Если мы примем вышеуказанный взгляд, в физике будет три вида вещей для рассмотрения: транзакции, стационарные события и ритмы. Транзакции определяются квантовыми законами. Стационарные события продолжаются без внутренних изменений от одной транзакции к другой или на протяжении определенной части непрерывного изменения; перцепты — это стационарные события, или, скорее, системы стационарных событий. Отношение стационарного события к ритму я представляю по музыкальной аналогии: как длинная нота на скрипке, в то время как серия аккордов повторяется на фортепиано. Вся наша жизнь проходит в сопровождении ритма дыхания и сердцебиения, который обеспечивает нас физиологическими часами, по которым мы можем приблизительно оценивать время. Я представляю, возможно, фантастически, нечто отдаленно аналогичное в качестве сопровождения каждого стационарного события. Существуют законы, связывающие стационарное событие с ритмом; это законы гармонии. Существуют законы, регулирующие транзакции; это законы контрапункта.
Мы должны предположить периодичность как особенность положения дел там, где есть стационарные события, поскольку мы не можем сформулировать квантовый принцип без нее. Мы должны найти значение для «частоты», чтобы связать энергию с h. Не совсем легко понять, как сравнивать одну частоту с другой. В случае света мы можем оценить расстояние между гребнем одной волны и гребнем следующей. Зная скорость света, это говорит нам, сколько волн проходит через данное место в секунду. Но здесь периодичность существует для внешнего наблюдателя; для наблюдателя, движущегося на гребне данной волны, нет процесса и нет периодичности. Для внешнего наблюдателя существует процесс в движении световой волны; но наш наблюдатель на волне считает себя покоящимся и, по-видимому, не видит объектов, пролетающих мимо него. Таким образом, для него периодичность световой волны скорее пространственная, чем временная. Одна световая волна будет состоять из ряда e1, e2, e3... en... стационарных событий, интервалы между которыми являются пространственноподобными; следующая будет состоять из ряда e'1, e'2, ... e'n..., опять же имеющих пространственноподобные интервалы друг от друга и от предыдущего ряда; en и e'n будут иметь сходство качества, которого нет ни у одного из них по отношению к en-1 или en+1 (где n отличается от n'). Каждое из этих событий, как предполагается, продолжается до тех пор, пока продолжается световая волна, т. е. пока не произойдет транзакция. Учитывая любое событие E, которое связано с материей, E может быть компресентным e1, e2... en... последовательно, но не со всеми сразу. Это то, что происходит, когда световая волна проходит мимо наблюдателя или любого другого куска материи. Ряд событий, образующих одну световую волну, неразрывно связаны в том смысле, что когда есть одно из них, будут и другие во всем пространстве, охваченном волной. Аналогично, ряд событий (если таковые имеются), участвующих в обращении электрона, неразрывно связаны; но есть разница: эти события образуют временной ряд с точки зрения электрона, тогда как события, составляющие световую волну, образуют пространственный ряд с точки зрения световой волны.
В вышесказанном есть трудности, которые можно было бы разрешить различными способами, но мы не знаем, какой выбрать. Что, например, мы скажем о транзакции, которая состоит в поглощении энергии атомом из световой волны? Правильный взгляд, как предполагается, состоит в том, что в таком случае планетарный электрон внезапно переходит с меньшей орбиты на большую. Но если мы представим, что световая волна состоит из ряда событий e1, e2... en..., можно было бы ожидать, что по крайней мере одна целая волна потребуется для получения одного определенного эффекта, и что часть волны произвела бы лишь часть эффекта, если вообще произвела бы. Но целой волне требуется конечное время, чтобы достичь атома. Эта трудность существует для любого взгляда, который рассматривает свет как состоящий из волн, а квантовые переходы как внезапные, но она была бы устранена, если бы любое из этих предположений было отброшено. Мы можем поэтому принять это как часть общей нерешенной проблемы отношения между лучистой энергией и энергией, связанной с материей. Эта проблема, хотя она и интересует философа, принадлежит к области физики и может быть плодотворно рассмотрена только физиком. Поэтому я довольствуюсь тем, что ожидаю открытий других.
