Sabine Hossenfelder.Existential Physics: A Scientist's Guide to Life's Biggest Questions. Viking, 2022. 272 pages.
Екзистенційна фізика: Посібник для науковців із найважливіших питань життя
Забіне Госенфельдер
Від відомого фізика та автора ютюб-серіалу «Наука без високохмарної балакани» книжка, у якій ґрунтовний підхід до найбільших питань життя і яка бореться з тим, що насправді говорить фізика про стан людини.
Ми не тільки тепер не можемо пояснити походження Всесвіту, але й сумнівно, що коли-небудь зможемо. Думка про те, що всередині частинок існують всесвіти або що частинки мають свідомість, ненаукова, так само як і гіпотеза про те, що наш Всесвіт – комп’ютерна імітація. З іншого боку, ідею про те, що сам Всесвіт свідомий, важко повністю відкинути.
За словами Забіне Госенфельдер, це не випадково, що квантова заплутаність і вакуумна енергія стали основними поясненнями альтернативних цілителів, або те, що люди вірять, що їхня померла бабуся все ще жива через квантову механіку. Наука та релігія мають однакові корені, і вони все ще розв’язують деякі з тих самих питань: Звідки ми? Куди ми йдемо? Скільки ми можемо знати? Галузь науки, найближча до відповіді на ці питання, — фізика. За останнє століття фізики багато чого дізналися про те, які духовні ідеї все ще сумісні із законами природи. Однак не завжди вони залишалися на науковому боці дискусії.
У цій жвавій книжці, що спонукає до роздумів, Госенфельдер береться до найбільших питань фізики: Чи існує минуле? Чи мислять частинки? Всесвіт створено для нас? Чи фізика відкинула можливість свобідної волі? Чи буде в нас колись теорія всього? Вона описує, як далеко зайшли фізики на шляху до відповідей на ці питання, де нинішні межі та які запитання цілком можуть залишатися без відповіді назавжди. Її книжка пропонує ґрунтовний, але цікавий погляд на деякі з найскладніших загадок, які існують, і дасть читачеві чітке уявлення про те, що ми знаємо — і чого ми не знаємо.
Відгуки
«Найдивовижніша та найцікавіша особливість цієї книжки – твердження про те, що багато її колег-фізиків винні у внесенні спекуляцій і переконань у своє наукове мислення так само, як теологи та містики Нью-ейджу... «Екзистенційна фізика» – це поінформований і цікавий провідник по тому, що наука може і що не може нам сказати. Якщо пані Госенфельдер часом надто самовпевнена, читач швидко пробачить їй. Будь-яка людина, здатна подолати тривоги людського світу та незрозумілу складність фізики, заслужила право на невелику поблажку». – «Вол-стріт джорнел»
«Ви, можливо, не очікували, що найцікавіша книжка цього місяця буде про науку. Госенфельдер, відомий фізик, не тільки добре пояснює свій предмет; вона також залучає широке коло читачів, з’єднуючи науку з духовністю... Прочитайте Госенфельдер разом із базовим посібником з фізики та залишайтеся відкритими до її висновків, але найголовніше – насолоджуйтеся прогулянкою». — «Лос-Анджелес таймз»
«Спонукальна... заохочує читачів відкидати усталені припущення […] і діставати від цього задоволення... Відокремлюючи анаукові погляди від наукових, вона допомагає окреслити межі науки у відповідях на важливі питання життя». — «Саєнс»
«Госенфельдер елегантно ілюструє складні ідеї простою, зрозумілою для нефахівців мовою... [Вона] веде читачів у захопливу мозкову подорож крізь напрочуд незрозумілі відмінності між науковим методом та оповіданням... На додаток до свого власного потужного голосу, Госенфельдер вносить повчальні інтерв’ю зі [...] світилами в цій галузі... «Екзистенційна фізика» разюча, її обов’язково потрібно прочитати всім, хто розмірковує про мету існування». — «Букліст»
«На відміну від багатьох інших наукових авторів, Госенфельдер не так зацікавлена в засудженні псевдонауки, як у виявленні того, що багато духовних ідей сумісні з сучасною фізикою... Широко розкидаючи сіті, вона досліджує Бога та духовність, свобідну волю, універсальну свідомість, дуалізм (чи розум відокремлений від тіла), теорію Великого вибуху про походження космосу, можливе існування паралельних всесвітів і чи ми живемо в комп'ютерній імітації... читачі, яким цікаво, як відрізнити хороше пояснення від поганого, тепер можуть звернутися до [«Екзистенційної фізики»]... Інтрижна книжка, повна вагомих і переконливих аргументів». — «Кіркус рів’ю»
«Чудова книжка з фізики для широкого кола читачів... Госенфельдер використовує поточні та історичні дослідження, щоб показати глибокий зв'язок між філософією та науковим методом... Рекомендовано для читачів, які цікавляться філософією науки та питаннями, на які сучасна наука може і не може відповісти». — «Лайбрері джорнел»
«Дотепна... [Госенфельдер] досліджує захопливі питання... хоча вона стверджує, що «фізики справді добре відповідають на запитання, але дуже погано пояснюють, чому комусь слід цікавитися», її цікавість і розумна проза доводять, що це не обов’язково так. Перспективні любителі фізики, візьміть на замітку». — «Паблішерз віклі»
«Почасти гонзо-журналіст, почасти цікава дитина, почасти вчитель і почасти відмінний дослідник, Забіне Госенфельдер — унікальний письменницький талант і унікальний популяризатор науки. Читаючи її прозу, неможливо не захопитися, адже вона вміє натискати на кнопки. Але вона також ненавидить нісенітниці, що змушує її братися до найглибших людських питань та того, що фізика може сказати про варте уваги, а також гарантує, що вона буде відрізнятися від тих інших фізичних книжок із великою багатослівністю про передову фізику. Ви можете погоджуватися з нею. Або ні. Але ви вийдете з цієї пригоди збагаченими і будете думати про світ інакше, ніж раніше». — Лоренц Краус, автор бестселерів «Фізика Зоряного Шляху», «Всесвіт із нічого» та «Фізика зміни клімату»
«Забіне Госенфельдер — рідкісна перлина. Є й інші фізики-теоретики, які можуть писати для широкої авдиторії, але дуже небагато з них здатні робити це таким серйозним способом. Тут немає пихи чи позерства, а пряме і потужне розбирання деяких модних ідей з краю сучасної науки. Результат не просто яскравий, але й приємний». — Чарлз Cайфе, автор «Розшифрування Всесвіту».
«Забіне Госенфельдер пропонує радикальне та абсолютно нове дослідження меж і сили наукового пояснення, щоб братися до найактуальніших екзистенційних питань, які сягають серцевини тієї суттєвої цікавості, що насамперед робить нас людьми. Її книжка пропонує захопливий і надзвичайно оригінальний погляд, який звільняє місце для надії, переконання та віри в домі розуму та раціональності. Необхідно прочитати, щоб краще орієнтуватися в цьому хаотичному та складному нинішньому моменті». — Пріямвада Натараджан, автор книжки «Картографування небес: радикальні наукові ідеї, що розкривають космос»
«Я не завжди погоджуюся з Забіне Госенфельдер, але завжди хочу почути, що вона скаже. Вона один із наших найсміливіших молодих мислителів, і не лише у галузі фізики. Її нова книжка – чудова вітрина її іконоборчого світогляду». — Джон Горґан, автор книжки «Кінець науки» та директор Центру наукових творів Технологічного інституту Стівенза
«Якби мав змогу, я цій книжці дав би шість зірочок. Перша книжка Забіне Госенфельдер для широкого загалу «Загублені в математиці» показала, якою мірою деякі аспекти теоретичної фізики базуються на математичних спекуляціях. Ця, мабуть, була лише для любителів науки, але в «Екзистенційній фізиці» вона береться до питань, які дійсно важливі для всіх нас.
Багато з цих питань витає на межі між наукою та філософією, але це не повторення такої книжки, як неразючий «Великий задум» Гокінга та Млодінова, яка намагалася показати, що філософія чи релігія нам більше не потрібні, бо наука може все. Скоріше Госенфельдер вдається показати, де наука може сказати нам те, чого ми не очікували... а де вона не дає жодної корисної відповіді на запитання.
Приємно, але ці відповіді зовсім не такі, як ви могли б очікувати. Наприклад, Госенфельдер чітко пояснює, що різні теорії «як ми дійшли від Великого вибуху до сюди», такі як інфляція, насправді не корисні з наукового боку, бо з різними параметрами моделі можуть передбачити майже все, а деякі очевидно ненаукові ідеї насправді не відкидаються наукою, навіть якщо будь-яка розсудлива людина може вважати їх неправильними.
Найдивовижніший приклад цього – інтерв’ю, яке Госенфельдер дає кліматологові Тіму Палмеру. Кожен з них або атеїст, або агностик, але існує разючий аргумент, обумовлений тим, що ідея створення, яке відбулося кілька тисяч років тому, може бути сумісною з усією наявною наукою. Я підкреслюю, що жоден із них не вважає це правдою – немає абсолютно ніяких доказів на підтримку цієї ідеї, але наука також не може сказати, що це неправда. Інтерв’ю демонструє те, що ті, хто відкидає переконання інших людей широким висловом «наука доводить, що це не може бути правдою», не розуміють, що наука може справді довести чи спростувати. (Прочитайте книжку, якщо хочете дізнатися геніальний аргумент, який робить науково можливим створення 6000 років тому.)
По дорозі Госенфельдер досліджує цілу гаму великих питань – того, про що діти люблять запитувати нас, над чим розмірковуємо під час довгого темного чаювання душі, а філософи витрачають час на дослідження. Але все це зроблено, виходячи з твердого, основаного на фізиці погляду. Ви знайдете висвітлення різниці між минулим, теперішнім і майбутнім, початку і кінця Всесвіту, свідомості, мозку Больцмана, свобідної волі та багато іншого. Легкий, трохи цинічний голос Госенфельдера дає відчуття, що це дискусія в пабі, а не лекція.
Відповіді, що Госенфельдер дає на численні запитання, які вона розглядає в книжці, подані з такою переконаністю та переконливістю, що легко створитися відчуттю, що всі вони «правильні» відповіді. Важливо пам’ятати, що наука насправді так не працює – окрім усього іншого, нові докази завжди можуть вимагати зміни теорії. Але враховуючи, що вона не завжди погоджується з багатьма відомими фізиками, це нагадування про те, що іноді навіть експерти в цій галузі можуть помилятися. Як це сталося, я здебільшого погоджуюся з Госенфельдер щодо багатьох відомих імен, які вона згадує, але одна з приємних речей у подібній книжці полягає в тому, що ви можете подумати про власні переконання та або змінити їх, або бути готовим до суперечок.
Головне, що розуміє Госенфельдер, але не розуміє багато публічних науковців, полягає в тому, що не існує двох категорій теорії — наукова та ненаукова. Натомість є три: наукова, ненаукова і анаукова. (Можливо, існує четверта — донаукова, коли хтось підтримує теорію, для якої ще немає доказів, але докази для якої зрештою будуть знайдені.) Хоча деякі ідеї відверто ненаукові, бо є вагомі докази того, що вони не істинні, багато інших анаукові, бо немає доказів ні за, ні проти них. Де це так, говорить нам Госенфельдер, ми можемо дотримуватися таких переконань, і науковцям не варто суперечити їм. Особливо це стосується того, що існує багато переконань деяких науковців (наприклад, багатосвітня гіпотеза або космічна інфляція), які анаукові.
Загалом, спонукає до роздумів дослідження питань, важливих для більшості людей з фізичного погляду, і корисна протидія науковцям, які витрачають надто багато часу на спекулятивні теорії, не маючи жодної надії мати докази для їх підтвердження. Дуже рекомендую». – Браян Клеґ
Про авторку
Тепер Забіне Госенфельдер – науковець Франкфуртського інституту передових досліджень, Німеччина, вона опублікувала понад вісімдесят наукових статтей про основи фізики, зокрема квантову гравітацію, фізику за межами стандартної моделі, темну матерію та квантові основи. Вона писала про фізику для широкої авдиторії протягом п’ятнадцяти років і творець популярного ютюб-каналу «Science without the Gobbledygook/Наука без високохмарної балакани». Її статті були опубліковані в «Нью саєнтіст», «Саєнтіфік Амерікен», «Нью-Йорк таймз» і «Гардіан» (Лондон). Її перша книжка «Загублені в математиці: як краса вводить фізиків в оману» вийшла у світ 2018 року.
Стефанові
Набагато краще розуміти Всесвіт таким, який він насправді, ніж наполегливо залишатися в омані, хоч якою б вона була задовільною та обнадійливою.
— Карл Саґан
ЗМІСТ
Передмова
Попередження
Один. ЧИ ІСНУЄ ЩЕ МИНУЛЕ?
