Орсон Петерсен - Работа над ошибкой [litres]

Стоит посмотреть вокруг – и всюду видны доказательства действия энтропии. И со временем энтропия только нарастает. Стекло разбивается, лед превращается в воду, дым рассеивается, приобретая крайне беспорядочную структуру. Хаос приходит на смену порядку. Вероятно, это и есть направление «стрелы времени».

Энтропия, по мнению Больцмана, одно из основных свойств времени.

Обратимся к Большому взрыву. Попытайтесь представить себе обратный путь от нынешнего состояния Вселенной до момента ее зарождения. Вы увидите, что наша Вселенная с множеством галактик, беспорядочно раскиданных в пространстве, сначала превратилась бы в облако газа, а после стала бы сжиматься до субстанции очень малого размера.

Теория Большого взрыва дает нам возможность представить, как могла выглядеть наша Вселенная в прошлом. Если верить этой теории, то на ранних стадиях своего существования Вселенная выглядела довольно упорядоченно.

Мы не знаем, почему энтропия была столь низкой тогда. По крайней мере, мы понимаем, что момент, когда энтропия в нашей Вселенной была низкой, существовал. Единственное, что мы можем сказать на сегодняшний день: Большой взрыв дал начало «стреле времени».

Наша Вселенная, словно часовой механизм, раскручивается с самого момента Большого взрыва, становясь все более беспорядочной. Мы еще не знаем, почему наша Вселенная началась с упорядоченного состояния. Но сам этот факт означает, что каждый раз, когда разбивается кофейник, в этом событии проявляется нечто, что случилось миллиарды лет назад. Разбитое стекло не может вернуться в упорядоченное состояние. Большой взрыв установил в нашей Вселенной такие правила.

Мы движемся только от прошлого к будущему. И все перемены вокруг – от образования звезд до мельчайших деталей наших жизней – это побочные явления беспрерывного процесса распада, определяющего разницу между прошлым и будущим в нашей Вселенной.

Но если у времени было начало, а беспорядок будет постоянно нарастать, может ли это означать, что у времени будет и конец? Какой будет наша Вселенная в далеком-далеком будущем?

После Большого взрыва пространство начало расширяться. И оно расширяется до сих пор. Еще совсем недавно ученые предполагали, что расширение Вселенной должно замедляться. Оказалось, что расширение, напротив, ускоряется. В будущем это может иметь самые неожиданные последствия. Если учесть, что Вселенная расширяется все быстрее, можно предположить, что в далеком будущем, скажем, через сто миллиардов лет, все небесные тела исчезнут из нашего поля зрения. Представьте нашу Галактику, одиноко висящую в пустоте. Наши потомки, очевидно, будут сильно страдать от этого.

Сейчас свету от далеких галактик приходится преодолевать настолько огромные расстояния, чтобы добраться до нас, что фактически, видя этот свет, мы наблюдаем прошлое этих галактик. Но в далеком будущем, когда эти галактики исчезнут из поля зрения, астрономы обнаружат, что прошлое с космической точки зрения им более не доступно.

Что же до времени, то по одной из гипотез космосом будут править черные дыры. Но и они со временем растворятся, оставив после себя лишь разрозненные элементарные частицы, беспорядочно болтающиеся в пространстве.

В далеком будущем, когда все распадется и сгладится, в пространстве больше не будут происходить какие-либо перемены. А если не будет перемен, мы не сумеем фиксировать ход времени. Ведь если абсолютно ничего не происходит, трудно даже вообразить, что время существует. В подобных обстоятельствах трудно даже предположить – течет ли время вперед или назад. Время попросту перестанет иметь значение.

Некоторые свойства времени ставят в тупик обе величайшие теории – и относительности, и квантовую. Они многое рассказали о времени, но ответить на первый и самый простой вопрос – почему время идет, – они не смогли.

Время безудержно движется. Здесь и сейчас. Гипотезы, объясняющие природу этого бега, звучат пока не вполне убедительно. Вероятно, необходим совершенно новый взгляд на вещи, выходящий далеко за границы привычных представлений. Безусловно, нужно основываться на теории относительности, которая учит нас, что ход времени зависит от физических явлений, и на квантовой теории, указывающей на то, что временной поток состоит из отдельных мельчайших толчков.

Но чем объясняется само движение времени? Что задает его свободный ход? Предположим, мы наблюдаем неподвижные часы вне полей тяготения и сами часы при этом не квантовые, а самые «обычные». Чем же тогда отбивается ритм времени?

Свободный ритм времени, не замедляемый движением и тяготением, является самым быстрым. Можно ли из этого сделать вывод, что причина бега времени не связана ни с движением, ни с тяготением? Вероятнее всего, она действительно не связана с ними. Безусловно, можно было бы сказать, что если не движение или тяготение, то само существование физических тел заставляет время бежать. Что это означает на самом деле, еще предстоит понять, преобразовать в понятный и точный язык физической теории.

Бег времени необратим. Время течет только в одном направлении – от прошлого к будущему, – и никакое физическое воздействие не может повернуть его вспять. Откуда такая асимметрия? Ни в каких законах природы, известных нам в мире «обычных» тел, этого нет. Разве что удивительный пример К-мезонов, распад которых не безразличен к направлению времени, составляет исключение, природа которого и сама по себе остается неясной. Но может ли одно редчайшее явление из мира элементарных частиц контролировать движение всей махины «обычного» и даже космического времени?

И наконец, еще один важнейший вопрос – число измерений времени.

Для указания места нахождения тела в пространстве необходимо определить его координаты, три числа. Для указания момента времени достаточно назвать одно число. Так обозначается трехмерность пространства и одномерность времени. Реальный четырехмерный мир физических явлений имеет размерность 3 + 1.

В трехмерности пространства и одномерности времени проявляются очевиднейшие свойства мира физических явлений. Но почему пространство трехмерно, а время одномерно?

Еще Платон и Аристотель рассуждали о трехмерности пространства. Но физический подход к проблеме получил развитие лишь в начале XX века замечательным физиком-теоретиком П. Эренфестом. Он выяснил, что для самого существования реального мира, в котором мы живем, трехмерность пространства имеет исключительную важность.

Если бы, к примеру, число пространственных переменных было не 3, а, скажем, 4, то, как выясняется, не было бы замкнутых орбит планет и Солнечная система не могла бы образоваться. Несколько десятилетий назад физики-теоретики Л. Э. Гуревич и В. М. Мостепаненко доказали, что в таком случае не существовало бы и замкнутых орбит электронов в атомах, так что была бы невозможна атомная структура вещества.