Девид Дойч - Структура реальности

Наши физические теории, в отличие от здравого смысла, являются логически связными, и впервые они достигли этого при отказе от идеи о потоке времени. Вероятно, физики говорят о потоке времени точно так же, как говорят о нем все остальные. Например, в своей книге Principles [19]излагая свои принципы механики и гравитации, Ньютон писал:

«Абсолютное, истинное и математическое время само по себе и по своей собственной природе течет равномерно, не относясь ни к чему внешнему».

Однако Ньютон мудро не пытается перевести свое утверждение о том, что время течет, в математическую форму, или сделать из него какие-то выводы. Ни одна из физических теорий Ньютона не обращается к потоку времени, как не обращается к нему и не совместима с ним ни одна из последующих физических теорий.

Так почему же Ньютон счел необходимым сказать, что время «течет равномерно»? С «равномерно» все в порядке: можно интерпретировать это, как означающее, что измерения времени одинаковы для всех наблюдателей, находящихся в различных положениях и в различных состояниях движения. Это независимое утверждение (которое, как мы знаем со времен Эйнштейна, является неточным). Но его легко можно было бы сформулировать так, как я сформулировал его сейчас, не говоря, что время течет. Я считаю, что Ньютон намеренно использовал знакомый язык времени, не подразумевая его буквальное значение: точно так же он мог бы свободно сказать о том, что Солнце «всходит». Ему необходимо было передать читателю, опираясь на эту революционную работу, что в концепции времени Ньютона нет ничего нового или сложного. Principles определяют множество слов, как-то: «сила» и «масса», точные технические значения которых несколько отличаются от разумных значений. Однако числа, на которые ссылаются как на «время», это всего лишь общепринятое время, которое мы находим на часах и календарях, и концепция времени в Principles — это общепринятая концепция.

Рис. 11.4. Пространство-время, рассмотренное как следующие друг за другом

За исключением того, что время не течет, в физике Ньютона время и движение выглядят примерно, как на рисунке 11.3. Одно небольшое отличие состоит в том, что я нарисовал следующие друг за другом моменты отдельно друг от друга, но во всей доквантовой физике это является аппроксимацией, потому что время – континуум. Мы должны представить бесконечно много бесконечно тонких снимков, непрерывно появляющихся между нарисованными моими «я». Если каждый снимок представляет все во всем пространстве, которое физически существует в определенный момент, то можно считать, что эти снимки склеены Друг с другом своей лицевой стороной и образуют один неизменный блок, содержащий все, что происходит в пространстве и времени (рисунок 11.4) – то есть всю физическую реальность. Неизбежный недостаток диаграммы такого рода состоит в том, что снимки пространства в каждый момент показаны как двухмерные, тогда как в реальности они трехмерны. Каждый из них – это пространство в определенный момент. Таким образом, мы считаем время четвертым измерением, аналогичным трем измерениям пространства в классической геометрии. Пространство и время, рассматриваемые совместно, как в этом случае, в виде четырехмерной категории, называют пространством-временем.

Рис. 11.5. Движущийся объект с перспективы пространства-времени

В физике Ньютона эта четырехмерная геометрическая интерпретация времени была произвольной, но с появлением теории относительности Эйнштейна она стала необходимой частью этой теории. Так произошло потому, что в соответствии с относительностью наблюдатели, которые движутся с разной скоростью, не придут к согласию относительно того, какие события являются одновременными. То есть они не придут к согласию относительно того, какие события должны появиться на одном и том же снимке. Таким образом, каждый из них воспринимает пространство-время как разрезанное на «моменты» различным образом. Тем не менее, если бы каждый из них собрал свои снимки, как показано на рисунке 11.4, получились бы идентичные пространства-времена. Следовательно, в соответствии с относительностью, «моменты», изображенные на рисунке 11.4. не являются объективными характеристиками пространства-времени: они являются всего лишь образом восприятия одновременности наблюдателем. Другой наблюдатель получил бы слои «сейчас» под другим углом. Таким образом, объективную реальность, стоящую за рисунком 11.4, а именно: пространство-время и его физическое содержание, – можно было бы показать с помощью рисунка 11.5.