Готовый перевод Terry Pratchett, Jack Cohen, Ian Stewart - The Science of Discworld III : Darwin's Watch / Терри Пратчетт, Джек Коэн и Йен Стюарт - Наука Плоского Мира III: Часы Дарвина: BORROWED TIME/ Одолженное время

Постоянно разветвлявшиеся штанины Штанов Времени это метафора (если, конечно, вы не занимаетесь квантовой физикой; в этом случае они представляют собой определённое математическое представление о реальности) многих путей, которыми могла бы пойти история, если бы события произошли немного по-другому. Позже мы задумаемся обо всех этих штанинах, но сейчас мы ограничимся рассмотрением лишь одной из них. Одной временной линией.

Что есть время?

Мы знаем что представляет собой время на Плоском Мире. "Время", - как утверждает The New Discworld Companion, - "самая таинственная из антропоморфных персонификаций Плоского Мира. Судьба распорядилась так, что Время женщина (она никого не ждёт*), однако она практически никогда не появляется в земном мире, моментом раньше всегда находясь где-то в другом месте. В своём хронофоничном замке, состоящим из бесчисленных стеклянных комнат, она эм.. на время материализуется в высокую брюнетку в красно-черном платье."


*Игра слов. "Time and tide wait for no man". "no man" - никого, "man"- мужчина.

Тик.

Даже у Плоского Мира есть проблемы со временем. Но в Круглом Мире дела обстоят хуже. Было время (!), когда пространство и время считались совершенно разными вещами. Пространство имеет (или имело) протяжённость - что-то вроде распространения себя вокруг, и вы при желании могли по нему перемещаться. В пределах разумного, конечно. Может быть миль на 20 в день, если у вас хорошая лошадь, дороги не слишком размыты и разбойники не слишком навязчивы.

Тик.

Наоборот, время движется по своей собственной воле и забирает вас с собой. Время просто проходит с постоянной скоростью шестьдесят минут в час всегда в направлении будущего. Прошлое уже произошло, настоящее происходит прямо сейчас, ой, уже случилось, а будущему ещё предстоит свершится, и, клянусь, вы ещё попомните мои слова, будто когда-нибудь оно было лёгким и хорошим.

Тик.

Вы можете выбрать куда отправиться в пространстве, но не можете выбрать куда отправиться во времени. Вы не можете отправиться в прошлое и увидеть что произошло на самом деле, или отправиться в будущее узнать, что уготовила вам судьба - остаётся только ждать. Так что время совершенно отличается от пространства. Пространство имеет три измерения, и три независимых направления: влево-вправо, вперёд-назад и вверх-вниз. Время..ну, оно просто есть.

Тик.

Затем появился Эйнштейн и время перепуталось с пространством. Направления во времени по прежнему отличаются от направлений в пространстве, но вы можете их немного смешать. Вы можете заимствовать время здесь и вернуть где-нибудь ещё. Но даже так вы не продвинетесь в будущем, а только окажетесь в своем собственном прошлом. Это было бы путешествие во времени, которое не принесло бы пользы для физики.

Того, что не приемлет наука, жаждет искусство. Путешествия во времени могут быть физически невозможны, однако это прекрасный повествовательный метод для писателей, поскольку позволяет по собственному желанию переносить историю в прошлое, настоящее или будущее. Конечно, для этого не нужна машина времени - поскольку "обратный кадр" является стандартным литературным приемом. Но это здорово (и вежливо по отношению к рассказию) иметь какие-то обоснования, которые вписываются в саму историю. Писатели викторианской эпохи любили использовать сны, хорошим примером здесь может послужить "Рождественская песнь" (1843 г.) Чарльза Диккенса и её Духи Прошлых, Нынешних и Будущих Святок. Существует даже литературный поджанр "романов со временным сдвигом" и некоторые их них особенно чувственны. Особенно французские.

Путешествия во времени приносят неприятности, если пользоваться ими не в качестве литературного приема. В союзе с неправильными поступками они приводят к парадоксам. Избитым примером здесь служит "парадокс убитого дедушки", который восходит к роману Рене Бержавеля "Неосторожный путешественник". Вы отправляетесь в прошлое и убиваете своего дедушку, но из-за этого не рождается ваш отец, следовательно, не рождаетесь и вы, так что вы не можете отправиться в прошлое и убить его...Не ясно, почему это всегда ваш дедушка (кроме того, что это клише - крайне невоспитанная форма рассказиума). Убийство собственного отца или матери может иметь такие же парадоксальные последствия. Это может быть и жестокое убийство бабочки мелового периода в коротком рассказе Рея Бредбери "И грянул гром" (1952), в котором случайная смерть бабочки от руки [1] невольного путешественника во времени в худшую сторону меняет современные политические события.

Другой знаменитый парадокс это парадокс совокупной аудитории. Некоторые события, классическим из которых является распятие Христа, настолько одарены рассказием, что любо уважающий себя путешественник во времени захочет на них просмотреть. Неизбежным следствием этого окажется то, что любой кто захочет посетить момент распятия, увидит Христа в окружении тысяч, если не миллионов, путешественников во времени. А третий это парадокс вечных инвестиций. Положите ваши деньги на счёт в банке в 1955 году, затем снимите их со счёта в 2005 году с учётом накопленной выгода и положите их снова на счёт в банке в 1955 году.. Будьте осторожны и используйте что-нибудь вроде золота, а не в коем случае не банкноты, банкноты из 2005 года будут не действительны в 1955. Роман Роберта Сильверберга "Вверх по линии" повествует Службе Времени - вооружённых войсках полиции времени - чья задача работа заключалась в предотвращении таких парадоксов. Подобная тема имеет место в романе Азимова "Конец Вечности".

Целый класс парадоксов возникает из-за временных петель, замкнутых петель причинно-следственных связей, в которых всё случается только потому что кто-то приходит из будущего что бы их инициировать. К примеру, самый легкий для современного человечества обрести машину времени, если кто-нибудь получит её от путешественников во времени из далёкого будущего, когда такая машина будет уже изобретена.

