Первый закон земной физики, сформулированный Галилеем, описывал, как предметы падают на землю. Это очень просто: расстояние x, пройденное падающим объектом, пропорционально квадрату времени t2. То есть за два одинаковых промежутка времени объект проходит расстояние в четыре раза больше. Это в целом и описывается формулой x = (1/2)at2, где a – некое число (ускорение), а множитель 1/2 появился по историческим причинам. Галилей открыл эту закономерность эмпирическим путем, изучая, как движется ядро, скатывающееся по наклонной плоскости. Чтобы открыть этот закон, Галилею понадобилось измерить две величины: путь х, пройденный ядром по наклонной плоскости, и время t. Для последнего ему, конечно, еще понадобился инструмент – часы.
Но во времена Галилея не было точных часов. Он сам в молодости открыл способ создать их. Он заметил, что колебания маятника, какова бы ни была его амплитуда, большая или нет, всегда имеют одну и ту же продолжительность. Поэтому он мог измерить время, просто подсчитывая число колебаний маятника. Переменная t, обозначающая время, исчислялась числом колебаний маятника.
Согласно легенде, озарение Галилея посетило в Пизанском соборе, когда он наблюдал за медленным качанием подвешенного светильника, который и по сей день там находится. Это, конечно, неправда, светильник повесили намного позже, но история красивая. Галилей наблюдал за движениями светильника во время религиозной службы, которая, должно быть, не очень сильно его интересовала, и считал число ударов сердца. Начиная счет в разные моменты и при разном колебании светильника, все затихавшем, он обнаружил, что на каждое колебание все равно приходится одинаковое число ударов сердца. Отсюда он заключил, что все колебания имеют одинаковую продолжительность.
Рисунок 8. Галилей открывает, что разные колебания одного маятника имеют одинаковую продолжительность, считая для этого удары пульса, когда над ним медленно раскачивается светильник Пизанского собора.
A posteriori история кажется красивой, но если поразмыслить над ней повнимательнее, она пробуждает сомнения, источник которых – в самом корне проблемы времени. Ведь откуда Галилей мог знать, что все удары пульса имеют одну и ту же длительность? Несколькими годами позже медики стали измерять пульс своим пациентам, используя часы, механизм которых основывался не на чем ином, как на быстро движущемся маятнике с короткой осью. Итак, пульс используется для того, чтобы измерить колебания маятника, а потом другой маятник – для того, чтобы измерить пульс? Разве это не порочный круг? И что отсюда следует?
А следует отсюда то, что мы никогда не считаем само время. Мы считаем физические переменные (колебания, удары сердца, движение Солнца и много чего еще) и сравниваем одну из таких переменных с другой. Поэтому мы на самом деле высчитываем функции A(B), B(C), C(A) и т. д. И сегодня это не менее верно, чем во времена Галилея. Наисложнейшие часы имеют в основе действия циклические явления (энергетические колебания атома цезия, к примеру), и в них просто подсчитывается число циклов. Циклы имеют намного более устойчивую и точную величину, чем колебания маятника или сердечный ритм, но, как и прежде, мы «считаем» природные явления, а не само время.
И тем не менее полезно представить, что существует переменная t, «настоящее время», к которому у нас нет доступа, но которое скрыто за всем остальным. Мы пишем все уравнения для различных физических переменных как функций от этого не подлежащего наблюдению t. Эти уравнения описывают, как изменяется что-то, будучи функцией от t (сколько времени длятся колебания, сколько времени занимает каждый удар пульса). Но в действительности мы с самого начала считали, как одни переменные меняются по отношению к другим (сколько ударов сердца в одном колебании, сколько колебаний в одном обороте Земли), и выбрали наиболее устойчивую переменную для измерения других: секунда всегда определяется как некое количество циклов какого-либо природного явления. Потом, сравнивая предсказания, которые этот метод позволял делать относительно того, за чем мы вели наблюдение, мы сделали вывод, что эта сложная схема хороша. И что в особенности практично использовать переменную t, хотя мы никогда не можем напрямую ее измерить. Иными словами, существование универсальной переменной «время» – это скорее постулат, чем результат наблюдений.
Ньютон обнаружил, что этот метод позволяет объединить очень много чего, он формализовал и установил как правило этот способ действий в науке. Он открыто утверждал, что мы не можем изменить «настоящее» время t, но если предположим, что оно существует, это даст нам возможность построить крайне эффективную схематическую модель для понимания и описания природы.
