№ 17/17

Стрела времени

Обилие идей, связанных с путешествиями во времени, энтузиазм их глашатаев и пылкие заверения в «принципиальной возможности» реализации таких путешествий могут создать у иного человека впечатление, что время — штука податливая и послушная. Стоит где-то закрутить, куда-то спуститься, сквозь что-то протиснуться, и — бац! — вы уже в будущем или прошлом.

Но когда отрываешься от этих упоительных фантазий и возвращаешься в мир суровой реальности, вдруг с еще большей остротой осознаешь, как упрямо и неумолимо, игнорируя не только Уэллса, но даже Геделя с Хокингом, время идет только в одном направлении, не позволяя никаким путешественникам ни обойти, ни объехать, ни обогнать или выскочить из него. Почему-то эту неумолимую и неустранимую однонаправленность протекания событий называют «стрелой времени», хотя никакая реальная стрела не бывает столь же упрямой и неотклонимой в своем стремлении к цели, как время в своем стремительном движении к неизвестности.

Из всех загадок времени — а в наших экскурсиях мы уже сталкивались со многими и весьма глубокими такими загадками — тайна «стрелы времени» является одной из труднейших для разгадки. Сформулировать ее очень просто: какая причина заставляет время течь в одном определенном направлении? Но окончательного ответа пока не нашел, как ни странно, никто.

Возможно, трудность здесь заключается в том, что стрела времени — не единична. На самом деле, стрел времени существует много. Начнем с нас самих, с людей. Вспомним слова святого Августина о времени, текущем из «тайника» будущего в «тайник» прошлого. Вспомним слова Хокинга о том, что свойства времени, как мы их воспринимаем, определяются, возможно, не столько истинными его свойствами («истинное» время — «мнимое» время), а особенностями нашего мозга, нашей психики, нашего восприятия мира.

Не может ли быть так, что «человеческая», или «психологическая» стрела времени, так красиво описанная Августином, — не отражение того, что происходит в реальном мире, а просто следствие определенных ограничений нашего психико-познавательного механизма? Далее мы познакомимся с автором, который идет еще дальше Хокинга, утверждая, что в реальном мире у времени вообще нет направления (а может быть, нет и самого времени), и эту «иллюзию» или «ощущение» направленности привносит сам наблюдатель.

Заглянем в микромир с его экстравагантными и жутковатыми особенностями. Мы уже говорили, что там, на уровне, где начинает заявлять о себе квантованность пространства-времени, у времени нет выделенного направления, время, как и пространство, там «пенится» или же становится «пространственно-подобным». Но даже и в несколько более крупных масштабах микромира — скажем, там, где речь идет об отдельных микрочастицах и атомах, — даже там время на первый взгляд не имеет выделенного направления, как если бы микрочастицы не различали между прошлым и будущим. И действительно, все квантовые процессы, все реакции с микрочастицами в принципе обратимы.

Поэтому долгое время считалось, что в микромире нет своей стрелы времени. Это подкрепляло мысль, что человеческое восприятие времени как однонаправленного — действительно особенность человеческого мозга, а не реального мира. Но вот в 60-е годы была обнаружена такая реакция, обратная которой встречается несколько реже, — это реакция с электрически нейтральной частицей по названию К-мезон, или каон. Грубо говоря, эта частица может находиться в двух равноправных состояниях (отличающихся определенным параметром), но она чаще переходит из одного в другое, чем из второго в первое, поэтому в природе чаще встречается второй тип каонов, нежели первый.

Говоря еще иначе (и еще грубее), каон словно «ощущает», где какая «сторона времени» (их можно условно назвать «прошлым» и будущим»), и его превращения идут предпочтительней в одном «направлении времени», чем в другом. Разница крайне невелика (миллионные доли), но все же… Пол Дэвис пишет по этому поводу, что дело выглядит так, будто «вещество Вселенной обладает крохотным, но, тем не менее, крайне важным «ощущением» направления времени, «врожденной» ориентацией во времени». Проще говоря, речь идет, конечно, о «стреле времени», в данном случае — в микромире.

Многих физиков это открытие возбудило настолько, что они стали искать другие проявления этой асимметрии времени в квантовом мире. Поиски эти пока не увенчались однозначным успехом, тем не менее спекуляции на сей счет множатся. Самую интересную мысль в этом плане высказал известный израильский физик-теоретик Ювал Нееман. По нему, «направленность времени, проявляющаяся в поведении каона, связана с космологическим движением», проще говоря — с расширением Вселенной. Если бы Вселенная не расширялась, а сокращалась, то более часто наблюдалась бы обратная реакция с каонами, полагает Нееман. Другие авторы, вроде Дэвиса или Пенроуза, выдвигают гипотезу, согласно которой эта «квантовая» стрела времени связана также с «психологической» и, возможно, даже вызывает ее появление.

Любопытно, что своя стрела времени есть и в биологии. Она всем известна — это направление эволюции. Нам трудно определить это направление. Говорят, что «стрела эволюции» направлена в сторону постепенного усложнения живых существ, и действительно, человек намного сложнее бактерии, а его поведение (включая мышление) много сложнее обезьяньего. Но количественно выразить эту сложность не удается: у человека, например, около 30 тысяч генов, а у плоских червей — 19 тысяч, ненамного меньше. Тем не менее толкование эволюции как постепенного «усложнения организации» все же превалирует сегодня среди ученых.

