Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной
Реляционное понятие положения нам всем привычно. Я сейчас нахожусь в трех футах от моего кресла. Самолет приближается к аэропорту с запада и сейчас находится в двух километрах от конца взлетной полосы 1 на высоте 1000 футов. Это все описания относительного положения.
Но реляционное положение, кажется, оставляет что-то за бортом. Где находится окончательная точка отсчета? Вы даете свои координаты на Земле, но где сама Земля? Много миль от Солнца в направлении созвездия
к оглавлению
Водолея. А где Солнце? Много тысяч световых лет от центра Галактики Млечный Путь. И так далее.
Двигаясь по этому пути, вы можете дать положение чего угодно во вселенной относительно чего угодно другого. Это огромное количество информации, но достаточно ли этого? Нет ли тут некоторого абсолютного понятия положения - где находится что-либо на самом деле, после всех этих относительных положений?
Эти дебаты между реляционистским и абсолютистским понятиями пространства проходят через всю историю физики. Грубо говоря, Ньютоновская физика была триумфом абсолютистской картины, которая была отброшена Эйнштейновской теорией относительности, установившей реляционистский взгляд на вещи. Я уверен в правильности реляционистского взгляда и надеюсь убедить в этом читателей. Но я был бы также рад дать читателю четкое понимание, почему крупные специалисты вроде Ньютона приняли абсолютистский взгляд и от чего придется отказаться, когда мы его отбросим в пользу реляционистского взгляда.
Чтобы оценить мысли Ньютона об этой проблеме, нам нужно задаться вопросом не только о положении, но и о движении. Оставим время в стороне на минуту и обратимся к тому, что именно мы обсуждали. Если положение относительно, тогда движение есть изменение относительного положения - то есть, изменение положения относительно некоторого эталонного тела.
Все типичные разговоры о движении есть разговоры об относительном движении. Галилей изучал тела, падающие относительно поверхности Земли. Я кидаю мяч и наблюдаю, как он движется прочь от меня. Земля движется вокруг Солнца. Все это примеры относительного движения.
Следствием относительного движения является то, что движение кого-то или чего-то всегда есть вопрос точки зрения. Земля и Солнце движутся вокруг друг друга, но что из них реально движется? Реальна ли история, что Солнце движется вокруг Земли, зафиксированной в центре вселенной? Или наоборот, она реальна для Солнца, которое зафиксировано, а Земля движется по орбите? Если движение только относительно, может не быть правильного ответа на этот вопрос.
Факт, что любая вещь может двигаться или быть зафиксированной, затрудняет объяснение причин движения. Как что-то может быть причиной движения Земли вокруг Солнца, если имеется другая и равно применимая точка зрения, в соответствии с которой Земля вообще не движется? Если движение относительно, наблюдатель свободен в выборе точки зрения, что все движения определены относительно него. Чтобы разрешить это безвыходное положение и получить возможность говорить
к оглавлению
о причинах движения, Ньютон предположил, что у положения должен быть абсолютный смысл. Для него это было положение по отношению к тому, что он называл 'абсолютным пространством'. Тела движутся или нет в абсолютном смысле, по отношению к абсолютному пространству. Ньютон утверждал, что абсолютно движется Земля, но не Солнце.
Постулирование абсолютного пространства останавливает бесконечную отсылку к предыдущему эталонному телу и придает смысл положению каждого отдельного тела во вселенной без необходимости ссылаться на что-нибудь еще. Это может быть комфортным представлением, но есть одна проблема. Где это самое абсолютное пространство и как мы могли бы измерить положение тела относительно него?
Никто и никогда не видел и не обнаруживал абсолютного пространства. Никто не измерял положение, которое бы не было относительным положением. Вплоть до того, что если уравнения физики относятся к положению в абсолютном пространстве, то их нельзя связать с экспериментом.
Ньютон это знал, но это его не беспокоило. Он был глубоко религиозным мыслителем, и абсолютное пространство имело для него теологический смысл. Бог видел мир в терминах абсолютного пространства, и этого было достаточно для Ньютона. Он даже определил это более строго: Пространство есть одно из чувств Бога. Вещи существуют в пространстве, поскольку они существуют в разуме Бога.
