Время отмечает моменты во Вселенной

Однажды Джона Арчибальда Уилера, влиятельного американского физика,

который ввел в обиход термин «черная дыра», спросили, что такое время .

Немного подумав, он ответил так: «Время — это то, благодаря чему в природе

не происходит все одновременно» .

В этом высказывании кроется важная истина, и оно полно глубокой мудро-

сти . Когда мы думаем о мире в рамках привычных бытовых понятий — не

с точки зрения ученых или философов, а как обычные люди, живущие своей

жизнью, — мы обычно идентифицируем «мир» как набор вещей, находящих-

ся в различных местах . Физики объединяют все эти разнообразные места

в единое понятие под названием «пространство» . В зависимости от контекста

они используют разные способы описания того, что находится в простран-

стве, — атомы, элементарные частицы или квантовые поля . Однако базовая

идея остается неизменной . Вы находитесь в комнате, в которой есть мебель,

несколько книг, какая-то еда, возможно, даже другие люди и обязательно какое-

то количество молекул воздуха . Все подобные вещи — от ближайших к вам и до

находящихся в межгалактическом пространстве — образуют «мир» .

И мир изменяется . Мы видим объекты в определенных сочетаниях друг

с другом, но мы видим их и в других сочетаниях (очень трудно составлять ра-

зумные предложения, описывающие эту идею, без отсылок к понятию времени) .

Но мы не видим эти разные сочетания «одновременно» или «одномоментно» .

Мы видим одну конфигурацию: вот вы сидите на диване, а у вас на коленях

кошка, а затем другую: кошка спрыгнула на пол, обидевшись, что вы погрузились

в книгу и не уделяете ее царственной персоне достаточно внимания . Таким

образом, мир предстает перед нами в разных конфигурациях снова и снова,

и все эти конфигурации чем-то отличаются друг от друга . К счастью, мы можем

пометить множество подобных конфигураций, для того чтобы не запутаться

во всевозможных состояниях окружающего мира: Мурка уходит «сейчас»,

а сидела у вас на коленях «до этого» . Такие метки и составляют то, что мы на-

зываем временем .

Часть I . Время, опыт и Вселенная

Итак, мир существует, и более того, мир происходит снова и снова . В этом

смысле мир аналогичен множеству кадров на кинопленке, только фильм на этой

пленке снят камерой, способной захватить в объектив всю Вселенную (а также,

насколько нам известно, включает бесконечное число кадров, отделенных бес-

конечно малыми промежутками) . Разумеется, пленка — это не просто куча от-

дельных кадров . Они должны быть составлены в правильном порядке, иначе фильм

попросту не будет иметь смысла . В этом и заключается роль времени . Про какие-

то события мы можем не просто сказать, что «вот это произошло», и «вот это

тоже произошло», и «вот тот случай тоже имел место» . Мы можем сказать, что

первое событие произошло до второго, а третье — после него . Время не просто

метка на каждом из возможных экземпляров мира; оно обеспечивает порядок,

помещая каждый из экземпляров на свое место в правильной последовательности .

Конечно же, в кадре настоящего фильма никогда не присутствует целая

Вселенная . Любой фильм монтируется: одна сцена или угол съемки внезапно

сменяются другим . Попробуйте представить себе фильм, в котором такой пере-

ход происходит после каждого кадра, то есть каждый последующий кадр со-

держит совершенно новую сцену . Его невозможно было бы смотреть: проис-

ходящее на экране казалось бы нам случайной мешаниной изображений .

Кажется, существует какой-то авангардный французский фильм, снятый как

раз с использованием такой техники .

Настоящая Вселенная совсем не похожа на авангардный фильм . Мы чувству-

ем определенную непрерывность движения времени: если сейчас у вас на коленях

сидит кошка, существует вероятность, что она может спрыгнуть и уйти, однако

вы навряд ли задумываетесь об опасности того, что любимая Мурка через мгно-

вение попросту дематериализуется . На микроскопическом уровне непрерывность

не абсолютна: частицы могут появляться и исчезать или, по крайней мере, при

определенных условиях трансформироваться в частицы другого типа . Однако

реальность не подвергается каждое мгновение массовым изменениям .

Этот феномен непрерывности заставляет взглянуть на «мир» с новой точки

зрения . Вместо множества разбросанных тут и там в пространстве вещей, по-

стоянно меняющих конфигурацию, мы разом начинаем думать о целой истории

мира или любой его составляющей . Мурка теперь для нас не совокупность

упорядоченных клеток и жидкостей, а существо, прожившее целую жизнь — от

момента рождения и до смерти . История объекта (кошки, планеты, электрона)

во времени определяет его мировую линию — траекторию, которую объект

прочерчивает в пространстве с течением времени .1 Мировая линия объекта

представляет собой всего лишь полный набор позиций, которые он когда-либо

занимал в мире, отмеченных определенными моментами времени .

