Джон Гриббин – В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность (страница 38)

Время Эйнштейна

Но что в качестве стрелы времени «видит» сам фотон? Из теории относительности мы знаем, что движущиеся часы идут медленнее, и тем медленнее, чем их скорость ближе к скорости света. Действительно, на скорости света время перестает идти и часы останавливаются. Фотон естественным образом движется со скоростью света, и это значит, что для него время не имеет смысла. Фотон, покидающий далекую звезду и прилетающий на Землю, мог потратить на путь тысячи лет в единицах земного времени, но с его точки зрения времени для этого вообще не потребовалось. Фотон реликтового излучения, с нашей точки зрения, мог путешествовать по космосу 15 миллиардов лет со времен Большого взрыва, который, как мы знаем, зародил Вселенную, однако для самого фотона Большой взрыв и современность являются одним и тем же моментом времени. Путь фотона на диаграмме Фейнмана не имеет стрелки не только потому, что фотон является своей собственной античастицей, но и потому, что движение по времени для него не имеет смысла - и именно поэтому он и является своей собственной античастицей.

Мистики и популяризаторы науки, стремящиеся свести восточную философию с современной физикой, кажется, упустили этот факт, который показывает, что все во Вселенной - настоящее, прошлое и будущее - взаимосвязано со всем остальным сетью электромагнитного излучения, которое «видит» все одновременно. Конечно, фотоны могут рождаться и исчезать, поэтому сеть неполна. Однако реальностью является путь фотона в пространстве-времени, соединяющий мой взгляд, например, с Полярной звездой. Нет настоящего движения времени, которое свидетельствует о прохождении пути от звезды к моему глазу. Это всего лишь мое собственное восприятие. Другой настолько же верной точкой зрения будет считать этот путь внешним свойством, относительно которого

Эти идеи обсуждаются более подробно, но с использованием ясного математического языка в шестой главе книги Джаянта Нарликара «Структура Вселенной» (Oxford University Press, 1977). Пол Дэвис в своей книге «Пространство и время в современной Вселенной» погружается еще глубже в детали, также математику можно найти в книге Дж. Н. Ислама «Потрясающая природа Вселенной» (Cambridge University Press, 1983).

Рис. 9.8. Если бы все пути частиц были каким-то образом зафиксированы в пространстве-времени, мы могли бы увидеть иллюзию движения и взаимодействий по мере продвижения нашего восприятия от настоящего момента (крайняя справа картинка) вперед во времени и вверх по оси. Является ли танец частиц просто иллюзией, обусловленной нашим восприятием течения времени?

Вселенная изменяется, и во время этих изменений во Вселенной одним из происходящих событий является то, что мой глаз и Полярная звезда оказываются на противоположных концах одного пути.

Что насчет путей другой частицы на диаграммах Фейнмана? Насколько «реальны» они? О них мы можем сказать практически то же самое. Представьте себе диаграмму Фейнмана, которая вмещает в себя все пространство и время и на которой прочерчен путь каждой частицы. Теперь представьте, что мы смотрим на эту диаграмму сквозь узкую прорезь, которая позволяет увидеть только ограниченный отрезок времени, и равномерно двигаем эту прорезь вверх по оси. Сквозь прорезь виден сложный танец взаимодействующих частиц - создание пар, аннигиляция и более сложные процессы, - и панорама постоянно меняется. Но мы лишь смотрим на нечто зафиксированное в пространстве и времени. Изменяется наше восприятие, а не глубинная реальность. Будучи привязанными к равномерно перемещающейся прорези, мы видим позитрон, который движется вперед во времени, а не электрон, который движется во времени назад, но обе эти интерпретации одинаково реальны. Джон Уилер пошел дальше и заметил, что мы можем представить, как все электроны Вселенной связаны посредством взаимодействий и формируют невероятно сложный, изломанный зигзагами путь сквозь пространство-время, вперед и назад. Став частью изначальной вспышки вдохновения, это привело к полной работе Фейнмана - представлению о «единичном электроне, скользящем вперед-назад, вперед-назад, вперед-назад по канве времени, чтобы соткать роскошный гобелен, содержащий, возможно, все электроны и позитроны в мире»51. На такой картине каждый электрон, где бы он ни находился во Вселенной, является просто другим сегментом одной и той же мировой линии, мировой линии единственного «реального» электрона.