Два. ЯК ПОЧИНАВСЯ ВСЕСВІТ? ЧИМ ЦЕ ЗАКІНЧИТЬСЯ?
Інші голоси № 1. ЧИ ВСЕ Є МАТЕМАТИКА?
Інтерв'ю з Тімом Палмером
Три. ЧОМУ НІХТО НІКОЛИ НЕ МОЛОДІЄ?
Чотири. ТИ ПРОСТО МІШОК АТОМІВ?
Інші голоси № 2. ЧИ ЗНАННЯ ПЕРЕДБАЧНІ?
Інтерв'ю з Дейвідом Дойчем
П'ять. ЧИ ІСНУЮТЬ НАШІ КОПІЇ?
Шість. ЧИ УНЕМОЖЛИВИЛА ФІЗИКА СВОБІДНУ ВОЛЮ?
Інші голоси № 3. ЧИ ОБЧИСЛЕННА СВІДОМІСТЬ?
Інтерв'ю з Роджером Пенроузом
Сім. ЧИ ВСЕСВІТ СТВОРЕНО ДЛЯ НАС?
Вісім. ЧИ МИСЛИТЬ ВСЕСВІТ?
Інші голоси № 4. ЧИ МОЖЕМО МИ СТВОРИТИ ВСЕСВІТ?
Інтерв'ю із Зеєю Мералі
Дев'ять. ЛЮДИ ПЕРЕДБАЧНІ?
Епілог: ЯКА ВЗАГАЛІ МЕТА ВСЬОГО?
Подяки
Глосарій
Примітки
Індекс
Передмова
«Чи можна у вас дещо запитати? — звернувся до мене молодий чоловік, дізнавшись, що я фізик. — Про квантову механіку», — сором’язливо додав він. Я була готова обговорювати постулат вимірювання та підводні камені багаточастинної заплутаності, але не була готова до запитання: «Шаман сказав мені, що моя бабуся все ще жива. Через квантову механіку. Вона просто не жива тут і тепер. Чи так це?"
Як ви можете сказати, я все ще думаю про це. Коротка відповідь: це не зовсім неправильно. Довга відповідь буде дана в першому розділі, але перш ніж я перейду до квантової механіки померлих бабусь, я хочу розповісти вам, чому я пишу цю книжку.
Протягом понад десяти років роботи з громадськістю я помітила, що фізики справді добре відповідають на питання, але дуже погано пояснюють, чому комусь слід цікавитися їхніми відповідями. У деяких дослідницьких сферах мета дослідження зрештою виявляється в ходовому продукті. Але в основах фізики, де я роблю більшість своїх досліджень, основний продукт – знання. І надто часто ми з колегами подаємо ці знання так абстрактно, що ніхто не розуміє, чому ми їх шукали.
Не те щоб це було специфічно для фізики. Розрив між експертами та неекспертами такий поширений, що соціолог Стів Фулер стверджує, що науковці використовують незрозумілу термінологію, щоб зберегти розуміння рідкісним і, отже, ціннішим. Як поскаржився американський журналіст і лавреат Пулітцерівської премії Ніколас Крістоф, науковці кодують «осяння в пишномовну прозу» і «як подвійний захист від публічного споживання, ця пишномовність іноді ховається в незрозумілих журналах».
Приклад: людей не хвилює, чи квантова механіка передбачна; вони хочуть знати, чи їхня власна поведінка передбачна. Їм байдуже, чи чорні діри знищують інформацію; вони хочуть знати, що станеться із зібраною інформацією людської цивілізації. Їх не хвилює, чи схожі галактичні нитки на нейронні мережі; вони хочуть знати, чи може Всесвіт мислити. Люди є люди. Хто б міг подумати?
Звісно, я теж хочу знати ці речі. Але десь на своєму науковому шляху я навчилася уникати таких запитань, не кажучи вже про те, щоб відповідати на них. Зрештою, я просто фізик. Я не компетентна говорити про свідомість і людську поведінку тощо.
Однак запитання молодого чоловіка привело мене до думки, що фізики знають дещо, якщо не про саму свідомість, то про фізичні закони, які має поважати все у Всесвіті — разом із тобою, мною та твоєю бабусею. Не всі уявлення про життя, і смерть, і походження людського існування сумісні з основами фізики. Це знання, яке ми не повинні ховати в незрозумілих журналах, які використовують незрозумілу прозу.
Річ не тільки в тому, що цими знаннями варто поділитися; тримання цього при собі має наслідки. Якщо фізики не виступають і не пояснюють, що фізика говорить про стан людини, інші скористаються нагодою та зловживатимуть нашою загадковою термінологією для пропаганди псевдонауки. Невипадково квантова заплутаність і вакуумна енергія – основні пояснення альтернативних цілителів, духовних медіумів та продавців зміїної олії. Якщо у вас немає ступеня доктора філософії з фізики, важко відрізнити нашу пишномовність від будь-якої іншої.
Проте моя мета тут не просто викрити псевдонауку такою, яка вона є. Я також хочу донести, що одні духовні ідеї цілком сумісні із сучасною фізикою, а інші, дійсно, вона підтримує. А чому ні? Те, що фізика має щось сказати про наш зв’язок із Всесвітом, не так уже й дивно. Наука та релігія мають однакові корені, і сьогодні вони розв’язують деякі з тих самих питань: Звідки ми походимо? Куди ми йдемо? Скільки ми можемо знати?
Коли справа доходить до цих питань, фізики багато чого навчилися за минуле століття. Їхній прогрес показує, що межі науки не фіксовані; вони рухаються, коли ми дізнаємося більше про світ. Відповідно, ми знаємо, що деякі пояснення, засновані на переконаннях, які колись допомагали надавати сенс та забезпечували комфорт, просто помилкові. Ідея, наприклад, про те, що певні об’єкти живі, тому що вони наділені особливою субстанцією (“élan vital” Анрі Берґсона), була цілком сумісною з науковими фактами двісті років тому. Але це вже не так.
Сьогодні в основах фізики ми маємо справу із законами природи, які діють на найфундаментальнішому рівні. Тут також знання, які ми здобули за останні сто років, тепер замінюють старі, основані на переконаннях пояснення. Одне з цих старих пояснень полягає в тому, що свідомість потребує чогось більшого, ніж взаємодія багатьох частинок, якогось чарівного казкового пилу, який наділяє певні об’єкти особливими властивостями. Як і élan vital, це застаріла та марна ідея, яка нічого не пояснює. Я перейду до цього в розділі 4, а в розділі 6 я обговорю наслідки, які це має для існування свобідної волі. Ще одна ідея, готова до виходу на пенсію, — це віра в те, що наш Всесвіт особливо підходить для наявності життя, про що йдеться в розділі 7.
Однак демаркація нинішніх меж науки не тільки руйнує ілюзії; це також допомагає нам розпізнати, які переконання все ще сумісні з науковими фактами. Такі переконання, мабуть, слід називати не ненауковими, а швидше анауковими, як влучно зауважив Тім Палмер (з яким ми познайомимося пізніше): наука про них нічого не говорить. Одне з таких переконань – походження нашого Всесвіту. Ми не тільки не можемо пояснити це тепер, але й сумнівно, чи зможемо хоч колись пояснити. Це може бути одним із шляхів фундаментального обмеження науки. Принаймні я тепер так вірю. На власний подив я виявила, що ідею про те, що Всесвіт сам по собі свідомий, важко повністю відкинути (розділ 8). І досі не з’ясовано, чи людська поведінка передбачна (розділ 9).
Коротше кажучи, це книжка про великі питання, які ставить сучасна фізика, від питання, чи відрізняється теперішній момент від минулого, до ідеї, що кожна елементарна частинка може містити Всесвіт, до занепокоєння, що закони природи визначають наші рішення. Я, звісно, не можу дати остаточної відповіді. Але я хочу розповісти вам, скільки науковці тепер знають, а також те, де наука переходить у звичайні спекуляції.
Я здебільшого дотримуватимусь усталених теорій природи, які підтверджені доказами. Отже, усе, що я збираюся сказати, має супроводжуватися преамбулою «скільки ми знаємо», тобто подальший науковий прогрес може привести до перегляду. У деяких випадках відповідь на запитання залежить від властивостей природних законів, які ми ще не повністю розуміємо, як-от квантові вимірювання або природа просторочасових сингулярностей. Якщо так, я вкажу, як майбутні дослідження можуть допомогти відповісти на це питання. А що я не хочу, щоб ви чули лише мою власну думку, то додала кілька інтерв’ю. А в кінці книжки ви знайдете короткий глосарій з означеннями найважливіших технічних термінів. Терміни в глосарії виділяються грубим шрифтом, коли вони вперше з’являються в тексті нижче.
«Екзистенційна фізика» для тих, хто не забув поставити великі питання і не боїться відповідей.
ПОПЕРЕДЖЕННЯ
Я хочу, щоб ви знали, у що ви втягуєтеся, тож дозвольте мені відкрити свої карти. Я і агностик, і язичник. Я ніколи не була членом організованої релігії і ніколи не відчував бажання приєднатися до неї. Проте я не проти релігійних переконань. Наука має межі, і все ж людство завжди шукало сенс за цими межами. Хтось це робить, вивчаючи священне письмо, хтось медитує, хтось займається філософією, хтось курить підозрілі речі. Це все добре для мене насправді. За умови, що — і ось суть — ваш пошук сенсу поважає науковий факт.
Якщо ваші переконання суперечать емпірично підтвердженим знанням, тоді ви не шукаєте сенсу; ви марите. Можливо, ви віддасте перевагу зберегти свої ілюзії. Повірте мені; я з розумінням ставлюся до цього, але ця книжка не для вас. У дальших розділах ми поговоримо про свобідну волю, загробне життя та остаточний пошук сенсу. Це не завжди буде легко. Я сама боролася з деякими наслідками того, що, як я знаю, добре підтверджено природними законами, і підозрюю, що декому з вас буде так само важко.
Ви можете подумати, що я перебільшую, щоб суха фізика звучала захопливіше. Слухайте, ми всі знаємо, що я хочу, щоб цю книжку продали, тож навіщо прикидатися інакшою? Але головна причина, чому роблю це попередження, полягає в тому, що я щиро стурбована тим, що ця книжка може негативно вплинути на психічне здоров’я деяких читачів. Час від часу хтось звертається до мене, пише, що натрапив на одне з моїх есе, і тепер не знає, як жити далі. Здається, вони щиро стурбовані. Який сенс має життя без свобідної волі? Який сенс людського існування, якщо це лише безладна щаслива випадковість? Як можна не злякатися, знаючи, що Всесвіт може згаснути будь-якої миті?
Дійсно, деякі наукові факти важко сприймати, і, що ще гірше, немає психолога, який міг би допомогти. Я знаю це, бо пробувала. Але почекайте. Якщо подумати, наука дає більше, ніж бере. Зрештою, я сподіваюся, що ви знайдете розраду, знаючи, що вам не потрібно замовчувати раціональну думку, щоб звільнити місце для надії, переконання та віри.
Екзистенційна фізика: Посібник для науковців із найважливіших питань життя
Екзистенційна фізика: Посібник для науковців із найважливіших питань життя
Востаннє редагувалось П'ят лютого 17, 2023 5:55 pm користувачем Кувалда, всього редагувалось 1 раз.
Re: Екзистенційна фізика: Посібник для науковців із найважливіших питань життя
Розділ 1
ЧИ ІСНУЄ МИНУЛЕ?
Тепер і ніколи
Час – це гроші. Він також закінчується. Якщо, либонь, він не на вашому боці. Час летить. Час минув. Ми говоримо про час... весь час. І все ж час залишається однією з найважчих для осягнення властивостей природи.
Не допомогло й те, що Альберт Айнштайн зробив його особистим. До Айнштайна час для всіх минав з однаковою швидкістю. Після Айнштайна ми знаємо, що плин часу залежить від того, як швидко ми рухаємося. І хоча числове значення, яке ми присвоюємо кожному моментові — скажімо, 14:14 — питання домовленості та точності вимірювань, у часи до Айнштайна ми вважали, що ваш зараз був такий же, як і мій зараз; це був загальний зараз, космічне цокання невидного годинника, який позначав теперішню мить як особливу. Починаючи з Айнштайна, зараз — це просто зручне слово, яке ми використовуємо для опису нашого досвіду. Цей самий момент більше не має фундаментального значення, тому що, за Айнштайном, минуле і майбутнє такі ж реальні, як і теперішнє.
Це не збігається з моїм досвідом і, ймовірно, не збігається з вашим. Але людський досвід не хороший путівник у фундаментальних законах природи. Наше сприйняття часу формується циркадними ритмами та здатністю нашого мозку зберігати спогади та діставати доступ до них. Ця здатність, мабуть, хороша для багатьох речей, але щоб відокремити фізику часу від нашого його сприйняття, краще поглянути на прості системи, такі як маятники, що коливаються, планети, що обертаються, або світло, яке досягає нас від далеких зір. Саме завдяки спостереженням над такими простими системами ми можемо надійно зробити висновок про фізичну природу часу, не занурюючись у часто неточні інтерпретації, які наші органи чуття додають до фізики.
