Все мы где-то слышали, что некоему Альберту Эйнштейну, по прозвищу «старик», в свое время пришла в голову дурацкая мысль, что время - это на самом деле просто четвертая координата пространства. И эта мысль по каким-то необъяснимым причинам так понравилась физикам, что они ее с тех пор холят и лелеют, и даже, не смотря на протесты прогрессивной общественности, ухитрились записать эту ерунду во всевозможные учебники.
Правда, некоторые оспаривают приоритет Эйнштейна в изобретении четвертой координаты пространства, утверждая, что еще раньше над этим потрудились такие деятели, как Минковский или Лоренц. Даже название изобретенного пространства было дано в их честь. Ну ладно, математикам простительно изобретать всякие абстракции, вроде пятого колеса или четвертого измерения. Даже если лишняя координата получилась какая-то неправильная: то ли расстояния по ней измеряются как-то по-другому, то ли они вообще мнимые. Математики придумали для этого специальное слово - «метрика». Мол, метрика у этого пространства вовсе не обычная, а специальная, лоренцева.
Поигрались бы, да забыли. Но нет, тут появился упомянутый Эйнштейн и всем доказал, что мы живем как раз в этом самом пространстве Минковского, только по своей косности этого до сих пор не понимали. На деле, конечно, все было еще интереснее. Сначала-то он, конечно, сам не понял, что хотел сказать. Начал рассуждать об относительности того и сего, опровергать известные любому младенцу истины: что Земля плоская... Ой, это же еще раньше опровергли. Эйнштейн круче за дело взялся: сразу начал утверждать, что ни время, ни расстояние нельзя правильно измерить, потому что у всех будут получаться разные результаты. И это не смотря на то, что общественно-историческая практика землемеров еще в Древнем Египте со всей определенностью показала... Ну да ладно, об этом как-нибудь в следующий раз.
Короче, написал Эйнштейн, что все в мире относительно, и задумался: что будет, если все же измерить, и нельзя ли заранее рассчитать результат. Начал он писать для этого разные формулы, но получались почему-то трехэтажные выражения с корнями в знаменателе (их потом в программу физики средней школы включили, чтобы детям сразу голову заморочить). А тут ему и говорят: «Слушай, старик (хотя, он тогда еще молодой был), а ведь твои формулы, которые, кстати, еще раньше Лоренц вывел, отлично пространство Минковского описывают». Тут он выскочил из ванны с криком «эврика» (или это был не он?) и побежал оповещать мировое сообщество о том, что пространство Минковского вовсе не какая-нибудь математическая абстракция, а самая что ни на есть объективная реальность, данная нам в его, Эйнштейна, ощущениях.
Тренируйте свои ощущения, господа! Иначе вам так и будет казаться, что вы живете в трехмерном евклидовом пространстве, в котором движутся различные объекты, и что если понятие «здесь» еще как-то можно оспаривать, то уж понятие «сейчас» абсолютно и незыблемо для всей Вселенной. Я никак не могу понять, зачем нам в школе продолжают вбивать эти совершенно неправильные представления, когда давно доказано, что Вселенная - это замкнутый, то ли одиннадцати-, то ли двадцати шести мерный континуум, свернутый по лишним измерениям, возникший из Ничего в результате одного Большого Недоразумения, причиной которого является неосторожность Наблюдателя, который забыл, что по законам физики он не может не влиять на наблюдаемый объект.
Но история на этом не заканчивается. Итак, мировое сообщество узнало, что живет в четырехмерном пространстве, и если его повернуть (сообщество относительно пространства или наоборот), то могут поменяться местами не только «право» с «лево», но и «вчера» с «завтра». Тогда сообщество возликовало: «Вот она - долгожданная возможность отправиться в прошлое убивать своих дедушек!» Но наверное Эйнштейну забыли заплатить за разработку машины времени. Поэтому он, вместо того, чтобы засучив рукава взяться за работу, начал придумывать разные отговорки: что-де для каждого события есть «конус прошлого» и «конус будущего» и эти конусы, как ни верти пространство-время, никак не пересекаются, а вчера-де с завтра могут меняться только в очень удаленных местах, которые ни в тот ни в другой конусы не входят, и потому для нас никакого интереса не представляют.