Что касается квантов, давайте еще раз рассмотрим, что подразумевается тем фактом, что существует важная константа h. Во-первых, h существует, или, во всяком случае, важно только в случае периодических процессов, и это характеристика одного полного периода. Во-вторых, встречаются только целые кратные h. В-третьих, когда транзакция включает потерю одной системой определенного кратного h, другая система может приобрести другое кратное h: то, что передается всегда неизменным по величине, есть энергия. Это, по-видимому, наиболее значимые факты о h.
Кажется невозможным сопротивляться взгляду, что h представляет собой нечто фундаментально важное в физическом мире, что, в свою очередь, влечет за собой вывод, что периодичность является элементом физических законов и что один период периодического процесса должен рассматриваться в некотором смысле как единица. Это следует из того факта, что процессы организуются так, чтобы обеспечить, чтобы период имел важное свойство. Это свойство является простейшим в случае световой волны: энергия одной световой волны, умноженная на время, которое требуется ей, чтобы пройти мимо данной материальной точки, равна h. Если мы примем скорость света за единицу, время, которое требуется световой волне, чтобы пройти мимо данной точки, равно пространственному расстоянию между началом и концом волны; следовательно, это расстояние, умноженное на энергию, равно h. Эта форма может показаться предпочтительной для наших целей, поскольку она не включает ссылку на внешнюю материальную точку. По крайней мере, она не очевидно включает такую ссылку; но, возможно, ссылка скрыта в процессе оценки пространственного расстояния. Мы видели, что этот процесс должен быть косвенным; одна часть световой волны не может догнать другую, так что пространственноподобный интервал между ними может быть оценен только с помощью некоторого процесса, происходящего в материи.
Если окажется, что квантовые явления не являются физически фундаментальными, многое из того, что было сказано в этой главе, станет ненужным. Следует, однако, сказать, что теория относительности должна подготовить наш ум к самой странной особенности квантовой теории, а именно к существованию каузальных законов, включающих целые периоды. Каузальная единица, согласно принципам относительности, должна, как ожидается, занимать небольшую область пространства-времени, а не только пространства; поэтому она не должна быть мгновенной, как в дорелятивистской динамике. Если мы объединим это с гипотезой о дискретном пространстве-времени, мы можем представить теоретическую физику, которая сделала бы существование кванта уже не кажущимся удивительным.
Я должен признаться, неохотно, что теория, развитая в настоящей главе, какой бы неадекватной она ни была, является лучшей, которую я знаю, как предложить по теме квантов. Возможно, прогресс физики сделает лучшую философию предмета возможной в скором времени. Тем временем я рекомендую этот вопрос вниманию читателя.
ГЛАВА XXXV. ПРИЧИННОСТЬ И ИНТЕРВАЛ
Концепция «интервала», от которой зависит математическая теория относительности, очень трудно переводится, даже приблизительно, на нетехнический язык. И все же трудно сопротивляться убеждению, что она имеет некоторую связь с причинностью. Возможно, дискретная теория интервала могла бы уменьшить препятствия для такой интерпретации. Давайте попробуем выяснить, так ли это.
Взгляд, который естественно напрашивается в качестве отправной точки, выглядит примерно так: если даны две группы сопунктуальных событий, может случиться так, что по крайней мере один элемент одной группы имеет каузальное отношение к по крайней мере одному элементу другой группы; в этом случае интервал между двумя группами является времениподобным. Если причинность — это вопрос прерывных переходов, можно было бы ожидать, что величина интервала будет измеряться количеством промежуточных переходов. Опять же, может случиться так, что ни один элемент одной группы не имеет каузального отношения к какому-либо элементу другой, но обе содержат элементы, имеющие каузальные отношения к элементу третьей группы. В этом случае интервал будет пространственноподобным, и опять же можно было бы предположить, что количество промежуточных звеньев будет определять величину интервала.
Это представляет собой то, на что можно было бы надеяться, но в таком виде это чрезмерно просто и открыто для очевидных возражений. Давайте поэтому посмотрим, можно ли ответить на возражения или ввести такие модификации, которые их устранят.