Столітні спостереження підтвердили, що час має ті властивості, які Айнштайн припустив на початку двадцятого століття. За Айнштайном, час — це вимір, і він поєднується з трьома вимірами простору в одну загальну сутність: чотиривимірний простір-час. Ідея об’єднання простору та часу в простір-час сягає математика Германа Мінковського, але Айнштайн був тим, хто повністю зрозумів фізичні наслідки, які він підсумував у своїй спеціальній теорії відносності.
Слово відносність (relativity) у спеціальній теорії відносності (special relativity) означає те, що абсолютного спокою немає; ви можете просто перебувати в спокої відносно чогось. Наприклад, зараз ви, ймовірно, перебуваєте в спокої відносно цієї книжки; вона не рухається ні від вас, ні до вас. Але якщо ви кинете її в кут, є два способи описати ситуацію: книжка рухається з певною швидкістю відносно вас та решти планети Землі, або ви та решта планети рухаєтеся відносно книжки. За Айнштайном, обидва способи опису фізики еквівалентні та повинні давати однакові передбачення — ось що означає слово відносність. Спеціальна (часткова) лише говорить, що ця теорія не охоплює гравітацію. Гравітація була введена лише пізніше, в загальну теорію відносності Айнштайна.
Ідея, що ми повинні однаково описувати фізичні явища, незалежно від того, як ми рухаємося в чотиривимірному просторі-часі Айнштайна, звучить досить безневинно, але вона має безліч неінтуїтивних наслідків, які повністю змінили наше уявлення про час.
• • •
У нашому звичному тривимірному просторі ми можемо призначити координати будь-якому місцю, використовуючи три числа. Ми могли б, наприклад, використати відстань до ваших вхідних дверей у напрямах схід-захід, північ-південь і вгору-вниз. Якщо час – вимір, ми просто додаємо четверту координату, скажімо, час, який минув біля ваших вхідних дверей від 7:00 ранку. Тоді ми називаємо повні координати подією. Наприклад, просторочасова подія на 3 метри на схід, 12 метрів на північ, 3 метри вгору та 10 годин може бути вашим балконом о 17:00.
Такий вибір координат довільний. Є багато різних способів поставити позначки координат у просторі-часі, і Айнштайн сказав, що ці позначки не мають значення. Час, який фактично проходить для об'єкта, не може залежати від того, які координати ми вибрали. І він показав, що цей інваріантний внутрішній час — власний час, як його називають фізики — довжина кривої в просторі-часі.
Припустімо, ви подорожуєте з Лос-Анджелесу до Торонто. Для вас важлива не пряма координатна відстань між цими точками, приблизно 2200 миль, а відстань по шосе та вулицях, яка більше схожа на 2500 миль. Подібно в просторі-часі. Важлива довжина шляху, а не координатна відстань. Але є важлива відмінність: у просторі-часі що довша крива між двома подіями, то менший час на ній проходить.
Як зробити криву між двома просторочасовими подіями довшою? Змінюючи свою швидкість. Що більше ви пришвидшуєтеся, то повільніше буде проходити ваш власний час. Цей ефект називається сповільнюванням [розтягом] часу. І так, «в принципі», це означає, що якщо ви бігаєте колом, то старієте повільніше. Але це незначний ефект, і я не можу рекомендувати його як стратегію проти старіння. До речі, саме тому біля чорної діри час тече повільніше, ніж далеко від неї. Це тому, що, згідно з Айнштайновим принципом еквівалентності, сильне гравітаційне поле має такий же вплив, як швидке пришвидшення.
Що це означає? Уявіть, що в мене є два однакові годинники; я простягаю вам один, а потім ви йдете своєю дорогою, а я — своєю. У часи до Айнштайна ми могли подумати, що щоразу, коли ми знову зустрічаємося, ці годинники показуватимуть точно той самий час — ось що означає час як універсальний параметр. Але після Айнштайна ми знаємо, що це неправильно. Скільки часу минає на вашому годиннику, залежить від того, скільки і як швидко ви рухаєтеся.
Як ми знаємо, що це правильно? Ну, ми можемо це виміряти. Детальна розповідь про те, котрі спостереження підтвердили Айнштайнові теорії, відвела б нас занадто далеко від теми, але я залишу вам рекомендації для подальшого читання в кінцевих примітках. Ідучи далі, дозвольте мені просто підбити підсумок: гіпотеза про те, що плин часу залежить від того, як ви рухаєтеся, підтверджується великою та вагомою кількістю доказів.
Я говорила про годинник для ілюстрації, але той факт, що пришвидшення сповільнює час, не має нічого спільного з пристроями, які ми називаємо годинниками; це відбувається для будь-якого об'єкта. Чи то цикли згоряння, ядерний розпад, пісок, що просочується крізь пісковий годинник, чи серцебиття – кожен процес має свій власний плин часу. Але відмінності між окремими часами зазвичай незначні, тому ми їх не помічаємо в повсякденному житті. Однак вони стають помітними, коли дуже точно стежити за часом, що ми робимо, наприклад, на супутниках, які становлять частину глобальної системи позиціонування (GPS).
Джі-пі-ес, який, найпевніше, використовує навігаційна система вашого телефона, дає змогу приймачеві, як і вашому телефонові, обчислювати своє положення за сигналами кількох супутників, які обертаються навколо Землі. А що час не універсальний, то час на цих супутниках протікає дещо відмінно від того, як він проходить на Землі, як через рух супутників відносно поверхні Землі, так і через слабше гравітаційне поле, яке супутники відчувають на своїх орбітах. Програмне забезпечення на вашому телефоні має врахувати це, щоб правильно визначити його розташовання, бо відмінний плин часу на супутниках ох-так-злегка спотворює сигнали. Гаразд, це невеликий ефект, але це не філософія; це реально фізично.
• • •
Той факт, що плин часу не універсальний, уже вражає, але є ще щось. Через те що швидкість світла дуже велика, але обмежена, світлу потрібен час, щоб досягти нас, тож, строго кажучи, ми завжди бачимо речі такими, якими вони виглядали трохи раніше. Знову ж таки, ми зазвичай не помічаємо цього в повсякденному житті. Світло поширюється так швидко, що це не має значення на коротких відстанях, які ми бачимо на Землі. Наприклад, якщо ви подивитеся на хмари, то побачите їх такими, якими вони виглядали мільйонну частку секунди тому. Це не має великого значення, чи не так? Ми бачимо Сонце таким, яким воно виглядало вісім хвилин тому, а що Сонце зазвичай не так сильно змінюється за кілька хвилин, то час подорожі світла не має великого значення. Якщо ви подивитеся на Полярну зорю, то побачите її такою, якою вона виглядала 434 роки тому. Ну, можете сказати ви, і що?
Спокусливо приписати цей проміжок часу між моментом, коли щось відбувається, і нашим спостереженням за цим, як обмеження сприйняття, але це має далекосяжні наслідки. Знову ж таки, проблема полягає в тому, що плин часу не універсальний. Якщо ви запитаєте, що сталося «одночасно» в іншому місці — наприклад, що саме ви робили, коли Сонце випромінювало світло, яке ви бачите зараз, — ви не знайдете змістовної відповіді на запитання.
Ця проблема відома як відносність одночасності, і її добре проілюстрував сам Айнштайн. Щоб побачити, як це відбувається, допоможе, якщо зробити кілька рисунків простору-часу. Важко нарисувати чотири виміри, тому сподіваюся, ви вибачите, якщо я використовую лише один просторовий вимір та один часовий. Об’єкт, який не рухається відносно вибраної системи координат, на цій схемі описується вертикальною прямою лінією (рис. 1). Ці координати також називають нерухомою системою координат об'єкта. Об'єкт, що рухається зі сталою швидкістю, утворює пряму лінію, нахилену під кутом. Згідно з умовами, фізики використовують кут 45 градусів для швидкості світла. Швидкість світла однакова для всіх спостерігачів, а що вона не може бути перевищена, то фізичні об’єкти повинні рухатися по лініях, нахилених менше ніж на 45 градусів.
Рисунок 1. Як функціонують просторочасові діаграми.
Тепер Айнштайн стверджував таке. Скажімо, ви хочете побудувати поняття одночасності за допомогою імпульсів лазерних променів, які відбиваються від дзеркал, що перебувають у спокої відносно вас*. Ви посилаєте один імпульс праворуч і один ліворуч і змінюєте своє положення між дзеркалами, доки імпульси не повернуться до вас в однаковий момент (див. рисунок 2а). Тоді ви знаєте, що перебуваєте точно посередині, і лазерні промені потрапляють на обидва дзеркала одночасно.
**Я сама була здивована тим, що робить лазери такими особливими, що вони постійно фігурують у книжках про простір-час. Відповідь: «Насправді нічого». Через те що ми знаємо, що лазерне світло рухається зі швидкістю світла (звісно) і не розширюється (дуже), лазери особливо зручні для ілюстрації зв’язку між простором і часом.
Рисунок 2. Просторочасові діаграми для побудови одночасних подій. Вгорі ліворуч (a): Ви в нерухомій системі з координатами, позначеними простір’ і час’. Вгорі праворуч (b): Сью у вашій нерухомій системі. Внизу ліворуч (c): Сью в нерухомій системі з координатами, позначеними простір’ і час’. Внизу праворуч (d): Ви в нерухомій системі Сью.
Зробивши це, ви точно знаєте, у який момент вашого часу лазерний імпульс вдарить обидва дзеркала, навіть якщо ви не бачите його, бо світло від цих подій ще не досягло вас. Ви можете подивитися на годинник і сказати: «Зараз!». Отже, ви сконструювали поняття одночасності, яке, «в принципі», могло б охопити весь Всесвіт. На практиці у вас може не вистачити терпіння чекати десять мільярдів років, поки лазерний імпульс повернеться, але це вам теоретична фізика.
А тепер уявіть, що ваша подруга Сью рухається відносно вас і намагається зробити те саме (рис. 2b). Скажімо, вона рухається зліва направо. Сью також використовує два дзеркала, одне праворуч і одне ліворуч, і дзеркала рухаються разом з нею з однаковою швидкістю, отже, дзеркала перебувають у спокої відносно Сью, як ваші дзеркала відносно вас. Як і ви, вона надсилає лазерні імпульси в обох напрямках і позиціонується так, щоб імпульси поверталися до неї з обох сторін одночасно. Як і ви, вона знає, що імпульси потрапляють на два дзеркала одночасно, і вона може обчислити, якому саме моментові це відповідає на її годиннику.
Проблема в тому, що вона отримує інший результат, ніж ви. Дві події, які, на думку Сью, відбулися одночасно, на вашу думку, не відбулися б одночасно. Це тому, що з вашої перспективи вона рухається до одного з дзеркал і від іншого. Вам здається, що час, який потрібен імпульсові, щоб досягти дзеркала ліворуч від неї, менший, ніж час, потрібний іншому імпульсові, щоб досягти дзеркало праворуч. Просто цього Сью не помічає, тому що на зворотних шляхах імпульсів від дзеркал відбувається навпаки. Імпульсові від дзеркала ліворуч від Сью потрібно більше часу, щоб наздогнати її, тоді як імпульс від дзеркала праворуч надходить швидше.
Ви б стверджували, що Сью робить помилку, але, на думку Сью, це ви робите помилку, бо для неї ви рухаєтеся. Вона сказала б, що насправді ваші лазерні імпульси не потрапляють на ваше дзеркало одночасно (рис. 2c і 2d).
Ніхто з вас. Цей приклад показує, що в спеціальній теорії відносності твердження про те, що дві події відбулися одночасно, не має сенсу.
Варто підкреслити, що цей аргумент працює лише тому, що світло не потребує середовища для проходження, а швидкість світла (у вакуумі) однакова для всіх спостерігачів. Цей аргумент не працює, наприклад, зі звуковими хвилями (або будь-яким іншим сигналом, який не є світло у вакуумі), бо тоді швидкість сигналу справді не буде однаковою для всіх спостерігачів; натомість вона залежатиме від середовища, в якому він подорожує. У такому разі один із вас буде об’єктивно правий, а інший ні. Альбертові Айнштайну ми завдячуємо розумінням того, що ваше уявлення про теперішній час може не збігатися з моїм.
• • •
Ми щойно встановили, що два спостерігачі, які рухаються відносно один одного, не згодні стосовно того, що означає дві події, які відбуваються в той самий час. Це не тільки дивно, але й повністю руйнує наше інтуїтивне уявлення про реальність.