Вообще, из теории относительности вышли одни разочарования. С невозможностью убить своего дедушку, который все равно уже умер, еще можно смириться. Но ведь эта отвратительная теория напрочь развеяла мечты человечества о межзвездных полетах, подогреваемые кострами инквизиции еще со времен Джордано Бруно. Как приятно было мечтать о том, что во Вселенной неисчислимое множество миров, до каждого из которых мы можем долететь, если только разгонимся хорошенько. А чуть только начали воплощать мечты на практике - строить космические корабли, физики тут как тут, напоминают: «Никуда вы не разгонитесь. Что толку лететь к облюбованной звездочке, если по прибытии обнаружишь, что она уже миллион лет как потухла? Если бы хоть вернуться можно было, но нет: вернувшись, рискуешь обнаружить, что Солнце тоже уже миллион лет как потухло. Вот так». А почему? А потому, что как бы тебе ни казалось, что ты добрался быстро, на самом деле ничто не может двигаться быстрее скорости света, ни материя, ни информация.
«Не может быть! - воскликнет любознательный знаток школьного курса физики. - Если, скажем, убрать Луну, то приливы на Земле должны немедленно исчезнуть, поскольку исчезла причина, их вызывающая. Но от Луны свет идет целых полторы секунды. Так что по приливам мы должны узнать об исчезновении Луны быстрее, чем свет доставит об этом информацию. Об исчезновении далекой звезды, вероятно, тоже можно получить информацию раньше, чем со светом». И знаток вполне логично обоснует свое мнение законом всемирного тяготения, который утверждает, что сила тяготения определяется тем, какое расстояние до объекта сейчас, а не какое оно было полторы секунды назад.
То, что закон всемирного тяготения противоречит теории относительности, было ясно всем с момента возникновения последней. Требовалось срочно привести устаревший закон в соответствие с новыми требованиями. На первый взгляд это казалось простым: учесть, что гравитационное взаимодействие передается тоже не быстрее скорости света и все тут. Старик Эйнштейн с энтузиазмом взялся за решение задачи. Он не стал опровергать воззрений, исходящих еще от Галилея, что ускорение тела в гравитационном поле никак от свойств самого тела не зависит (нынче это называют принципом равенства тяжелой и гравитационной масс или иначе: принципом «общей» относительности). И тут он сразу столкнулся с одной проблемой: раз не зависит, то и к световому лучу это должно относиться, т.е. свет должен двигаться с ускорением!
С точки зрения его теории это был нонсенс. Нарушался базовый постулат: «Существует предельная скорость передачи взаимодействий» - единственный постулат, который Эйнштейн добавил к принципам относительности Галилея, учтенным Ньютоновской механикой. Эта «предельная скорость» должна быть фундаментальной мировой константой, независимой ни от каких изменений координат. Именно поэтому в четырехмерном пространстве-времени Минковского любые вращения или псевдовращения не меняют характера распространения света: свет по-прежнему движется по прямой и с той же фиксированной скоростью. Конечно, кривизну светового луча можно объяснить кривизной выбранной системы координат. В этом случае достаточно «распрямить», координаты, т.е. как бы вернуться к «правильной» системе. В этом, наверное, и состояла изначальная идея Эйнштейна - найти преобразование, «устраняющее» любое гравитационное поле. (Например, гравитационное поле внутри кабины лифта легко устраняется переходом в падающую систему координат. Увы, ненадолго.)
Но кто запретит коварному Демиургу выбрать такую конфигурацию гравитационных полей, при которой лучи света, расходясь от одного источника, сходятся в другой точке? Даже за примером далеко ходить не надо, достаточно взять любой тяжелый объект и сильно удаленный от него источник света. Где-то далеко за объектом лучи непременно пересекутся. А если линии пересекаются в двух точках, как это следует из элементарной геометрии, обе они никак не могут быть прямыми, как ни выбирай систему координат.
