Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности - Энтони Агирре

Но представьте себя во время грозы, случившейся в какой-то точке Земли в данный момент. Вы замечаете, что вспышка молнии и сопровождающий ее гром согласно вашим внутренним часам происходят в различные моменты времени. Объяснение простое: гром — звуковая волна, распространяющаяся со скоростью звука, и для того, чтобы добраться до вас, ей требуется время. А для вспышки молнии, распространяющейся с гораздо большей скоростью — со скоростью света, — требуется ничтожное время. Так же, как для упавшего листа, эта задержка за счет конечности скорости света так мала, что вы обычно считаете, что вспышка происходит в тот же самый момент, в который вы ее видите.

На более крупных масштабах, однако, эти эффекты становятся довольно заметными и даже критическими. Когда специалисты по космосу отправляют исследовательские космические корабли куда-то в Солнечную систему, они вынуждены считаться с задержками в минуты или даже часы между происшедшим событием и сигналами, его описывающими. Глядя на ночное небо, вы видите звезды такими, какими они были десятки, сотни и даже тысячи лет назад. И когда астрономы наблюдают далекие галактики, которые удаляются от нашей из-за расширения вселенной, они видят события космической истории, произошедшие миллиарды лет назад, когда не только галактики были моложе, но и сама вселенная расширялась с другой скоростью. Мы можем заглянуть даже дальше: так называемое космическое микроволновое реликтовое излучение состоит из света, который свободно шел к нам 13,8 миллиарда лет — с того момента, когда он последний раз провзаимодействовал со смесью горячих газов водорода и гелия. Этот свет позволяет получить изображение структуры вселенной в тот момент, когда она только что возникла и зародыши будущих галактик, планет и звезд существовали лишь в виде ряби на поверхности космического моря. Это изображение нашей зарождавшейся вселенной всегда у нас перед глазами: то самое реликтовое излучение образует небольшой фон статического электричества («снег») при включении аналогового ТВ, когда мы еще не настроились на канал. И на экране мы видим вселенную на ранней стадии развития в том же смысле «прямо сейчас», в каком видим прямо сейчас падающий лист.

Это смешение настоящего и самого отдаленного прошлого дает нам представление о том, что соотношение этих понятий сложное и что существует громадная разница между тем, что происходит прямо сейчас, и тем, что мы наблюдаем прямо сейчас. В частности, предполагается, что мы фиксируем только вещи, которые происходят в одно и то же время и в одном и том же месте (одно и то же «событие»). Например, восприятие листа «сейчас» означает, что свет попадает в наши глаза в тот же момент (почти) и в то место, которые соответствуют нашему внутреннему восприятию «сейчас». Реальное столкновение листа с землей — это другое событие. Аналогично, если вы выключили свой телевизор несколько лет назад, взглянув в последний раз на картину зарождающегося космоса, то это событие сильно разнилось с начальным выбросом этого излучения от раннего космического огненного шара.

Вы можете спросить: ну и что? Несмотря на то, что мы уже знаем о вселенной, интуиция подсказывает нам, что есть нечто вроде больших космических часов, отсчитывающих время где-то на заднем плане, и оно не зависит ни от нашего восприятия, ни от нашего знания о том, когда события происходили. Как говорил Ньютон, «абсолютное истинное математическое время, само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно безотносительно чего-либо внешнего»[24]. Это означает, что, хотя мы и видим звезды с задержкой, нам все же кажется, что они каким-то особым способом существуют прямо сейчас; чтобы их увидеть, надо просто немного подождать. В основе этого интуитивного представления лежит мысль, согласно которой мы могли бы обладать сколь угодно быстрым способом передачи информации: воспользовавшись им, мы сумели бы увидеть звезды в том настоящем виде, в котором они действительно светят именно сейчас.

Даже если такого способа передачи пока не существует, мы все же можем события, происходящие прямо сейчас, представить себе позже, в ретроспективе. Предположим, сейчас 5 часов вечера и инженеры из НАСА посылают команду на исследовательский корабль на Марсе: сделать фотографию и отослать ее обратно. Допустим, инженер получает эту фотографию в 5:20 и видит на ней, что кто-то машет щупальцем и старается схватить камеру; он, естественно, предполагает, что первый контакт произошел в 5:10. Однако в 5:10 он еще не знал, какие удивительные вещи происходят на Марсе «прямо сейчас». Аналогично, мы можем говорить обо всех событиях, которые происходят прямо сейчас, используя относящееся к этому случаю определение, данное Эйнштейном: если бы мы послали световой сигнал к месту, где происходит событие, некоторое время t назад и если бы этот сигнал достиг этого события, развернулся и вернулся к нам через такое же время t в будущем, тогда мы могли бы сказать, что событие происходит сейчас. События, для которых это условие не выполняется, либо происходили в прошлом, либо будут происходить в будущем. Взгляните на рисунок ниже.

Пересечение вашей мировой линии (вертикаль) и оси «сейчас» дает точку, отвечающую понятию здесь и сейчас. Такие события, как падающий лист или светящиеся звезды, которые мы можем видеть здесь и сейчас, — это те события, световой сигнал о которых приходит к нам сейчас, и они расположены на биссектрисе, помеченной надписью «события, которые мы можем видеть». События типа рождения ребенка в Индии, марсианина, машущего своими щупальцами, планеты, сваливающейся в черную дыру, происходят «сейчас», но не здесь. Мы пока не можем их видеть (мы, например, должны подождать какое-то время t, чтобы получить возможность увидеть, что в Индии родился ребенок). Эти «происходящие сейчас» события можно определить как события, запрос о которых мы мысленно послали в виде светового сигнала время t назад: он дошел до события, развернулся и воротился в точности через время t, отсчитанное от «сейчас». В этом смысле мы можем расширить наше понятие «сейчас» на понятие «космическое сейчас».

Доведя эти рассуждения до логического конца и вообразив все сигналы отовсюду по всей вселенной, мы вправе прийти к выводу, что можно сконструировать, по крайней мере в принципе, понятие космического сейчас. То есть мы можем вообразить все виды событий в космосе, даже те, которые мы еще долгое время не сумеем наблюдать в действительности (или не сумеем вообще никогда). И тогда мы явственно ощутим, происходит — или нет — то или иное событие прямо сейчас.

Эта конструкция совершенно разумна