В рамках проекта World Science Festival состоялась глубокая научная дискуссия между физиком Брайаном Грином и независимым исследователем Джулианом Барбуром, посвятившим более полувека разгадке природы времени. Барбур представляет радикальную альтернативу общепринятой физической ортодоксии, утверждая, что времени как независимой сущности не существует, а Вселенная эволюционирует не к хаосу и тепловой смерти, а к бесконечному усложнению структуры. В основе его концепции лежит динамика форм и отказ от ньютоновских абсолютов пространства и масштаба, что позволяет совершенно по-новому взглянуть на Большой взрыв и природу причинно-следственных связей.
🏠 Независимый мыслитель на «фабрике времени» 1:04
Джулиан Барбур ведет свои исследования в крайне необычной для современного ученого обстановке — в старинном фермерском доме в самом центре Англии, построенном в 1659 году. Здесь он работает в уединении уже более 50 лет, превратив свое жилище в неофициальный дискуссионный центр, куда для проведения камерных семинаров заезжали выдающиеся специалисты по квантовой гравитации, включая Роджера Пенроуза. По признанию Барбура, его академический путь определил счастливый случай. С десяти лет он был очарован астрономией и твердо решил стать астрофизиком, что привело его к изучению математики в Кембридже, а затем к подготовке докторской диссертации в Мюнхене. В Германию он поехал на год раньше, чтобы выучить русский язык ради чтения Александра Пушкина в оригинале.
Поворотным моментом в его жизни стало знакомство с научно-популярной статьей великого физика Поля Дирака, опубликованной в журнале Scientific American в мае 1963 года. В ней Дирак поставил под сомнение фундаментальный характер четырехмерной симметрии физического мира, анализируя общую теорию относительности как динамическую теорию, а не как геометрию статичного пространства-времени. Этот текст заставил Барбура впервые задаться вопросом «что такое время?», поиски ответа на который продолжаются по сей день. Примерно тогда же он открыл для себя идеи Эрнста Маха, утверждавшего, что время — это лишь абстракция, к которой мы приходим через наблюдение за изменением вещей.
Осознав, что традиционная академическая карьера в Британии с ее административной нагрузкой, чтением лекций и требованием выдавать по две статьи в год лишит его возможности глубоко созерцать фундаментальные проблемы, Барбур выбрал путь свободного исследователя. В течение 28 лет он зарабатывал на жизнь переводом советских научных журналов по физике на английский язык. Это обеспечивало ему финансовую независимость и оставляло около четверти времени на собственные изыскания. Первая же его самостоятельная статья, опубликованная после пяти лет напряженной работы в журнале Nature, привлекла огромный интерес в сообществе и привела к многолетнему сотрудничеству с итальянским теоретиком Бруно Бертотти.
🌌 Ошибка Минковского и концепция динамики форм 6:45
Взгляд Барбура на природу реальности вступает в прямое противоречие со стандартной релятивистской моделью. По его мнению, Герман Минковский, который в 1908 году переформулировал специальную теорию относительности Эйнштейна в терминах единого четырехмерного пространства-времени, совершил фундаментальную методологическую ошибку. Как напоминает Барбур, сам Альберт Эйнштейн позже признавал: если Исаак Ньютон ввел абсолютное пространство и абсолютное время, то Минковский лишь объединил их в «абсолютное пространство-время», лишенное динамического осмысления.
В своей знаменитой работе Минковский писал, что во избежание «зияющей пустоты» следует предположить, будто повсюду во Вселенной существует некая скрытая субстанция. Барбур прямо называет это допущение «чудовищной ложью», поскольку оно маскирует подлинную структуру мироздания. В противовес этому ученый опирается на философию Готфрида Лейбница, утверждавшего, что без качественного разнообразия (variety) во Вселенной ничего бы не существовало.