__________
[1] на самом деле, от ноги.
____

Он или она потом обернётся конструктором машины чтобы узнать, как она работает, и эти принципы позже сформируют основу для будущего изобретения машины времени. Две классические истории этого типа можно обнаружить в произведениях Роберта Хайлайнена "По пятам" и "Все вы зомби", и второй из них примечателен главным героем, который становится своим собственным отцом и матерью (посредством смены пола). Девид Герролд развил эту идею до крайности в романе "Человек, который сложил сам себя".

Авторы научной фантастики разделяются на тех, у которых временные парадоксы сами развёртываются, чтобы производить стабильные результаты, или тех, у кого в структуре замысла действительно возможно изменить прошлое и настоящее. (Заметьте, что никто не беспокоится об изменении будущего, возможно из-за количества "свободы воли". Мы все тысячи раз в день изменяем будущее с того, что только могло произойти, на то, что происходит в действительности. Или же так наивно себе это представляем.) Так что некоторые авторы всё равно пишут о попытках убийства вашего дедушки, в результате которых благодаря некоторым неожиданным поворотам, вы всё равно появитесь на свет. К примеру, ваш настоящий отец не был его сыном, но его всё равно убили. Из-за ошибки в устранении не того дедушки, вы убеждаетесь, что вас отец выжил, что бы дать вам жизнь. Другие, как Азимов и Силверберг, создают целые организации следящие за тем, что прошлое, а следовательно настоящее, остаётся неизменным. Которые могут или не могут работать.

Парадоксы связанные с путешествиями во времени по началу кажутся привлекательными, но они скорее наводят на мысль, что путешествия во времени логически невозможны, не говоря уже о возможности физической. Так что мы даже рады, что у волшебников Незримого Университета, чей мир устроен на магии, есть возможность передвигаться по шкале времени Круглого Мира, переключая историю с одной параллельной вселенной на другую, пытаясь заставить Чарльза Дарвина или кого-нибудь ещё написать правильную книгу. Волшебники живут в Плоском Мире и действуют вне ограничений Круглого. Но мы не можем себе представить, чтобы без посторонней помощи точно так же действовали кто-нибудь из людей, живущих в Круглом Мире, используя только науку Круглого Мира.

Как ни странно, многие передовые физики с этим не согласятся. Путешествия во времени стали для них респектабельной [1] темой исследования, вопреки парадоксам. Кажется ни один из законов физики, насколько мы сегодня их понимаем, путешествий во времени не запрещает. Парадоксы скорее мнимы, чем реальны; они имеют решение, не нарушающее ни один из законов физики, как мы позже увидим в главе номер 8. Это может быть упущением современной физики, как утверждает Стивен Хокинг. Его "гипотезой о защищенности хронологии " утверждает, что пока ещё не известные физические законы сговорились отключить любую машину времени как только она будет собрана - просто встроенный космологический полицейский.

С другой стороны, возможность путешествий во времени может быть глубинным утверждением о вселенной. Вероятно, мы так и не узнаем наверняка, пока не решим эту проблему, используя физику будущего. И стоит отметить, что мы не слишком хорошо разбираемся во времени, не говоря уже о том, чтобы в нём путешествовать.

Хотя законы физики не запрещают (наверное) путешествий во времени, оказалось, что они их весьма затрудняют. Для одной такой теоретической схемы, которая включает в себя черные дыры, требуется гораздо больше энергии, чем находится во всей вселенной. Это небольшая досадная ситуация с размером машины кажется исключает обычную научную фантастику о машине времени.[2]

Самое полное описание времени Плоского мира присутствует в романе "Вор Времени". Составляющим этого романа служит член гильдии Часовщиков Джереми Часовсон, преисполненный решимости создать абсолютно точные часы. Однако перед ним возникает теоретический барьер, парадокс впервые упомянутого в романе "Пирамиды" эфебского философа Ксено, который можно сформулировать как "Ну, давайте не будем преувеличивать".

_____
[1] Вы можете публиковать статьи на эту тему, не рискуя потерять свою работу. Это определённо лучше чем вообще ничего не публиковать, из-за чего можно точно потерять свою работу.
_____

____
[2] В цикле фильмов "Назад в будщее" это действительно была машина - ДеЛориан. Хотя в каком-то смысле она нуждается в помощи локомотива.
_______

Философ Круглого Мира с подозрительно похожим именем, Зенон Элейский, родившийся в 490 году до н.э., сформулировал четыре парадокса о связи пространства, времени и движения. Это был коллега Ксено из Круглого Мира и его парадоксы имеют любопытное сходство с парадоксами эфебского философа. С помощью логики Ксено доказал, что стрела не может поразить бегущего человека [1] и то, что черепаха является самым быстрым животным Диска.[2] Он объединил оба утверждения в одном эксперименте, пытаясь стрелой поразить черепаху, состязающуюся в беге с зайцем. Стрела по неосторожности попала в зайца, черепаха выиграла, что собственно и доказало его правоту. В романе "Пирамиды" показан размышляющий после этого эксперимента Ксено:

— Все очень просто, — махнул рукой Ксено. — Скажем, вот эта оливковая косточка у нас стрела, а эта, эта… — Он пошарил кругом. — А эта подбитая чайка — черепаха, так? Ты стреляешь, и стрела проделывает путь отсюда до чай… до черепахи, верно?

— Верно, но…

— Но чайк… то есть черепаха успела чуть-чуть сместиться вперед. Успела? Правильно?

— Правильно, — беспомощно повторил Теппик.
Ксено торжествующе взглянул на него.

— Значит, стреле нужно лететь чуточку дальше, верно? Дотуда, где сейчас черепаха. А между тем черепаха еще немножечко ушла вперед, совсем немножко. Верно? И вот стрела все движется и движется, но когда она оказывается там, где черепаха сейчас, черепахи на прежнем месте уже нет. Так что, если черепаха не остановится, стрела никогда ее не догонит. Она будет подлетать все ближе, но никогда не достанет черепаху. Что и требовалось доказать.

