В начале было ничто. Про время, пространство, скорость и другие константы физики - Питер Эткинс

Даже если бы скачки` хода времени были бы не случайными, а регулярными, если бы оно то растягивалось, то сжималось периодически, полет мяча все равно происходил бы весьма причудливым образом. Вряд ли даже Ньютону удалось бы его описать. Наш мир был бы страшно запутанным в динамическом смысле. Чтобы законы природы были независимыми от того, когда они применяются, время должно течь с ненарушимой однородностью: тик… тик… тик… опять и опять, без конца, в идеально устойчивом ритме.

Предвижу доводы, которые вы могли бы выдвинуть, чтобы подорвать мое обоснование однородности времени. Один из них мог бы заключаться в том, что наши измерительные инструменты тоже, возможно, растягиваются и сжимаются в полном соответствии с колебаниями хода времени, влияющими на полет мяча. В этом случае мы бы, возможно, не заметили – и даже не могли бы заметить, – что время неоднородно. Если бы по той или иной причине физические параметры наших измерительных инструментов (в том числе наших глаз и ушей) синхронно изменялись, мы были бы слепы и глухи к этим изменениям. Думаю, на это можно возразить так: уравнения, решая которые мы описываем движение, вовсе не подвержены сжатиям и растяжениям (в том смысле, что «время», входящее в них в качестве параметра, не изменяется). То есть они дают объективное, а не субъективное описание движения. И хотя утверждение, обратное теореме Нётер (а именно, что если имеется сохраняющаяся величина, то должна найтись и связанная с ней симметрия) не столь хорошо обосновано, как прямая теорема (если есть симметрия, то есть и связанная с ней сохраняющаяся величина), следующий довод должен быть таким: поскольку нам известно, что энергия сохраняется, мы можем, хоть и с осторожностью, заключить, что время должно быть однородно.

Вы могли бы еще возразить, что когда Эйнштейн вскарабкался на плечи Ньютону, он увидел, что в космосе существуют локальные искажения времени (описание искажения пространства-времени в присутствии массивных объектов, таких как, например, планеты, составляет содержание общей теории относительности). Значит, время локально неоднородно, и поэтому теорема Нётер ничего не говорит о локальном сохранении энергии. Это серьезное возражение; выдвигая его, вы оказываетесь в хорошей компании. По-видимому, именно предложение исключительно проницательного и пользовавшегося огромным авторитетом немецкого математика Давида Гильберта (1862–1943) рассмотреть это возражение заставило Нётер дополнить свое доказательство, в результате чего появилась вспомогательная теорема («вторая теорема Нётер»). Чтобы снять это возражение, мне придется применить две увертки. К сожалению, в науке, как и в жизни, увертки всегда выглядят неубедительно, – приходится признать, что две увертки не стоят одного хорошего объяснения.

Прежде всего, – и это соответствует исходной формулировке теоремы, – я ограничу свое применение теоремы Нётер Вселенной в целом, во всем ее объеме. Хотя когда материя образовалась, когда она конденсировалась в планеты, солнечные системы и галактики, пространство-время вокруг них искажалось, в глобальном масштабе все же царит однородность – растяжение в одном месте компенсируется сжатиями в другом. Взятое в целом, пространство-время, как и его временна`я составляющая, (почти) определенно плоское. И во‐вторых, локально плоской является и любая достаточно малая область пространства-времени, а значит, закон сохранения энергии в этой области тоже применим [9].

Надеюсь, теперь вы согласитесь, хотя и с осторожностью, что время в глобальном масштабе (а также локально, в достаточно малых областях) однородно. Следовательно, соответственно первой теореме Нётер, энергия сохраняется. Как я уже замечал, если бы мы могли слышать ход времени, его «тик, тик, тик…» раздавалось бы вечно. Вот если бы время шло так: «тик, тик… тик… тик, тик» и так далее, оно не было бы однородно, – а значит, энергия бы не сохранялась, мир был бы непознаваем, а наука бесполезна.

* * *

И все же – почему время однородно? Здесь я в первый раз в этой главе вернусь к понятию бездействия и к моему предварительному предположению, что при сотворении мира ничего особенного не происходило. Мне необходимо снова вернуться с вами к моменту рождения Вселенной, к мгновению космогенеза. Но прежде, просто для порядка, надо упомянуть еще несколько вопросов и уладить их, не дожидаясь, пока они сами придут к вам в голову.

Во-первых, можно себе представить, что наша Вселенная, возможно, является «дочкой» предшествующей Вселенной и «внучкой» третьей, еще более ранней, породившей вторую, – и так далее, все глубже в темную пропасть времен. Однако, пусть и очень давно, была ведь и самая первая Вселенная – назовем ее Протовселенной, – которая возникла абсолютно из ничего. Протовселенной вполне может оказаться и нынешняя Вселенная, – тогда, значит, это она возникла из ничего (и может в будущем породить следующую Вселенную или даже уже ее породила). Меня интересует именно Протовселенная, будь она нынешней Вселенной или ее предком. Главное в том, что, как ни крути, на некотором этапе должно было произойти событие, в ходе которого ничто превратилось в нечто, – пусть даже это событие случилось несколькими Вселенными раньше нынешней. Даже если число таких «поколений» бесконечно, все равно возможно, что Протовселенная родилась конечное время тому назад [10]. Но так как я не могу этого тем или иным способом доказать, и моя интуиция тоже молчит, я эту возможность рассматривать здесь не буду. Да она в данном контексте и не имеет никакого значения.

Во-вторых, возможно, экстраполяция на такое огромное время назад будет слишком большим упрощением. Что, если время – это один великий круг бытия, замыкающийся сам на себя, как шарообразная поверхность Земли, которая не имеет начала? Например, в далеком будущем мы обнаружим себя самих, находящихся в глубоком прошлом, а настоящему – возможно, в каком-то измененном виде – еще только предстоит наступить. На нашем нынешнем опыте в несколько миллиардов лет мы основали такой взгляд на время, согласно которому оно, в сущности, движется вперед по прямой. У нас нет никаких аргументов ни за, ни против возможности, что эта прямая на деле представляет собой крохотный фрагмент гигантской окружности. Сейчас все издеваются над «плоскоземельщиками», которые не желают замечать кривизны земного шара. Но мы сами можем оказаться в роли «плосковременщиков», над которыми точно так же стоит посмеяться. Возможно, с моей стороны наивно предполагать, что время в каком бы то ни было смысле имело начало. Моя интуиция и здесь ничего не может унюхать, и все, что я могу сделать, – это указать на такую возможность, но тут же о ней забыть. Возможность, однако же, существует, хоть и ровно ничем не подтверждается. Она может оказаться примером того, о чем я упоминал в главе 1, а именно научного прогресса, достигаемого через демонстрацию бессмысленности вопроса. В