Мишель Демют - «Если», 1993 № 10

Миром «правят» физические законы, это аксиома для ученых. Но сами законы безотносительны к направлению хода времени, так же, как к любому из направлений в пространстве. Если быть точным, эти законы не меняются, если осуществляются три преобразования: назовем их «операция С», «операция Р» и «операция Т». С — это замена всех частиц на античастицы, Р — замена местами правого и левого, а Т — обращение всех направлений движения всех частиц.

Совмещение операций С — Р законов физики не меняет. У жителей другой планеты, «зеркальных» по отношению к нам и состоящих из антивещества, жизнь была бы такой же, как и у нас. Не изменились бы законы и при преобразовании С — Р — Т. Поэтому, вообще говоря, они не должны меняться и при проведении одной только операции Т. Но в обыденной жизни между «прямым» и «обратным» направлением времени существует большая разница. Простой пример: со стола упала чашка и вдребезги разбилась, а вы засняли это на кинопленку. Просматривая запись, вы, разумеется, легко сообразите, идет демонстрация с начала или с конца. Ведь в последнем случае вы увидите, как осколки чашки вдруг собираются с пола, соединяются, подпрыгивают и поднимаются на стол. В нашей повседневной жизни таких событий не наблюдается. Запрыгивание и самосборка запрещаются вторым началом термодинамики, которое гласит, что беспорядок (точнее, мера беспорядка — энтропия) со временем увеличивается. Иначе говоря, со временем все вещи в мире становятся хуже и хуже. Целая чашка на столе имеет высокую степень упорядоченности. Разбитая — не- упорядочена. Целая чашка может стать разбитой, а вот обратного пути нет…

УВЕЛИЧЕНИЕ БЕСПОРЯДКА с течением времени — один из примеров того, что называют «стрелой времени». «Стрела времени» многогранна: термодинамическая ее сторона определяет возрастание энтропии, психологическая — наши ощущения «уходящего времени», различение прошлого и будущего и, наконец, космологическая — направление расширения (а не сжатия) Вселенной.

Могу привести доводы в пользу того, что термодинамическая грань стрелы времени» предопределяет психологическую, и обе они однонаправлены. Разумно предположить, что они связаны и с космологической стрелой, хотя по направлению могут с ней и не совпадать. Я хочу доказать, что разумная жизнь возможна лишь в результате полного совпадения всех трех составляющих.

Второе начало термодинамики основано на том, что беспорядка в мире намного больше, чем порядка. К примеру, у вас есть коробка с картинкой- загадкой, составляемой из кубиков. Ясно, что лишь один-единственный вариант размещения кубиков составляет картинку, а вот беспорядочных сочетаний возможно очень много.

Пусть какая-либо система начинает существование в упорядоченном состоянии (одном из малого их числа). Со временем она будет эволюционировать по законам физики, и ее состояние будет меняться. Существует высокая вероятность, что через какое-то время система окажется в состоянии меньшей упорядоченности — просто потому, что таких состояний много. Таким образом, если начальное состояние системы высокоупорядочено, имеется тенденция к росту ее беспорядка.

Но давайте все же предположим: создатель нашего мира решил, что Вселенная на вершине эволюции должна быть высокоупорядоченной, а с чего, с какого ее состояния все началось — не имеет значения. Тогда, вероятно, первоначальное состояние Вселенной — хаос, неупорядоченность, но со временем беспорядок уменьшался бы. Разбитые чашки склеивались бы и запрыгивали на столы. Существа, живущие в такой Вселенной, должны были бы иметь психологическую «стрелу» времени, обратную нашей.

Второе начало термодинамики для нас почти тривиально. Беспорядок увеличивается со временем, потому что мы измеряем время в том же направлении, в котором он возрастает.

Но все-таки интересно, почему Вселенная должна пребывать в состоянии высокого порядка на том конце времени, который называется прошлым, а не быть в полном беспорядке во веки веков? Это ведь представляется более вероятным… И почему направление расширения Вселенной совпадает с направлением роста беспорядка?

ЛУЧШЕЕ, ЧЕМ МЫ РАСПОЛАГАЕМ для описания пространства-времени, — общая теория относительности А.Эйнштейна. В этой теории три пространственных измерения и одно временное связаны в единое четырехмерное пространство-время, причем искривленное. Искривление обусловлено веществом и энергией, которыми наполнена Вселенная. Сама Вселен ная должна была начаться с сингулярности — состояния с бесконечно большой плотностью вещества и энергии. При этом пространство и время должны быть искривлены с бесконечно малым радиусом. При таких условиях все известные физические законы теряют силу. Используя их, мы не можем узнать, какова же была Вселенная в момент начала. Если ее состояние было «гладким» и упорядоченным, тогда термодинамическая и космологическая «стрелы времени» были бы четко выражены, что и происходит в настоящее время. Но точно так же все могло бы начаться с состояния совершенно «неприглаженного» и беспорядочного. Беспорядок не мог бы возрастать — Вселенная и так уже пребывала в состоянии полного хаоса. Либо же беспорядок оставался постоянным, но тогда не было бы выраженной термодинамической стрелы. А если б он уменьшался, то космологическая и термодинамическая «стрелы» были бы направлены в противоположные стороны. Но ничего подобного мы не наблюдаем.

Имеет большое значение тот факт (который существующими теориями не учитывается), что при малых масштабах имеет значение соотношение неопределенностей квантовой механики. Им можно пренебречь только при больших масштабах и малой кривизне пространства-времени. Но где взять квантовую теорию гравитации? Мы даже не знаем, какой она должна быть.

В классической общей теории относительности имеется три варианта Вселенной:

— существующая вечно, то есть бесконечно долго в прошлом и будущем;

— имеющая начало и конец в определенных промежутках времени;

— периодическая во времени.

Моя работа двадцатилетней давности (выполненная вместе с Пенроузом) свидетельствует, при разумных допусках, в пользу второго варианта. Вселенная должна была начаться с сингулярности, состояния с бесконечной кривизной. Произошло это около пятнадцати миллиардов лет назад.

В квантовой теории гравитации для искривленного пространства-времени возможна конечная протяженность без границ в пространстве и времени. Получается что-то вроде земной поверхности, только с двумя добавочными измерениями. В самом деле, поверхность Земли конечна, но краев не имеет.

В 1983 ГОДУ Я СОВМЕСТНО с Д. Хэртлом выдвинул гипотезу: «Граничное условие для Вселенной состоит в том, что она границ не имеет». Это означает, что она замкнута в самой себе, не нуждается во внешнем воздействии для своего «начала» и даже для выбора характера этого «начала». Законы физики, имеющие силу в каждой ее точке, полностью определяют «поведение» Вселенной.