____________
[1] При условии, что в него стрелял некто, находящийся в подпитии ещё с обеда.
__________

___________
[2] На самом деле это Пузума Неясная (Двусмысленная), которая путешествует со скоростью близкой к скорости света ( На Диске она близка к скорости звука). Если вы видите пузуму, значит её здесь нет. Если слышите - значит её тоже здесь нет.
________

У Зенона похожие установки, хотя он разделяет их на два парадокса. Первый, называемый Дихотомией, утверждает, что движение невозможно, потому что прежде чем вы куда-нибудь придёте, вам нужно пройти половину пути, а для того чтобы пройти эту половину, вам нужно пройти половину этой половины и так далее..так что вам нужно сделать бесконечно много чего, чтобы двинуться и это довольно глупо. Второй из них, это парадокс об Ахиллесе и черепахе довольно похож на парадокс, сформулированный Ксено, но вместо зайца присутствует греческий герой Ахиллес. Ахеллес бежит быстрее черепахи (посмотрите правде в глаза, кто угодно может быть быстрее черепахи), но вначале движения он находится немного позади черепахи и никогда не догонит её, потому что когда он достигнет места, где находится черепаха, она сместиться на некоторое расстояние вперёд. Это как с Пузумой Двусмысленной - если вы её догоните, её там уже нет. А третий парадокс утверждает, что летящая стрела не движется. Время может быть разделено на последовательные моменты, и в каждый их этих моментов стрела занимает определённое положение, поэтому она находится в состоянии покоя. Четвертый парадокс Зенона, движущееся Ристалище (или Стадион), имеет более технический характер описания, но сводится в следующему. Предположим, что существуют три равных тела, и одно из них в наименьший момент времени проходит наименьшее возможное расстояние, двигаясь направо, тогда как другие проходят наименьшее возможное расстояние, двигаясь налево. Тогда два тела разошлись на расстояние в двое больше наименьшего, затратив на это наименьший момент времени. Так что когда они были на наименьшее расстоянии друг от друга, на пол пути к их конечному положению, должна пройти половина от наименее возможного момента времени. Которая в принципе меньше чем целая часть и это ненормально.

Относительно парадоксов Зенона существует серьезный замысел и даже причина почему их четыре. Греческие философы древних времён спорили о том, является ли пространство и время дискретными, то есть состоящими из крошечных неделимых частиц, или же непрерывным - бесконечно делимым. Четыре парадокса Зенона умело располагают всеми четырьмя комбинациями дискретности/непрерывности и для времени и пространства, аккуратно дополняя любую другую теорию, которая позволит оставить свой след в области философии. К примеру, парадокс Движущегося Ристалища показывает, что наличие дискретного времени и пространства противоречиво.

Парадоксы Зенона до сих пор используются в некоторых областях теоретической физики и математики, хотя парадокс об Ахиллесе и черепахе можно решить, если признать, что и пространство и время непрерывно, тогда бесконечное множество событий может (а на самом деле даже должно) произойти за конечный промежуток времени. Парадокс стрелы может быть разрешён упоминанием того, что в общей математической обработке классической механики ( известной как гамильтоновская механика в честь выдающегося (и пьющего) ирландского математика сэра Уильяма Роуэна Гамильтона), что состояние тела определяется двумя величинами, а не одним. Подобно тому, как оно имеет положение, оно так же имеет импульс, замаскированную версию скорости. Оба они связаны с движением тела, но концептуально отличаются. Всем видно положение, импульс возможно наблюдать только посредством его влияния на последующие положения. Тело, находящееся в заданном положении и обладающее нулевом импульсом в этот момент не движется, так что никуда не перемещается, тогда как тело в том же положении обладающим импульсом не равным нолю движется, хотя в каждый отдельный момент времени остаётся на том же месте.

Понятно?

В любом случае, мы говорим о книге "Вор Времени" и благодаря Ксено ещё не дошли до 21-ой страницы. Основная мысль в том, что время Плоского Мира податливо, так что законам повествовательного императива иногда требуется небольшая помощь, чтобы убедить в том, что повествование соответствует тому что говорит ему императив.

Тик.

Леди Мирия ЛеГион была Аудитором Реальности, который временно принял человеческий облик. Плоский Мир неумолимо анимистичен: практически всё в какой-то степени осознанно, включая элеменатрную физику. Аудиторы охраняют законы природы: они бы с радостью оштрафовали вас за превышение скорости света. Обычно они принимают форму небольших и пустых внутри серых одежд с капюшоном. Они законченные бюрократы. Леди ЛеГион указывает Джереми, что идеальные часы должны быть способны отмерить наименьшие промежутки времени из парадоксом Ксено: " .. она просто обязана существовать, ведь так? Рассмотрим настоящее. Оно должно иметь длину, потому что один его конец соединен с прошлым, а другой - с будущим, если бы у него не было длины, настоящее не могло бы существовать. Для него не было бы времени , в котором оно смогло бы разместиться. "

Её мнение довольно близко соотносится с современными психологическими теориями восприятия времени. Наш мозг воспринимает "мгновение" как расширенный, хотя и краткий отрезок времени. Аналогично тому как дискретные палочки и колбочки нашей сетчатки кажется воспринимают отдельные точки, но в действительности видят лишь небольшую область пространства. Мозг принимает крупно-зернистые сигналы и выравнивает их.

Леди ЛеГион объяснила Джереми парадоксы Ксено потому что у неё была скрытая цель: если у Джереми получится создать идеальные часы, то время остановится. А это существенно упростит задачу Аудиторов как служащих вселенной, потому что люди постоянно что-то перемещают, поэтому трудно отследить положение вещей во времени и пространстве.

Тик.

Около Пупа в высокогорной долине находится монастырь Ой Донг, где живут боевые монахи Ордена Мгновена, иначе известные как Монахи Истории. Они взяли на себя задачу следить за тем чтобы нужная история происходила в правильном порядке. Монахи знают как она должна идти, потому что они хранят Книги по Истории, в которых записано не то, что случится, а то что случится должно.

Юноша по имени Лудд, подкидыш воспитанный в Гильдии Воров, где оказался удивительно талантливым учеником, был принял в ряды Монахов Истории и получил имя Лобсанг. Основными технологическими аппаратами являются Удлинители, огромные вращающиеся механизмы, которые хранят и разматывают время. При помощи Удлиннителя вы можете заимствовать время и вернуть его позже. Лобсанг и не мечтал жить за счёт одолженного времени, но если бы его не поймали, он бы его обязательно украл. И благодаря Удлинителям, время так и не было поймано.

Если до вас даже сейчас не дошёл смысл шутки, то взгляните ещё раз на название книги.