Во-первых, давайте проясним, что мы подразумеваем под каузальным отношением. Каузальное отношение существует всякий раз, когда два события или две группы событий, из которых по крайней мере одна является сопунктуальной, связаны законом, который позволяет сделать вывод об одном из другого. Раньше можно было бы предположить, что все о более позднем событии можно вывести из достаточного количества антецедентов; но ввиду взрывного и, по-видимому, спонтанного характера радиоактивности и квантовых изменений мы должны довольствоваться более скромным определением в отношении этого пункта. В другом отношении, однако, наше определение менее скромно, чем оно было бы раньше. В классической динамике каузальные законы связывают ускорения с конфигурациями, так что из текущего состояния небольшой области мы не можем точно вывести что-либо о том, что будет происходить там через конечное время. Кванты изменили это: мы можем связать свет, излучаемый атомом, с его каузальным источником, пока он не ударится о другую материю; мы можем связать состояние атома после излучения света с его состоянием до него, пока он не претерпит другое квантовое изменение. Фактически, как мы видели в предыдущей главе, мы можем проанализировать ход природы на набор стационарных событий и ритмов с каузальными отношениями, регулирующими «транзакции», в которых ритмы претерпевают изменения. Вышеуказанное определение было сформулировано с учетом этих соображений.
Мы скажем тогда, что все каузальные отношения состоят из ряда ритмов или стационарных событий, разделенных «транзакциями». Если такой ряд соединяет ритм или стационарное событие E1 с ритмом или стационарным событием E2, мы скажем, что E1 является «каузальным предком» E2, а E2 является «каузальным потомком» E1. Мы можем предположить, что в таком случае количество транзакций между E1 и E2 всегда конечно, поскольку предполагается, что время между двумя транзакциями не может опуститься ниже определенного минимума, или, во всяком случае, что количество каузально связанных транзакций за конечное время никогда не бывает бесконечным. Возможно, мы можем предположить, что ритм должен длиться достаточно долго, чтобы достичь величины действия h; возможно, даже мы могли бы построить дискретную теорию времени, из которой следовал бы этот результат. Все это, однако, очень спекулятивно.
Теперь давайте рассмотрим стандартный случай светового сигнала, посланного от E1 к E2 и отраженного обратно от E2 к E1. Задействованы только две транзакции, а именно излучение и отражение света; возможно, нам следует добавить финальную транзакцию, а именно повторное поглощение света E1. В любом случае, может быть только два стационарных события, одно в исходящем луче и одно в возвращающемся луче. Но интервал между отправлением и возвращением света может иметь любую величину. Это тем более любопытно, что интервал между отправлением света от E1 и его прибытием в E2 равен нулю, как и интервал между его отправлением от E2 и его возвращением к E1. Это предполагает, что было приложено слишком много усилий, чтобы рассматривать интервал как аналогичный расстоянию в обычной геометрии и времени в обычной кинематике. Предположим, мы скажем, что если событие E1 является каузальным предком события E2, мы берем все возможные каузальные маршруты от E1 к E2 и выбираем тот, который содержит наибольшее количество событий: тогда «интервал» от E1 к E2 определяется как количество событий в этом самом длинном маршруте. Очевидно, что если измеримое время проходит между отправлением света от E1 и его возвращением к E1, то тем временем в E1 должно было произойти множество событий. Когда я говорю «в» E1, у меня есть значение, которое будет рассмотрено в ближайшее время; но на данный момент достаточно сказать, что это значение включает каузальное наследование. Таким образом, у нас есть значение для взгляда, что интервал в E1 довольно длинный, а также для взгляда, что интервал между отправлением света от E1 и его прибытием в E2 равен нулю. Это последнее утверждение означает, что это то самое событие, которое начинается в E1 и прибывает в E2, и, более того, что нет более длинного каузального маршрута, соединяющего две транзакции начала в E1 и прибытия в E2. Это событие, которое начинается в E1 и прибывает в E2, я называю «световым событием».