Щоб побачити це, припустімо, що у вас є дві події, які не перебувають у причиновому зв’язку одна з одною, що означає, що ви не можете надіслати сигнал від однієї до іншої, навіть зі швидкістю світла. Схематично «не в причиновому зв’язку» просто означає, що якщо ви проводите пряму лінію через дві події, кут між лінією та горизонталлю буде менший за 45 градусів. Але подивіться знову на рисунок 2b. Для двох подій, які не перебувають у причиновому зв’язку, завжди можна уявити спостерігача, для якого все на цій прямій одночасне. Вам просто потрібно вибрати швидкість спостерігача, щоб точки повернення лазерних імпульсів були на лінії. Але якщо будь-які два моменти, які причиново не зв’язані, відбуваються для когось одночасно, тоді кожна подія для когось є «зараз».
Щоб проілюструвати останній етап, припустімо, що одна подія – ваше народження, а інша – вибух наднової (див. рисунок 3). Вибух причиново не пов’язаний із вашим народженням, а це означає, що світло від нього не досягло Землі під час вашого народження. Потім ви можете уявити, що ваша подруга Сью, космічна мандрівниця, бачить ці події одночасно, тож, за її словами, вони відбулися одночасно.
Припустімо далі, що до того часу, як ви помрете, світло від наднової ще не досягло Землі. Тоді ваш друг Пол міг би знайти спосіб подорожувати посередині між вами та надновою, щоб побачити вашу смерть і наднову одночасно. За словами Пола, вони обидві відбулися одночасно. Клянусь, це все для знайомства з уявними друзями на космічних кораблях!
Рисунок 3. Будь-які дві причиново непов’язані події одночасні для деяких спостерігачів. Якщо досвід усіх спостерігачів однаково дійсний, то всі події існують так само, незалежно від того, коли і де вони відбуваються.
Тоді ми можемо об’єднати все, чого навчилися. Я вважаю, що більшість із нас скаже, що хмари існують тепер, хоча ми можемо бачити їх лише такими, якими вони були частку секунди тому. Для цього ми використовуємо наше власне, особисте уявлення про одночасність, яке залежить від того, як ми рухаємось у просторі-часі, тобто зазвичай зі швидкістю набагато нижчою за світлову та на поверхні нашої планети. Тому під словом «тепер» ми всі маємо на увазі майже одне й те саме, і це зазвичай не викликає плутанини.
Однак усі поняття «тепер» для спостерігачів, які рухаються в іншому місці та потенційно близькі до швидкості світла, як Сью та Пол, однаково дійсні, і «в принципі» вони охоплюють увесь Всесвіт. А що може бути якийсь спостерігач, за словами якого ваше народження та вибух наднової відбуваються одночасно, то наднова існує під час вашого народження відповідно до вашого власного уявлення про існування. Отже, раз міг бути інший спостерігач, згідно з яким вибух стався разом із вашою смертю, ваша смерть існує при вашому народженні.
Ви можете висунути цей аргумент для будь-яких двох подій у будь-якій точці Всесвіту в будь-який час і дійти одного висновку: фізика спеціальної теорії відносності Айнштайна не дозволяє нам обмежити існування лише моментом, який ми називаємо «тепер». Як тільки ви погоджуєтеся, що будь-що існує тепер деінде, навіть якщо ви бачите це лише пізніше, то змушені визнати, що все у Всесвіті існує тепер.
Цей бентежливий наслідок спеціальної теорії відносності фізики назвали блоковим Всесвітом. У цьому блоковому всесвіті майбутнє, теперішнє та минуле існують таким самим чином; просто ми не сприймаємо їх так саме. І якщо всі часи існують так само, то всі наші минулі «я» — і бабусі й дідусі — живі так само, як і наші теперішні «я». Вони всі там, у нашому чотиривимірному просторі-часі, завжди були там і завжди будуть там. Підсумовуючи це словами британського коміка Джона Лойда, «Час трохи схожий на ландшафт. Те, що ви не в Нью-Йорку, не означає, що його там немає».
Минуло понад століття відтоді, як Айнштайн висунув свої спеціальну і загальну теорії відносності. Але ось ми тут сьогодні все ще намагаємося зрозуміти, що це насправді означає. Це звучить божевільно, але ідея про те, що минуле і майбутнє існують так само, як сьогодення, сумісна з усім, що ми знаємо тепер.
Вічна інформація
Ідею про те, що теперішній момент не має особливого значення, можна розглядати з іншого боку. Усі успішні теорії в основах фізики потребують двох складників: (1) інформації про те, що ви хочете описати в якийсь момент часу, так званої початкової умови, і (2) припису, який називається еволюційним законом, щодо того, як обчислити з цього початкового стану те, що станеться в інший момент часу.
Я хочу попередити вас, що слово еволюція тут не має нічого спільного з Чарлзом Дарвіном; це просто означає, що закон говорить нам, як еволюціонує система, тобто змінюється з часом. Наприклад, якщо ви знаєте місце і швидкість метеорита, що входить в атмосферу Землі (початковий стан), застосування еволюційного закону дасть змогу вам обчислити місце його падіння. А що ми вже вводимо термінологію, то технічний вираз для «того, що ви хочете описати» – система. Ні, серйозно. Хоча в інших дисциплінах система має досить конкретне значення, серед фізиків вона може означати що завгодно. Це дуже зручно, тому я також буду використовувати це слово.
Отже, коли ми хочемо зробити передбачення, то беремо стан системи в один момент часу, а потім використовуємо еволюційний закон, щоб обчислити на основі цього одного моменту, що система буде робити в будь-який інший момент. Але ми можемо робити це в будь-якому напрямі часу. Закони, як ми говоримо, оборотні в часі. Вони можуть іти вперед і назад, як фільм.
У нашому повсякденному досвіді вперед у часі виглядає зовсім інакше, ніж назад у часі. Ми бачимо, як яйця розбиваються, але не стають цілими, поліна горять, але не відновлюються з попелу, люди старіють, але не молодіють. Я присвятила цілий розділ 3 питанню про те, чому вперед у часі виглядає інакше, ніж назад у часі. Але в цьому розділі я відкладу питання, чому час, як здається, має переважний напрямок, і натомість розгляну лише наслідки оборотності законів щодо часу.
Оборотність щодо часу не означає, що обидва напрями в часі виглядають однаково; це назвали б інваріантність щодо обернення часу (time-reversal invariance). Оборотність щодо часу просто означає, що, маючи всю інформацію в один момент, ми можемо обчислити, що сталося в будь-який момент до цього і що станеться в будь-який момент після цього.
Ідея про те, що всі події в майбутньому «в принципі» можуть бути обчислені від будь-якого ранішого часу, називається детермінізмом. До відкриття квантової механіки відомі на той час закони природи були детерміністичні. У 1814 році французький науковець і філософ П’єр-Симон Лаплас створив вигадану всезнавчу істоту, щоб проілюструвати наслідки.
Тепер оборотний щодо часу закон також детерміністичний, але протилежне не обов’язково правильне. Уявіть відеогру, яку неможливо виграти. Ви дивитеся записи геймерів, які грають, але врешті-решт завжди програють гру. Запис неминуче завершиться тим самим екраном із повідомленням «ГРА ЗАВЕРШЕНА». Це означає, що якщо ви бачите лише кінцевий екран, то не можете сказати, що сталося раніше. Результат визначений, але не оборотний у часі. Закон, оборотний у часі, навпаки, приводить до унікального відношення між будь-якими двома моментами часу. Для прикладу відеоігри це означало б, що кінцевий екран містить достатньо деталей, щоб ви могли зрозуміти, які саме дії привели до такого результату.
Відомі натепер фундаментальні закони природи як оборотні, так і детерміністичні, за винятком двох процесів, які я обговорю в дальшому розділі. Те, що майбутнє так фіксується теперішнім, здається, сильно обмежує нашу здатність ухвалювати рішення. Ми поговоримо про те, що це означає для свобідної волі, у розділі 6. Наразі я хочу зосередитися на яскравішій стороні інваріантності часу, яка полягає в тому, що Всесвіт зберігає точний запис інформації про все, що ви коли-небудь сказали, подумали і зробили.
Я вільно використовую слово «інформація» тут для позначення всіх чисел, які потрібно ввести в еволюційний закон, щоб мати можливість робити передбачення за його допомогою. Отже, інформація — це лише всі деталі, необхідні для того, щоб повністю визначити початковий стан системи в певний момент часу. В інших галузях фізики інформація має й інші властивості, але я буду використовувати цей термін саме так.
Закон еволюції відображає початковий стан у будь-який момент часу на стан у будь-який інший момент, тож він насправді просто говорить нам, як матерія у Всесвіті та простір-час реконфігурується. Ми починаємо з частинок в одному розташованні, застосовуємо до нього рівняння й отримуємо інше розташовання. Інформація в цих домовленостях повністю зберігається. Щоб відновити попередній стан, усе, що вам потрібно зробити, це застосувати еволюційний закон та запустити його назад. На практиці це нездійсненно. Але «в принципі» інформація, разом із кожною дрібницею про вашу особу, не може бути знищена.
• • •
Тоді поговорімо про два винятки із оборотності часу: вимірювання в квантовій механіці та випаровування чорних дір.
Квантова механіка має оборотний у часі еволюційний закон (рівняння Шредінґера) для математичного об’єкта, який називається хвильовою функцією. Хвильову функцію зазвичай позначають Ψ (грецька велика літера псі), і вона описує все, що ви хочете спостерігати (знову «система»). На основі хвильової функції ми обчислюємо ймовірності для результатів вимірювань, але сама хвильова функція не спостережна.
Щоб побачити, як це працює, розглянемо такий приклад. Припустімо, що ми використовуємо квантову механіку, щоб обчислити ймовірність того, що частинка буде виміряна в певному місці. Щоб виявити частинку, ми використовуємо світловий екран, який спалахує там, де частинка на нього потрапляє. Скажімо, наші розрахунки передбачають, що з 50-відсотковою ймовірністю ми знайдемо частинку в лівій частині екрана та з 50-відсотковою ймовірністю ми знайдемо її в правій частині екрана. Згідно з квантовою механікою, це ймовірнісне передбачення — це все, що можна сказати. Воно імовірнісне не тому, що нам бракує інформації. Більше інформації просто немає. Хвильова функція — це повний опис частинки — ось що означає для теорії бути фундаментальною.
Однак у той момент, коли ми фактично виміряємо частинку, ми точно знаємо, чи міститься вона з одного боку екрана, чи з іншого. Це означає, що ми маємо оновити хвильову функцію з 50:50 до 100:0 або 0:100, залежно від того, з якого боку екрана ми бачили частинку. Це оновлення іноді також називають редукцією (reduction ) або колапсом (collapse ) хвильової функції. Я вважаю, що слово колапс вводить в оману, бо воно передбачає фізичний процес, якого квантова механіка не містить у собі, тому я дотримуюся оновлення (update ) або редукції. Без оновлення квантова механіка просто не описує того, що ми спостерігаємо.
«Але що таке вимірювання?» – можете ви запитати. Так, хороше запитання. Достеменно це дуже турбувало фізиків на початку квантової механіки. Тепер, на щастя, на це питання значною мірою знайдено відповідь. Вимірювання — це будь-яка взаємодія, достатньо сильна або часта, щоб зруйнувати квантову поведінку системи. Лише те, що потрібне для руйнування квантової поведінки, може бути (і, в багатьох прикладах, було) обчислене.
Найголовніше, ці розрахунки показують, що вимірювання у квантовій механіці не вимагає свідомого спостерігача. Насправді для цього навіть не потрібен вимірювальний прилад. Навіть крихітні взаємодії з молекулами повітря або світлом можуть зруйнувати квантові ефекти, тому нам доведеться оновлювати хвильову функцію. Звісно, у цьому випадку говорити про вимірювання – це певною мірою зловживання мовою, але фізично немає ніякої відмінності між взаємодією зі створеним людиною апаратом і взаємодією з природним середовищем. А що в повсякденному житті ми ніколи не можемо позбутися навколишнього середовища, то зазвичай не бачимо квантових ефектів, як мертвих-і-живих котів, своїми очима. Квантова поведінка просто руйнується надто легко.
Ось чому ви також не повинні слухати тих, хто стверджує, що квантові стрибки дають змогу вам думати, як позбутися від хвороби, або що ви можете покращити своє життя, черпаючи енергію з квантових флюктуацій тощо. Це не просто наука поза панівними тенденціями; це не сумісно з доказами. За звичайних обставин квантові ефекти не відіграють ролі вище від розміру молекул. Те, що їх важко зберігати та вимірювати, – причина того, що фізики люблять проводити експерименти при температурах, близьких до абсолютного нуля, бажано у вакуумі.