План Леди ЛеГион сработал: Джереми построил часы.

Время остановилось как того и хотели Аудиторы. И не только на Плоском мире: остановка времени распространилась во вселенной со скоростью света. И вскоре остановилось всё. Монахи Истории были бессильны, так как они тоже остановились. Только Сьюзен Сто Гелитская, внучка Смерти, смогла вновь запустить время. И Ронни Соха, который раньше был Хаосом, пятым всадником Абропокалипсиса, но покинул четверку из-за творческих разногласий ещё до того, как они стали популярны..К счастью, надпись "НЕ КОРМИТЕ СЛОНА "озадачила Аудиторов, которые всегда подчинялись правилам. Не было же слона, которого не нужно было кормить. Их отношения любви и ненависти с шоколадом стали действительно смертельными. Они жили за счёт украденного времени.

Удлинитель, это что-то вроде машины времени, однако он перемещает само время, а не людей в нём. Более того, это факт,а не выдумка, как и весь Плоский Мир и его обитатели. На Кругло Мире, первую вымышленную машину времени, если не считать сны и повествования с временными сдвигами, по-видимому изобрел редактор New York Sun Эдвард Митчелл. В 1881 году он анонимно опубликовал в своей газете историю под названием "Часы, которые шли вспять". Самое знаменитое устройство для путешествия во времени впервые появилось в романе Герберта Уэлсса "Машина Времени" (1895) и стало классическим для множества последователей. Роман повествует об изобретателе викторианской эпохи, который построил машину времени и отправился в далёкое будущее. Там он обнаруживает, что человечество разделилось на два различных типа - ужасных морлоков, обитающих в глубоких пещерах, и изящных элои, которые становятся добычей морлоков, но слишком ленивы, чтобы что-то предпринять. По книге было сняло несколько довольно ужасных фильмов.

У романа зловещие истоки. Уэллс изучал биологию, математику, физику, геологию, черчение и астрофизику в Королевском колледже, который в итоге соединился с Имперским колледжем Лондона. Во время учёбы в нём он начал работу, которая привела к "Машине Времени". Его первая история о путешествии во времени "Аргонавты времени" в 1888 году появилась в "Журнале научной школы", который Уэллс помог основать. Главный герой отправляется в прошлое и совершает убийство. История не располагает никакими рациональными основаниями для путешествий во времени и по большему счету восходит к историям о безумных учёных в традициях "Франкенштейна" Мэри Шелли, однако не столь хорошо прописана. Позже Уэллс уничтожил все экземпляры, которые смог найти, поскольку очень сильно стеснялся этой книги.В ней не было даже парадоксальных элементов "Чеков времени Турмалина" (1981)Томаса Энсти Гатри, где представлено множество парадоксов связанных с путешествиями во времени.

В течении трёх последующих лет Уэлл создал ещё две версии, ныне утраченные, истории о путешествии во времени, но по мере развития сюжет трансформировался в видение далёкого будущего человечества. Следующая версия появилась в журнале National Observer как три связанные истории под заголовком "Машина Времени". Эта версия имела больше общих черт с окончательным вариантом романа, но ещё до окончания публикации, редактор журнала перешёл в "Новый Журнал". Снова вновь заказал ту же серию работ, но к тому времени Уэллс внёс существенные изменения. Рукописи включают множество эпизодов, которые так и не были опубликованы: путешествие героя в прошлое, столкновение с доисторическими гиппопотамами [1] и встреча с Пуританами в 1645 году. Вариант опубликованный в журнале был очень близок к тому, который в виде книги вышел в 1895 году. В этой версии путешественник во времени отправляется только в будущее, где узнает о судьбе человечества, которое разделилось на вялых элои и ужасных морлоков - все они одинаково неприятны.

_____
[1] Так и было. Палеонтологи только сейчас объявили, что обнаружили чудесно сохранявшиеся окаменелости в каменоломне в восточной Англии, свидетельствующие что гигантские бегемоты весом в 6-7 тонн (в раза больше современых) купались в реках Норфолка 600 000 лет назад. Это был тёплый период зажатый между двумя ледниковыми, возможно несколькими градусами теплее сейчас (об этом можно судить по ископаемым останкам насекомых), а вдоль берега в происках падали бродили гиены.
_________

Откуда у Уэллса взялась такая идея? Классический ответ автора НФ на этот вопрос - "просто придумал", но у нас есть довольно конкретная информация относительно этого случая. В предисловии к изданию 1932 года Уэллс говорит, что его побудили "проходящие в восьмидесятые годы студенческие обсуждения в лабораториях и дискуссионном клубе Королевского колледжа". По словам сына Уэллса, идея пришла после прочтения одним из студентов статьи о четвёртом измерении. В предисловии к роману, Путешественник во Времени ( в романе у него нет имени, но в первых версиях его звали Небо-гипфелем, так что может быть это и к лучшему ) ссылается на четвертое измерение, чтобы объяснить почему возможна такая машина:

— Так думает большинство людей. Но подождите минуту. Может ли существовать вневременный куб?

— Не понимаю вас, — сказал Филби.

— Можно ли признать действительно существующим кубом то, что не существует ни единого мгновения?

Филби задумался.

— А из этого следует, — продолжал Путешественник по Времени, — что каждое реальное тело должно обладать четырьмя измерениями: оно должно иметь длину, ширину, высоту и продолжительность существования.

...И все же существуют четыре измерения, из которых три мы называем пространственными, а четвертое — временным. Правда, существует тенденция противопоставить три первых измерения последнему, но только потому, что наше сознание от начала нашей жизни и до ее конца движется рывками лишь в одном-единственном направлении этого последнего измерения..

.. Однако некоторые философские умы задавали себе вопрос: почему же могут существовать только три измерения? Почему не может существовать еще одно направление под прямым углом к трем остальным? Они пытались даже создать Геометрию Четырех Измерений. Всего около месяца тому назад профессор Саймон Ньюком излагал эту проблему перед Нью-йоркским математическим обществом..

