тайцзи, который выражает дополнительность между противоположными началами инь и ян. Выбрав этот символ вместе с изречением Contraria sunt complementa («Противоположности дополняют друг друга»), Бор признал существование глубокой гармонии между древней восточной мудростью и современной западной наукой (рис. 18).
Рис. 18. Герб Нильса Бора. Из книги воспоминаний, составитель С. Розенталь (North-Holland Publishing Company, Amsterdam, 1967)
Глава 12. Пространственно-временной континуум
Современная физика подтвердила одно из основных положений восточного мистицизма: все используемые нами для описания природы понятия ограничены; это не факты, а продукты нашего мышления — части нарисованной карты, а не реальной местности. Когда расширяются границы наших знаний, становится очевидной ограниченность рационального мышления. Нам приходится менять понятия или даже отказываться от них.
Наши представления о пространстве и времени накладывают серьезный отпечаток на всю видимую картину мира. Они упорядочивают вещи и явления, окружающие нас, и исключительно важны не только для нашей повседневной жизни, но и для попыток понять природу через философию и науку. Нет закона физики, который можно сформулировать без понятий пространства и времени. Новое понимание этих двух базовых категорий привело к созданию теории относительности — одного из величайших революционных достижений в истории науки.
Классическая физика исходила из представлений об абсолютном трехмерном пространстве, существующем независимо от содержащихся в нем материальных объектов и подчиняющемся законам евклидовой геометрии; и о времени как о самостоятельной категории, опять же абсолютной, с постоянной скоростью, независимой от материального мира. На Западе эти представления были так глубоко укоренены в воззрениях философов и ученых, что в них видели истинные и не подвергаемые сомнению свойства природы.
Уверенность в том, что геометрия внутренне присуща природе, а не просто инструмент для описания мира, берет начало в Древней Греции. Практическая геометрия была основным разделом греческой математики и сильно повлияла на греческую философию. Последняя приняла на вооружение метод построения теорем на основе аксиом. При помощи дедукции и логических рассуждений из них выводили все теоремы, поэтому геометрия лежала в основе всей интеллектуальной деятельности греков и стала основой преподавания философии. Говорят, на воротах Академии Платона в Афинах было выбито изречение: «Вам не позволено заходить сюда, если вы не знаете геометрии». Греки верили, что их математические теоремы были выражениями вечных непреложных истин, а геометрические формы воплощают абсолютную красоту. Геометрия считалась совершенным соединением логического и прекрасного, поэтому ей приписывалось божественное происхождение. Отсюда и утверждение Платона: «Бог — геометр».
Поскольку геометрия рассматривалась как божественное откровение, греки считали очевидным, что небеса имеют правильную геометрическую форму, а небесные тела движутся по окружностям. Вдобавок считалось, что все они закреплены на концентрических хрустальных сферах, сферы движутся как единое целое и в центре всего находится Земля.
Позже греческая геометрия тоже сильно влияла на западную философию и науку. До начала XX в. «Элементы» Евклида использовались в европейских школах как основной учебник, и на протяжении более 2000 лет считалось, что евклидова геометрия отражает истинную сущность пространства. Чтобы заставить ученых и философов признать, что законы геометрии не свойственны природе изначально, а обязаны своей формулировкой разуму человека, нужен был Эйнштейн. Вот что по этому поводу говорил Генри Маргенау.
Главное открытие теории относительности заключается в том, что геометрия… продукт деятельности человеческого разума. Только признав этот факт, мы можем отказаться от устаревших представлений о времени и пространстве, чтобы исследовать пределы возможного в их новом познании и выбрать описание, которое не противоречит наблюдениям[149].
В отличие от греческой, восточная философия всегда утверждала, что пространство и время — порождения разума. Восточные философы относятся к ним так же, как ко всем понятиям, рожденным человеческим разумом: как к относительным, ограниченным и обманчивым. Так, в одном из буддийских сочинений говорится следующее.
О монахи, Будда учил, что… прошлое, будущее, физическое пространство… и личность, всё это — лишь названия, формы мышления, общеупотребительные слова, попросту искусственная реальность[150].
Поэтому на Дальнем Востоке геометрии не было суждено приобрести такой статус, какой она имела в Древней Греции. Это, впрочем, не значит, что индийцы и китайцы были слабо с ней знакомы. Они использовали ее при строительстве храмов совершенных форм, измеряя землю и составляя карту звездного неба, но никогда не применяли, чтобы устанавливать абстрактные и вечные истины. Древняя восточная наука не считала нужным вместить все явления природы в жесткую схему из прямых линий и идеальных окружностей. Интересны слова Джозефа Нидэма о китайской астрономии.
