Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле

Вскоре после Галилея доктора стали измерять пульс своих пациентов, используя часы, которые, в конечном счете, представляли собой не что иное, как маятник. Получается, что мы использовали пульс, чтобы удостовериться в регулярности качаний маятника, а затем с помощью маятника проверяли постоянство пульса. Не кажется ли вам, что здесь имеет место какой-то порочный круг? Что бы это значило?

В действительности мы никогда не измеряем время само по себе, мы всегда измеряем физические величины A, B, C… (колебания, пульс и множество других вещей) и сравниваем одну величину с другой, то есть, иными словами, мы измеряем функции A(B), B(C), C(A) и т. д. Мы можем подсчитать, сколько ударов пульса в каждом колебании, сколько колебаний приходится на каждое тиканье секундомера, сколько тиканий секундомера между ударами башенных часов…

Суть в том, что нам удобно представлять себе, что существует величина t – «истинное время», – которая лежит в основе всякого движения, даже если ее нельзя измерить непосредственно. Мы записываем уравнения для физических переменных относительно этой ненаблюдаемой величины t – уравнения, которые говорят нам, как вещи меняются с изменением t: например, сколько времени занимает каждое колебание и сколько длится удар пульса. Отсюда мы можем вывести, как величины меняются друг по отношению к другу – сколько ударов пульса приходится на одно колебание – и сравниваем эти предсказания с тем, что наблюдаем в мире. Если эти предсказания оказываются корректными, мы верим в то, что наша сложная схема верна, и в частности в полезность переменной времени t, даже если ее нельзя непосредственно измерить.

Иными словами, существование переменной времени – это удобное допущение, а не результат наблюдений.

Первым, кто всё это понял, был Ньютон: он догадался, что это эффективный подход, прояснил и развил данную схему. Ньютон открыто пишет в своей книге, что нельзя измерить истинное время t, но если предположить, что оно существует, то получается эффективная конструкция для описания природы.

Прояснив этот момент, мы можем вернуться к квантовой гравитации и к смыслу утверждения о том, что «времени не существует». Это попросту означает, что ньютоновская схема перестает работать, когда мы имеем дело с очень маленькими вещами. Она была хороша, но только для больших вещей.

Если мы хотим добиться глубокого понимания мира, если хотим понять, как он функционирует в менее знакомых нам ситуациях, в которых становится существенной квантовая гравитация, нам придется отказаться от этой схемы. Представление о времени t, которое течет само по себе и по отношению к которому эволюционируют вещи, перестает быть полезным. Мир не описывается уравнениями эволюции во времени t. Мы должны просто перечислить переменные A, B, C, …, которые мы действительно наблюдаем, и записать уравнения, выражающие отношения между этими переменными и ничем больше: то есть уравнения для отношений A (B), B (C), C (A)…, которые мы наблюдаем, а не для функций A (t), B (t), C (t)…, которые мы не наблюдаем.

В примере с пульсом и люстрой у нас вместо происходящих во времени пульса и качаний люстры будут только уравнения, которые описывают, как две соответствующие им величины меняются друг по отношению к другу, то есть уравнение, которое прямо говорит нам, сколько ударов пульса приходится на одно качание люстры без упоминания t.

«Физика без времени» – это физика, в которой мы говорим только о пульсе и люстре, не упоминая о времени.

Это простое изменение, но с концептуальной точки зрения – это огромный скачок. Мы должны научиться думать о мире не как о чем-то изменяющемся во времени, но неким иным способом. Вещи меняются только по отношению друг к другу. На фундаментальном уровне времени не существует. Наше обыденное чувство течения времени есть лишь приближение, которое верно для наших макроскопических масштабов. Оно возникает в силу того, что мы воспринимаем мир в очень загрубленном, крупнозернистом виде.

Таким образом, мир, описываемый этой теорией, очень далек от того, что нам привычно. Больше не существует пространства, которое вмещает мир, и не существует времени, в течение которого происходят события. Есть элементарные процессы, в которых кванты пространства и материи непрерывно взаимодействуют друг с другом. Эту картину мира можно сравнить с чистым и спокойным альпийским озером, которое состоит из мириад быстро танцующих крошечных молекул воды. Иллюзия, будто мы окружены непрерывным пространством и временем, есть результат рассматривания издали плотного роя элементарных процессов.

Пространственно-временное суши

Как эти общие идеи применяются к квантовой гравитации? Как описывать изменения без использования идеи пространства как контейнера и времени, вдоль которого скользит мир?