Ми досить добре розуміємо, що таке вимірювання, але той факт, що нам потрібно оновлювати хвильову функцію після вимірювання, робить квантову механіку як недетерміністичною, так і необоротною в часі. Вона недетерміністична, бо ми не можемо передбачити те, що будемо вимірювати насправді; ми можемо передбачити лише ймовірність вимірювання чогось. І вона необоротна в часі, бо після того, як виміряли частинку, ми не можемо зробити висновок, якою була хвильова функція до вимірювання. Припустімо, ви вимірюєте частинку в лівій частині екрана. Тоді ви не можете сказати, чи хвильова функція раніше повідомляла, що частинка повинна бути там з 50-відсотковою ймовірністю чи лише з 1-відсотковою ймовірністю. Існує багато різних початкових станів для хвильової функції, які приведуть до однакового результату вимірювання. Це означає, що вимірювання в квантовій механіці назавжди руйнує інформацію.
Однак якщо ви знаєте щось про квантову механіку, то це те, що її фізична інтерпретація залишається дуже суперечливою. У 1964 році, більш ніж через пів століття після створення теорії, Річард Файнмен сказав своїм студентам: «Я можу упевнено сказати, що ніхто не розуміє квантової механіки». Ще через пів століття, у 2019 році, фізик Шон Керол написав, що «навіть фізики не розуміють квантової механіки».
Дійсно, той факт, що хвильову функцію неможливо спостерігати, – дилема, яка не давала спати фізикам і філософам протягом більшої частини століття, але нам не треба розглядати всю дискусію тут. Якщо ви хочете дізнатися більше про інтерпретації квантової механіки, будь ласка, перегляньте мої пропозиції щодо читання в примітках. Дозвольте мені просто підбити підсумок, сказавши, що якщо ви не вірите, що вимірове оновлення принципово правильне, то наразі це науково обґрунтована позиція. Я сама вважаю, що, найпевніше, вимірове оновлення одного разу буде заміщене фізичним процесом у теорії, що лежатме в основі, і вона може знову виявитися детерміністичною і оборотною в часі.
Я повинна додати, що в одній із найпопулярніших інтерпретацій квантової механіки — багатосвітній (багатоісторійній) інтерпретації — вимірове оновлення не відбувається взагалі, а еволюція Всесвіту просто залишається оборотною в часі. Я не велика прихильниця багатосвітньої інтерпретації з причин, які викладу в розділі 5, але щоб дати вам точне уявлення про поточний стан досліджень, багатосвітня інтерпретація – ще одна причина того, що віра в оборотність часу наразі сумісна з науковими знаннями.
Це підводить нас до іншого винятку з оборотності часу: випаровування чорних дір. Чорні діри – це області, де простір-час вигинається так сильно, що світло змушене колувати і не може вирватися. Поверхня, всередині якої світло потрапляє в пастку, називається горизонтом чорної діри; у найпростішому випадку горизонт має форму кулі. А що ніщо не може рухатися швидше за світло, то чорні діри захоплюють усе, що перетинає горизонт. Якщо щось впаде — атом, книга, космічний корабель — то ніколи не зможе повернутися назад. Потрапляючи в чорну діру, це назавжди від’єднується від решти Всесвіту.
Однак те, що щось зникло з поля зору, не означає, що воно перестало існувати. Якщо я поклала книгу в коробку, то більше не бачу її, але це не знищує інформацію в книзі. Тому сама наявність горизонту чорної діри не проблема для збереження інформації. Це, безсумнівно, проблема для доступності інформації, але якби чорні діри просто продовжували зберігати інформацію нескінченно довго, це було б цілком безпроблемно.
І це було доти, поки в 1974 році Стівен Гокінг не показав, що чорні діри не живуть вічно. Через квантові флюктуації простір-час навколо горизонту чорної діри стає нестабільним. У цій області раніше порожній простір розпадається на частинки, головно на фотони (частинки світла) і частинки крихітної маси, під назвою нейтрино. Це створює постійний потік, який називається промінням Гокінга, який відносить енергію від горизонту. Чорна діра випаровується, а що енергія зберігається, то чорна діра стискається.
Однак, через те що проміння Гокінга не надходить зсередини чорної діри, воно не може містити інформації про те, що спочатку утворило чорну діру або що впало пізніше. Пам’ятайте, що те, що всередині чорної діри, від’єднане від зовнішнього середовища. Проміння дійсно несе кілька бітів інформації. Наприклад, якщо ви захопите все це, то зможете зробити висновок про загальну масу та кутовий момент чорної діри. Але проміння не несе достатньо віддаленої інформації, щоб закодувати всі деталі того, що зникло за горизонтом. Тому, коли чорна діра повністю випарувалася, і єдине, що залишилося, це проміння Гокінга, ви не можете вирахувати, яким був початковий стан. Був це колись білий карлик чи нейтронна зоря? З’їла вона маленький супутник, чи водневу хмару, чи безталанного космічного мандрівника? Якими були останні слова космічного мандрівника? Ви не можете це сказати. Отже, випаровування чорної діри необоротне в часі: існує багато різних початкових станів, які приводять до того самого кінцевого стану.
На перший погляд це схоже на проблему вимірювання, але є важлива відмінність. Знищення інформації при випаровуванні чорної діри відбувається ще до того, як вимірюється проміння. Це велика проблема, бо це означає, що випаровування чорної діри несумісне навіть з еволюційним законом квантової теорії. Саме з цієї причини більшість фізиків тепер вважає, що з Гокінговим висновком про те, що чорні діри знищують інформацію, щось не так.
Сам Гокінг у пізні роки життя змінив свою думку і переконався, що чорні діри не знищують інформацію. Найочевидніший недолік розрахунку Гокінга 1974 року – те, що він не враховує квантових властивостей гравітації. Не може, тому що ми не маємо для цього теорії. Якби в нас була така теорія, і якби ми врахували її ефекти, можливо, це відновило б оборотність часу у випаровуванні чорної діри. Тепер багато фізиків вважає, що так і буде.
• • •
У підсумку, крім квантових вимірювань і випаровування чорної діри – суперечливих випадків, – інформація не може бути знищена. Я знаходжу в цьому знанні велику розраду, коли гублю ключі від машини. Що серйозніше, звісно, коли ваша бабуся помирає, інформація про неї — її унікальний спосіб життя, її мудрість, її доброту, її почуття гумору — стає, на практиці, безповоротна. Це швидко розсіюється у формах, з якими ми більше не можемо спілкуватися і які можуть більше не допускати досвіду самоусвідомлення. Проте, якщо ви довіряєте нашій математиці, інформація все ще існує, десь, якимось чином, розповсюджена по всьому Всесвіту, але збережена назавжди. Це може здатися божевільним, але це сумісно з усім, що ми знаємо натепер.
Трансцендентна математика
Мої аргументи в цьому розділі поки що спиралися на аналіз математичних властивостей законів природи, а це метод, який сам по собі заслуговує на подальшу перевірку. Цікавий факт, що математика «надмірно ефективна» в природничих науках, як незабутньо висловився Юджин Віґнер. Дійсно, математика неймовірно добре працювала для фізиків; доведення перед очима. Незалежно від того, читаєте ви цю книжку на екрані чи надруковану лазером на папері, її представили вам фізики, які глибоко заглибилися в математику квантової механіки, на яку спирається сучасна технологія. Ви можете не знати математики, ви можете її не розуміти або вам вона може не подобатися, але немає сумніву, що вона працює.
І все ж фізика – це не математика. Фізика — це наука, і як така її мета — описувати спостереження за природними явищами. Так, ми використовуємо математику у фізиці, і її багато, як, я впевнена, ви помітили. Але ми робимо це не тому, що знаємо, що світ насправді математика. Він може бути математикою — ця можливість відома як платонізм, але платонізм — це філософська, а не наукова позиція. Все, що ми можемо сказати зі спостережень, це те, що математика корисна для опису світу. Те, що світ – математика, а не просто описується математикою, – додаткове припущення. А що це додаткове припущення непотрібне для пояснення того, що ми спостерігаємо, воно не наукове.
Проте віра в те, що реальність — це математика, глибоко вкорінена в мисленні багатьох фізиків, які розглядають математику як позачасову царину істини, в якій ми перебуваємо. Зазвичай у підручниках і статтях стверджується, що простір-час — це особлива математична структура, і що частинки – певні математичні об'єкти. Фізики можуть свідомо не погоджуватися з ідеєю, що математика реальна, і коли їх запитають, вони будуть це заперечувати, але на практиці вони не розрізняють ці дві речі. Це змішування має наслідки, бо вони іноді помилково приходять до думки, що їхня математика розкриває більше про реальність, ніж, мабуть, може.
Це найочевидніше в ідеї Макса Теґмарка про «математичний всесвіт». За Теґмарком, уся математика реальна, і вся однаково реальна, не лише математика, що описує наші спостереження, а буквально будь-яка математика: Ойлерове число, нулі дзета-функції Рімана, псевдометричні не-Гаусдорфові многовиди, простори модулів p-адичних представлень Ґалуа — все так само реальне, як ваш великий палець на нозі.
Вам може здатися, що це трохи важко проковтнути. Але, хоч би як ви ставилися до цього, це не неправильно; це просто не науково. Зрозуміло, що нам не потрібна вся математика, щоб описати наші спостереження — Всесвіт той, а не інший, тому для його опису потрібна лише дуже конкретна математика. І наукові гіпотези не повинні мати зайвих припущень, бо це уможливило б додавання тверджень на кшталт «і Бог створив це». Постулювання того, що вся математика реальна, – таке ненаукове, зайве припущення, воно не допомагає нам краще описувати природу. Але те, що є багато математики, яка нам не потрібна, не означає, що вона також не існує. Постулювати, що вона не існує, також зайве для опису наших спостережень. Отже, як і з Богом, наука нічого не може сказати про те, чи існує вся ця математика.
Відверто кажучи, я думаю, що Теґмарк придумав математичний всесвіт лише для того, щоб усі знали, що він дуже дивний хлопець. Імовірно, він досяг успіху в цьому, але, хоч би якою була його мотивація, я визнаю, що думка про те, що реальність – лише прояв абсолютних математичних істин, мене втішає. Якби це було так, то принаймні світ мав би сенс; просто ми не знаємо або не розуміємо математики, щоб збагнути його.
Однак, хоча я вважаю втішною думку, що реальність — це математика, я не можу змусити себе в це повірити. Мені здається самовпевненим думати, що люди вже відкрили мову, якою говорить природа, по суті, з першої спроби й одразу після того, як ми з’явилися на поверхні планети. Хто скаже, що не існує кращого способу зрозуміти наш Всесвіт, ніж математика, на розгадку якої нам знадобиться мільйон років? Назвіть це принципом обмеженої уяви: те, що ми тепер не можемо придумати кращого пояснення, не означає, що його немає. Те, що ми ще не знаємо кращого способу опису природних явищ, ніж математика, не означає, що його немає.
Отже, якщо ви хочете вірити, що минуле існує, бо це математика, а вся математика існує, це залежить від вас. Аргументи в попередніх розділах цього розділу не залежать від того, чи вірите ви в реальність математики. Однак вони неявно припускають, що сама математика позачасова, що математична істина вічна, і що логіка не змінюється. Це припущення, що неможливо довести, бо як би ви довели, що воно істинне? Це один із зазвичай несформульованих символів віри, на якому базується наше наукове дослідження.
>> КОРОТКА ВІДПОВІДЬ
Відповідно до наразі встановлених законів природи, майбутнє, теперішнє та минуле існують однаково. Це тому, що незалежно від того, що саме ви маєте на увазі під існуванням, у цих законах немає нічого, що відрізняє один момент часу від будь-якого іншого. Отже, минуле існує так само, як і теперішнє. Хоча ситуація ще не зовсім залагоджена, здається, що закони природи зберігають інформацію повністю, тому всі деталі, з яких складаєтеся ви та історія життя вашої бабусі, вічні.
ЧИ ІСНУЄ МИНУЛЕ?
Тепер і ніколи
Час – це гроші. Він також закінчується. Якщо, либонь, він не на вашому боці. Час летить. Час минув. Ми говоримо про час... весь час. І все ж час залишається однією з найважчих для осягнення властивостей природи.
Не допомогло й те, що Альберт Айнштайн зробив його особистим. До Айнштайна час для всіх минав з однаковою швидкістю. Після Айнштайна ми знаємо, що плин часу залежить від того, як швидко ми рухаємося. І хоча числове значення, яке ми присвоюємо кожному моментові — скажімо, 14:14 — питання домовленості та точності вимірювань, у часи до Айнштайна ми вважали, що ваш зараз був такий же, як і мій зараз; це був загальний зараз, космічне цокання невидного годинника, який позначав теперішню мить як особливу. Починаючи з Айнштайна, зараз — це просто зручне слово, яке ми використовуємо для опису нашого досвіду. Цей самий момент більше не має фундаментального значення, тому що, за Айнштайном, минуле і майбутнє такі ж реальні, як і теперішнє.