Китайцы-астрономы не считают нужным объяснять явления геометрически: по их мнению, все организмы, составляющие всеобщий организм, следуют своему Дао в соответствии со своей природой, и их движения могут быть описаны в терминах «непредставительной» формы алгебры. Китайцам была не свойственна навязчивая идея об идеальных свойствах окружности, которая существовала в Европе, как и средневековые оковы представлений о хрустальных сферах[151].
Древние восточные философы и ученые мыслили теми же категориями, что и теория относительности: они считали, что геометрические теории — не абсолютные и неизменные характеристики природы, а продукт разума. Вот что заявлял Ашвагхоши.
Да будет известно всем, что понятие пространства — не что иное, как порождение нашего сознания, за ним не стоит никакой реальности… Пространство существует только в рамках нашего сознания, которое фрагментарно видит мир[152].
То же относится и ко времени. Восточные мистики считают, что эти понятия связаны с определенными состояниями сознания. Медитация позволяла выйти за рамки обыденного и осознать, что наши привычные представления о пространстве и времени не истинны. Новые, более совершенные понятия, результат мистического опыта, во многом напоминают те, которыми оперирует физика, например теория относительности.
В чем же новизна подхода теории относительности к категориям пространства и времени? Она исходит из того, что все измерения относительны. Разумеется, об относительности пространственных координат было известно давно. Задолго до Эйнштейна люди поняли, что положение любого объекта может быть определено только по отношению к другому объекту. Обычно это делается при помощи трех координат и точки отсчета, которую мы можем назвать «положением наблюдателя».
Чтобы показать относительность такой системы координат на конкретном примере, возьмем двух наблюдателей, плавно передвигающихся в пространстве и созерцающих зонтик (рис. 19).
Рис. 19. Два наблюдателя, созерцающие зонтик
Для наблюдателя А зонтик находится слева от него в слегка наклоненном положении, так что ближе к нему верхний конец. Наблюдатель Б видит зонтик справа от себя, и верхний конец кажется ему расположенным дальше. Если мы переведем этот пример из двумерного в трехмерное пространство, то увидим, что обозначения «слева», «справа», «вверху», «внизу», «под наклоном» и т. д. будут определяться положением наблюдателя в пространстве, а значит, окажутся относительными. Это было известно задолго до теории относительности. А вот в том, что касается времени, в классической физике ситуация была иная. Считалось, что последовательность событий во времени не зависит от наблюдателя. Такие понятия, как «до», «после» и «одновременно», рассматривались как абсолютные, не зависящие от системы координат.
Эйнштейн обнаружил, что все временные характеристики тоже относительны и зависят от наблюдателя. Мы привыкли думать, что последовательность событий универсальна. Это убеждение порождено тем, что скорость света (около 300 000 км/с) в сравнении с любыми другими знакомыми нам скоростями настолько высока, что мы можем считать, будто наблюдаем явления в тот момент, когда они происходят. Но это неверно. Свету требуется время, чтобы преодолеть расстояние между объектом и наблюдателем. Как правило, оно очень мало, и распространение света можно считать мгновенным; однако если наблюдатель движется с высокой скоростью относительно наблюдаемых явлений, промежуток времени между событием и его наблюдением играет решающую роль при определении последовательности событий. Эйнштейн понял, что тогда наблюдатели, движущиеся с различными скоростями, будут упорядочивать события во времени по-разному[153]. Два явления, кажущиеся одновременными одному, могут происходить в различной последовательности для других. При обычных скоростях различия так малы, что выявить их практически невозможно, но, если скорости приближаются к световой, возникают эффекты, которые можно измерить. В физике высоких энергий, где событиями являются взаимодействия движущихся почти со скоростью света частиц, относительность времени подтверждена многочисленными экспериментами[154].
Относительность времени тоже заставляет отказаться от ньютоновского абсолютного пространства. Ранее считалось, что пространство в каждый момент содержит каким-то образом распределенную материю. Но сейчас, когда мы знаем, что одновременность событий относительна и зависит от местоположения наблюдателя, невозможно определить такой момент для Вселенной. Отдаленное в пространстве явление, которое происходит для одного наблюдателя в один момент, для другого может произойти раньше или позже. Поэтому мы не можем говорить о «моментальном состоянии Вселенной» в абсолютном смысле. Не существует и абсолютного пространства, независимого от наблюдателя.