Олег Фейгин - Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени

Давайте здесь все же остановимся, пока мы полностью не увлеклись «темпоральными фантазиями» в духе неподражаемого американского выдумщика Уолтера Брейдена Финнея (Джека Финнея), и обратимся к творчеству блестящего популяризатора физических и математических парадоксов, математика и писателя, хорошо известного по книгам «Математические чудеса и тайны», «Математические головоломки и развлечения», «Математические досуги», «Математические новеллы», «Путешествие во времени», «Крестики-нолики», «Есть идея!», «А ну-ка, догадайся!» Мартина Гарднера, который попытался ответить на очень любопытный вопрос.

Время описывалось многими метафорами, но нет более древней и более навязчивой, чем образ времени как реки. «Вы не можете войти дважды в одну и ту же реку, — говорил греческий философ Гераклит, — потому что всегда вокруг вас текут новые воды». «Вы не можете даже один раз войти в нее, — добавлял его ученик Кратил, — потому что, пока вы в нее входите, и вы и река уже успеваете в чем-то измениться».

У Джеймса Джойса в «Поминках по Финнегану» великим символом времени является река Лиффи, протекающая через Дублин. Ее «бесцельно блуждающие воды», достигающие океана в последних строках романа, затем возвращаются в «русло», чтобы опять начать бесконечный цикл изменения. Однако река — символ не только яркий, но и сбивающий с толку. Ведь течет не время, а мир. «В каких единицах надо измерять скорость потока времени? — спрашивает австралийский философ Дж. Смарт. — В секундах за …?» Говорить «время движется» — это то же самое, что сказать «длина протягивается».

Но вернемся к избитому сравнению. Если рыба может плыть по реке против течения, то мы бессильны проникнуть в прошлое. Изменяющийся мир, по-видимому, больше напоминает магический зеленый ковер, развертывающийся прямо под ногами и свертывающийся сразу же позади (этот образ также взят из литературы, из произведений американского фантаста Фрэнка Баума, в одном из которых королева страны Оз пересекает пустыню Смерти, двигаясь всегда в одном направлении по узкой ковровой дорожке «теперь»). Но почему магический ковер никогда не развертывается обратно? Каков физический базис этой странной непреодолимой асимметрии времени? По этому поводу среди физиков имеется так же мало согласия, как и среди философов. А ныне, в результате недавних экспериментов, замешательство еще более усилилось.

До 1964 года все фундаментальные законы физики, в том числе теория относительности и квантовая механика, были «времени-обратимыми». Другими словами, можно было заменить t на — t в любом основном законе, и он оставался так же применим к миру, как раньше: независимо от знака перед t закон описывал нечто, что могло происходить в природе.

Но физики все-таки стремились найти разницу между наконечником и оперением «стрелы времени». Они обратили свои взоры к таким событиям, а их немало, которые хотя и возможны теоретически, но в действительности никогда или почти никогда не происходят. Лучи звезды, например, распространяются во всех направлениях. Никогда не наблюдается обратное — они не приходят с разных сторон и не сходятся в звезду, нет обратно протекающих ядерных реакций, которые делали бы звезду поглотителем излучения, а не его источником. Однако в основных законах ведь нет ничего такого, что делало бы такую ситуацию невозможной в принципе! Непрерывное расширение всего космоса представляет еще один пример таких событий. Здесь опять нет причины, почему бы этот процесс в принципе не мог идти в обратную сторону. Если бы удаление галактик друг от друга сменилось их сближением, красное смещение превратилось бы в голубое смещение, и общая картина не нарушала бы никаких известных физических законов.

И хотя, как говорит наш опыт, эти процессы расширений и рассеяний всегда однонаправлены, но и они не помогают нам различать два конца стрелы времени.

Многие философы и даже некоторые физики считали, что объяснение стрелы времени можно найти только в человеческом сознании, в однонаправленной деятельности нашего ума. Однако их аргументы не были убедительны. Например, Земля претерпела долгую эволюцию, перед тем как на ней возникла какая-либо жизнь, и все доводы говорят за то, что события на Земле были раньше так же однонаправлены, как и теперь. В конце концов большинство физиков пришли к выводу, что все события природы в принципе времени-обратимы. Все, кроме тех, что связаны со статистическим поведением большого числа взаимодействующих объектов.

Пусть удар кия разрушит треугольник из восемнадцати шаров на бильярдном столе. Шары рассеются во все стороны, и, скажем, восемь из них попадут в лунки. Предположим, сразу после этого движение всех участвовавших в событии объектов стало бы совершаться в обратном направлении с теми же скоростями. Молекулы в лунках, куда попали шары, сконцентрировали бы свою полученную при падении шара тепловую энергию таким образом, чтобы в результате шары втолкнулись бы обратно на бильярдный стол. Попутно молекулы, переносящие теплоту трения, должны возвратить свою энергию шару и подтолкнуть его на прежний путь. Подобным же образом должны двигаться и другие шары. Восемь шаров, вытолкнутых из лунок, и шары, катающиеся на поверхности стола, будут перемещаться по столу до тех пор, пока они в конце концов не образуют треугольник. При этом не будет слышно никаких звуков соударений, потому что звуковая энергия молекул, участвовавших в возникновении колебаний воздуха во время первоначального разрушения треугольника, должна возвратиться к шарам и совместно с энергией их движения добиться того, чтобы шары сошлись в треугольник и к тому же оттолкнули кий в исходное положение. Картина движения любой индивидуальной молекулы, участвующей в этом событии, не представляла бы собой абсолютно ничего необычного. По-видимому, не был бы нарушен ни один фундаментальный закон механики. Но если рассматриваются миллиарды «бесцельно блуждающих» молекул, участвующих в общей картине, то вероятность, что все они будут двигаться по пути, требующемуся для воссоздания исходного треугольника, является слишком малой.

А как же быть со столкновением объектов, притягивающихся друг к другу, — например, с падением метеоритов? Несомненно, уж это-то событие не является времени-обратимым. Но и это не так! Когда большой метеорит сталкивается с Землей, происходит взрыв. Миллиарды молекул рассеиваются во все стороны. Обратите направления движения всех этих молекул, и их соударение в одной точке даст точно такое количество энергии, чтобы запустить метеорит обратно по орбите. И при этом ни один фундаментальный закон не был бы нарушен — кроме статистических законов!