Эта идея не работает в нашей Вселенной. Чтобы заставить ее работать, необходимо найти столько же обратных сегментов мировой линии, столько же позитронов, сколько и прямых сегментов - электронов. Идея о фиксированной реальности, где изменяется лишь наша точка восприятия, тоже, вероятно, не будет работать на таком простом уровне - как ее совместить с принципом неопределенности? 52 Но вместе эти идеи представляют собой

Цитата, основанная на объяснении Уилером своего представления, взята из книги Банеша Хоффмана «Странная история кванта» (Pelican , 1963. С. 217).

Фейнман пошел гораздо дальше, чем я описал, и разработал трактовку мировых линий с включением вероятностей, тем самым создав новую версию квантовой механики, которая, как вскоре продемонстрировал Фримен Дайсон, давала точно такие же результаты, как и оригинальные версии теории, но оказалась гораздо более сильным математическим инструментом. Подробнее об этом позже.

гораздо более глубокое объяснение природы времени, чем дает нам наш повседневный опыт. Течение времени в обычном мире является статистическим эффектом, во многом вызванным расширением Вселенной и ее переходом из более горячего в более холодное состояние. Но даже на этом уровне уравнения относительности позволяют путешествия во времени, и эту

концепцию легко понять с позиции пространственно-временных диаграмм53.

Движение в космосе может продолжаться в любом направлении и также обращаться назад. Движение во времени в обычном мире происходит только в одном направлении, что бы при этом ни происходило на уровне частиц. Трудно представить в уме четыре измерения пространства-времени, каждое из которых находится под правильным углом к остальным, однако мы можем выбросить одно измерение и представить, что бы означало это строгое правило, если бы оно было применимо к одному из трех известных нам измерений. Это подобно тому, как если бы мы могли двигаться вверх или вниз, вперед или назад, но боковое движение было бы ограничено лишь, например, движением влево. Движение вправо было бы запрещено. Если сделать это правило частью детской игры и попросить детей найти путь к подарку, находящемуся с правой стороны («назад во времени»), им не потребовалось бы много времени для того, чтобы выбраться из ловушки. Достаточно просто повернуться, чтобы смотреть в другую сторону, поменяв левое на правое, и затем добраться до подарка, двигаясь влево. Также можно лечь на пол так, что подарок оказывается в «верхнем» направлении относительно головы. Теперь можно двигаться и «вверх» к подарку, и «вниз» к первоначальному положению, а затем снова встать и возвратиться к первоначальной

ориентации относительно наблюдателей 54.

Разрешенная теорией относительности техника путешествий во времени во многом схожа с этим. Она требует искривления ткани пространства-времени таким образом, чтобы в локальной области в пространстве-времени линия времени указывала бы в направлении, эквивалентном одному из трех пространственных направлений в неискривленной области пространства-времени. Одно из других пространственных направлений берет на себя роль времени, и, подменяя пространством время, соответствующее устройство получало бы возможность совершать настоящие путешествия во времени - туда и обратно.

Американский математик Франк Типлер рассчитал, что теоретически такой трюк возможен. Пространство-время можно искривлять сильными гравитационными полями, и воображаемая машина времени Типлера представляет собой гигантский цилиндр, содержащий столько же материи, сколько находится в Солнце, заключенной в объем длиной 100 км и радиусом 10 км и плотной, как ядро атома. Делая два оборота каждую миллисекунду, цилиндр тянет за собой ткань пространства-времени. Поверхность цилиндра в таком случае вращается на скорости, равной половине скорости света. Такую штуку вряд ли построит у себя на заднем дворе даже самый безумный из всех безумных изобретателей, но суть состоит в том, что ее существование не вступает в противоречие ни с одним из известных нам законов физики. Во Вселенной даже существует объект, который обладает массой Солнца и плотностью атомного ядра и вращается со скоростью один оборот в 1,5 миллисекунды - всего в три раза медленнее, чем машина времени Типлера. Это так называемый «миллисекундный пульсар», открытый в 1982 году. Крайне маловероятно, что этот объект имеет цилиндрическую форму - такое сильное вращение точно расплющило его

Следствия теории относительности, оказывающие влияние на наше понимание Вселенной, и следствия, связанные с путешествиями во времени, более подробно описаны в моей книге «Путешествия во времени для начинающих» (Hodder; London , 2008).

Я проводил эту игру с несколькими детьми и взрослыми, отдельно друг от друга. Примерно половина детей раскусила мой фокус, но практически никто из взрослых не справился с этим. Те, кто не раскусил меня, жаловались на жульничество, но реальность такова, что природа, как следует из уравнений Эйнштейна, и сама порой прибегает к такому жульничеству.