Но мы должны разобраться с пространственноподобными интервалами, прежде чем сможем решить, подойдет ли вышеуказанная теория времениподобных интервалов. Следует заметить, что пространственноподобные интервалы получаются путем вычисления из времениподобных интервалов. Давайте представим следующий идеальный эксперимент: астроном на Солнце посылает сообщение земному зеркалу, а астроном на Земле посылает сообщение солнечному зеркалу. Каждый наблюдает время отправления и возвращения своего собственного сообщения и время прибытия сообщения другого. Каждый обнаруживает, что сообщение другого получено в момент времени, находящийся посередине между прибытием и отправлением его собственного сообщения. Они сравнивают записи и обнаруживают этот факт о наблюдениях друг друга. Они придут к выводу, что, согласно расчетам обоих, два сообщения были отправлены одновременно и что мера пространственноподобного интервала между отправлением двух сообщений равна половине времени между отправлением и возвращением любого из них, т. е. около восьми минут. Мы можем переформулировать общий метод следующим образом: пусть у нас есть две транзакции E1 и E2, соединенные рядом каузальных маршрутов, все идущие прямо от E1 к E2; и пусть самый длинный из них состоит из n событий. Предположим, что существует другая транзакция E3 такая, что ее более позднее событие E4 простирается до E2, и что нет более длинного каузального маршрута от E1 к E3, ни какого-либо каузального маршрута вообще от E1 к E3. Здесь E1 соответствует отправке сигнала с Земли, E3 — отправке сигнала с Солнца, а E2 — прибытию солнечного сигнала в земную обсерваторию. Вопрос: каким должен быть интервал между E1 и E3? Не может быть каузального маршрута от E1 к E3, потому что если бы он был, он мог бы быть продлен до E2 и был бы длиннее, чем единственное событие, которое простирается от E3 до E2, contra hyp. Таким образом, никакой каузальный ряд не соединяет E1 и E3; существует каузальный ряд, соединяющий E1 и E2; и E3 — это транзакция, которая начинает событие, заканчивающееся в транзакции E2. В этих обстоятельствах мы говорим, что интервал между E1 и E3 иного рода, чем между E1 и E2, но имеет ту же числовую меру. Тот факт, что это определение работает, является тем, что предстает как постоянная скорость света.
Трудности, однако, все еще возникают. Что нам делать с изгибом света в гравитационном поле? И что нам сказать о связанной теории, согласно которой скорость света в вакууме не является строго постоянной? Мы пытались рассматривать прохождение света от одного тела к другому как единое статичное явление, не включающее никаких изменений внутри себя и поэтому имеющее ноль в качестве своего собственного времени, поскольку время должно измеряться изменениями. Если мы должны предположить, что свет от звезды изменяет свое направление, когда он проходит вблизи Солнца, нам придется думать о путешествии света как о процессе, а не как о простом продолжающемся событии. Я не верю, однако, что это будет рассматриваться как правильный отчет о влиянии гравитации на свет. Гравитация состоит в том факте, что геодезическая линия геометрически отличается от того, чем она была бы в отсутствие гравитационного поля; курс света не «действительно» изогнут, а «действительно» является самым прямым курсом, геометрически возможным. В любом случае, этот пункт возникает на продвинутой стадии теории относительности, и рассматриваемые соображения настолько многочисленны, что почти наверняка можно было бы найти интерпретацию, согласующуюся с нашим предложением, если бы не существовало другого препятствия.
Когда интервал является пространственноподобным, теоретически всегда возможно послать световой сигнал от одного из рассматриваемых событий к каузальному потомку другого; следовательно, наше определение меры пространственноподобного интервала всегда возможно.
Сказать, что наибольшая скорость в природе — это скорость света, значит сказать, что когда два перехода являются началом и концом, соответственно, одного светового события, не существует перехода, который был бы каузальным потомком одного и каузальным предком другого. Сказать, что каузальная цепь переходов принадлежит истории одного куска материи, значит сказать, что никакие два элемента цепи не могут быть соединены цепью, более длинной, чем часть данной цепи, которая лежит между двумя переходами. Это наш перевод закона о том, что история куска материи является геодезической линией.
Тот факт, что интервал между двумя точками одного светового луча равен нулю, представляется, согласно вышеуказанной теории, именно тем, чего можно было ожидать. Ибо когда событие имеет временную протяженность, это означает, что два события, которые компресентны ему, имеют каузальное отношение друг к другу; тогда как когда событие имеет пространственную протяженность, это означает, что два события, компресентные ему, имеют общее каузальное происхождение или потомство. Ни то, ни другое не происходит в случае светового события, которое поэтому не имеет ни временной, ни пространственной протяженности, несмотря на тот факт, что оно охватывает целую область точек пространства-времени.