Це не збігається з моїм досвідом і, ймовірно, не збігається з вашим. Але людський досвід не хороший путівник у фундаментальних законах природи. Наше сприйняття часу формується циркадними ритмами та здатністю нашого мозку зберігати спогади та діставати доступ до них. Ця здатність, мабуть, хороша для багатьох речей, але щоб відокремити фізику часу від нашого його сприйняття, краще поглянути на прості системи, такі як маятники, що коливаються, планети, що обертаються, або світло, яке досягає нас від далеких зір. Саме завдяки спостереженням над такими простими системами ми можемо надійно зробити висновок про фізичну природу часу, не занурюючись у часто неточні інтерпретації, які наші органи чуття додають до фізики.
Столітні спостереження підтвердили, що час має ті властивості, які Айнштайн припустив на початку двадцятого століття. За Айнштайном, час — це вимір, і він поєднується з трьома вимірами простору в одну загальну сутність: чотиривимірний простір-час. Ідея об’єднання простору та часу в простір-час сягає математика Германа Мінковського, але Айнштайн був тим, хто повністю зрозумів фізичні наслідки, які він підсумував у своїй спеціальній теорії відносності.
Слово відносність (relativity) у спеціальній теорії відносності (special relativity) означає те, що абсолютного спокою немає; ви можете просто перебувати в спокої відносно чогось. Наприклад, зараз ви, ймовірно, перебуваєте в спокої відносно цієї книжки; вона не рухається ні від вас, ні до вас. Але якщо ви кинете її в кут, є два способи описати ситуацію: книжка рухається з певною швидкістю відносно вас та решти планети Землі, або ви та решта планети рухаєтеся відносно книжки. За Айнштайном, обидва способи опису фізики еквівалентні та повинні давати однакові передбачення — ось що означає слово відносність. Спеціальна (часткова) лише говорить, що ця теорія не охоплює гравітацію. Гравітація була введена лише пізніше, в загальну теорію відносності Айнштайна.
Ідея, що ми повинні однаково описувати фізичні явища, незалежно від того, як ми рухаємося в чотиривимірному просторі-часі Айнштайна, звучить досить безневинно, але вона має безліч неінтуїтивних наслідків, які повністю змінили наше уявлення про час.
• • •
У нашому звичному тривимірному просторі ми можемо призначити координати будь-якому місцю, використовуючи три числа. Ми могли б, наприклад, використати відстань до ваших вхідних дверей у напрямах схід-захід, північ-південь і вгору-вниз. Якщо час – вимір, ми просто додаємо четверту координату, скажімо, час, який минув біля ваших вхідних дверей від 7:00 ранку. Тоді ми називаємо повні координати подією. Наприклад, просторочасова подія на 3 метри на схід, 12 метрів на північ, 3 метри вгору та 10 годин може бути вашим балконом о 17:00.
Такий вибір координат довільний. Є багато різних способів поставити позначки координат у просторі-часі, і Айнштайн сказав, що ці позначки не мають значення. Час, який фактично проходить для об'єкта, не може залежати від того, які координати ми вибрали. І він показав, що цей інваріантний внутрішній час — власний час, як його називають фізики — довжина кривої в просторі-часі.
Припустімо, ви подорожуєте з Лос-Анджелесу до Торонто. Для вас важлива не пряма координатна відстань між цими точками, приблизно 2200 миль, а відстань по шосе та вулицях, яка більше схожа на 2500 миль. Подібно в просторі-часі. Важлива довжина шляху, а не координатна відстань. Але є важлива відмінність: у просторі-часі що довша крива між двома подіями, то менший час на ній проходить.
Як зробити криву між двома просторочасовими подіями довшою? Змінюючи свою швидкість. Що більше ви пришвидшуєтеся, то повільніше буде проходити ваш власний час. Цей ефект називається сповільнюванням [розтягом] часу. І так, «в принципі», це означає, що якщо ви бігаєте колом, то старієте повільніше. Але це незначний ефект, і я не можу рекомендувати його як стратегію проти старіння. До речі, саме тому біля чорної діри час тече повільніше, ніж далеко від неї. Це тому, що, згідно з Айнштайновим принципом еквівалентності, сильне гравітаційне поле має такий же вплив, як швидке пришвидшення.
Що це означає? Уявіть, що в мене є два однакові годинники; я простягаю вам один, а потім ви йдете своєю дорогою, а я — своєю. У часи до Айнштайна ми могли подумати, що щоразу, коли ми знову зустрічаємося, ці годинники показуватимуть точно той самий час — ось що означає час як універсальний параметр. Але після Айнштайна ми знаємо, що це неправильно. Скільки часу минає на вашому годиннику, залежить від того, скільки і як швидко ви рухаєтеся.
Як ми знаємо, що це правильно? Ну, ми можемо це виміряти. Детальна розповідь про те, котрі спостереження підтвердили Айнштайнові теорії, відвела б нас занадто далеко від теми, але я залишу вам рекомендації для подальшого читання в кінцевих примітках. Ідучи далі, дозвольте мені просто підбити підсумок: гіпотеза про те, що плин часу залежить від того, як ви рухаєтеся, підтверджується великою та вагомою кількістю доказів.
Я говорила про годинник для ілюстрації, але той факт, що пришвидшення сповільнює час, не має нічого спільного з пристроями, які ми називаємо годинниками; це відбувається для будь-якого об'єкта. Чи то цикли згоряння, ядерний розпад, пісок, що просочується крізь пісковий годинник, чи серцебиття – кожен процес має свій власний плин часу. Але відмінності між окремими часами зазвичай незначні, тому ми їх не помічаємо в повсякденному житті. Однак вони стають помітними, коли дуже точно стежити за часом, що ми робимо, наприклад, на супутниках, які становлять частину глобальної системи позиціонування (GPS).
Джі-пі-ес, який, найпевніше, використовує навігаційна система вашого телефона, дає змогу приймачеві, як і вашому телефонові, обчислювати своє положення за сигналами кількох супутників, які обертаються навколо Землі. А що час не універсальний, то час на цих супутниках протікає дещо відмінно від того, як він проходить на Землі, як через рух супутників відносно поверхні Землі, так і через слабше гравітаційне поле, яке супутники відчувають на своїх орбітах. Програмне забезпечення на вашому телефоні має врахувати це, щоб правильно визначити його розташовання, бо відмінний плин часу на супутниках ох-так-злегка спотворює сигнали. Гаразд, це невеликий ефект, але це не філософія; це реально фізично.
• • •
Той факт, що плин часу не універсальний, уже вражає, але є ще щось. Через те що швидкість світла дуже велика, але обмежена, світлу потрібен час, щоб досягти нас, тож, строго кажучи, ми завжди бачимо речі такими, якими вони виглядали трохи раніше. Знову ж таки, ми зазвичай не помічаємо цього в повсякденному житті. Світло поширюється так швидко, що це не має значення на коротких відстанях, які ми бачимо на Землі. Наприклад, якщо ви подивитеся на хмари, то побачите їх такими, якими вони виглядали мільйонну частку секунди тому. Це не має великого значення, чи не так? Ми бачимо Сонце таким, яким воно виглядало вісім хвилин тому, а що Сонце зазвичай не так сильно змінюється за кілька хвилин, то час подорожі світла не має великого значення. Якщо ви подивитеся на Полярну зорю, то побачите її такою, якою вона виглядала 434 роки тому. Ну, можете сказати ви, і що?
Спокусливо приписати цей проміжок часу між моментом, коли щось відбувається, і нашим спостереженням за цим, як обмеження сприйняття, але це має далекосяжні наслідки. Знову ж таки, проблема полягає в тому, що плин часу не універсальний. Якщо ви запитаєте, що сталося «одночасно» в іншому місці — наприклад, що саме ви робили, коли Сонце випромінювало світло, яке ви бачите зараз, — ви не знайдете змістовної відповіді на запитання.
Ця проблема відома як відносність одночасності, і її добре проілюстрував сам Айнштайн. Щоб побачити, як це відбувається, допоможе, якщо зробити кілька рисунків простору-часу. Важко нарисувати чотири виміри, тому сподіваюся, ви вибачите, якщо я використовую лише один просторовий вимір та один часовий. Об’єкт, який не рухається відносно вибраної системи координат, на цій схемі описується вертикальною прямою лінією (рис. 1). Ці координати також називають нерухомою системою координат об'єкта. Об'єкт, що рухається зі сталою швидкістю, утворює пряму лінію, нахилену під кутом. Згідно з умовами, фізики використовують кут 45 градусів для швидкості світла. Швидкість світла однакова для всіх спостерігачів, а що вона не може бути перевищена, то фізичні об’єкти повинні рухатися по лініях, нахилених менше ніж на 45 градусів.
Рисунок 1. Як функціонують просторочасові діаграми.
Тепер Айнштайн стверджував таке. Скажімо, ви хочете побудувати поняття одночасності за допомогою імпульсів лазерних променів, які відбиваються від дзеркал, що перебувають у спокої відносно вас*. Ви посилаєте один імпульс праворуч і один ліворуч і змінюєте своє положення між дзеркалами, доки імпульси не повернуться до вас в однаковий момент (див. рисунок 2а). Тоді ви знаєте, що перебуваєте точно посередині, і лазерні промені потрапляють на обидва дзеркала одночасно.
**Я сама була здивована тим, що робить лазери такими особливими, що вони постійно фігурують у книжках про простір-час. Відповідь: «Насправді нічого». Через те що ми знаємо, що лазерне світло рухається зі швидкістю світла (звісно) і не розширюється (дуже), лазери особливо зручні для ілюстрації зв’язку між простором і часом.
Рисунок 2. Просторочасові діаграми для побудови одночасних подій. Вгорі ліворуч (a): Ви в нерухомій системі з координатами, позначеними простір’ і час’. Вгорі праворуч (b): Сью у вашій нерухомій системі. Внизу ліворуч (c): Сью в нерухомій системі з координатами, позначеними простір’ і час’. Внизу праворуч (d): Ви в нерухомій системі Сью.
Зробивши це, ви точно знаєте, у який момент вашого часу лазерний імпульс вдарить обидва дзеркала, навіть якщо ви не бачите його, бо світло від цих подій ще не досягло вас. Ви можете подивитися на годинник і сказати: «Зараз!». Отже, ви сконструювали поняття одночасності, яке, «в принципі», могло б охопити весь Всесвіт. На практиці у вас може не вистачити терпіння чекати десять мільярдів років, поки лазерний імпульс повернеться, але це вам теоретична фізика.
А тепер уявіть, що ваша подруга Сью рухається відносно вас і намагається зробити те саме (рис. 2b). Скажімо, вона рухається зліва направо. Сью також використовує два дзеркала, одне праворуч і одне ліворуч, і дзеркала рухаються разом з нею з однаковою швидкістю, отже, дзеркала перебувають у спокої відносно Сью, як ваші дзеркала відносно вас. Як і ви, вона надсилає лазерні імпульси в обох напрямках і позиціонується так, щоб імпульси поверталися до неї з обох сторін одночасно. Як і ви, вона знає, що імпульси потрапляють на два дзеркала одночасно, і вона може обчислити, якому саме моментові це відповідає на її годиннику.
Проблема в тому, що вона отримує інший результат, ніж ви. Дві події, які, на думку Сью, відбулися одночасно, на вашу думку, не відбулися б одночасно. Це тому, що з вашої перспективи вона рухається до одного з дзеркал і від іншого. Вам здається, що час, який потрібен імпульсові, щоб досягти дзеркала ліворуч від неї, менший, ніж час, потрібний іншому імпульсові, щоб досягти дзеркало праворуч. Просто цього Сью не помічає, тому що на зворотних шляхах імпульсів від дзеркал відбувається навпаки. Імпульсові від дзеркала ліворуч від Сью потрібно більше часу, щоб наздогнати її, тоді як імпульс від дзеркала праворуч надходить швидше.
Ви б стверджували, що Сью робить помилку, але, на думку Сью, це ви робите помилку, бо для неї ви рухаєтеся. Вона сказала б, що насправді ваші лазерні імпульси не потрапляють на ваше дзеркало одночасно (рис. 2c і 2d).
Ніхто з вас. Цей приклад показує, що в спеціальній теорії відносності твердження про те, що дві події відбулися одночасно, не має сенсу.
Варто підкреслити, що цей аргумент працює лише тому, що світло не потребує середовища для проходження, а швидкість світла (у вакуумі) однакова для всіх спостерігачів. Цей аргумент не працює, наприклад, зі звуковими хвилями (або будь-яким іншим сигналом, який не є світло у вакуумі), бо тоді швидкість сигналу справді не буде однаковою для всіх спостерігачів; натомість вона залежатиме від середовища, в якому він подорожує. У такому разі один із вас буде об’єктивно правий, а інший ні. Альбертові Айнштайну ми завдячуємо розумінням того, що ваше уявлення про теперішній час може не збігатися з моїм.
• • •
Ми щойно встановили, що два спостерігачі, які рухаються відносно один одного, не згодні стосовно того, що означає дві події, які відбуваються в той самий час. Це не тільки дивно, але й повністю руйнує наше інтуїтивне уявлення про реальність.
