Стрела времени. Энтропия. Мультивселенная.
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. Идея не нова, физики этого и не отрицают. 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.
Об этом Алан Гут и Шон Кэролл рассказали в интервью научному изданию New Scientist. По их словам, 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.
Физики обратились к теории Большого взрыва, проследив за эволюцией Вселенной с момента зарождения жизни. Они изучили систему из частиц, имеющих произвольные скорости и перемещающихся под влиянием «оси времени». Половина частиц сразу устремилась за пределы состоящего из них облака, увеличив энтропию. Остальные направились к центру, соответственно, уменьшив энтропию. Однако затем, проскочив через центр, эти частицы тоже устремились за границы облака, увеличив энтропию. Суммарный рост последней частицы происходил независимо от того, в каком направлении течет время. Ученые провели несколько тестов и установили, что все частицы рано или поздно расширяют облако. Это подтвердило гипотезу о том, что нулевая энтропия является своего рода точкой отсчета, а прошлое и будущее могут двигаться от нее в различных направлениях.
Ученые утверждают: если «ось времени» возникает в одном направлении, то она может возникнуть и в обратном, а облако частиц всегда будет расширяться. По мнению авторов, созданная ими модель подтверждает существование Мультивселенной, в которой каждый из миров развивается уникально. Соответственно, в разном направлении течет в них и время.
Второй закон термодинамики утверждает, что полное количество энтропии (беспорядка, или хаоса) во Вселенной растет. Это означает, что не может быть ничего вечного. Невозможно увидеть, чтобы энтропия уменьшалась. Любой процесс дает прирост количества беспорядка (энтропии) во Вселенной. В сущности, второй закон термодинамики — неотъемлемая часть нашей повседневной жизни. Ведь никто не видел, чтобы растворенные в чае крупинки сахара вдруг обратно запрыгнули в ложку. Процесс, обратный энтропии, невозможен.
Стивен Хокинг («Теория всего») объясняет этот процесс так: «Если вы спросите, почему разбитые чашки не собираются воедино и не взмывают на стол, вам ответят, что это запрещено вторым законом термодинамики. Он гласит, что беспорядок (энтропия) с течением времени может только возрастать. Другими словами, это так называемый закон Мерфи: события имеют тенденцию развиваться в худшую сторону. Состояние целой чашки на столе более упорядоченно, чем кучи осколков на полу. Поэтому переход от целой чашки на столе в прошлом, к осколкам на полу в будущем естественен, а обратный — нет.
Возрастание беспорядка, или энтропии, с течением времени — один из примеров того, что называется «стрелой времени», то есть чего-то, что сообщает времени направление и позволяет различать прошлое и будущее. Существуют, по меньшей мере три различные «стрелы времени». Прежде всего, термодинамическая, то есть направление времени, в котором возрастает беспорядок, или энтропия. Во-вторых, есть психологическая «стрела времени». Это направление, соответствующее тому, как мы воспринимаем течение времени, помня прошлое, а не будущее. Наконец, имеется космологическая «стрела времени» — направление времени, в котором Вселенная расширяется, а не сжимается.
Но что произошло бы, если (когда) расширение Вселенной прекратилось бы, уступив место сжатию? Не обратилась бы вспять термодинамическая «стрела времени» и не начал бы беспорядок сокращаться с течением времени? Для людей, переживших переход от расширения к сжатию, это обернулось бы разного рода возможностями в духе научной фантастики. Увидят ли они, как разбитые чашки сами собой складываются из осколков и вспрыгивают на стол?»
Как пишет Мичио Каку («Гиперпространство»), «Энтропия неуклонно растет как на звездах, так и на нашей планете. В конечном итоге это означает, что звезды исчерпают запасы своего ядерного топлива и угаснут, превратившись в мертвые массы ядерного вещества. Звезды одна за другой перестанут мерцать, Вселенная потемнеет. Все звезды станут черными дырами, нейтронными звездами или холодными белыми карликами, и это произойдет после того, как их ядерные топки погаснут. Энтропия будет нарастать до тех пор, пока ядерное топливо не истощится окончательно.
В конце концов, вся материя, известная нам, в том числе Земля и Солнечная система, распадется на мелкие частицы — электроны и нейтрино. Таким образом, разумные существа ждет малоприятная перспектива: протоны и нейтроны в их организме распадутся. Организм разумных существ уже не будет состоять из привычных 100 химических элементов, нестабильных на протяжении длительного времени. Разумной жизни придется найти способ создавать себе новые тела из энергии, электронов и нейтрино.
По прошествии невероятного множества лет температура во Вселенной почти достигнет абсолютного нуля. Разумная жизнь в этом мрачном будущем столкнется с перспективой вымирания. Но даже в пустынной холодной Вселенной при температурах, близких к абсолютному нулю, останется еще один, последний источник энергии — черные дыры. Согласно Стивену Хокингу, черные дыры не сплошь черные: на протяжении длительного времени энергия постепенно вытекает из них в космос. В отдаленном будущем черные дыры могут стать спасителями человечества, так как они излучают энергию, испаряясь. Разумная жизнь неизбежно будет скапливаться вблизи черных дыр и получать от них энергию.»
Но что же будет дальше, когда запасы энергии испаряющихся черных дыр иссякнут? Астрономы Джон Барроу из университета Суссекса и Джозеф Силк считают, что в таком временном масштабе квантовая теория оставляет открытым вопрос о возможности туннелирования нашей Вселенной в другую вселенную.
Вероятность событий такого рода исключительно мала, их понадобится ждать на протяжении периода, превышающего продолжительность жизни нашей нынешней Вселенной, так что нам незачем беспокоиться о том, что реальность коллапсирует при нашей жизни, а вместе с этим коллапсом появится и новый свод физических законов.
Барроу и Силк считают: «Где есть квантовая теория, там есть и надежда. Мы не можем быть абсолютно уверенными в том, что «тепловая смерть» неизбежна, так как не можем с полной определенностью предсказать будущее квантовомеханической Вселенной; ибо в бесконечном квантовом будущем все, что может произойти, в конце концов, произойдет».
В таком же духе Айзек Азимов строил догадки о том, как отреагируют на окончательную гибель Вселенной разумные существа. В рассказе «Последний вопрос» Азимов задается вопросом о том, неизбежна ли смерть Вселенной и что будет со всей разумной жизнью. И когда температура во Вселенной приближается к абсолютному нулю, человек в отчаянии спрашивает колоссальный компьютер: «неужели холод и тьма, в конце концов, окутают галактику, и это будет означать ее смерть… можно ли обратить энтропию вспять?» Компьютер из гиперпространства отвечает: «Данных для осмысленного ответа все еще недостаточно».
