Возрожденное время. От кризиса в физике к будущему вселенной

Монолитная вселенная объединяет пространство и время. Это может быть изображено в виде пространства-времени с тремя пространственными и одним временным измерениями (см. Рис. 10). Событие, происходящее в момент времени, представляется точкой в пространстве-времени, а история частицы рисуется кривой в пространстве-времени, называемой мировой линией частицы. Таким образом, время полностью отнесено к геометрии; мы говорим, что время геометризировано или представлено в виде пространственного измерения. Физические законы представляются геометрически; например, мировая линия свободной частицы есть прямая линия в пространстве-времени. Если частица фотон, мы представляем ее движущейся под углом 45 градусов (который соответствует измерению пространства в единицах времени, как мы делаем, когда говорим о световых годах). Любая обычная частица должна двигаться медленнее фотона, носителя света, следовательно, ее мировая линия будет под более крутым углом.

Элегантное геометрическое представление СТО было изобретено в 1909 Германом Минковским, одним из учителей Эйнштейна в математике. В нем каждый физический факт движения, включаемый в себя СТО, представлен как теорема по поводу геометрии пространства-времени. Изобретение Минковского, которое мы теперь называем пространством-временем Минковского, было решающим этапом на пути к уничтожению времени, поскольку оно убедительно устанавливало, что все разговоры о движении во времени могли быть переведены в математические теоремы по поводу вневременной геометрии. Как это оценил Герман Вейль, один из великих математиков 20-го столетия: «Объективный мир просто есть, он не происходит. Только для пристального взгляда моего сознания, медленно ползущего вверх вдоль мировой линии моего тела, кусочек мира приходит к жизни как мимолетному образу в пространстве, которое постоянно изменяется во времени»[38].

— В находится в будущем А

— С находится в прошлом А

— Д причинно не связано с А

Рис. 10. Картина пространства-времени в монолитной вселенной. Пространство-время с одним пространственным и одним временным измерениями. Мы выбираем единицы времени и пространства так, что световые лучи движутся под углами 45 градусов. Причинная структура тогда показывается геометрически; два события могут быть причинно связаны, если они могут быть соединены линией с наклоном 45 градусов или круче. Мы также видим мировую линию частицы, летящей из прошлого в будущее через событие А. Также проведены два луча света, проходящие через А. Заштрихованные области содержат события, которые причинно с А не связаны.

Чтобы проиллюстрировать силу картины монолитной вселенной, приведем небольшой аргумент в ее поддержку от некоторых философов. Аргумент зависит только от относительности одновременности. Начнем с согласия, что настоящее реально. Мы не можем быть столь же уверены, что будущее или прошлое реальны — в самом деле, суть данного аргумента и заключается в поиске ответа, насколько они реальны — но мы не сомневаемся, что настоящее реально. Настоящее состоит из множества событий, ни одно из которых не более реально, чем другое. Мы не знаем, реальны ли два события в будущем, но мы согласимся, что если два события имеют место в одно и то же время, они одинаково реальны, будет ли это время настоящим, прошлым или будущим.

Если мы операционалисты, мы должны говорить о том, что видят наблюдатели. Так мы утверждаем, что два события одинаково реальны, если они видны некоторому наблюдателю как одновременные. Мы также предположим, что быть одинаково реальным это то, что называется транзитивным свойством; это означает, если А и В одинаково реальны и В и С одинаково реальны, то таковы же А и С. Тогда наш аргумент использует факт, что настоящее в СТО зависит от наблюдателя. Выберем два любых события в истории вселенной, одно из которых является причиной другого. Назовем их А и В. Теперь всегда найдется некоторое другое событие Х, обладающее следующим свойством: Есть некий наблюдатель, Мария, которая видит А одновременно с Х. И есть другой наблюдатель, Фредди, который видит Х одновременно с B. Это иллюстрируется на Рис. 11.