Совместно с Бруно Бертотти и Карелом Кухаржем Барбур доказал, что общую теорию относительности можно вывести принципиально иным путем. В этой альтернативной интерпретации локальная геометрия Минковского оказывается не предзаданным холстом физики, а ее конечным, эмерджентным продуктом. Около 25 лет назад Барбур заложил основы подхода, названного им «динамикой форм» (shape dynamics). Согласно этой концепции:
- Вселенная описывается исключительно изменением геометрических конфигураций (форм), образованных телами.
- Абсолютное пространство, абсолютное время и абсолютный масштаб Ньютона отбрасываются за ненадобностью.
- Общий угловой момент (вращение) Вселенной строго равен нулю.
- Полная энергия Вселенной в точности равна нулю.
Хотя общая теория относительности превосходно описывает современную космологическую эпоху, Барбур выражает сильное подозрение, что вблизи сингулярности Большого взрыва ее фундамент оказывается зыбким именно из-за изначальных жестких допущений Минковского.
🐝 Рой пчёл и ведро Ньютона: откуда берётся инерция 10:54
Классический подход к общей теории относительности гласит, что наблюдатель в состоянии свободного падения локально устраняет гравитацию: если отпустить предмет, он будет падать вместе с вами, создавая иллюзию отсутствия тяжести. В этой free-fall рамке физика выглядит так, будто вы находитесь в плоском пространстве Минковского. Барбур предлагает сделать шаг назад и спросить: как возникает сама эта локальная инерциальная система отсчета? Термин «инерциальная система» был предложен Людвигом Ланге под влиянием трудов Маха. Мах высказал революционную догадку: инерция локальных тел обусловлена их движением относительно всей совокупности масс во Вселенной.
Работы Барбура и Бертотти, а затем и крупного специалиста по теории относительности Найалла О’Мурхады (который вместе с Джеймсом Йорком исследовал задачу начальных значений в 1970–1971 годах) математически доказали эту связь. Как объясняет Барбур, Вселенная похожа на огромный рой пчёл, где все элементы хаотично движутся друг относительно друга, но их коллективный суммарный эффект создает локально жесткий каркас, который мы ошибочно принимаем за пустое пространство.
Это в корне меняет взгляд на знаменитый мысленный эксперимент Ньютона с вращающимся ведром воды. Ньютон утверждал, что подъем воды по краям ведра доказывает существование абсолютного пространства как системы отсчета. По мнению большинства современных физиков, разделяющих позицию Эйнштейна, даже в абсолютно пустой Вселенной вода в ведре все равно бы поднималась, поскольку само пространство-время обладает достаточной физической «вещностью». Динамика форм Барбура дает противоположную интуицию. Сам Эйнштейн, по замечанию Барбура, на протяжении жизни постоянно менял свои взгляды на принцип Маха, сначала отдав годы жизни его реализации, а в конце объявив его нерелевантным после прихода теории поля. Барбур считает этот отказ ошибкой: полевая физика не перечеркивает глубокие идеи Маха.
⏳ Драгоценные мгновения: геометрия треугольников вместо потока времени 15:27
Для иллюстрации того, как время рождается из геометрии, Барбур предлагает использовать простейшую «игрушечную» модель Вселенной, состоящую всего из трех точечных частиц. В любой момент времени они образуют вершины некоторого треугольника. По мнению исследователя, взаимное расположение частиц и форма этого треугольника сами по себе определяют то, что мы называем «мгновением времени». В другое мгновение форма треугольника станет иной.
В рамках динамики форм Барбур выделяет следующие принципиальные тезисы:
- Фундаментально существуют только мгновения, то есть геометрические конфигурации (формы) Вселенной.
- Длительность (duration) — это не объективно существующая река времени, а абстракция, которую мы вводим для описания различий между формами.
- Закон сохранения энергии, сформулированный Ньютоном, является человеческим соглашением, призванным сделать описание изменений плавным.