Вернемся теперь в нашу эпоху, к квантовой гравитации и к значению нашего утверждения «Времени не существует». Это всего лишь означает, что схема Ньютона не работает там, где речь идет о бесконечно малом. Стратегия была великолепная, но она годится только для макроскопических явлений, то есть для явлений нашего собственного уровня.
Если мы хотим познать мир шире и глубже, если хотим описать уровни, которые нам менее знакомы, следует отказаться от этой схемы, потому что там она не работает. Понятие времени t, текущего само по себе, времени, по отношению к которому все остальное развивается и изменяется, не соответствует реальности. Микроскопический мир не может быть описан уравнениями, говорящими о процессах во времени t.
Когда изучающий физику впервые сталкивается с этой мыслью, он начинает паниковать. Уравнения без переменной, обозначающей время? Но как тогда описать изменения в системе? Мало-помалу он начинает понимать, что на самом деле в такой переменной нет необходимости. И чем соотносить все с этим «временем», абстрактным и абсолютным, которое было всего лишь изобретенным Ньютоном «трюком», лучше описывать каждую переменную как функцию от состояния других переменных.
Чтобы так формулировать закономерности, надо ограничиться переменными A, B, C… которые мы в действительности наблюдаем, и устанавливать связи между ними, то есть уравнениями для функций A(B), B(C), C(A)… наблюдаемых нами, а не функций A(t), B(t), C(t), которых мы не наблюдаем.
В таком случае у нас не будет пульса и маятника, которые оба движутся во времени, а только уравнения, которые говорят о том, как каждый из них движется относительно другого. И какие количественные значения одного движения совместимы с какими количественными значениями другого. Точно так же как пространство, время становится понятием относительности. Оно не выражает ничего, кроме отношения между различными состояниями, в которых пребывают объекты.
Речь идет о простом изменении в уравнениях, но в концептуальном плане это гигантский шаг. Мы должны научиться думать о явлениях в мире не как о чем-то, что движется во времени, а иным способом. На фундаментальном уровне времени нет. Для каждого объекта время есть то, как он изменяется или изменяет свое положение по отношению к другим объектам.
Новый образ мира, который занимает место в базовых координатах физики, – это образ мира без пространства и времени. Привычные пространство и время должны просто исчезнуть из основ физики как науки точно так же, как понятие центра вселенной исчезло из научной картины мира. Вместо них остаются отношения между объектами.
Это представляет собой радикальную революцию в структурах нашего мышления, но я думаю, что следовало бы принять такой новый способ понимать мир, не включая фактор времени в уравнения.
Однако даже мои самые близкие друзья не вполне согласны. Недавно свою поразительнейшую защиту понятия времени дал мне прочитать мой всегдашний коллега и друг Ли Смолин.
В своей последней книге, названной «Возрождение времени», мой собрат по петлевой теории с самого ее начала высказывается в пользу понятия абсолютного времени. Это его утверждение и та детальная аргументация, которой он его сопровождает, могут изумить простодушного читателя. Ведь речь идет о том, чтобы «просто» защитить мнение о том, что время существует и занимает место среди фундаментальных физических величин. Никто бы и не подумал, что надо доказывать существование времени – не то же ли это самое, что спрашивать, существует ли Земля?
Но сегодня физика привела нас к тому, что мы поставили под вопрос существование времени, в особенности в рамках квантовой теории гравитации. Ли Смолин изложил в своей книге, по каким причинам он считает, что мы сможем лучше понимать мир, если сохраним традиционный статус времени.
Аргументация Ли такова, что он ставит под сомнение очень многое: она направлена против притязания, уже на протяжении многих столетий вписанного в сам идеал теоретической физики, – притязания на поиск универсальным и «вечных» законов мироздания. Чтобы понимать природу, говорит Ли, совершенно не нужно приписывать ей абсолютные законы, верные во всякое время и во всяком месте. Законы самой физики подвержены изменениям, как и все в природе. И поэтому они тоже развиваются, эволюционируют. Законы, которые считались универсальными и вечными, следовало бы рассматривать как исторические закономерности. Всякий природный закон, включая наиболее фундаментальные, становится таким образом временным, входящим в оборот в определенный момент и на определенный срок. Речь идет не только о том, чтобы дать ответ на попытку описать законы природы без такой переменной, как время. Речь идет о том, чтобы превратить физику в один из разделов истории.
Эта радикальная позиция не является чем-то расхожим, хотя и не впервые предается огласке. Она, что следует отметить, стала результатом общения Смолина с Роберто Унгером, философом, чьи работы были посвящены социальным, политическим, юридиче