И тут мы возвращаемся к так и не поставленному вопросу: в чем гениальность Эйнштейна? Казалось бы, отказ от общепринятых физических понятий «здесь» и «сейчас» сам по себе гениален. Однако, Эйнштейну хватило гениальности на большее - на отказ от элементарной геометрии. Если две разные прямые должны пересекаться в двух точках, достаточно подобрать подходящую геометрию, и они будут пересекаться!
И ведь оказалось, что такая геометрия есть. Сначала некто Лобачевский чисто умозрительно, подвергнув сомнению так называемый пятый постулат Евклида (тот самый, о параллельных прямых), пришел к выводу, что сумма углов треугольника может отличаться от 180 градусов (хорошо, что хоть количество углов не может отличаться от трех). Затем некто Риман, из более практичных соображений (вероятно, связанных с проблемами земледелия на пересеченной местности) пришел к выводу, что на искривленной поверхности параллельные межевые линии могут пересекаться везде, где им вздумается. Очевидно, в расчете на перспективы освоения земледельцами четырех-, пяти- и более мерных пространств, был изобретен тензорный анализ, позволяющий в компактной, пяти - семи томной форме описывать задачи топологии (науки о правильной разметке территории в многомерных искривленных пространствах).
Я думаю, Эйнштейн сам не обрадовался, когда понял, с чем связался. Раньше у физиков жизнь была легкая, из математики достаточно было знать четыре арифметических действия, да немного - дифференциального и интегрального исчисления. Добавишь к этому несколько фундаментальных физических постулатов, и все: такого набора вполне хватает, чтобы формулировать неразрешимые задачи, например, задачу трех тел в небесной механике. Ясно ведь, что в солидной науке должны быть неразрешимые задачи, чтобы публика понимала: «Умы наших гениальных ученых брошены на решение Задачи Трех Тел. Если она будет решена, это будет означать качественно новый уровень Познания». А теперь, чтобы сформулировать простейшую задачку, приходится изучать все прелести тензорного анализа, которые по зубам только прирожденным математикам.
Тем не менее, Эйнштейн обложился учебниками, и с помощью принципа «наименьшего действия», хорошо нам всем известного по собственным трудовым будням, вывел формулу, связывающую кривизну пространства (она же - гравитация) с распределением и движением масс в пространстве, т.е. нашел таки замену закону всемирного тяготения. Только теперь это стало называться «общая теория относительности», в отличие от «специальной», которая гравитацию не учитывала. Относительность получилась действительно «общая»: теперь систему координат разрешили не только поворачивать, но и гнуть, ускорять и закручивать по-всякому, формула от этого не меняется. С точки зрения ОТО, что Земля вращается вокруг Солнца, что Солнце вокруг Земли - все едино, все системы координат равноправны.
Для общественности это непонятно. Общественность приучена выделять одну систему координат, особенно ту, в которой кресло и телевизор находятся в неподвижности и повернуты удобным образом. В крайнем случае, общественности можно объяснить, что на законы просмотра телевизора его движение относительно звезд не влияет. Но смотреть телевизор в падающем лифте, воображая, что это происходит в космической станции на орбите, общественность явно не согласится.
Зато появился повод вспомнить о прежних надеждах на путешествия к звездам и в прошлое. Раз уж пространство-время может изгибаться, не попробовать ли его загнуть таким образом, чтобы сразу оказаться где нужно и в нужный момент? Самое смешное, что по формулам ОТО решение задачи о машине времени было найдено почти сразу. Объект, проходящий сквозь «горизонты» вращающейся черной дыры, со временем может попасть в собственное прошлое. И опять, и опять... Физика интерпретировала этот факт однозначно: «Это решение не имеет смысла, поскольку объект из реального пространства под горизонт событий попасть не может».
А собственно, почему не может? Да, с точки зрения внешнего наблюдателя падающий объект навсегда замирает где-то в непосредственной близости от горизонта событий. Теоретически, когда Вселенная прекратит свое существование, он все еще будет падать. Но ведь с точки зрения падающего наблюдателя он проходит горизонт событий за вполне конечное время. А только это и важно: в конце концов, какое нам, падающим наблюдателям, дело до всяких внешних, да и до Вселенной вообще?