Барбур подчеркивает, что потенциальная энергия, отражающая взаимное геометрическое расположение тел, фундаментальна. Напротив, кинетическая энергия — это человеческое изобретение, ментальный конструкт, позволяющий упорядочить наши наблюдения. Все люди на Земле соглашаются с этой условностью лишь потому, что локальные процессы на нашей планете жестко засинхронизированы с глобальным законом эволюции всей Вселенной.
⏰ Синхронный марш: как планеты и атомы стали нашими часами 23:40
Ньютон в своем фундаментальном труде Principia постулировал, что абсолютное время течет равномерно само по себе, однако Барбур убежден, что физика способна на более глубокое, операциональное объяснение. История науки показывает, что мы никогда не измеряем время напрямую. Древние греки использовали водяные и песочные часы, но законы движения планет стали понятны только благодаря существованию стабильного природного хронометра — вращения Земли относительно звезд, определяющего звездное (сидерическое) время.
Огромный вклад в понимание этой проблемы внес Иоганн Кеплер, чья интуиция, по мнению Барбура, предвосхитила идеи Маха. Второй закон Кеплера гласит, что радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает равные площади. Барбур отмечает, что «часы», которые каждая планета определяет через заметаемую площадь, идут строго в ногу (march in step) с вращением Земли. Нельзя сказать, что какие-то одни часы хороши сами по себе; совокупность часов признается качественной, если они синхронизированы, а отношения скоростей их хода неизменны.
Позже астроном Джон Флемстид в Гринвиче доказал, что маятниковые часы согласуются именно со звездным, а не с солнечным временем. Тот же принцип распределенной синхронизации используется сегодня в атомных часах на изотопе цезий-133. Единого эталона времени не существует: шесть главных мастер-часов работают в Боулдере (Колорадо), несколько отличных приборов — в Брауншвейге (Германия), и еще около сотни распределены по миру. Все они постоянно корректируются с учетом неизбежных инструментальных сбоев, тектонического дрейфа материков, чандлеровского колебания полюсов и движения океанских приливов. В практическом смысле время — это не самостоятельная координата Вселенной, а процесс удержания множества независимых систем «в едином строю».
📦 Конец термодинамики: почему Вселенная — это не пар в коробке 29:43
Классическое понимание стрелы времени в физике неразрывно связано с термодинамикой и понятием энтропии, сформулированным Уильямом Томсоном (лордом Кельвином), Рудольфом Клаузиусом, Людвигом Больцманом, Джеймсом Максвеллом и Джозией Гиббсом. Традиционный пример — тающий кубик льда в закрытой коробке: высокоупорядоченная кристаллическая решетка необратимо разрушается, и молекулы воды хаотично заполняют пространство. Это движение от порядка к беспорядку (рост энтропии) и принято считать физическим фундаментом направленности времени.
Однако Джулиан Барбур указывает на критическую деталь, которую современная физика, по его мнению, игнорирует: вся термодинамика развилась из изучения паровых двигателей, где рабочее тело обязательно заперто внутри цилиндра. В 1896 году Больцман в знаменитом споре с Эрнстом Цермело о теореме возвращения Пуанкаре оставил короткое примечание: «А так ли мы уверены, что Вселенная находится в коробке и подчиняется принципу возвращения?». Сам Гиббс в конце жизни признавал, что его вероятностные аргументы рухнут, если система сможет расширяться в бесконечное пространство, а импульсы частиц станут неограниченными.
Эйнштейн утверждал, что термодинамика — единственная теория, которая никогда не будет опровергнута в области применимости ее базовых понятий. Но базовое понятие здесь — это именно наличие замкнутой «коробки» (математически — ограниченная мера Лиувилля в фазовом пространстве). Как считает Барбур, если система открыта и бесконечна, между поведением порядка и хаоса пролегает разница между днем и ночью. Чтобы объяснить наблюдаемый порядок в рамках стандартной замкнутой космологии, ученым приходится вводить так называемую «гипотезу прошлого» (past hypothesis) Ричарда Фейнмана и Дэвида Альберта — искусственное требование того, что Вселенная в момент Большого взрыва почему-то родилась в состоянии аномально низкой энтропии. Барбур призывает отказаться от этого допущения.
