Время – великое прошлое, неопределенное будущее

Мы все считаем само собой разумеющимся, что стрела времени всегда указывает на будущее. В системе, отключенной от внешнего источника энергии — а это, по-видимому, наша Вселенная — все меняется от упорядоченного к неупорядоченному.

Применительно к законам термодинамики принцип течения времени по стрелке означает, что нельзя поместить горячий предмет в холодную комнату и ожидать, что он станет холоднее, а предмет – горячее. Различные эксперименты показали, что даже на квантовом уровне поведение частиц существенно зависит от начальных условий. Другими словами, они движутся в том направлении, к которому мы привыкли с течением времени.

Однако в последнее время появляется все больше и больше признаков того, что с нашим пониманием времени что-то не так. Может быть, недостаточно, чтобы вообще сомневаться в его существовании, но чтобы задуматься о том, как мы должны его понимать – это точно.

Нет нагрева в запутанном состоянии

Группа физиков из Федерального университета ABC в Бразилии недавно решила изучить хлороформ, молекула которого состоит из атома углерода, связанного с одним атомом водорода и тремя атомами хлора. Ученые использовали сильное магнитное поле и ацетон, чтобы манипулировать свойствами атомных компонентов. Это позволяло им «прислушиваться» к поведению частиц при постепенном увеличении энергии ядер за счет действия магнитного резонанса. По правилу стрелы времени «нагревающие» атомные ядра должны отдавать энергию хаотических движений более холодным атомам до тех пор, пока энергетическое состояние целого не станет ровным.

Как мы должны понимать время?

В обычных условиях так бы и случилось. Однако исследователи обнаружили интригующее исключение — случай, когда частицы коррелировали друг с другом. Корреляция частиц существенно изменила способ распределения энергии между телами по сравнению с тем, что происходит обычно. Возбужденные ядра водорода стали «горячее», а их более холодный запутанный углеродный партнер стал «холоднее».

Как заключают авторы эксперимента, эти результаты термодинамически эквивалентны вернуться в прошлое в очень маленьком масштабе, но все же в нашей вселенной, где правило течения времени якобы «священно». «Мы наблюдаем самопроизвольный поток тепла от холодной системы к горячей», — пишут исследователи в статье, появившейся в репозитории arXiv.org.

Психологическая и термодинамическая стрелка

Stephen Hawking в своей «Краткой истории времени» он писал, что беспорядок увеличивается со временем, потому что мы измеряем время в том направлении, в котором увеличивается беспорядок. Это означало бы, что у нас есть какой-то выбор, что мы можем, например, наблюдать сначала осколки разбитого стекла, разбросанные по полу, затем момент удара стекла об пол, затем стекло в воздухе и, наконец, – в руке человек, держащий его. Не существует научного правила, согласно которому «психологическая стрела времени» должна идти в том же направлении, что и термодинамическая стрела, и энтропия системы увеличивается. Однако многие ученые считают, что это так потому, что в мозгу человека происходят энергетические изменения, подобные тем, что мы наблюдаем в природе. У мозга есть энергия действовать, наблюдать и рассуждать, потому что человеческий «двигатель» сжигает топливо-пищу и, как и в двигателе внутреннего сгорания, этот процесс необратим.

Однако бывают случаи, когда при сохранении одного направления психологической стрелы времени в разных системах энтропия как растет, так и падает – например, при сохранении данных в памяти компьютера. Модули памяти в машине переходят из неупорядоченного состояния в порядок записи на диск. Таким образом, энтропия в компьютере снижается. Однако любой физик скажет, что с точки зрения Вселенной в целом — она растет, потому что для записи на диск нужна энергия, и эта энергия рассеивается в виде тепла, выделяемого машиной. Здесь есть небольшое «психологическое» сопротивление установленным законам физики. Нам трудно считать, что то, что выходит с шумом от вентилятора, важнее, чем запись произведения или другой ценности в память.

Уже в 1967 году появилось Уравнение Уилера-ДеВиттачто означало, что времени как такового не было. Это была попытка математически соединить идеи квантовой механики и общей теории относительности, шаг к теории квантовой гравитации, т.е. желаемой всеми учеными Теории Всего. Только в 1983 году физики Дон Пейдж i Уильям Вутерс предложил объяснение, согласно которому проблему времени можно обойти, используя понятие квантовая запутанность. Они предложили концепцию, согласно которой можно измерить только свойства уже определенной системы. С математической точки зрения их предложение означало, что часы в отрыве от системы не работают и запускаются только при запутывании с конкретной вселенной.