Понятие времени как четвертого измерения стало широкоупотребимым научным понятием в конце викторианской эпохи. Его начали использовать математики, интересуясь тем, что такое измерение и решив, что это скорее всего направление в реальном пространстве. Измерение было изменяемой величиной и число всех измерений равнялось наибольшему числу таких величин, которые изменялись независимо. Таким образом чар, основная магическая частица Плоского Мира, в действительности состоит из оснований, которые в свою очередь существуют как-минимум в пяти вариантах: верх, низ, вбок, сексуально привлекательный и мятный. Поэтому чар обладает по крайней мере пятью измерениями, если предположить что верх и низ независимы друг от друга, вероятно из-за того, что это квант.

В начале 16 века, подкидыш-математик Жан Лерон Д’Аламбер (Второе имя было дано в честь церкви, куда он был подкинут во младенчестве) в статье "Энциклопедии, или толкового словаря наук, искусств и ремёсел" предложил подумать о времени как о четвёртом измерении. Другой математик, Жозеф-Луи Лагранж, использовал время в качестве четвёртого измерения и в своей "Аналитической Механике" (1788 г) и "Теории аналитических функций" (1797) прямо говорит: "мы можем рассматривать механику как геометрию четырёх измерений".

Для того, чтобы осознать эту идею потребовалось некоторое время, но математики викторианской эпохи регулярно объединяли пространство и время в одно целое. Они ( пока что) не назвали его пространственно-временным континуумом, но они понимали, что у него есть четыре измерения: три измерения пространства и одно времени. Журналисты и широкая публика начала назвать время четвёртым измерением, потому что не могли помыслить ещё об одном и говорили так, как будто учёные искали его веками и только сейчас нашли. Ньюком писал о науке четырёхмерного пространства начиная с 1877 года, и говорил о ней в Нью-Йоркском Математическом Обществе с 1893 года.

Упоминает Уэллсом Ньюкома предполагает отсылку к одному из наиболее ярких членов Викторианского Общества - писателю Чарльзу Говарду Хинтону. Первоначальная известность Хинтона состоит в его увлечённом продвижении Четвёртого Измерения. Он был талантливый математик с подлинным талантом к четырёхмерной геометрии, и в 1880 году опубликовал статью "Что такое четвёртое измерение?" в журнале Дублинского Университета, которая годом позже была переиздана в газете Челтнемского женского колледжа. В 1884 году она вновь появилась в виде брошюры под заголовком "Объяснение призраков". Хинтон, будучи в чём-то мистиком, связал четвёртое измерение с псевдонаучной тематикой вроде призраков и загробной жизни. Призрак может легко появится и исчезнуть, двигаясь к примеру по четвёртому измерению, подобно монетке, которая может исчезнуть и появится на крышке стола, двигаясь в третьем измерении.

Большое влияние на Чарльза Хинтона оказали неортодоксаные взгляды его отца Джеймса, хирурга и соавтора Хевлока Эллиса, который возмутил Викторианское общество своими исследованиями сексуального поведения человека. Хинтон-старший выступал за свободную любовь и полигамию и в конечном итоге возглавил культ. Хинтон-младший так же имел богатую событиями личную жизнь: в 1886 он бежал в Японию, где в Олд-Бейли был обвинён в двоежёнстве. В 1893 году он покинул Японию чтобы стать преподавателем математики в Принстонском Университете, где изобрёл бейсбольную машину, которая подобно пушке использовала порох для подачи мячей. После нескольких несчастных случаев его устройство было забыто и Хинтон потерял работу, но его постоянные усилия по продвижению четвёртого измерения были более успешными. Он писал об этом в таких популярных журналах как Harper’s Weekly, McClure's и Science. Он скоропостижно скончался от кровоизлияния в мозг в 1907 на ежегодном ужине Общества по Благотворительным Вопросам едва закончив тост в честь женщин-философов.

Возможно именно Хинтон натолкнул Уэллса на повествовательные возможности времени как четвёртого измерения. Доказательства этому косвенные, но весьма убедительные. Ньюком определённо знал Хинтона: однажды он дал ему работу. Мы не знаем, виделись ли Уэллс и Хинтон, однако есть косвенные доказательства близкого общения. В примеру, термин "научный роман" был придуман Хинтоном как заголовок для его накопленных спекулятивных эссе 1884 и 1886 годов, а позже Уэллс использовал ту же самую фразу для описания своих историй. Более того, был постоянным читателем Nature, в котором в 1885 были (положительно)рассмотрены первые серии научных романов Хинтона и обобщены некоторые их его идей о четвёртом измерении.

По всей вероятности, Хинтон так же был ответственн за другую межпространственную сагу - "Флатландию" Эдвина А. Эббота, написанную в 1884 году. Это история о Квадрате, которые жил в евклидовой плоскости - двухмерного общества треугольников, шестиугольников и кругов, и не верил в третье измерение пока его не посетила Сфера. По аналогии этим, люди викторианской эпохи не верили в четвертое и были такими же зашоренными. Подтекстом была сатира на бедность и отношение к женщинами в викторианском обществе. Многое из составляющих истории Эббота напоминают элементы, которые можно найти в историях Хинтона.[1]

Большая часть физики путешествия во времени - это общая теория относительности с примесью квантовой механики. Насколько уже смогли убедится волшебники Незримого Университета хотя и "кванты" являются универсальной спасательной картой - вы можете использовать их чтобы объяснить практически всё, тем не менее это странно. На самом, чем странне, тем лучше. И в 8-ой главе вас ожидает хорошая доза квантовой физики. Здесь мы всё объясним, используя быстрый пример из теории относительности Эйнштейна: специальной и общей.

Как мы уже объяснили в первой части "Науки Плоского Мира", "относительность" это глупое имя. Оно должно звучат как "абсолютность". Весь смысл специальной теории относительности не в том, что "всё относительно", а только в том, что скорость света внезапно оказывается абсолютной. Горящий факел на автомибиле, как говорит Эйнштейн, не будет эффективен: дополнительная скорость автомобиля не окажет никакого влияния на скорость света. Это входит в резкие противоречия со старомодной физикой Ньютона, где свет от горящего факела будет двигаться быстрее, дополняя скорость автомобиля к своей собственной скорости. Если вы выбрасываете из движущегося автомобиля мяч, то как раз это и происходит. Если же вы испускаете свет, то должно происходить то же самое, однако это не так. Вопреки потрясению, которое испытывает человеческая интуиция, эксперименты показывают, что Круглый Мир действительно ведёт себя относительно. Мы не замечаем этого потому, что различия между физикой Ньютона и Эйнштейна становятся заметны только тогда, когда речь идёт о скоростях близких с скорости света.

