Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности - Энтони Агирре Страница 7

Мировые линии в пространстве-времени для разных объектов. Траектории в пространстве изображены внизу.

Чтобы попытаться прояснить ситуацию, вернемся к полету СТРЕЛЫ. Когда мы изображали ее путь в пространстве и времени, это казалось довольно простым делом. В разные моменты времени мы отмечали ее положение в пространстве и одновременно фиксировали время. Каждая пара отсчетов определяла точку на графике, и мы вырисовывали траекторию стрелы, соединяя эти точки. Эта траектория в действительности представляет собой набор меток — каждой точке линии соответствуют числа; назовем их координатами. Они рассказывают нам о том, в какой точке пространства в данное время находится стрела. В принципе нам нужно четыре таких числа: три[12] из них показывают, где точно в пространстве находится стрела, и одно — какому моменту времени эта точка соответствует. Если полную траекторию стрелы, часто называемую «мировой линией», рассматривать под этим углом зрения, время становится очень похожим на пространство — это просто еще одна метка, указывающая на то, «где» в пространстве-времени находится стрела на пути своего движения.

Для того чтобы почувствовать, что такое мировые линии, представим подобные траектории для разных видов движения объектов, как это изображено на рисунке на стр. 40. (Из-за того, что на двумерном листе бумаги можно изобразить только движение в одномерном пространстве, на графике, кроме времени, отложена лишь одна пространственная координата — скажем, расстояние от некоторой точки по линии запад-восток.) Равномерное движение будет представлено прямой линией, причем чем медленнее движение, тем круче наклон прямой, поскольку при медленном движении объекту требуется больше времени для преодоления определенного расстояния. Для покоящегося объекта мировая линия будет вертикальной прямой, для стрелы — почти горизонтальной, поскольку стрела летит очень быстро и только со временем, когда она замедляется, ее мировая линия слегка искривляется в сторону вертикали. Для вращающегося объекта соответствующая мировая линия будет выглядеть как волнообразная кривая, а для резвящегося щенка мировая линия будет напоминать запутанный клубок.

Где на этом графике время? Мы можем его рассматривать с двух точек зрения. Во-первых, как временные метки, которые мы использовали при составлении рисунка и которые, по-видимому, отмеряются какими-то часами на заднем плане. И во-вторых, как ощущение времени, которое может возникнуть у нас, когда мы неподвижно сидим или катаемся на карусели (возможно, схожее с ощущением времени у щенка; у стрелы, оно, вероятно, не такое). Отличие в этих подходах всем знакомо: одно дело, когда мы сидим и читаем книгу, ощущая, что время идет, другое, когда потом мы смотрим на часы, чтобы проверить, сколько времени прошло «на самом деле». И, как мы хорошо знаем, эти интервалы времени могут несколько отличаться в зависимости от состояния нашего сознания. Как в шутку сказал Эйнштейн, «если вы в течение двух часов сидите с симпатичной девушкой, вам кажется, что прошла всего лишь минута, а если вы посидите минуту на горячей плите, вам покажется, что прошло два часа»[13].

Исходя из этого, словосочетание «движение во времени» становится несколько более осмысленным: время, так же как и пространство, дано нам в ощущениях, и, по мере того как отсчитывается наше внутреннее время, мы ощущаем себя и в разных местах пространства, и в различные моменты времени по внешним часам. В этом смысле мы движемся в пространстве и времени: и то, и другое существует, открыто нам и не зависит от нас, перемещающихся в них. И это наглядно отображается мировыми линиями, изображенными на рисунке: они все представляют собой пути в пространстве-времени, и мы двигаемся вдоль них.

И все же, глядя на картинки такого рода, мы упускаем довольно важные аспекты нашего восприятия времени. Во-первых, если мы посмотрим на сколь угодно большое количество мировых линий реальных объектов, то заметим, что на всех кривых отсутствуют некие детали: вы никогда не увидите траекторию, которая делает петлю и возвращается назад к прежнему значению по оси времени! Это означает, что, скажем, с расположенной в определенном месте кирпичной стеной избежать столкновения очень легко, а вот со временем дело обстоит иначе. Если мы выберем некоторый момент в будущем — например, момент, когда стрела попадает в цель, — то наша мировая линия должна пройти через этот момент. Мы движемся во времени только в одну сторону — вперед.

Другой же упущенный аспект вот какой: если бы вам пришлось нарисовать вашу собственную мировую линию и пометить точку, соответствующую моменту «сейчас», то часть графика, относящаяся к будущему по отношению к «сейчас», существенно отличалась бы по смыслу от части, относящейся к прошлому по отношению к нему. Вы вообще не можете знать, как нарисовать часть диаграммы, относящуюся к будущему! Даже если мы не можем еще раз вернуться в то время, в котором мы уже были, мы, конечно, можем о нем знать. В действительности мы можем знать все, что нужно для того, чтобы нарисовать полную мировую линию во всем пространстве вплоть до настоящего момента. Но как только мы доходим до момента «сейчас», мы перестаем понимать, что именно рисовать: вы останетесь здесь или уйдете? Щенок побежит сюда или туда? Стрела пролетит мимо цели, замедлившись из-за подувшего ветерка, или поразит вас в самое сердце и оно перестанет биться? Никто никогда не скажет, что события «слева» существуют и известны, а «справа» не известны и не определены. А вот о событиях в будущем мы говорим как о неопределенных, а о событиях в прошлом — как об определенных и неизменных.

И еще одна особенность процессов во времени. В пространстве нет выделенных направлений: разве можете вы придумать процессы, которые происходят «справа» и не происходят «слева»? Но есть масса процессов, развивающихся во времени только в одном направлении. Например, легко порвать страницу этой книги. Однако попробуйте склеить ее, вернув в первоначальное состояние (что в точности означало бы, что вы запустили процесс разрывания страницы в обратном направлении во времени). Нет, не получится. Если уж вы действительно порвали страницу, то так и останетесь с порванной. Время течет по-разному в направлении будущего и прошлого. Эту однонаправленность часто называют стрелой времени, направленной в будущее, и это название очень