Это просто иллюзия?

Можно ли интерпретировать квантовую теорию симметрично во времени, не допуская влияния настоящего на прошлое? – спрашивают в диссертации, опубликованной в “Proceedings of the Royal Society” Мэтью С. Лейфер Ораз Мэтью Ф. Пьюзи. Если такая теория должна быть симметричной, и физиков это волнует, то, к сожалению, указанная выше возможность должна существовать.

У болельщиков нет проблем с отсчетом времени назад теория мультивселеннойкак это уже можно увидеть в концепции Пейджа и Вутерс. В ней хорошо решена проблема симметрии и для объяснения явлений нет необходимости поворачивать стрелу времени вспять. Просто разные результаты экспериментов — это эквиваленты разных миров, в которых частица может вести себя так или иначе.

Модель эксперимента в хлороформе

Британский физик Джулиан Барбур написал несколько книг о том, что время всего лишь иллюзия. Самая известная из них — «Конец времени: следующая революция в нашем понимании Вселенной», 1999 г. Вселенная, если она состоит из непостоянных конфигураций материи, создает впечатление, что время проходит, говорит Барбур. Поток сознания и ощущение настоящего, длящееся около секунды, все происходит в головах людей. В нашем мозгу есть информация о недавнем прошлом, но не в результате причинно-следственной связи, восходящей к прошлым конфигурациям. Скорее, это черта мышления, возможно, необходимая для того, чтобы вы вообще думали.

Барбур отмечает, что Эйнштейн в одном из своих последних писем он пишет: «Такие люди, как мы, верящие в физику, знают, что различие между прошлым, настоящим и будущим есть лишь устойчивая иллюзия». Взгляды Барбура считаются «наукой на грани», но многие серьезные физики (в том числе известные деятели, такие как Ли Смолин i Любош Мотль) считаются «интересными», а не «сумасшедшими». В концепции безвременья есть определенная элегантность, поэтому она привлекает физиков.

По мнению теоретиков, продолжавших мысль Барбура, время — это понятие, придуманное человеком для того, чтобы мы могли отличать то, что есть «сейчас», от того, что мы воспринимаем как «прошлое». Понятие времени остается лишь иллюзией нашего ума, потому что на самом деле все, что было и будет, происходит в каждый данный момент. Два года назад такое заявление сделала группа физиков из Массачусетского технологического института.

Эти ученые утверждают, что Вселенная состоит из «блоков», в которых время и пространство связаны, образуя так называемые пространство-время. Эта теория, согласующаяся с теория относительности Эйнштейн, предполагает, что пространство и время являются частью четырехмерной вселенной, в которой все происходящее имеет свои уникальные координаты в пространстве-времени.

 – подытожили исследования его коллеги Макс Тегмарк з С. — 

С точки зрения квантовой физики всегда можно доказать, что время «существует», потому что оно функционирует в самих предположениях эксперимента, подобно токсичности вещества, помещенного в ящик с котом Шрёдингера. Время психологически является частью декораций, которые мы создаем для нашего познания. В самом деле, его переход из прошлого в будущее подлежит такой же проверке, как и все остальное.

Это конец. В том смысле, что время заканчивается как само собой разумеющееся, что не нужно доказывать. Будет ли она в конечном итоге также пространственно-временным измерением и реальным измерителем Вселенной – это еще предстоит решить. Пока что в поединке теоретической физики с общей интуицией последняя имеет значительное преимущество. Но, может быть, она не знает, что ошиблась и уже проиграла?

Стрелка времени – показывает направление течения времени. Понятие было введено и популяризировано британским астрофизиком Артуром Эддингтоном в 1927 году, автором книги «Природа физического мира», вышедшей годом позже. Время всегда течет из прошлого в будущее и никогда наоборот, т. е. оно однонаправлено, асимметрично и необратимо. Его можно разделить на прошлое, настоящее и будущее. Синонимы стрелы времени: направление времени, асимметрия времени, анизотропия времени, необратимость времени и однонаправленность времени.