В новом эпизоде подкаста «Theories of Everything» Курт Джеймунгаль беседует с Джимом Аль-Халили — известным физиком-теоретиком, почетным профессором Университета Суррея и автором книги «On Time». Собеседники разбирают фундаментальные заблуждения в понимании времени, квантовую проблему измерения и то, почему современные учебники физики могут давать искаженное представление о реальности.
🧠 Проблема измерения: почему учебники ошибаются 0:00:00
Джим Аль-Халили утверждает, что «проблема измерения» — это самый плохо объясняемый аспект квантовой физики. По его мнению, стандартные примеры, такие как кот Шрёдингера, породили массу экзотических интерпретаций (например, о роли «сознательного наблюдателя»), которые сегодня считаются устаревшими .
Основные тезисы физика о процессе измерения:
- Отказ от классического наблюдателя: Старая школа (отцы-основатели) считала, что для коллапса волновой функции необходимо взаимодействие с классической измерительной системой. Позже это ошибочно трансформировалось в идею о необходимости человека или сознания .
- Механизм декогеренции: Сегодня правильным объяснением считается запутанность квантовой системы с окружающей средой. Когда среда велика и сложна (состоит из множества частиц), наступает декогеренция .
- Аналогия с термодинамикой: Аль-Халили сравнивает измерение с температурой: у одной молекулы нет «температуры», она появляется только при «масштабировании» до множества частиц. Точно так же направление времени и результаты измерения проявляются при переходе от квантовых систем к сложной среде .
- Остаточный вопрос: Хотя декогеренция объясняет исчезновение квантовых суперпозиций (почему мы не видим «живого и мертвого» кота одновременно), она не объясняет, почему выбирается именно один конкретный исход. В этом вопросе, по мнению Аль-Халили, наиболее сильна многомировая интерпретация Хью Эверетта, хотя сам он не является её сторонником .
⚛️ Поиск «реалистичной» квантовой механики 8:44
Джим Аль-Халили признается, что прошел путь от стандартного принятия Копенгагенской интерпретации в студенчестве до убежденности в необходимости «реалистичного» взгляда на мир. Реализм в данном контексте означает веру в существование объективной реальности, независимой от процесса измерения .
В современной физике конкурируют три основных реалистичных подхода:
- Многомировая интерпретация Эверетта: Все исходы реализуются в разных реальностях.
- Бомовская механика (теория волны-пилота): Электрон — это всегда частица с определенной позицией, ведомая невидимым «квантовым потенциалом» .
- Теории спонтанного коллапса: Математические модификации, заставляющие волновую функцию схлопываться саму по себе.
Физик отмечает, что его «сердце лежит» к механике Дэвида Бома, но он признает её проблемы. Аль-Халили использует метафору с ковролином: если вы забыли молоток под ковром, вы можете передвинуть «бугор» за диван или шкаф, но бугор никуда не денется. В каждой интерпретации есть свой «бугор» — нечто контринтуитивное и нелогичное .
Главная цена бомовской механики — отказ от локальности. Если Бом прав, то во Вселенной существуют мгновенные физические взаимодействия, что, по словам Аль-Халили, нарушает специальную теорию относительности Альберта Эйнштейна .
🧱 Блоковая Вселенная: время как четвертое измерение 41:05
Обсуждая онтологию времени, собеседники обращаются к концепции Германа Минковского и Альберта Эйнштейна — четырехмерному пространству-времени. В этой модели время становится просто еще одной осью, перпендикулярной трем пространственным .
Ключевые характеристики Блоковой Вселенной:
- Этернализм: Прошлое, настоящее и будущее существуют одновременно и в равной степени реальны. Наше «сейчас» — это лишь срез этого блока, который мы воспринимаем субъективно .
- Отсутствие привилегированного «сейчас»: В физике «сейчас» не более уникально, чем точка в пространстве «здесь». Как центр Галактики Андромеды реален прямо сейчас, так и момент времени через миллион лет «уже» существует в структуре блока .
- Проблема наблюдателя: Курт Джеймунгаль замечает, что визуализация блока часто ошибочна, так как она зависит от наблюдателя. Для разных наблюдателей, движущихся с разной скоростью, «срезы» времени будут проходить под разными углами (относительность одновременности) .
🏹 Поток против Стрелы: почему время фундаментально 51:59
Аль-Халили проводит жесткую границу между «потоком» времени и его «стрелой».
- Поток времени (Flow): Психологическое ощущение текущего момента. В уравнениях фундаментальной физики (динамических законах) нет понятия «потока». Время в них — лишь координата $t$, по которой можно двигаться в обе стороны .
- Стрела времени (Arrow): Физическое свойство необратимости. Существует несколько «стрел»: термодинамическая (рост энтропии), причинно-следственная (причина всегда перед следствием), космологическая (расширение Вселенной) и квантовая (декогеренция) .
Спорный тезис Аль-Халили: В отличие от Карло Ровелли, который считает время иллюзорным или эмерджентным (возникающим из отношений между объектами), Джим утверждает, что стрела времени фундаментальна .
Его аргументы:
- Уравнения физики симметричны во времени только для идеально изолированных систем.
- В реальности ни одна система не изолирована полностью. Взаимодействие с окружением всегда навязывает направление времени .
- Единственная истинно изолированная система — вся Вселенная, но внутри неё стрела времени «впечена» в структуру с самого начала .
🌌 Прошлого не существует? Проблема «Прошлой гипотезы» 1:01:01
Физики часто используют так называемую «Прошлую гипотезу» (Past Hypothesis), чтобы объяснить, почему энтропия растет. Она гласит, что в момент Большого взрыва Вселенная находилась в состоянии крайне низкой энтропии .
Аль-Халили называет этот подход «мошенничеством» или уловкой (cheat):
- Если законы симметричны, то энтропия должна расти как в сторону будущего, так и в сторону прошлого от любой выбранной точки.
- Ученые просто «подвинули» точку отсчета к Большому взрыву и сказали: «Раз до него времени не было, нам не нужно беспокоиться о симметрии в ту сторону» .
- Тем не менее, физик полагает, что низкая энтропия — это реальное эмпирическое условие, обусловленное тем, что в ранней горячей Вселенной гравитация еще не начала «комкать» материю в плотные структуры .
🧪 Будущее квантовой гравитации 1:25:40
В поисках «Теории всего» Аль-Халили выделяет три столпа физики: квантовую механику, общую теорию относительности и термодинамику. По его мнению, ошибка многих современных теорий (вроде теории струн или петлевой квантовой гравитации) в том, что они пытаются примирить только первые два столпа, игнорируя термодинамику и природу времени .
Личные симпатии гостя:
- Теория причинных множеств (Causal Set Theory): Джиму импонирует этот подход, так как он рассматривает время как нечто реальное, а причинность — как первичную структуру .
- Скепсис к теории струн: Несмотря на мощный математический аппарат, за десятилетия она не дала ожидаемых предсказаний о том, «как природа устроена на самом деле» .
В финале беседы Аль-Халили отмечает, что онтология времени сложна именно потому, что мы «встроены» в него. Мы не можем выйти за пределы времени, чтобы описать его объективно, подобно тому, как мы не можем выйти из собственной головы .