Щоб побачити це, припустімо, що у вас є дві події, які не перебувають у причиновому зв’язку одна з одною, що означає, що ви не можете надіслати сигнал від однієї до іншої, навіть зі швидкістю світла. Схематично «не в причиновому зв’язку» просто означає, що якщо ви проводите пряму лінію через дві події, кут між лінією та горизонталлю буде менший за 45 градусів. Але подивіться знову на рисунок 2b. Для двох подій, які не перебувають у причиновому зв’язку, завжди можна уявити спостерігача, для якого все на цій прямій одночасне. Вам просто потрібно вибрати швидкість спостерігача, щоб точки повернення лазерних імпульсів були на лінії. Але якщо будь-які два моменти, які причиново не зв’язані, відбуваються для когось одночасно, тоді кожна подія для когось є «зараз».
Щоб проілюструвати останній етап, припустімо, що одна подія – ваше народження, а інша – вибух наднової (див. рисунок 3). Вибух причиново не пов’язаний із вашим народженням, а це означає, що світло від нього не досягло Землі під час вашого народження. Потім ви можете уявити, що ваша подруга Сью, космічна мандрівниця, бачить ці події одночасно, тож, за її словами, вони відбулися одночасно.
Припустімо далі, що до того часу, як ви помрете, світло від наднової ще не досягло Землі. Тоді ваш друг Пол міг би знайти спосіб подорожувати посередині між вами та надновою, щоб побачити вашу смерть і наднову одночасно. За словами Пола, вони обидві відбулися одночасно. Клянусь, це все для знайомства з уявними друзями на космічних кораблях!
Рисунок 3. Будь-які дві причиново непов’язані події одночасні для деяких спостерігачів. Якщо досвід усіх спостерігачів однаково дійсний, то всі події існують так само, незалежно від того, коли і де вони відбуваються.
Тоді ми можемо об’єднати все, чого навчилися. Я вважаю, що більшість із нас скаже, що хмари існують тепер, хоча ми можемо бачити їх лише такими, якими вони були частку секунди тому. Для цього ми використовуємо наше власне, особисте уявлення про одночасність, яке залежить від того, як ми рухаємось у просторі-часі, тобто зазвичай зі швидкістю набагато нижчою за світлову та на поверхні нашої планети. Тому під словом «тепер» ми всі маємо на увазі майже одне й те саме, і це зазвичай не викликає плутанини.
Однак усі поняття «тепер» для спостерігачів, які рухаються в іншому місці та потенційно близькі до швидкості світла, як Сью та Пол, однаково дійсні, і «в принципі» вони охоплюють увесь Всесвіт. А що може бути якийсь спостерігач, за словами якого ваше народження та вибух наднової відбуваються одночасно, то наднова існує під час вашого народження відповідно до вашого власного уявлення про існування. Отже, раз міг бути інший спостерігач, згідно з яким вибух стався разом із вашою смертю, ваша смерть існує при вашому народженні.
Ви можете висунути цей аргумент для будь-яких двох подій у будь-якій точці Всесвіту в будь-який час і дійти одного висновку: фізика спеціальної теорії відносності Айнштайна не дозволяє нам обмежити існування лише моментом, який ми називаємо «тепер». Як тільки ви погоджуєтеся, що будь-що існує тепер деінде, навіть якщо ви бачите це лише пізніше, то змушені визнати, що все у Всесвіті існує тепер.
Цей бентежливий наслідок спеціальної теорії відносності фізики назвали блоковим Всесвітом. У цьому блоковому всесвіті майбутнє, теперішнє та минуле існують таким самим чином; просто ми не сприймаємо їх так саме. І якщо всі часи існують так само, то всі наші минулі «я» — і бабусі й дідусі — живі так само, як і наші теперішні «я». Вони всі там, у нашому чотиривимірному просторі-часі, завжди були там і завжди будуть там. Підсумовуючи це словами британського коміка Джона Лойда, «Час трохи схожий на ландшафт. Те, що ви не в Нью-Йорку, не означає, що його там немає».
Минуло понад століття відтоді, як Айнштайн висунув свої спеціальну і загальну теорії відносності. Але ось ми тут сьогодні все ще намагаємося зрозуміти, що це насправді означає. Це звучить божевільно, але ідея про те, що минуле і майбутнє існують так само, як сьогодення, сумісна з усім, що ми знаємо тепер.
Вічна інформація
Ідею про те, що теперішній момент не має особливого значення, можна розглядати з іншого боку. Усі успішні теорії в основах фізики потребують двох складників: (1) інформації про те, що ви хочете описати в якийсь момент часу, так званої початкової умови, і (2) припису, який називається еволюційним законом, щодо того, як обчислити з цього початкового стану те, що станеться в інший момент часу.
Я хочу попередити вас, що слово еволюція тут не має нічого спільного з Чарлзом Дарвіном; це просто означає, що закон говорить нам, як еволюціонує система, тобто змінюється з часом. Наприклад, якщо ви знаєте місце і швидкість метеорита, що входить в атмосферу Землі (початковий стан), застосування еволюційного закону дасть змогу вам обчислити місце його падіння. А що ми вже вводимо термінологію, то технічний вираз для «того, що ви хочете описати» – система. Ні, серйозно. Хоча в інших дисциплінах система має досить конкретне значення, серед фізиків вона може означати що завгодно. Це дуже зручно, тому я також буду використовувати це слово.
Отже, коли ми хочемо зробити передбачення, то беремо стан системи в один момент часу, а потім використовуємо еволюційний закон, щоб обчислити на основі цього одного моменту, що система буде робити в будь-який інший момент. Але ми можемо робити це в будь-якому напрямі часу. Закони, як ми говоримо, оборотні в часі. Вони можуть іти вперед і назад, як фільм.
У нашому повсякденному досвіді вперед у часі виглядає зовсім інакше, ніж назад у часі. Ми бачимо, як яйця розбиваються, але не стають цілими, поліна горять, але не відновлюються з попелу, люди старіють, але не молодіють. Я присвятила цілий розділ 3 питанню про те, чому вперед у часі виглядає інакше, ніж назад у часі. Але в цьому розділі я відкладу питання, чому час, як здається, має переважний напрямок, і натомість розгляну лише наслідки оборотності законів щодо часу.
Оборотність щодо часу не означає, що обидва напрями в часі виглядають однаково; це назвали б інваріантність щодо обернення часу (time-reversal invariance). Оборотність щодо часу просто означає, що, маючи всю інформацію в один момент, ми можемо обчислити, що сталося в будь-який момент до цього і що станеться в будь-який момент після цього.
Ідея про те, що всі події в майбутньому «в принципі» можуть бути обчислені від будь-якого ранішого часу, називається детермінізмом. До відкриття квантової механіки відомі на той час закони природи були детерміністичні. У 1814 році французький науковець і філософ П’єр-Симон Лаплас створив вигадану всезнавчу істоту, щоб проілюструвати наслідки.
Ця всезнавча істота, Лапласів демон, – ідеал. На практиці, звісно, ніхто не має всієї інформації, необхідної для того, щоб з певністю передбачити майбутнє — ми не всезнавчі. Але мене тут не цікавить, які розрахунки можна зробити на практиці; я хочу подивитися, що фундаментальні закони та їхні властивості говорять нам про природу реальності.Тоді нам слід розглядати теперішній стан Всесвіту як наслідок його попереднього стану і як причину того, що буде наступним. Розум, що на певний момент міг би осягнути всі сили, які урухомлюють природу, і відповідне місцеперебування створінь, з яких вона складається, — розум, достатньо величезний, щоб піддати ці дані аналізові, — охопив би в одній же формулі рухи найбільших тіл Всесвіту та найлегшого атома; для нього ніщо не було б невизначеним, і майбутнє, як і минуле, було б перед його очима.
Тепер оборотний щодо часу закон також детерміністичний, але протилежне не обов’язково правильне. Уявіть відеогру, яку неможливо виграти. Ви дивитеся записи геймерів, які грають, але врешті-решт завжди програють гру. Запис неминуче завершиться тим самим екраном із повідомленням «ГРА ЗАВЕРШЕНА». Це означає, що якщо ви бачите лише кінцевий екран, то не можете сказати, що сталося раніше. Результат визначений, але не оборотний у часі. Закон, оборотний у часі, навпаки, приводить до унікального відношення між будь-якими двома моментами часу. Для прикладу відеоігри це означало б, що кінцевий екран містить достатньо деталей, щоб ви могли зрозуміти, які саме дії привели до такого результату.
Відомі натепер фундаментальні закони природи як оборотні, так і детерміністичні, за винятком двох процесів, які я обговорю в дальшому розділі. Те, що майбутнє так фіксується теперішнім, здається, сильно обмежує нашу здатність ухвалювати рішення. Ми поговоримо про те, що це означає для свобідної волі, у розділі 6. Наразі я хочу зосередитися на яскравішій стороні інваріантності часу, яка полягає в тому, що Всесвіт зберігає точний запис інформації про все, що ви коли-небудь сказали, подумали і зробили.
Я вільно використовую слово «інформація» тут для позначення всіх чисел, які потрібно ввести в еволюційний закон, щоб мати можливість робити передбачення за його допомогою. Отже, інформація — це лише всі деталі, необхідні для того, щоб повністю визначити початковий стан системи в певний момент часу. В інших галузях фізики інформація має й інші властивості, але я буду використовувати цей термін саме так.
Закон еволюції відображає початковий стан у будь-який момент часу на стан у будь-який інший момент, тож він насправді просто говорить нам, як матерія у Всесвіті та простір-час реконфігурується. Ми починаємо з частинок в одному розташованні, застосовуємо до нього рівняння й отримуємо інше розташовання. Інформація в цих домовленостях повністю зберігається. Щоб відновити попередній стан, усе, що вам потрібно зробити, це застосувати еволюційний закон та запустити його назад. На практиці це нездійсненно. Але «в принципі» інформація, разом із кожною дрібницею про вашу особу, не може бути знищена.
• • •
Тоді поговорімо про два винятки із оборотності часу: вимірювання в квантовій механіці та випаровування чорних дір.
Квантова механіка має оборотний у часі еволюційний закон (рівняння Шредінґера) для математичного об’єкта, який називається хвильовою функцією. Хвильову функцію зазвичай позначають Ψ (грецька велика літера псі), і вона описує все, що ви хочете спостерігати (знову «система»). На основі хвильової функції ми обчислюємо ймовірності для результатів вимірювань, але сама хвильова функція не спостережна.
Щоб побачити, як це працює, розглянемо такий приклад. Припустімо, що ми використовуємо квантову механіку, щоб обчислити ймовірність того, що частинка буде виміряна в певному місці. Щоб виявити частинку, ми використовуємо світловий екран, який спалахує там, де частинка на нього потрапляє. Скажімо, наші розрахунки передбачають, що з 50-відсотковою ймовірністю ми знайдемо частинку в лівій частині екрана та з 50-відсотковою ймовірністю ми знайдемо її в правій частині екрана. Згідно з квантовою механікою, це ймовірнісне передбачення — це все, що можна сказати. Воно імовірнісне не тому, що нам бракує інформації. Більше інформації просто немає. Хвильова функція — це повний опис частинки — ось що означає для теорії бути фундаментальною.
Однак у той момент, коли ми фактично виміряємо частинку, ми точно знаємо, чи міститься вона з одного боку екрана, чи з іншого. Це означає, що ми маємо оновити хвильову функцію з 50:50 до 100:0 або 0:100, залежно від того, з якого боку екрана ми бачили частинку. Це оновлення іноді також називають редукцією (reduction ) або колапсом (collapse ) хвильової функції. Я вважаю, що слово колапс вводить в оману, бо воно передбачає фізичний процес, якого квантова механіка не містить у собі, тому я дотримуюся оновлення (update ) або редукції. Без оновлення квантова механіка просто не описує того, що ми спостерігаємо.
«Але що таке вимірювання?» – можете ви запитати. Так, хороше запитання. Достеменно це дуже турбувало фізиків на початку квантової механіки. Тепер, на щастя, на це питання значною мірою знайдено відповідь. Вимірювання — це будь-яка взаємодія, достатньо сильна або часта, щоб зруйнувати квантову поведінку системи. Лише те, що потрібне для руйнування квантової поведінки, може бути (і, в багатьох прикладах, було) обчислене.
Найголовніше, ці розрахунки показують, що вимірювання у квантовій механіці не вимагає свідомого спостерігача. Насправді для цього навіть не потрібен вимірювальний прилад. Навіть крихітні взаємодії з молекулами повітря або світлом можуть зруйнувати квантові ефекти, тому нам доведеться оновлювати хвильову функцію. Звісно, у цьому випадку говорити про вимірювання – це певною мірою зловживання мовою, але фізично немає ніякої відмінності між взаємодією зі створеним людиною апаратом і взаємодією з природним середовищем. А що в повсякденному житті ми ніколи не можемо позбутися навколишнього середовища, то зазвичай не бачимо квантових ефектів, як мертвих-і-живих котів, своїми очима. Квантова поведінка просто руйнується надто легко.
