О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга

Представьте, к примеру, что вы хотите предсказать, где и когда произойдет следующее солнечное затмение. Для этого мы можем использовать ньютоновы законы движения и тяготения и описать с их помощью будущие траектории Земли и Луны. Однако, чтобы применить эти законы, придется сначала задать положения и скорости Земли и Луны (и Юпитера в придачу) относительно Солнца в некоторый конкретный момент времени. Эти данные – описание состояния двух небесных тел в некоторый момент – и составляют граничные условия. Никто не требует, чтобы законы Ньютона объяснили, почему в этот момент положения тел именно таковы. Мы просто измерили их. Располагая этой информацией, мы теперь решим уравнения Ньютона и определим положения этих тел в любой другой момент времени в будущем, чтобы предсказать время и место следующего солнечного затмения, или в прошлом – чтобы задним числом подтвердить документированный момент, в который затмение уже произошло.

Этот пример показывает, как вообще делаются предсказания в физике. Физики полагают, что эволюция управляется универсальными законами Природы – законами, установлению которых и посвящена их деятельность. Но граничные условия содержат конкретную информацию о той или иной системе – они не рассматриваются как часть законов. В каком-то смысле граничные условия служат для очерчивания конкретных вопросов, которые мы решаем с помощью физических законов. В сущности, тот или иной динамический закон, вроде закона Ньютона, и конструируется из обобщенного опыта наблюдений в широком диапазоне различных граничных условий. Это и придает уравнениям универсальный характер и гибкость, необходимые для описания широкого разнообразия явлений. Выходит, что законы физики чем-то похожи на шахматные правила: как ни важны они сами по себе, они нужны вам только для того, чтобы понять, какой ход надо сделать в данной конкретной партии.

Но является ли различие между имеющими вид законов динамическими правилами игры и произвольными граничными условиями фундаментальным свойством Природы? Конечно, это различие вполне естественно и приемлемо в лабораторных ситуациях с их резким противопоставлением управляемого нами технического оборудования эксперимента – граничных условий – и законов, проверить или установить которые мы собираемся посредством данного эксперимента. Но в космологии это различие угрожает стать главным затруднением: ведь все наши эксперименты вместе с самими экспериментаторами, планетами, звездами и галактиками сами являются частью гораздо более масштабного процесса эволюции Вселенной как целого. Выходит, что при решении любой космологической задачи граничные условия исходного эксперимента сами определяются законами эволюции более крупномасштабной системы вместе с ее граничными условиями. Если вернуться к нашему примеру солнечного затмения, космолог-холистик мог бы сказать, что скорости и положения всех планет на любой данный момент – исходные граничные условия задачи – проистекают из истории этих планет, и что сама система «Солнце – Земля – Луна» есть результат истории формирования Солнечной системы в целом; а Солнечная система в свою очередь возникла вследствие конденсации остатков звездных систем предыдущих поколений, которые в конечном счете возникли из мельчайших вариаций плотности первичной Вселенной, а те произошли из… из чего?

И вот, когда мы доходим до самого начала, мы натыкаемся на парадокс: что определяет первичные граничные условия происхождения Вселенной? Ясно, что их выбираем не мы; не можем мы и заняться подстановкой различных возможных условий, чтобы посмотреть, какие виды вселенных при этом будут получаться. Таким образом, при описании начала Вселенной мы сталкиваемся с задачей отыскания граничных условий, которыми мы не управляем. И что интересно, начальные условия Большого взрыва оказываются заданными теми самыми законами, которые мы и стремимся найти. Однако описанный выше дуализм физики предполагает, что начальные граничные условия не являются частью физических законов. Более того, доказанная Стивеном теорема о сингулярности, в соответствии с которой пространство-время и все известные физические законы в момент Большого взрыва не существуют, тоже вроде бы согласуется с таким воззрением. Заметим, что этот парадокс возникает только в космологическом контексте: ведь только когда мы представляем себе эволюцию Вселенной во всей ее полноте, у нас не может быть никакого более раннего момента времени или большего объема пространства, которыми мы могли бы воспользоваться для выбора и определения граничных условий.