________
[1] см.The Annotated Flatland by Edwin A. Abbott and Ian Stewart (Basic Books, 2002).
__________

Специальная теория относительности была неизбежностью; учёные не могли о ней не задумываться. Её семена были уже посажены когда в 1873 году Джеймс Клерк Максвелл записал свои уравнения электромагнетизма. Эти уравнения имеют смысл в "движущейся системе" - когда наблюдение производит движущийся наблюдатель - только если скорость света абсолютна. Это осознали несколько математиков, среди которых были Анри Пуанкаре и Герман Минковски, и предвкушали Эйнштейна на математическом уровне, но это был Эйнштейн, который впервые подошёл к идее всерьез со стороны физики. Как он отметил в 1905 году, физические следствия были причудливы. Объекты уменьшались, когда достигали скорости света, время замедлялось, а масса становилась бесконечной. Ничто (ни один объект) не может перемещаться быстрее скорости света, а масса может превращаться в энергию.

В 1908 году Минковский обнаружил простой способ визуализировать релятивистскую физику, который в дальнейшем был назван Пространством Минковского. В физике Ньютона пространство имеет три чёткие координаты - право/лево, назад/вперёд и низ/верх. Пространство и время считались независимыми. Но в релятивистком отношении Минковский использовал время как четвёртую координату. Четвёртую координату, четвёртое независимое направление...четвёртое измерение. Трёхмерное пространство становится четырехмерным пространственно-временным континуумом. Но отношение Минковского ко времени лишь добавило новый виток к старой идее Даламбера и Лагранжа. В некотором смысле время может быть заменено пространством. Время как пространство становится геометрическим.

Мы можем судить так по релятивистскому отношению к движущейся частице. В Ньютоновской физике частица располагается в пространстве и перемещается с течением времени. Ньютоновская физика рассматривает движущуюся частицу, подобно тому как мы смотрим кино. Хотя релятивистское видение движущейся частицы как последовательности отдельных кадров, которые тоже могут составить такой же фильм. Это придаёт теории относительности явную атмосферу детерминизма. Кадры фильма существуют уже до того, как включат кино. Прошлое, настоящее и будущее уже здесь. С течением времени (и по мере того как смотрим фильм) мы узнаём что уготовила нам судьба, и судьба действительно становится судьбой - неизбежной и предначертанной. Да, кадры фильма возникают один за другим, новейшие из которых являются настоящим, но невозможно сделать это сообразно каждому наблюдателю.

Пространственно-временной континуум теории относительности = геометрический рассказий.

Согласно принципам геометрии, движущаяся точка вычерчивает кривую. Представьте частицу как точку, нарисованную карандашом, а пространство и время как лист бумаги. где пространство располагается вертикально, а время вертикально. По мере движения карандаша на бумаге остаётся линия. Так же и частица по мере своего движения оставляет кривую в пространстве и времени, называемую мировой линией. Если частица движется с постоянной скоростью мировая линия прямая. Частицы, которые движутся очень медленно, преодолевают небольшой участок пространства за большое количество времени, так что их мировая линия практически вертикальна, частицы, движущиеся очень быстро, преодолевают большой участок пространства за очень малое время, поэтому их мировая линия практически горизонтальна. В промежутке между ними по диагонали расположены мировые линии частиц, которые преодолевают участок пространства за такое же количество времени - если они измеряются в правильных единицах. Эти единицы выбраны так чтобы соответствовать скорости света - один год для времени и один световой год для пространства. Что же способно преодолеть один световой год пространства за один год времени? Свет, конечно. Так что диагональные мировые линии соответствуют световым частицам - фотонам - или всему тому, что может двигаться с такой же скоростью.

Теория относительности запрещает телам двигаться быстрее чем свет. Мировые линии, которые соответствуют таким телам называются времениподобными кривыми, и времениподобные кривые проходящие через заданное событие образуют конус, называемый "световым конусом". На самом деле он выглядит как два конуса соединённые друг с другом острыми концами; один указывает вперёд, а другой назад. Вперёдсмотрящий конус содержит будущее данного события, все точки в пространствено-временном-континууме, на которые оно может повлиять. Смотрящий назад конус содержит его прошлое и все события, которые возможно повлияли на него. Все остальное является запретной территорией - "где" и "когда", которые не имеют причинно-следственных связей с данным событием.

Пространство Минковского называется "плоскостью" - оно представляет то, как движутся частицы, когда никакие силы на них не действуют. А силы влияют на движение, а самой важной силой является гравитация. Эйнштейн придумал общую теорию относительности чтобы включить гравитацию в специальную. В ньютоновской физике гравитация является силой: она сталкивает частицы с прямого пути, которым они должны двигаться, когда на них не действует ни одна сила. В общей теории относительности - гравитация это геометрическая особенность вселенной - форма искривления пространства и времени.

В пространстве Минковского точки представляют собой события, которые имеют место в пространстве и времени. "Расстояние" между двумя события подразумевает то, насколько они удалены друг от друга и во времени и в пространстве. Оказывается, что самый грубый способ его измерить это взять расстояние между ними в пространстве и вычесть расстояние между ними во времени. Эта величина называется интервалом между двумя событиями. Если вместо этого вы сделали то, что кажется очевидным и сложили расстояние во времени и пространстве вместе, то пространство и время будут находится на такой физической основе. Тем не менее существуют определенные различия: свободное перемещение в пространстве возможно, а свободное перемещение во времени - нет. Вычитание разницы во времени отражает это различие; математически она составляет принятое во внимание время как мнимое пространство - пространство умноженное на квадратный корень из минус единицы. И это оказывает заметное влияние: если частицы перемещается со скоростью света, тогда интервал между любыми двумя событиями его мировой линии равен нолю.