Ось чому ви також не повинні слухати тих, хто стверджує, що квантові стрибки дають змогу вам думати, як позбутися від хвороби, або що ви можете покращити своє життя, черпаючи енергію з квантових флюктуацій тощо. Це не просто наука поза панівними тенденціями; це не сумісно з доказами. За звичайних обставин квантові ефекти не відіграють ролі вище від розміру молекул. Те, що їх важко зберігати та вимірювати, – причина того, що фізики люблять проводити експерименти при температурах, близьких до абсолютного нуля, бажано у вакуумі.
Ми досить добре розуміємо, що таке вимірювання, але той факт, що нам потрібно оновлювати хвильову функцію після вимірювання, робить квантову механіку як недетерміністичною, так і необоротною в часі. Вона недетерміністична, бо ми не можемо передбачити те, що будемо вимірювати насправді; ми можемо передбачити лише ймовірність вимірювання чогось. І вона необоротна в часі, бо після того, як виміряли частинку, ми не можемо зробити висновок, якою була хвильова функція до вимірювання. Припустімо, ви вимірюєте частинку в лівій частині екрана. Тоді ви не можете сказати, чи хвильова функція раніше повідомляла, що частинка повинна бути там з 50-відсотковою ймовірністю чи лише з 1-відсотковою ймовірністю. Існує багато різних початкових станів для хвильової функції, які приведуть до однакового результату вимірювання. Це означає, що вимірювання в квантовій механіці назавжди руйнує інформацію.
Однак якщо ви знаєте щось про квантову механіку, то це те, що її фізична інтерпретація залишається дуже суперечливою. У 1964 році, більш ніж через пів століття після створення теорії, Річард Файнмен сказав своїм студентам: «Я можу упевнено сказати, що ніхто не розуміє квантової механіки». Ще через пів століття, у 2019 році, фізик Шон Керол написав, що «навіть фізики не розуміють квантової механіки».
Дійсно, той факт, що хвильову функцію неможливо спостерігати, – дилема, яка не давала спати фізикам і філософам протягом більшої частини століття, але нам не треба розглядати всю дискусію тут. Якщо ви хочете дізнатися більше про інтерпретації квантової механіки, будь ласка, перегляньте мої пропозиції щодо читання в примітках. Дозвольте мені просто підбити підсумок, сказавши, що якщо ви не вірите, що вимірове оновлення принципово правильне, то наразі це науково обґрунтована позиція. Я сама вважаю, що, найпевніше, вимірове оновлення одного разу буде заміщене фізичним процесом у теорії, що лежатме в основі, і вона може знову виявитися детерміністичною і оборотною в часі.
Я повинна додати, що в одній із найпопулярніших інтерпретацій квантової механіки — багатосвітній (багатоісторійній) інтерпретації — вимірове оновлення не відбувається взагалі, а еволюція Всесвіту просто залишається оборотною в часі. Я не велика прихильниця багатосвітньої інтерпретації з причин, які викладу в розділі 5, але щоб дати вам точне уявлення про поточний стан досліджень, багатосвітня інтерпретація – ще одна причина того, що віра в оборотність часу наразі сумісна з науковими знаннями.
Це підводить нас до іншого винятку з оборотності часу: випаровування чорних дір. Чорні діри – це області, де простір-час вигинається так сильно, що світло змушене колувати і не може вирватися. Поверхня, всередині якої світло потрапляє в пастку, називається горизонтом чорної діри; у найпростішому випадку горизонт має форму кулі. А що ніщо не може рухатися швидше за світло, то чорні діри захоплюють усе, що перетинає горизонт. Якщо щось впаде — атом, книга, космічний корабель — то ніколи не зможе повернутися назад. Потрапляючи в чорну діру, це назавжди від’єднується від решти Всесвіту.
Однак те, що щось зникло з поля зору, не означає, що воно перестало існувати. Якщо я поклала книгу в коробку, то більше не бачу її, але це не знищує інформацію в книзі. Тому сама наявність горизонту чорної діри не проблема для збереження інформації. Це, безсумнівно, проблема для доступності інформації, але якби чорні діри просто продовжували зберігати інформацію нескінченно довго, це було б цілком безпроблемно.
І це було доти, поки в 1974 році Стівен Гокінг не показав, що чорні діри не живуть вічно. Через квантові флюктуації простір-час навколо горизонту чорної діри стає нестабільним. У цій області раніше порожній простір розпадається на частинки, головно на фотони (частинки світла) і частинки крихітної маси, під назвою нейтрино. Це створює постійний потік, який називається промінням Гокінга, який відносить енергію від горизонту. Чорна діра випаровується, а що енергія зберігається, то чорна діра стискається.
Однак, через те що проміння Гокінга не надходить зсередини чорної діри, воно не може містити інформації про те, що спочатку утворило чорну діру або що впало пізніше. Пам’ятайте, що те, що всередині чорної діри, від’єднане від зовнішнього середовища. Проміння дійсно несе кілька бітів інформації. Наприклад, якщо ви захопите все це, то зможете зробити висновок про загальну масу та кутовий момент чорної діри. Але проміння не несе достатньо віддаленої інформації, щоб закодувати всі деталі того, що зникло за горизонтом. Тому, коли чорна діра повністю випарувалася, і єдине, що залишилося, це проміння Гокінга, ви не можете вирахувати, яким був початковий стан. Був це колись білий карлик чи нейтронна зоря? З’їла вона маленький супутник, чи водневу хмару, чи безталанного космічного мандрівника? Якими були останні слова космічного мандрівника? Ви не можете це сказати. Отже, випаровування чорної діри необоротне в часі: існує багато різних початкових станів, які приводять до того самого кінцевого стану.
На перший погляд це схоже на проблему вимірювання, але є важлива відмінність. Знищення інформації при випаровуванні чорної діри відбувається ще до того, як вимірюється проміння. Це велика проблема, бо це означає, що випаровування чорної діри несумісне навіть з еволюційним законом квантової теорії. Саме з цієї причини більшість фізиків тепер вважає, що з Гокінговим висновком про те, що чорні діри знищують інформацію, щось не так.
Сам Гокінг у пізні роки життя змінив свою думку і переконався, що чорні діри не знищують інформацію. Найочевидніший недолік розрахунку Гокінга 1974 року – те, що він не враховує квантових властивостей гравітації. Не може, тому що ми не маємо для цього теорії. Якби в нас була така теорія, і якби ми врахували її ефекти, можливо, це відновило б оборотність часу у випаровуванні чорної діри. Тепер багато фізиків вважає, що так і буде.
• • •
У підсумку, крім квантових вимірювань і випаровування чорної діри – суперечливих випадків, – інформація не може бути знищена. Я знаходжу в цьому знанні велику розраду, коли гублю ключі від машини. Що серйозніше, звісно, коли ваша бабуся помирає, інформація про неї — її унікальний спосіб життя, її мудрість, її доброту, її почуття гумору — стає, на практиці, безповоротна. Це швидко розсіюється у формах, з якими ми більше не можемо спілкуватися і які можуть більше не допускати досвіду самоусвідомлення. Проте, якщо ви довіряєте нашій математиці, інформація все ще існує, десь, якимось чином, розповсюджена по всьому Всесвіту, але збережена назавжди. Це може здатися божевільним, але це сумісно з усім, що ми знаємо натепер.
Трансцендентна математика
Мої аргументи в цьому розділі поки що спиралися на аналіз математичних властивостей законів природи, а це метод, який сам по собі заслуговує на подальшу перевірку. Цікавий факт, що математика «надмірно ефективна» в природничих науках, як незабутньо висловився Юджин Віґнер. Дійсно, математика неймовірно добре працювала для фізиків; доведення перед очима. Незалежно від того, читаєте ви цю книжку на екрані чи надруковану лазером на папері, її представили вам фізики, які глибоко заглибилися в математику квантової механіки, на яку спирається сучасна технологія. Ви можете не знати математики, ви можете її не розуміти або вам вона може не подобатися, але немає сумніву, що вона працює.
І все ж фізика – це не математика. Фізика — це наука, і як така її мета — описувати спостереження за природними явищами. Так, ми використовуємо математику у фізиці, і її багато, як, я впевнена, ви помітили. Але ми робимо це не тому, що знаємо, що світ насправді математика. Він може бути математикою — ця можливість відома як платонізм, але платонізм — це філософська, а не наукова позиція. Все, що ми можемо сказати зі спостережень, це те, що математика корисна для опису світу. Те, що світ – математика, а не просто описується математикою, – додаткове припущення. А що це додаткове припущення непотрібне для пояснення того, що ми спостерігаємо, воно не наукове.
Проте віра в те, що реальність — це математика, глибоко вкорінена в мисленні багатьох фізиків, які розглядають математику як позачасову царину істини, в якій ми перебуваємо. Зазвичай у підручниках і статтях стверджується, що простір-час — це особлива математична структура, і що частинки – певні математичні об'єкти. Фізики можуть свідомо не погоджуватися з ідеєю, що математика реальна, і коли їх запитають, вони будуть це заперечувати, але на практиці вони не розрізняють ці дві речі. Це змішування має наслідки, бо вони іноді помилково приходять до думки, що їхня математика розкриває більше про реальність, ніж, мабуть, може.
Це найочевидніше в ідеї Макса Теґмарка про «математичний всесвіт». За Теґмарком, уся математика реальна, і вся однаково реальна, не лише математика, що описує наші спостереження, а буквально будь-яка математика: Ойлерове число, нулі дзета-функції Рімана, псевдометричні не-Гаусдорфові многовиди, простори модулів p-адичних представлень Ґалуа — все так само реальне, як ваш великий палець на нозі.
Вам може здатися, що це трохи важко проковтнути. Але, хоч би як ви ставилися до цього, це не неправильно; це просто не науково. Зрозуміло, що нам не потрібна вся математика, щоб описати наші спостереження — Всесвіт той, а не інший, тому для його опису потрібна лише дуже конкретна математика. І наукові гіпотези не повинні мати зайвих припущень, бо це уможливило б додавання тверджень на кшталт «і Бог створив це». Постулювання того, що вся математика реальна, – таке ненаукове, зайве припущення, воно не допомагає нам краще описувати природу. Але те, що є багато математики, яка нам не потрібна, не означає, що вона також не існує. Постулювати, що вона не існує, також зайве для опису наших спостережень. Отже, як і з Богом, наука нічого не може сказати про те, чи існує вся ця математика.
Відверто кажучи, я думаю, що Теґмарк придумав математичний всесвіт лише для того, щоб усі знали, що він дуже дивний хлопець. Імовірно, він досяг успіху в цьому, але, хоч би якою була його мотивація, я визнаю, що думка про те, що реальність – лише прояв абсолютних математичних істин, мене втішає. Якби це було так, то принаймні світ мав би сенс; просто ми не знаємо або не розуміємо математики, щоб збагнути його.
Однак, хоча я вважаю втішною думку, що реальність — це математика, я не можу змусити себе в це повірити. Мені здається самовпевненим думати, що люди вже відкрили мову, якою говорить природа, по суті, з першої спроби й одразу після того, як ми з’явилися на поверхні планети. Хто скаже, що не існує кращого способу зрозуміти наш Всесвіт, ніж математика, на розгадку якої нам знадобиться мільйон років? Назвіть це принципом обмеженої уяви: те, що ми тепер не можемо придумати кращого пояснення, не означає, що його немає. Те, що ми ще не знаємо кращого способу опису природних явищ, ніж математика, не означає, що його немає.
Отже, якщо ви хочете вірити, що минуле існує, бо це математика, а вся математика існує, це залежить від вас. Аргументи в попередніх розділах цього розділу не залежать від того, чи вірите ви в реальність математики. Однак вони неявно припускають, що сама математика позачасова, що математична істина вічна, і що логіка не змінюється. Це припущення, що неможливо довести, бо як би ви довели, що воно істинне? Це один із зазвичай несформульованих символів віри, на якому базується наше наукове дослідження.
>> КОРОТКА ВІДПОВІДЬ
Відповідно до наразі встановлених законів природи, майбутнє, теперішнє та минуле існують однаково. Це тому, що незалежно від того, що саме ви маєте на увазі під існуванням, у цих законах немає нічого, що відрізняє один момент часу від будь-якого іншого. Отже, минуле існує так само, як і теперішнє. Хоча ситуація ще не зовсім залагоджена, здається, що закони природи зберігають інформацію повністю, тому всі деталі, з яких складаєтеся ви та історія життя вашої бабусі, вічні.
Востаннє редагувалось Нед лютого 19, 2023 2:02 am користувачем Кувалда, всього редагувалось 1 раз.
Re: Екзистенційна фізика: Посібник для науковців із найважливіших питань життя
либрнь
певненістю
Трансцедентна
певненістю
Трансцедентна