В 1994 Стивен Хокинг и Роджер Пенроуз прочли цикл публичных лекций по общей теории относительности в Институте Математических Наук имени Исаака Ньютона при Кембриджском университете. Наш журнал представляет вам выдержки из этих лекций, выпущенных в этом году издательством Princeton University Press под названием "Природа пространства и времени", которые позволяют сравнить взгляды этих двух ученых.

Несмотря на очевидную практическую полезность концепции времени, часто утверждают, что времени не существует. Я придерживаюсь противоположной точки зрения: давайте представим, что время действительно существует, и Вселенная описывается квантовым состоянием, подчиняющимся обычной, зависящей от времени, квантовой механике. Согласование эту простой картины с известными фактами о нашей Вселенной оказывается нетривиальной задачей, но, принимая ее всерьез мы можем обнаружить глубокие факты о фундаментальной природе реальности. Стрела времени находит правдоподобное объяснение во «Вселенной Гераклита», описываемой квантовым состоянием вечно эволюционирующем в бесконечномерном гильбертовом пространстве.

Уравнение Дирака для электрона стало для физики поворотным пунктом во многих отношениях. В 1928 году, когда Дирак предложил свое уравнение, из всех элементарных частиц науке были известны лишь электроны, протоны и фотоны. Свободные уравнения Максвелла описывают фотоны, предсказанные Эйнштейном в 1905 году. Эта ранняя работа была постепенно развита Эйнштейном, Бозе и другими, и 1927 году Иордан и Паули создали полную математическую схему для описания свободных фотонов путем введения квантования в максвелловскую теорию свободного поля. Казалось также, что протон, как и электрон, достаточно хорошо описывается уравнением Дирака. В теорию Дирака отлично укладывалось электромагнитное взаимодействие, описывающее, как воздействуют фотоны на электроны и протоны, благодаря идее калибровки (введенной Вейлем в 1918 году). Начало формулировке полной теории электронов (или протонов), взаимодействующих с фотонами (т.е. квантовой электродинамике), было положено самим Дираком в 1927 году . Таким образом, казалось, что имеются под руками все более или менее основные средства для описания всех частиц, существующих в Природе, а также наиболее очевидных взаимодействий между ними.

О том, что у частиц имеются двойники — античастицы, широко известно. Менее известно, что эта симметрия природы с необходимостью вытекает из свойств пространства и времени, установленных специальной теорией относительности. Этому вопросу посвящена настоящая статья.

Современная теоретическая физика наводит на мысль, что течение времени это не более чем иллюзия: просто есть вся вселенная, без наделения каким-либо особым значением текущего момента времени. Эта статья показывает, что такая точка зрения, по существу представляемая обычными пространственно-временными диаграммами, основана на обратимых по времени микрофизических законах, которые не в состоянии схватить существенные черты необратимой во времени природы декогеренции и процесса квантового измерения, а также и макро-физического поведения и развития возникающих сложных систем, в том числе жизни, которые существуют в реальной Вселенной. Когда они будут приняты во внимание, неизменный вид блок-Вселенной в пространстве-времени лучше всего заменить на развивающуюся блок-Вселенную, которая расширяется с течением времени, с потенциально возможным будущим, которое постоянно становится определенным прошлым; само по себе пространство-время эволюционирует, как и те сущности, которые находятся в нем. Однако на этот раз эволюция не связана с какой-либо предпочтительной гиперповерхностью в пространстве-времени, а, скорее это связано с эволюцией собственного времени вдоль семейства мировых линий. Изначально фундаментальная физика не должна считать время необратимым при эволюции физических состояний: это постоянное и необратимое развитие самого времени.