Представьте фотон - световую частицу. Понятно, что он перемещается со скоростью света. Когда проходит один год времени, он перемещается на один световой год. В сумме 1 и 1 будет 2, но интервал получается не так. Интервал это разница между 1 и 1 и равен 0. Так что интервал связан с очевидной скоростью течения времени для наблюдателя. Чем быстрее движется объект, тем медленне для него проходит время. Этот эффект называется релятивистским замедлением времени. По мере того как вы достигаете скорости света время замедляется. Если бы вы смогли путешествовать со скоростью света, время бы остановилось. Для фотона нет времени.

В ньютоновской физике ф-частицы, на которые не действует ни одна сила движутся по прямой. Прямая линия - это наименьшее расстояние меду двумя точками. В релятивистской физике свободно движущиеся частицы минимизируют расстояние и движутся по геодезической линии. А гравитация включена, но не в качестве дополнительной силы, а в качестве искажения структуры пространства и времени, которое меняет размер интервала и форму геодезической кривой. Этот переменный интервал между соседними событиями называется метрикой пространственно-временного континуума.

Обычно говорят, что время и пространство "искривлено", хотя этот термин легко понять неправильно. В частности, оно не должно быть искривлено относительно чего бы то ни было. Искривлённость физически понимается как сила гравитации и именно она вызывает деформацию светового конуса.

Одним из результатов этого является эффект "гравитационной линзы", преломление света массивными объектами, открытое Эйнштейном в 1911 году и впервые опубликованное в 1915. Он предсказал, что гравитация должна преломлять свет в два сильнее, чем подразумевают законы Ньютона. В 1919 году его предсказание было подтверждено, когда сэр Артур Стенли Эддингтон возглавил экспедицию для наблюдения полного солнечного затмения в восточной Африке. Эндрю Кроммелин из Обсерватории Гринвича возглавил вторую экспедицию в Бразилии. Обе экспедиции наблюдали звезды вблизи края Солнца во время затмения, когда их свет не заглушался более ярким светом Солнца. Они обнаружили небольшое смешение видимого расположения звёзд в соответствии с предсказаниями Эйнштейна. Обрадованный Эйнштейн отправил маме открытку: "Дорогая мама, сегодня я узнал радостную новость.. .английские экспедиции зарегистрировали отклонение лучей света, проходящих около Солнца»." Таймс вышли с заголовком: РЕВОЛЮЦИЯ В НАУКЕ. НОВАЯ ТЕОРИЯ ВСЕЛЕННОЙ. ИДЕИ НЬЮТОНА ОПРОВЕРГНУТЫ. Внизу был подзаголовок ПРОСТРАНСТВО "ИСКАЖАЕТСЯ". Эйнштейн в одночасье стал знаменитостью.

Было бы несправедливо сказать, что на современный взгляд данные наблюдений выглядят несколько нечестно - некоторые искривления могут быть, а могут не быть. Так что мы не можем такого сказать. В любом случае более поздние наблюдения подтвердили предсказания Эйнштейна. Некоторые удалённые квазары производят множественные изображения, когда галактика действует подобно линзе и преломляет их свет, создавая космические миражи.

Метрика пространства и времени не является плоской.

Напротив, около звезды пространство и время принимает форму криволинейной поверхности, которая изгибается, образуя округлую "лощинку" в которой покоится звезда. Свет следует по геодезической кривой этой поверхности и "попадает" в дыру, поскольку этот путь самый короткий. Частицы движущиеся в пространственно-временном континууме с досветовыми скоростями ведут себя таким же образом: они больше не движутся по прямой линии, а отклоняются в сторону звезды, откуда и возникла ньютоновская картина гравитационных сил.

Вдали от звезды, пространственно-временной континуум в действительности похоже на Пространство Минковского, то есть влияния гравитации быстро ослабляется и становиться несущественным. Пространства напоминающие Пространство Минковского на больших дистанциях называют "асимптотически плоскими". Запомните этот термин, он очень важен для построения машины времени. Большая часть нашей вселенная асимптотически плоская, потому что массивные тела вроде звезд размещены очень скупо.

Установив пространственно-временной континуум вы можете крутить все как вам вздумается. Метрика должна подчинятся уравнениям Эйнштейна, которые касаются передвижения свободно движущихся частиц в степени искажения от плоского пространства-времени.

Мы много говорили о том, как себя ведут пространство и время, но чем они являются сами по себе? Честно говоря. мы не имеем ни малейшего понятия. Только в одном мы может быть уверены: внешность может быть обманчива.

Тик.

Некоторые физики доводят этот принцип до крайности. Джулиан Барбур в книге "Конец Времени" утверждает, что с точки зрения квантовой механики времени не существует.

В 1999 году в публикации в New Scientist он объяснил идею примерно таким образом. В любой момент состояние каждой частицы со всей вселенной может быть представлено одной точкой гигантского фазового пространства, которое он называет Платонией. Барбур и его коллего Бруно Бертотти нашли способ применить традиционную физику в отношении Платонии. С течением времени, конфигурация всех частиц вселенной, представленны в Платонии в качестве движущейся точки, так что возможно отследить путь подобный мировой линии. Божество Платонии может последовательно дать жизнь нескольким точкам, частицы переместились бы, и время, казалось бы, течёт.

Однако квантовая Платония куда более странное место. "Здесь, - как выразился Барбур, - квантовая механика убивает время." Квантовая частица является не точкой, а нечётким облаком вероятности. Квантовое состояние вселенной в Платонии - это расплывчатое облако. "Размеры" этого облака относительно самой Платонии представляют возможность того, что вселенная находится в одном и состояний, которое включает облако. Так что мы должны наделить Платонию "Вероятностным туманом", плотность которого определяется вероятностью того, что эту область займёт облако.

"Но, - говорит Барбур, - в разное время не может быть вероятностей, потому что Платония сама по себе вне времени. Для каждой возможной конфигурации могут быть только вероятности раз-и-навсегда." Есть только один вероятностный туман и он всегда один и тот же. В такой структуре время является иллюзией. Будущее никогда не определяется настоящим, не сколько из-за роли случая, а скорее потому что здесь нет ни будущего ни настоящего.

Аналогично этому вспомните детскую игру "змеи и лестницы". После каждого броска игрального кубика игроки перемешают свои фишки по квадратам доски; обычно этих квадратов сто. Некоторые из них связаны между собой лестницами, и если вы находитесь снизу, то сразу же поднимаетесь вверх. Другие же связаны между собой змеями, и если вы находитесь наверху, то сразу спускаетесь вниз. Выигрывает тот, кто первым попадёт на последний квадрат.

