Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности

С пространством дело обстоит иначе! Представьте себе стол, на котором лежит игральный кубик. Все по-прежнему так же просто? Или нет? Наличие на столе одного кубика не подразумевает и даже не ограничивает возможность существования на столе другого кубика в тот же момент времени. Тем не менее первый кубик фактически требует, чтобы через мгновение второй кубик (мы его называем тем же самым) был примерно в том же месте, еще через мгновение — чтобы там был третий, и так далее; так же как за момент до первого кубика должен быть другой кубик, а еще раньше — еще больше других кубиков.

Законы физики очень жестко связывают происходящее в один момент времени с тем, что происходит в другой момент времени, тогда как связь между разными положениями в пространстве в данный момент времени совсем другая и накладывает гораздо меньше ограничений. Таким образом, создается впечатление, что корреляция между разными моментами времени встроена в саму ткань мироздания, тогда как корреляции между разными положениями в пространстве в данный момент времени зависят от истории процесса, определяющего конфигурацию в данный момент времени.

Пространство и время расходятся еще дальше на уровне огромного множества частиц, когда их надо описать коллективно и крупномасштабно в терминах макроскопических состояний и упорядоченности. Дело в том, что здесь «правят бал» такие понятия, как информация, макросостояния и упорядоченность. Согласно второму закону термодинамики, беспорядок со временем, а не влево или на юг, нарастает (или, возможно, время увеличивается вместе с беспорядком!). И этот закон, который даже не существует, если описание ограничивается уровнем частиц и полей, неразрывным образом связан со многими другими фундаментальными свойствами мира. Неопределенность будущего в сравнении с прошлым (которое можно запомнить) и возможность влиять на будущее, но не на прошлое, неразрывно связаны со вторым законом термодинамики. Тогда различие между прошлым и будущим, о котором мы знаем из опыта, является прямым следствием невероятного порядка, «встроенного» во Вселенную как целое в момент ее «начала».

Также есть разница и в том, что значит «целостность» в пространстве и во времени. Как мы видели, квантовая механика утверждает, что большинство объектов перепутаны. Для того чтобы их распутать (разрезать связи) и создать систему независимых объектов, требуется совершить некие насильственные действия, которые приводят к неопределенности в отношении состояния новой независимой системы. Однако целостность времени еще прочней: что вообще означает «вырезать» одно время из другого? Резкий обрыв временной линии частицы означает ее уничтожение посредством другой частицы или поля. «Насилие», которое требуется для резкого окончания истории чего-то большего, чем частица, существенно превышает насилие Муненори, разрубающего своего противника.

Различия между пространством и временем связаны с расхождением двух разных путей, упорно прокладываемых нами ради того, чтобы понять, как развертывается и эволюционирует физический мир.

Следуя по классическому пути, мы подразумеваем, что состояние системы частиц определяется их местоположением и скоростями в данный момент времени, а затем, чуть позднее, система, эволюционируя, оказывается в новом состоянии. Или, что то же самое, допускаем, что имеется большое число возможных наборов траекторий, по которым могут двигаться частицы, отыскиваем среди них тот, который доставляет минимум полному действию, — и именно он будет определять траектории, по которым будут двигаться эти частицы.

Выбирая квантовомеханический путь, мы рассматриваем квантовое состояние набора частиц, эволюционирующее в соответствии с уравнением Шрёдингера. Или мы можем рассмотреть все возможные траектории, каждой из которых приписывается один и тот же вес. Эти траектории каким-то магическим образом объединяются так, чтобы получилось квантовое состояние каждой крохотной частицы и классическая траектория каждой массивной частицы.

Если классическое или квантовое состояние является неопределенным (каким оно фактически всегда и бывает), или если мы хотим описывать события на уровне систем частиц и полей, то мы можем говорить о макросостояниях и историях. Макросостояние — это размытое — или сглаженное — коллективное представление, эволюционирующее согласно некоему набору правил, тогда как истории — это доступные наблюдению последовательности макросостояний.