придерживались, мы до сих пор верили бы, что Земля плоская и вокруг нее вращается Солнце. Наши интуитивные знания развились на фоне ограниченности нашего опыта. Когда же мы заглядываем чуть дальше вперед, то обнаруживаем, что мир не таков, каким нам представляется: Земля круглая, и в Кейптауне люди ходят головами вниз, а ногами вверх. Доверять непосредственному восприятию вместо коллективного изучения, вдумчивого, тщательного и осмысленного, – это не мудрость, а допущение старика, который отказывается верить в то, что огромный мир вокруг его деревни хоть сколько-то отличается от того, каким он его всегда знал.