Физика времени

«Время» является единственным наиболее часто используемым существительным в языке. Время – всё вокруг нас, оно наводит порядок на последовательности событий в мире природы. В нашем представлении время безнадежно разорвано на части, ни одна из которых не обладает реальностью.

Есть у времени такие свойства, которые ставят в тупик и классическую механику, и теорию относительности, и квантовую теорию. Эти теории многое сказали о времени, но они не способны ответить на первый и, казалось бы, самый простой из всех вопросов: почему время идет?

Как говорил Аристотель, «А что такое время и какова его природа, одинаково неясно как из того, что нам стало известно от других, так и из того, что нам было известно раньше… Время или совсем не существует, или едва, будучи чем-то неясным…»

Так в чем же причина парадоксальности наших представлений о времени, ведь для нас текущий момент как будто переходной мостик между зафиксированным прошлым и расплывчатым будущим.

В течение тысячелетий время рассматривалось людьми как нечто вечное, неизменное, ни от чего не зависящее. И механика Ньютона, рассчитывая движение небесных тел на десятки лет вперед, предсказывая наступление солнечных и лунных затмений с точностью до долей секунды, тоже подтвердила эту вековечную уверенность.

В классической физике время является абсолютно свободным, ни с чем не связанным параметром. Это во многом соответствует нашим обыденным представлениям о времени. Мы часто думаем, что, в отличие от вселенных, которые рождаются и умирают, время существует всегда и везде. И никакая сила не в состоянии повлиять на его ход – ни ускорить, ни замедлить. Однако столетие назад родилась новая физика – и время тут же потеряло свою монолитную сущность…

Для Ньютона «время» было дано богом, Эйнштейн назвал «время» упрямой иллюзией и разъяснил, что время зависит от местонахождения наблюдателя в пространстве, его скорости движения, а также от гравитации. А современные учёные ищут возможность объяснить, как «время» возникло во Вселенной, они предполагают, что время не существует вне объектов и полей. Профессор теоретической физики Клаус Кифер считает, что время выпадает из уравнений квантовой теории, это значит, что времени там нет.

Как пишет Роджер Пенроуз («Новый ум короля»): «Время для нас «течет» только потому, что мы обладаем сознанием. С точки зрения теории относительности, существует лишь «статическое» четырехмерное пространство — время без какого бы то ни было «течения». Пространство — время просто есть, и время в нем способно «течь» не больше, чем пространство. Течение времени, похоже, необходимо почему-то одному лишь сознанию…»

Сознание — это единственное известное нам явление, согласно которому время «течет». На самом деле, «время» в физических процессах не «течет» — вместо этого рассматривается статичное «пространство-время», где фиксируются события, происходящие в нашей Вселенной. Однако мы воспринимаем время текущим, здесь присутствует некая иллюзия, на самом деле, время нашего восприятия не течет линейно в одном направлении.

«Время — это всего лишь наше несовершенное восприятие одного из новых измерений пространства. И время, и движение — не более чем иллюзии» — писал Говард Лавкрафт («Мифы Ктулху»).

В чем-то обыденном время действительно кажется неуловимым, и возникает сильное желание объявить его обыкновенной иллюзией. Именно поэтому в последнее время появились такие экзотические разделы исследований, как квантовое время, время Мультиверса.

Очевидно, что фундаментальные законы физики действуют одинаково вперед и назад во времени. Однако мы ощущаем время движущимся только в одном направлении: из прошлого в будущее. Почему же так происходит? Для объяснения этого факта необходимо произвести изыскания в предыстории Вселенной, в эпохе до Большого взрыва. Наша Вселенная может оказаться крохотной частью гораздо более обширной области пространства-времени, так называемого Мультиверса, который, по идее, должен быть симметричен во времени. Другими словами, в разных частях множественной Вселенной время может течь как вперед, так и вспять.

Согласно классической физике, Вселенная начала свое развитие с обладающего большой упорядоченностью состояния и с тех пор становилась все более хаотичной. Необратимость этого процесса во времени символизирует стрела, всегда направленная из прошлого в будущее. «Стрела времени» играет важнейшую роль в нашей повседневной жизни, объясняя, почему мы, например, можем сделать из яйца омлет, но не наоборот, или почему в стакане воды никогда самопроизвольно не образуются кубики льда, или почему мы помним о событиях в прошлом, а не в будущем.

Происхождение «стрелы времени» может быть последовательно прослежено вспять – вплоть до момента Большого взрыва. Можно сказать, что каждый раз, разбивая яйцо для омлета, мы проводим настоящий космологический эксперимент, подтверждая существование «стрелы времени». Подтверждая, но не объясняя причины ее наличия. Эта основная загадка той Вселенной, которую мы наблюдаем, намекает на существование гораздо большего пространства-времени, не доступного наблюдениям. Она добавляет веса гипотезе о том, что мы видим лишь малую часть Мультимира.

Физики-теоретики из Массачусетса и Калифорнии Алан Гут и Шон Кэрролл предложили модель Вселенной с обратным ходом времени. Речь идет об альтернативной Вселенной, события в которой развиваются в обратном направлении. В предложенной модели прошлое и будущее поменялись местами. Их исследование базируется на известной теории об «оси (стреле) времени». Согласно ей, человек воспринимает будущее иначе, чем прошлое. Однако в космологических масштабах будущее и прошлое могут выглядеть одинаково.

По словам ученых, законам физики все равно, в каком направлении течет время. Согласно предложенной концепции, направление течения времени совпадает с ростом энтропии (в термодинамике — это мера необратимого рассеивания энергии). В качестве примера ученые приводят чашку кофе с молоком — после смешивания напитков вернуть систему в исходное положение невозможно.

Из формул теории гравитации следует, что время только кажется инертным и безучастным к проходящим в мире процессам, на самом же деле на него действуют силы тяготения. Чем они сильнее, тем более вялым, медленнее текущим становится время. Образно говоря, под действием тяготения «река времени» перестает быть прямолинейной. Она изгибается, растягивается, скручивается. И поскольку всякая кривая длиннее прямой, то временная дистанция между двумя событиями увеличивается.

Козырев разработал теорию времени, согласно которой время – величина не абстрактная, а имеющая направление и энергию. При этом время воздействует на наш мир и является дополнительным источником энергии, не дающим наступить тепловой смерти Вселенной. Исходя из этой теории, время может иметь противоположное направление, но в мире с таким течением времени, все будет иметь зеркально противоположные свойства. Опыты Козырева убеждают в том, что мир, все заполняющие его предметы и все события существуют все сразу в своем прошлом, настоящем и будущем.

Герман Минковский показал, что уравнения механики и электродинамики можно записать так, что пространственные координаты x, y, z и время t будут входить в них совершенно симметрично. С математической точки зрения они равноправны, так как временная координата всегда входит умноженной на мнимую единицу i. Козырев считал, что в своих астрономических опытах ему удалось на практике подтвердить существование «четырехмерья», где будущее существует наряду с настоящим, поэтому нет ничего удивительного в том, его можно наблюдать из нашего «сейчас».

По правилам Минковского, можно узнать, как расположены друг относительно друга в четырехмерном пространстве прошлое, уже совершившееся и будущее – еще не ставшее событием. Ну а то, что все события уже заранее «встроены» в наш мир, – это отдельная гипотеза.