Изучение различных подходов к пониманию пространства-времени углубляет наше понимание реальности. Фото: Shutterstock

Является ли время чем-то, что течёт, или это просто иллюзия? Изучение пространства-времени как неподвижной «блочной вселенной» или динамической структуры позволяет раскрыть более глубокие тайны существования, изменений и самой природы реальности.

Немногие идеи в современной науке изменили наше представление о реальности так же сильно, как пространство-время — переплетение пространства и времени, лежащее в основе теории относительности Альберта Эйнштейна.

Пространство-время часто описывают как «ткань реальности» В некоторых объяснениях эта ткань принимает форму фиксированной четырёхмерной «блочной вселенной», полной карты всех событий в прошлом, настоящем и будущем.

Согласно другим объяснениям, это динамическое поле, которое искривляется под действием гравитации. Это приводит нас к более глубокому вопросу: что значит утверждать, что пространство-время существует? Что это такое: структура, субстанция или метафора?

Сердце современной физики

Эти вопросы не являются чисто философскими. Они лежат в основе современной интерпретации физики и влияют на самые разные идеи — от нашего понимания теории относительности до предположений о путешествиях во времени, мультивселенных и происхождении космоса.

Они также формируют теории о том, как возникает само пространство-время, в том числе предположения о том, что оно является своего рода памятью Вселенной. Однако сам язык, используемый для описания пространства-времени, часто бывает расплывчатым, метафоричным и непоследовательным.

Австро-британский философ Людвиг Витгенштейн однажды заметил, что философские проблемы возникают, когда «язык уходит в отпуск». Физика во многом иллюстрирует эту мысль.

За последние сто лет такие распространённые слова, как «время», «существовать» и «вне времени», приобрели специализированные технические значения, не в полной мере соответствующие их повседневному использованию.

Это привело к повсеместной путанице в понимании того, что на самом деле означают эти термины.

Проблема с языком

В философии физики, в частности в концепции, известной как этернализм, слово «вневременной» используется в буквальном смысле. Этернализм — это идея о том, что время не течёт и не проходит, что все события во все времена одинаково реальны в рамках четырёхмерной структуры, известной как «блочная Вселенная».

Согласно этой точке зрения, вся история Вселенной уже заложена вне времени в структуре пространства-времени. В этом контексте «вне времени» означает, что сама Вселенная не существует и не развивается в каком-либо реальном смысле. Нет становления. Нет изменений. Есть только блок, и вся вечность существует вне времени внутри него.

Но это приводит к более серьёзной проблеме. Если всё, что когда-либо происходило в вечности, одинаково реально и все события уже произошли, то что на самом деле означает утверждение о существовании пространства-времени?

Слон в комнате

Между существованием и возникновением есть структурное различие. Одно — это способ бытия, другое — способ возникновения.

Представьте, что рядом с вами стоит слон. Скорее всего, вы скажете: «Этот слон существует». Вы можете описать его как трёхмерный объект, но важно отметить, что это «трёхмерный объект который существует».

Для сравнения представьте себе чисто трёхмерного слона, который на мгновение появляется в комнате: момент из жизни существующего слона, который появляется и исчезает, как призрак. Этот слон на самом деле не существует в привычном смысле. Он появляется. Он возникает.

Существующий слон сохраняется с течением времени, и пространство-время регистрирует каждый момент его существования как четырёхмерную мировую линию — путь объекта в пространстве и времени на протяжении всего его существования. Воображаемый «слон, который существует» — это всего лишь один пространственный срез этой трубки, один трёхмерный момент.

Теперь применим это различие к самому пространству-времени. Что значит, что четырёхмерное пространство-время существует в том же смысле, в каком существует слон? Сохраняется ли пространство-время в том же смысле? Есть ли у пространства-времени собственный набор моментов «сейчас»? Или пространство-время — многообразие всех событий, происходящих в вечности, — это просто то, что происходит? Является ли пространство-время просто описательной структурой для связи этих событий?

Этернализм размывает это различие. Он рассматривает всю вечность, то есть всё пространство-время, как существующую структуру, а течение времени считает иллюзией. Но эта иллюзия невозможна, если всё пространство-время возникает в одно мгновение.

Чтобы восстановить иллюзию того, что время идёт в рамках этой системы, четырёхмерное пространство-время должно существовать примерно так же, как трёхмерный существующий слон, чьё существование описывается четырёхмерным пространством-временем.

Каждое событие

Давайте рассмотрим эту идею подробнее.

Если представить, что каждое событие в истории Вселенной «существует» в рамках блочной Вселенной, то можно задаться вопросом: когда существует сам блок? Если он не развивается и не меняется, значит ли это, что он существует вне времени? Если да, то мы накладываем ещё одно измерение времени на то, что в буквальном смысле должно быть вневременным.

Чтобы разобраться в этом, мы могли бы построить пятимерную систему, используя три пространственных измерения и два временных. Вторая ось времени позволила бы нам сказать, что четырёхмерное пространство-время существует точно так же, как мы обычно представляем себе слона в комнате, существующего в трёх измерениях окружающего нас пространства, события в котором мы классифицируем как четырёхмерное пространство-время.

На этом этапе мы выходим за рамки принятой в физике теории, которая описывает пространство-время только в четырёх измерениях. Но это указывает на серьёзную проблему: у нас нет чёткого представления о том, что значит существование пространства-времени, без случайного включения времени в дополнительное измерение, которое не является частью физики.

Это всё равно что пытаться описать песню, которая существует сама по себе, без исполнения, без звука, без развития.

От физики к художественной литературе

Эта путаница влияет на то, как мы представляем время в художественной литературе и научно-популярных изданиях.

В фильме Джеймса Кэмерона 1984 года " Терминатор" все события рассматриваются как фиксированные. Путешествие во времени возможно, но временную шкалу изменить нельзя. Все уже существует в фиксированном, вневременном состоянии.

В четвёртом фильме франшизы МстителиМстители: Финал (2019) путешествия во времени позволяют персонажам изменять прошлые события и перестраивать временную линию, что говорит о существовании блочной вселенной, которая не только существует, но и меняется.

Это изменение может произойти только в том случае, если четырёхмерная временная шкала существует так же, как существует наш трёхмерный мир.

Но независимо от того, возможны ли такие изменения, оба сценария предполагают, что прошлое и будущее существуют и доступны для перемещения. Однако ни один из них не рассматривает, что это значит с точки зрения существования и чем пространство-время отличается от карты событий.

Понимание реальности

Когда физики говорят, что пространство-время «существует», они часто оперируют концепцией, которая незаметно стирает грань между существованием и возникновением. В результате получается метафизическая модель, которая в лучшем случае недостаточно ясна, а в худшем — скрывает саму природу реальности.

Ничто из этого не ставит под угрозу математическую теорию относительности или эмпирическую науку, которая её подтверждает. Уравнения Эйнштейна по-прежнему работают. Но то, как мы интерпретируем эти уравнения, имеет значение, особенно когда это влияет на то, как мы говорим о реальности и подходим к более глубоким проблемам физики.

Эти представления включают в себя попытки примирить общую теорию относительности с квантовой теорией — задача, которая исследуется как в философских, так и в научно-популярных дискуссиях.

Определение пространства-времени — это не просто техническая дискуссия. Это вопрос о том, в каком мире, по нашему мнению, мы живём.