Глава 1 . Прошлое — это воспоминания настоящего

Рис . 1 .1 . Мир, упорядоченный по моментам времени . Объекты (включая людей

и кошек) остаются в пространстве от момента к моменту, определяя тянущиеся

сквозь время мировые линии

Поиск самих себя

Умение мыслить обо всей истории Вселенной разом в противоположность

представлению о Вселенной как о наборе непрерывно перемещающихся туда-

сюда объектов — это первый шаг к восприятию времени как еще одного про-

странства (мы будем подробно говорить об этом в следующих главах) . Для

слежения за вещами во Вселенной мы используем как временные, так и про-

странственные координаты . Предположим, вы хотите встретиться с другом за

чашечкой кофе, или попасть на определенный сеанс в кинотеатре, или прийти

на работу одновременно с коллегой . Для этого вы указываете время: «Давай

встретимся в кофейне в шесть часов вечера в этот четверг» .

Однако если вам необходимо встретиться с кем-то, то, разумеется, сообщить

лишь о времени встречи недостаточно; вы также должны договориться о месте

Часть I . Время, опыт и Вселенная

(о какой именно кофейне идет речь выше?) . Физики утверждают, что про-

странство «трехмерное» . Это означает, что нам требуются три числа для

уникального обозначения любого местоположения . Если имеется в виду какая-

то точка, расположенная близко к Земле, то физик укажет значения широты,

долготы и высоты над поверхностью Земли . Если же мы говорим о каком-то

удаленном — в астрономическом смысле — местоположении, то его можно

обозначить направлением в небе (это два числа, аналогичные широте и долго-

те) и расстоянием от Земли . Совершенно неважно, каким именно способом

указывать эти три величины; самое главное, что их всегда ровно три . Данные

величины называются координатами положения в пространстве . Просто пред-

ставьте себе, что к каждой точке приклеена небольшая этикетка, сообщающая

точное местонахождение этой точки в пространстве .

z

(x, y, z)

y

x

Рис . 1 .2 . Координаты любой точки в пространстве

В повседневной жизни у нас есть множество возможностей облегчить себе

существование и избежать перечисления всех трех пространственных коорди-

нат . Если вы предложите другу встретиться «в кофейне на углу Восьмой улицы

и Мейн-стрит», то явным образом сообщите ему две координаты: «Восьмая»

и «Мейн-стрит» . Вряд ли кто-то предположит, что кофейня находится в воз-

духе или под землей, — очевидно, что здание стоит на земле . Этим удобством

обозначения местоположений мы обязаны тому факту, что в быту нам чаще

всего приходится иметь дело с двумерным пространством, то есть с объектами,

расположенными вплотную к поверхности Земли . Однако для того, чтобы

Глава 1 . Прошлое — это воспоминания настоящего

абсолютно точно указать местоположение точки в пространстве, вам все же

потребуется привести значения всех трех координат .

Каждая точка в пространстве встречается единожды в каждый момент

времени . То, что можно описать определенным местоположением в простран-

стве в какой-то определенный момент времени, физики называют событием

(не следует думать, что так говорят лишь о каких-то исключительно выдающих-

ся событиях; любая случайная точка в пустом пространстве в любой конкрет-

ный момент времени зовется событием, если она обозначена уникальным об-

разом) . То, что мы называем «Вселенной», — это всего лишь множество

событий: каждая точка пространства в каждый момент времени . Получается,

что для того, чтобы выбрать уникальное событие, нам требуется четыре числа:

три пространственные координаты и одна временнáя . Именно поэтому при-

нято говорить, что Вселенная четырехмерна . Такое понятие чрезвычайно

удобно, и мы будем часто использовать термин «пространство—время», под-

разумевая вышеописанное множество целиком, то есть все возможные точки

в пространстве в любые возможные моменты времени .

Это огромный концептуальный скачок . Пожалуй, стоит даже притормозить

на секунду, чтобы в полной мере осознать то, что мы только что сформулировали .

Вполне естественно представлять себе мир в виде некой трехмерной непрерыв-

но меняющейся конгломерации («происходит снова и снова, но каждый раз

слегка по-иному») . И что же мы делаем сейчас? Мы предлагаем взглянуть на все

это бескрайнее множество, на всю историю мира как на единый четырехмерный

объект, где дополнительным четвертым измерением служит время . В этом смыс-

ле время как бы нарезает четырехмерную Вселенную на копии пространства,

датируемые моментами времени: вся Вселенная по состоянию на 10:00 20 янва-

ря 2010 года, вся Вселенная по состоянию на 10:01 20 января 2010 года и т . д .

Бесконечное множество таких срезов и составляет в итоге нашу Вселенную .