Научные парадигмы
ФизикаОткрытия в области физики и применение физических эффектов и моделей в других областях деятельности
Предельные категории, различные картины (модели) мира
X
«Любая разумная научная теория, касается ли она времени или любого другого предмета, должна, по моему мнению, основываться на наиболее работоспособной философии науки - позитивистском подходе, который был разработан Карлом Поппером и другими.
Согласно этому образу мысли научная теория - это математическая модель, которая описывает и систематизирует производимые нами наблюдения. Хорошая теория описывает широкий круг явлений на базе нескольких простых постулатов и даёт ясные предсказания, которые можно проверить.
Если предсказания согласуются с наблюдениями, теория выдерживает испытание, хотя никогда нельзя будет доказать её правильность. С другой стороны, если наблюдения не соответствуют предсказаниям, придется либо отбросить, либо модифицировать теорию. (По крайней мере, предполагается, что так должно быть. На практике люди часто задаются вопросом о точности наблюдений, а также надёжности и моральном облике тех, кто их выполнял.)
Если принимать позитивистские принципы, как это делаю я, то невозможно сказать, что в действительности представляет собой время. В наших силах лишь описать то, что, как мы знаем, является очень хорошей математической моделью для времени, и перечислить, какие предсказания она позволяет сделать.
Исаак Ньютон дал нам первую математическую модель времени и пространства в своем труде «Principia Mathematical («Математические начала натуральной философии»), опубликованном в 1687 г. Ньютон занимал в Кембридже кресло Лукасовского профессора математики, которое ныне занимаю я, правда, в его время оно не имело электронного управления. (Речь идёт о кафедре математики, основанной в 1663 году Генри Лукасом / Henry Lucas с условием, что занимающий её профессор не должен участвовать в деятельности церкви – Прим. И.Л. Викентьева).
В ньютоновской модели время и пространство были тем фоном, на котором события разворачивались, но который они не затрагивали.
Время было отделено от пространства и рассматривалось как единственная линия, железнодорожная колея, бесконечная в обоих направлениях. Само время считалось вечным в том смысле, что оно существовало и будет существовать всегда. В противоположность этому большинство людей полагало, что физический мир был создан в более или менее современном виде всего несколько тысяч лет назад.
Это беспокоило философов, таких как немецкий мыслитель Иммануил Кант. Если Вселенная действительно создана, то зачем нужно было ждать целую вечность перед её созданием? С другой стороны, если Вселенная существует вечно, то почему все, что должно произойти, ещё не случилось, иначе говоря, почему история ещё не закончилась? И в частности, почему Вселенная ещё не достигла термодинамического равновесия с повсеместно одинаковой температурой? Кант назвал эту проблему «антиномией чистого разума», поскольку она казалась ему логическим противоречием; она не имела решения.
Но это было противоречием только в контексте ньютоновской математической модели, в которой время представляло собой бесконечную линию, не зависящую от того, что случается во Вселенной.
Между тем, Эйнштейн в 1915 году выдвинул совершенно новую математическую модель - общую теорию относительности. За годы, прошедшие с появления статьи Эйнштейна, мы добавили к ней кое-какие детали, но в целом наша модель по-прежнему основана на том, что предложил Эйнштейн. В этой и последующих главах будет описано, как развивались наши представления после публикации революционной статьи Эйнштейна. Это была история успешной работы большого числа людей, и я горжусь, что смог внести в неё свой небольшой вклад.
Общая теория относительности объединяет временное измерение с тремя измерениями пространства и образует то, что мы называем пространством-временем. Теория включает действие гравитации, утверждая, что наполняющие Вселенную вещество и энергия искривляют и деформируют пространство-время так, что оно перестает быть плоским. Объекты в пространстве-времени стремятся двигаться по прямым линиям, но поскольку оно само искривлено, их пути выглядят изогнутыми. Они движутся так, будто на них действует гравитационное поле. В качестве грубой аналогии, которую не следует воспринимать буквально, представьте себе лист резины. Можно положить на него большой мяч, который будет изображать Солнце. Вес мяча продавит лист и вызовет его искривление вблизи Солнца. Если теперь запустить по листу маленький шарик, тот не будет катиться прямо от одного края к другому, а вместо этого станет двигаться вокруг большой массы, подобно тому как планеты обращаются вокруг Солнца.
Эта аналогия неполна, поскольку в ней искривляется только двумерное сечение пространства (поверхность резинового листа), а время остается вовсе незатронутым, как в ньютоновской механике. Тем не менее, в теории относительности, которая согласуется с большим числом экспериментов, время и пространство неразрывно связаны друг с другом.
Нельзя добиться искривления пространства, не вовлекая также и время.
Получается, что время имеет форму. Благодаря искривлениям пространство и время в общей теории относительности превращаются из пассивного фона, на котором развиваются события, в динамических участников происходящего».
В теории Ньютона, где время существует независимо от всего остального, можно спросить: что делал Бог до того, как Он создал Вселенную? Как говорил Августин Блаженный, не следует сводить эту тему к шуткам по примеру человека, сказавшего: «Он готовил ад для чрезмерно любопытных». Это слишком серьёзный вопрос, над которым люди размышляли веками. Согласно Блаженному Августину, перед тем как Бог создал небеса и землю, Он вообще ничего не делал.
На самом деле это очень близко к современным представлениям».
Стивен Хокинг, Мир в ореховой скорлупке, СПб, «Амфора», 2007 г., с. 39-44.