Это не так странно, как звучит, если вы мастер дешифровки, каким был Ньютон. Он посвятил годы работы поиску скрытых смыслов в Писании, и, как алхимик, пытался найти скрытые коды для добродетелей и вообще для бессмертия. Как физик он открыл универсальные законы, которые управляют движением во вселенной, но перед этим были скрыты. Это было в его характере верить, что сущность пространства скрыта от наших чувств, но, однако, видна Богу.
Более того, он имел физическое обоснование для абсолютного пространства. Даже если положение в абсолютном пространстве не могло быть воспринято человеком, некоторые виды движения по отношению к абсолютному пространству, могли бы.
Дети не могут летать, но они могут крутиться. И они крутятся. Ничто не доставляет такого удовольствия ребенку, который только что открыл возможность испытать головокружение. И в любое время хочет снова и снова. Еще! Ньютон не имел детей, но я воображаю его безмолвно пораженным развлечением его юной племянницы Катерины, вращающейся в его
к оглавлению
рабочем кабинете. Ньютон берет шатающегося смеющегося ребенка на свое колено и говорит ей, что ее головокружение есть прямое восприятие абсолютного пространства. И абсолютное пространство есть Бог. 'То, что ты чувствуешь, когда чувствуешь головокружение, есть рука Бога над тобой', предполагает он. Она хихикает, ёрзает, когда он начинает объяснять, что ее головокружение возникает не из-за того, что она вращается по отношению к мебели, к дому или к коту, а из-за того, что она вращается по отношению к самому пространству. И если пространство может вызвать ее головокружение, оно должно быть чем-то реальным. 'Почему?' - говорит она, спрыгивая с его коленей, чтобы поискать кота в другой комнате. Оставим Ньютона там размышлять о гравитации и роде человеческом и вернемся к вопросу о том, как определяется движение.
Когда мы говорим, что нечто движется, мы подразумеваем, что оно меняет свое положение с течением времени. Это здравый смысл, но, чтобы быть точными, нам нужно удостовериться, что мы знаем, что мы имеем в виду под временем. И здесь перед нами встает та же дилемма реляционистского против абсолютистского.
Люди воспринимают время как изменение. Время наступления события измеряется относительно другого события - например, считывания показаний часов. Все показания часов и календарей суть относительные времена, точно как адреса суть относительные положения. Но Ньютон верил, что тут позади скрыто изменение абсолютного времени, которое воспринимает Бог.
Здесь есть привкус дебатов, которые бушевали с тех пор по проблеме абсолютного времени. Противник Ньютона Готфрид Лейбниц тоже верил в Бога, но его Бог был не свободен, тогда как Бог Ньютона делал так, как Ему нравится. Лейбниц поклонялся в высшей степени рациональному Богу. Но если Бог совершенно рационален, то все в природе должно иметь причину. Это и есть принцип достаточного обоснования Лейбница. Один из способов его формулировки такой, что каждый вопрос вроде 'Почему вселенная такая, а не этакая?' должен иметь рациональный ответ. Конечно, имеются вопросы, на которые невозможно дать никакого рационального ответа. Точка зрения Лейбница заключалась в том, что задавать вопрос, который не может иметь рационально обоснованный ответ, означает совершать ошибку в мышлении.
Лейбниц пояснял свой принцип так: Он спрашивал, 'Почему вселенная началась, когда началась, а не десятью минутами позже?' Он отвечал, что не может быть никакого рационального ответа, чтобы предпочесть историю вселенной другой истории, в которой все происходит на десять минут позже. Все
к оглавлению
относительные времена будут одинаковыми в обеих вселенных; только абсолютные времена будут различны. Но законы природы говорят только об относительных временах. Следовательно, утверждал Лейбниц, если нет причины для вселенной предпочесть начало в данное абсолютное время началу в другое, не может быть смысла в абсолютном времени.
Я поддерживаю рассуждения Лейбница, что когда бы я не ссылался на время, я буду подразумевать относительное время. В самом деле, хотя мы можем рассуждать о том, может ли быть некоторый трансцедентный смысл, в котором существует абсолютное время, несомненно то, что мы, люди, живущие в реальном мире, имеем доступ только к относительным временам. Так для целей описания движений мы будем рассматривать время, измеряемое часами. Для наших целей часами являются все приборы, которые считывают последовательность возрастающих чисел.