🏹 Точка Януса и рождение порядка из гравитации 39:43
Барбур доказывает, что стрела времени естественным образом возникает из чистой динамики без каких-либо дополнительных внешних гипотез. Если рассмотреть старейшую теорию — ньютоновскую гравитацию — при условии неотрицательной полной энергии, то любое решение уравнений имеет строго определенную геометрию, что математически известно еще с 1772 года. Система частиц в бесконечном ньютоновском прошлом имеет бесконечно большой размер, затем сжимается до минимального объема, а после снова расширяется до бесконечности.
Эту точку минимального размера Барбур называет «точкой Януса» (Janus Point). Из нее автоматически выходят два противоположно направленных вектора времени. По обе стороны от точки Януса хаотичный «рой пчел» превращается в упорядоченную структуру: формируются гравитационные кластеры и так называемые кеплеровы пары (две частицы, стабильно вращающиеся вокруг общего центра масс). Каждая такая пара одновременно становится:
- пространственным эталоном (линейкой);
- хронометром (циклическими часами);
- компасом (задает направление в пространстве).
Все эти пары самопроизвольно синхронизируются, порождая рост порядка. Статья Барбура и его коллег Тима Козловского и Флавии Меркати, опубликованная в 2014 году в Physical Review Letters, вызвала настолько серьезные опасения у редакции из-за покушения на 170-летнюю догму, что текст отправили сразу пяти рецензентам. По мнению Барбура, никакого разрушения порядка во Вселенной не происходит — она изначально стартует из максимально бесформенного состояния в точке Януса и движется исключительно в сторону усложнения и увеличения разнообразия.
🔬 Квантовый бунт: отказ от постоянной Планка 57:41
Барбур распространяет свой скептицизм и на современную квантовую космологию. Он напоминает об автобиографических заметках Эйнштейна 1949 года, где создатель теории относительности признавал свой «грех»: введение в геометрию линеек и часов извне, вместо того чтобы позволить им естественным образом рождаться из уравнений физики. Верность этой интуиции подтверждается тем, что в ранней Вселенной современных часов (например, атомов цезия) просто не могло существовать — они появились лишь после взрывов первых сверхновых звезд. Вернер Гейзенберг также скептически относился к попыткам точно рассчитать момент Большого взрыва, указывая на отсутствие физических инструментов измерения в ту эпоху.
Мейнстримная физика считает, что планковская длина — это фундаментальный пространственный эталон, сложенный из мировых констант. Однако Барбур и его коллеги идут на радикальный шаг, ставя под сомнение незыблемость самой квантовой механики, волновых функций и постоянной Планка. Постоянная Планка — это размерная величина, которая неявно предполагает наличие внешних по отношению ко Вселенной эталонов длины и времени.
В 1967 году Брайс Девитт сформулировал знаменитое уравнение Уилера — Девитта, описывающее волновую функцию Вселенной, из которой время полностью исчезало. Девитт предложил концепцию «внутреннего времени», когда одна из степеней свободы системы выбирается в качестве часов. Барбур развил эту мысль, предложив считать внутренним временем саму геометрическую сложность Вселенной. В пространстве форм (shape space) существует единственная конфигурация с абсолютным минимумом сложности — Большой взрыв. Двигаясь по поверхностям равной сложности (изокомплексности), Барбур смог записать аналог уравнения Шрёдингера без использования постоянной Планка. Тим Козловский подтвердил, что этот подход математически нетривиален и дает чистое вероятностное распределение на пространстве форм без привлечения волновой функции в ее традиционном понимании.