Чтобы упростить описание, представьте, что кто-то играет в "змеи и лестницы" в одиночку, так что на доске только одна фишка. Тогда в любой момент "состояние" игры определяется один квадратом: тем, который в данный момент занимает фишка. По этой аналогии, игровая доска сама становится фазовым пространством, нашей аналогией Платонии. А фишка представляет собой всю вселенную. Когда в соответствии с правилами игры фишка перемещается, состояние "вселенной" изменяется. Путь по которому следует фишка - квадраты, которые она последовательно занимает - является аналогом мировой линии вселенной. В этой интерпретации время действительно существует, поскольку каждое последовательное перемещение фишки соответствует одному тику космических часов.

Квантовые "змеи и лестницы" очень от этого отличаются. Доска та же самая, но всё что теперь имеет значение это вероятность с которой фишка займёт тот или иной квадрат и на на одном их этапов игры, а целом. Например, вероятность что вы займёте первый квадрат на первом же ходу равняется 1 - потому что вы всегда начинаете здесь. Вероятность занять второй квадрат равняется одной шестой, потому что единственный способ туда попасть это выбросить 1 при первом же ходе, и так далее. Рассчитывая все эти вероятности, забываем о правилах игры и концепции "перемещения". Теперь остаются только вероятности. Это квантовый вариант игры и в нём нет никакого явного движения, а только вероятности. А поскольку нет никакого движения, то нет понятия "следующего" движения и целесообразной концепции времени.

Наша вселенная, как говорит нам Барбур, является квантовой, так что как и в квантовой версии "змей и лестниц", "время" в ней является бессмысленным понятием. Так почему же мы, наивные человеческие существа, представляем что время течёт, что вселенная (по крайней мере ей ближайшая к нам часть) проходит через линейную последовательность изменений?

Для Барбура очевидный поток времени является иллюзией. Он предполагает что имеющие высокую вероятность конфигурации Платонии должны содержать вероятность "присутствия истории". Они бы выглядели так,как будто у них было прошлое. Это немного похоже на старый философский вопрос: возможно ли то, что в каждый момент времени вселенная воссоздаётся заново (как упоминается в книге "Вор времени"), но в каждый момент времени она воссоздаётся с очевидными записями длительной прошлой истории. Такие очевидно исторический облака в Платонии называются капсулами времени. Теперь среди этих конфигураций, имеющих высокую вероятность, мы находим расположение нейронов в мыслящем мозге. Другими словами, сама по себе вселенная находится вне времени, но наш мозг является капсулой времени и всё это является автоматически возникающей иллюзией того, что у них есть прошлая история.

Это отличная идея, если вам нравится такого рода вещи. Но она основана на утверждении Барбура о о том, что Платония находится вне времени потому "для каждой возможной конфигурации может иметь только одну вероятность раз-и-навсегда". Это утверждение удивительно похоже на один из парадоксов Ксено, то есть Зенона - парадокс о стреле. Который, как вы помните, утверждает, что в каждый отдельный момент стрела занимает определённое положение, так что она не движется. Аналогичное говорит нам и Барбур, что в каждый момент (если бы он существовал) Платония должна иметь определённый вероятностный туман, и делает вывод о том, что этот туман не может измениться (чего он не делает).

Однако, в качестве альтернативе вневременному вероятностному туману Барбура мы предполагаем не туман, который меняется с течением времени. Это бы расстроило не-ньютоновские связи между пространством и временем; различные части тумана будут соответствовать разным временам в зависимости от того, кто их наблюдает. Так что мы думаем о математическом решении парадокса стрелы, посредством гамильтоновской механики. Состояние тела в ней определяется двумя величинами - положением и импульсом - а не только положением. Импульс это "скрытая переменная", наблюдаемая только по тому воздействию, которое он оказывает на последовательность позиций. Тогда как позиция мы может наблюдать непосредственно. Мы уже говорили что, "тело, занимающее определённую позицию и имеющее импульс равный нолю, в этот момент не движется, тогда как тело, занимающее ту же самую позицию и имеющее импульс не равный нолю, движется, даже если в каждый момент времени остаётся на том же месте". Импульс программирует следующее изменение позиции и программирует его сейчас. "Сейчас" это не наблюдаемое сейчас, а то что будет наблюдаемым сейчас. Остается только ждать, чтобы узнать каким оно будет. Импульс это "скрытая переменная", которая кодирует переходы из одного состояния в другое.

Можем ли мы найти аналогию в квантовых "змеях и лестницах"? Да, можем. Это суммарная вероятность перехода из одного квадрата в любой другой. Эти "вероятности перехода" зависят только от квадратов, а не от времени когда сделан ход, так что в смысле Барбура они "бесконечны". Но когда вы находитесь на конкретном квадрате, "вероятности перехода" могут сообщит вам, к чему приведёт ваш следующий ход, так что вы восстанавливаете возможные последовательности ходов, тем самым возвращая время в физику.

По той же самой причине, единственный постоянный вероятностный туман, не единственная статистическая структура, которой может был наделена Платония. Платония так же может обладать вероятностями перехода между парами состояний. Результатом является преобразовании Платонии в то, что статистики называют "цепью Маркова", которая тоже является списком вероятностей перехода для "змей и лестниц", но в более общем смысле. Если Платония преобразуется в цепь Маркова, то каждая последовательность конфигураций обретает свою собственную вероятность. Наиболее вероятными последовательностями являются те, что содержат большое число имеющих высокую вероятность состояний - это выглядит странно похоже на капсулы времени Барбура. Так что вместо имеющей всего одно состояние Платонии мы получаем последовательную Марковию, где вселенная осуществляет переходы через целую череду конфигураций и наиболее вероятными переходами среди них являются те, что обеспечивают связную историю - рассказий.

Подход Маркова открывает перспективы по возвращению времени обратно во вселенную Платонии. Фактически это очень похоже на то, как в книге "Вор Времени" Сьюзен Сто Гелитской и Ронни Сохе удавалось действовать в трещинах между моментами.

Тик.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: идёт перевод

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/42317/162902

Переводчики: Krevedko_boo, Evgenii_rus