Раньше я верил, что моя работа как физика-теоретика заключалась в поиске этой формулы; сейчас я рассматриваю мою веру в ее существование больше как мистицизм, чем как науку.
Если бы Стоппард выписывал образ современного персонажа, он вынужден был бы заставить Томасину сказать, что вселенная подобна компьютеру. Законы физики суть программа. Когда вы подаете на ее вход существующие положения всех элементарных частиц во вселенной, — компьютер действует соответствующее количество времени и выдает вам на выходе все положения элементарных частиц в некотором будущем времени. В рамках этого взгляда на природу не происходит ничего, за исключением перегруппировки частиц в соответствии с вечными законами, так в соответствии с этими законами будущее уже полностью определено настоящим, как настоящее было определено прошлым.
Этот взгляд умаляет значение времени несколькими путями
[3]. Здесь не может быть сюрпризов, не может быть на самом деле новых феноменов, поскольку все, что происходит, сводится к перегруппировке атомов. Свойства самих атомов не зависят от времени, как и контролирующие их законы; ни те, ни другие никогда не меняются. Все особенности мира в будущем времени могут быть рассчитаны из конфигурации настоящего. Это значит, что прохождение времени может быть заменено вычислением, которое подразумевает, что будущее логически является следствием настоящего.
Эйнштейновские теории относительности дают даже более сильные аргументы в пользу того, что время несущественно для фундаментального описания мира, как я буду обсуждать в Главе 6. Относительность строго внушает, что вся история мира есть вневременное единство; настоящее, прошлое и будущее не имеют смысла вне человеческой субъективности. Время это просто другое измерение пространства, и смысл, который мы придаем ощущению проходящих моментов, суть иллюзия, за пределами которой есть вневременная реальность.
Эти утверждения могут показаться ужасными для любого, чье мировоззрение оставляет место для свободы воли или человеческого фактора. Я не буду привлекать здесь этот аргумент, мое обоснование реальности времени базируется только на науке. Моей задачей будет объяснить, почему обычные аргументы в пользу предопределенного будущего неправильны с научной точки зрения.
В Части I я представлю научное обоснование для уверенности, что время есть иллюзия. В Части II я уничтожу эти аргументы и покажу, почему время должно быть принято как реальное, если фундаментальная физика и космология собираются преодолеть кризис, перед которым они сейчас стоят.
Чтобы обрисовать аргументы Части I, я прослежу развитие концепции времени, использовавшейся в физике от Аристотеля и Птолемея через Галилея, Ньютона, Эйнштейна и других до наших современных квантовых космологов, и покажу, как наша концепция времени шаг за шагом ослаблялась по мере прогресса физики. Разговор об истории под таким углом также позволяет мне мягко ввести материал, который нужен непрофессионалам для понимания аргументов. На самом деле ключевые позиции могут быть введены на обычных примерах падающих шаров и кружащихся планет. Часть II рассказывает о более современной истории, поскольку дискуссия о том, что время должно быть заново внедрено в ядро науки, возникла в результате недавних разработок.
Мои доводы начинаются с простого наблюдения: Успех научных теорий от Ньютона до наших дней основан на использовании этими теориями особой системы объяснений, изобретенной Ньютоном. В соответствии с этой системой природа состоит только из частиц с не зависящими от времени свойствами, чьи движения и взаимодействия определены не зависящими от времени законами. Свойства частиц, такие как их массы и электрические заряды, никогда не меняются, и так же не меняются законы, которые на них воздействуют. Эта система идеально подходит для описания малых частей вселенной, но она разваливается на части, когда мы пытаемся применить ее ко вселенной как целому.
Все главные теории физики относятся к части вселенной — радио, мяч в полете, биологическая клетка, Земля, галактика. Когда мы описываем часть вселенной, мы оставляем себя и наши измерительные приспособления вне системы. Мы не принимаем во внимание нашу роль в выборе или приготовлении изучаемой нами системы. Мы не упоминаем эталонные тела отсчета, которые служат для установления местоположения системы. И самое критичное для нашего заключения о природе времени, мы не включаем в систему часы, с помощью которых мы измеряем изменения в системе.
Попытки расширить физику до космологии приносят новые проблемы, которые требуется заново осмыслить. Космологическая теория не может исключить что-либо из рассмотрения. Чтобы быть полной, она должна принимать во внимание все во вселенной, включая нас самих как наблюдателей. Она должна учитывать наши измерительные инструменты и часы. Когда мы разрабатываем космологию, мы сталкиваемся с новыми обстоятельствами: Невозможно оказаться вне системы, которую мы изучаем, если эта система вся вселенная.
Более того, космологическая теория должна работать без двух важных аспектов научной методологии. Основное правило науки заключается в том, что эксперимент должен быть проведен много раз, чтобы быть уверенным в результате. Но мы не можем сделать это со вселенной как целым — вселенная происходит только один раз. Так же мы не можем приготовить систему иными способами и изучить последствия. Все это весьма реальные препятствия, которые сильно усложняют научный поиск на уровне вселенной как целого.
Несмотря на это, мы хотим расширить физику до космологической науки. Наше первое побуждение взять теории, которые так хорошо работают в применении к малым частям вселенной, и увеличить их масштаб для описания вселенной как целого. Как я покажу в Главах 8 и 9, это не может работать. Ньютоновская система не зависящих от времени законов, действующих на частицы с не зависящими от времени свойствами, неприменима для задачи описания целой вселенной.
На самом деле, как я подробно покажу, именно особенности, которые делают эти виды теорий столь успешными в применении к малым частям вселенной, приводят к их краху, когда мы пытаемся применить их ко вселенной как целому.
Я осознаю, что это утверждение идет в разрез с практикой и надеждами многих коллег, но я только прошу, чтобы читатель уделил все внимание предлагаемому в Части II обоснованию этого. Там я покажу в общем случае и проиллюстрирую частными примерами, что когда мы пытаемся увеличить масштаб применения наших стандартных теорий до космологической теории, мы получаем в награду дилеммы, парадоксы и вопросы, на которые нет ответа. Среди них крах любой стандартной теории при попытке применить ее к оценке выборов, сделанных в ранней вселенной, — выбора начальных условий и выбора самих законов природы.