Есть еще один довод: «У горизонта событий столь высокие градиенты гравитации, что всякий реальный объект будет неизбежно порван в клочки». Это не совсем верно. Высоки они только у маленьких черных дыр. Тяжелые (т.е. большие) черные дыры предлагают вполне комфортные условия для ныряльщиков.
А вот выбраться обратно из черной дыры действительно нельзя. Это еще один довод против: возможно, внутри черной дыры эксперимент и откроет новые физические законы, но это будут уже законы другого мира. Увы, этот довод не сработал, ибо оказалось, что решение с замкнутой петлей времени может быть не локальным: Это когда наблюдатель улетает к далекой черной дыре, ныряет в нее, потом вылетает из какой-нибудь «белой дыры», а потом возвращается к Земле в эпоху динозавров.
Правда это или нет, замкнутые петли времени не противоречат формальной математике ОТО. Не противоречат ей и гипер-пространственные (выберите другое название) туннели, переходы и т.д. - прекрасный способ путешествовать к звездам и возвращаться в свою эпоху. Мало того, эти две вещи связаны: если есть способ улететь за миллион световых лет и вернуться в ту же эпоху, не составит труда вернуться на миллион лет раньше. Фантасты, которые еще не окончательно покинули космические просторы ради виртуальной реальности, только этим и спасают мечтателей о покорении Вселенной, цепляющихся за остатки здравого смысла.
Но увы, не всякое математическое решение физически реализуемо. Пока ОТО остается в пределах своей компетенции, т.е. по заданным начальным условиям находит развернутое по времени решение (в одной из выбранных систем координат), она работает. Такое решение соответствует модели мышления «человека разумного»: предсказывает результат действия субъекта, но оставляет само действие на усмотрение субъекта. У человека сохраняется свобода воли, а физический объект вынужден вести себя по определенным правилам. Как в бильярде: субъект волен выбирать в каком направлении послать шар, а шар должен лишь следовать законам механики.
В решении, описывающем поведение Вселенной независимо от действий субъекта, смысла не слишком много. Например, наука космология, описывающая развитие Вселенной от момента Большого Взрыва, независимое ни от каких параметров и граничных условий, несет фактически единственную осмысленную функцию: она позволяет проверить фундаментальные основы физических теорий - если не получается абсурдных результатов, значит есть надежда, что теории правильные. В то же время, с позиций классической схемы «причина-следствие» космология не объясняет даже самых базовых фактов: почему образовалось вещество, почему Вселенная неоднородна, почему свободных пространственных измерений три, а не семь. На все эти вопросы физики придумали универсальный ответ: произошло «спонтанное нарушение симметрии». Когда шар стоит на верхушке горы, он может скатиться налево или направо, варианты симметричны. Если нас просят объяснить, почему же он все-таки скатился именно налево, сказать «спонтанное нарушение симметрии» - все равно что сказать «не знаю». Здесь интересен не ответ, а вопрос: спрашивающий втайне ищет способ подтолкнуть шар в нужном ему направлении.
Если же вместо описания объекта решение предсказывает поведение субъекта, сотрите его и забудьте как недоразумение. Решения с замкнутыми петлями времени в ОТО как раз относятся к этому случаю. Здесь не предусмотрен действующий субъект или хотя бы наблюдатель, поскольку их поведение заранее предсказано и всякая свобода воли, в том числе и свобода интерпретации наблюдаемого, полностью отсутствует. Зачем нам это решение? Нас там нет, поскольку уж мы-то (по собственному скромному мнению) свободы воли не лишены.
Тут мы подходим к осознанию того простого факта, что физика, математика, а также биология, филология и телеология, как и все прочие науки, суть лишь методы исследования, приспособленные к особенностям ограниченного человеческого сознания. Поэтому наивно ожидать от них разрешения тех парадоксов, которые это сознание заложило в самое их основание. С этой радостной мыслью я закрываю обсуждение физических представлений о природе времени и всего с ним связанного, и перехожу к обсуждению психологических представлений о том же предмете.