☕ Сливки в кофе и истинная природа сложности 1:11:08
Брайан Грин выдвигает серьезное концептуальное возражение против идеи Барбура о непрерывном росте сложности. В качестве контраргумента Грин приводит классический бытовой пример: если налить молоко в чашку кофе, система вначале проста (черный кофе и белое молоко отдельно), затем в процессе смешивания она обретает высокую сложность, формируя причудливые узоры и завитки, но в конечном счете снова упрощается, превращаясь в однородную коричневую жидкость. Наша интуиция говорит, что сложность сначала растет, а затем падает.
Барбур парирует это возражение, указывая, что Грин снова неявно использует концепцию «коробки» — кофейной чашки, которая удерживает жидкость подобно цилиндру парового двигателя. В открытом же евклидовом пространстве без внешних границ масштаб не имеет значения, а инвариантная к масштабу сложность рассчитывается строго математически как отношение двух величин:
- Среднеквадратичной длины системы (root mean square length), которая характеризует ее общие макроскопические размеры.
- Средней гармонической длины (mean harmonic length), отражающей минимальные, короткие расстояния между сблизившимися частицами.
Таким образом, сложность по Барбуру — это отношение «длинного к короткому». Поскольку гравитация неизбежно заставляет материю дробиться на мелкие кластеры (короткие расстояния уменьшаются), а общие размеры открытой системы растут, это математическое отношение строго монотонно увеличивается со временем. Общепринятое представление о росте энтропии Грин считает справедливым лишь для изолированных структур в ограниченном объеме, тогда как для Вселенной в целом термодинамика оказывается лишь временным, эмерджентным законом.
🕸️ Отмена тепловой смерти и кинематограф разума 1:14:35
Современный космологический консенсус рисует мрачную картину далекого будущего: под действием темной энергии Вселенная будет ускоренно расширяться, вещество размоется, черные дыры испарятся за счет излучения Хокинга, оставив лишь холодный газ редких частиц в бесконечной пустоте — наступит тепловая смерть. Барбур категорически не согласен с этим прогнозом, называя его наследием викторианской эпохи, когда идея тепловой смерти омрачила научную мысль сразу после открытия законов термодинамики. С учетом масштабной инвариантности расширение и разбавление материи теряют физический смысл — значение имеет только форма. Вселенная будет становиться все более дифференцированной и структурно богатой, напоминая бесконечно усложняющуюся космическую паутину.
В финале беседы ученые затронули глубокий психологический аспект: если фундаментальная физика состоит из статичных пространственных «снимков», откуда у человека берется субъективное ощущение непрерывного течения времени? Барбур полагает, что это чисто эволюционный феномен работы нашего мозга. В своей книге «Конец времени» он предположил, что, когда мы видим полет зимородка, мозг на самом деле обрабатывает несколько последовательных статичных кадров, «запуская фильм» в нашем сознании.
В пользу этой гипотезы Барбур приводит реальные медицинские случаи. Писательница Кэтлин Грей обратилась к нему после прочтения книги: из-за редкого неврологического нарушения она воспринимала реальность как дискретные слайды, которые к тому же путались местами, из-за чего она не могла безопасно перейти дорогу, видя приближающийся автомобиль как удаляющийся. Впоследствии знаменитый невролог Оливер Сакс подобрал ей медикаментозное лечение, вернувшее плавность восприятия. Аналогичное письмо Барбур получил от американского ветерана с травмой головного мозга. Последняя книга Оливера Сакса «Поток сознания» как раз обобщает эти исследования, подтверждая, что непрерывное время — это иллюзия, бережно создаваемая нашей психикой.
Три года назад студент Мануэль Эскердо в Париже провел компьютерное моделирование ньютоновской гравитации для большого числа частиц, которое подтвердило предсказания Барбура: система самопроизвольно формирует нитевидные структуры, где минимальные расстояния между телами выравниваются. Это доказывает, что аналог планковской длины может рождаться из чистой динамики форм. Физика без времени не лишает мир красок, а напротив, по мнению Джулиана Барбура, обещает нам Вселенную, которая с каждым мгновением становится только интереснее.