Известный физик Илья Пригожин утверждает, что все развитие Вселенной, от Биг Бэнга и далее, как раз и есть не что иное, как процесс эволюционного усложнения, поскольку «первичный атом», то есть прошлое Вселенной, был ее самым простым, хаотически однородным состоянием. Что же до несомненно наблюдаемых во Вселенной термодинамических процессов деградации, то они являются чисто локальными, и нет доказательств, будто именно они определяют собой судьбу Вселенной (ее будущее). Поскольку это будущее нам сегодня не известно, то с таким же правом можно предположить, что общий процесс самоорганизации возьмет верх над этими процессами деградации и Вселенная в целом будет «вечно» идти по пути все большего усложнения.

Этой точке зрения противостоит «гипотеза о прошлом» Ричарда Фейнмана, согласно которой состояние «первичного атома», или прошлое Вселенной было как раз самым высокоорганизованным ее состоянием. Начиная с него, она последовательно деградирует не только локально, но и в целом, неизбежно идя к «тепловой смерти», к хаотически однородной толчее атомов, в которой ничего уже не будет меняться, то есть, по сути, не будет и времени, оно попросту кончится.

Поднявшись до разговоров о судьбе Вселенной, уместно уже задать вопрос: существует ли свое, выделенное направление событий (своя стрела времени) также и в масштабах Вселенной? Ответ очевиден: сегодня Вселенная расширяется. Расширение Вселенной и есть главная, всеобъемлющая характеристика всего, что в ней происходит как в целом. Сегодня «космологическая» стрела времени направлена в сторону расширения Вселенной.

По некоторым гипотезам, такое расширение миллиарды лет спустя сменится сжатием. Тогда «космологическая стрела времени» обернется. Микропроцессы, имеющие определенное направление, пойдут вспять. Кое-кто считает, что пойдут вспять и макропроцессы; например, сжатие рассеянных в космосе холодных газов приведет (без всякой затраты работы, просто за счет уменьшения объема Вселенной) к их нагреванию, то есть к оборачиванию и «термодинамической» стрелы. Однако в последние годы возобладало представление, что наша Вселенная будет расширяться бесконечно (и даже ускоренно), пока самые последние кирпичики материи (будь то кварки или пресловутые «струны») не рассеются в бесконечно расширившемся пространстве. Легко понять, что в таком «опустевшем» мире не будет никакой стрелы времени, потому что в нем не будет никаких событий. Но если эта «смерть Вселенной» сменится новым «рождением», как предполагается в самой новой гипотезе Турока — Стейнхардта, то с ним родится и новое время, и все его стрелы, и существование их будут столь же загадочны и необъяснимы, как ныне.

Величественная картина, и на ней можно было бы и закончить наш путеводитель, но есть одна гипотеза, еще более радикальная, чем все перечисленные выше, ибо она утверждает, как мы уже упоминали, что всех этих загадок вообще нет, потому что в мире нет никаких «стрел времени», это мы сами все придумали. Кое-кто, услышав о таком «мире без времени», возможно, воскликнет вслед за поэтом: «И мыслимо это?». Я же отвечу: «За мной — и увидите!». Это будет наше «последнее сказанье» в затянувшемся путешествии по времени.

Рафаил Нудельман

Глубины познания

  • Краеугольные камни преткновения
    Эйнштейн не во всем был прав, но вполне правдоподобно звучит его предупреждение: «Над тем, кто в стране искателей истины попытается изображать начальство, посмеются боги». Так что не стоит приказывать природе, каким понятиям и законам ей следует подчиняться.
  • Священная книга археологов — Библия
    Вот уже полтора столетия историки и лингвисты собирают отдельные факты, из которых складывается мозаика подлинных событий, скрытых за пышной декорацией библейских мистерий и мираклей.
  • Новые горизонты или ошибка Эйнштейна?
    Как шутят физики, в любой проблеме есть три стадии понимания: сначала все непонятно, на следующей стадии все кажется кристально ясным, а затем снова возникают вопросы и проблема выглядит даже более темной и загадочной, чем вначале.
  • Чернить теорию относительности вновь стало модно
    Не понимая теории относительности, ее критики улавливают лишь одно: что она резко противоречит их житейскому опыту, их здравому смыслу
  • Мне поклонился цветок
    Кто сказал, что растения молчат, как камни? Что им неведомы чувства и равнодушна жизнь? Беззвучная тишина, наполняющая поле или сад, разрывается от неслышной нам болтовни. Нити бесед, что ведутся под тенистыми кронами или на зеленом ковре, нам еще предстоит распутать, привлекая самые современные приборы.
  • Рука подвела…
    Порой сдается, что очарование неразгаданных тайн истории связано еще с тем, что они не поддаются окончательной разгадке.
  • Встреча с Протеем
    Читателю начинает надоедать эта «живопись словом»; он спрашивает себя: «Так где же прячутся эти таинственные протеи? Что за элементы внутри меня могут принимать то одно обличье, то другое?
  • Протеомика. Лидер науки XXI века
    Наконец-то удалось составить точную карту генома человека — получить бесконечный ряд «букв», в котором среди биологического мусора затеряны отдельные «слова», то бишь гены. Теперь многие специалисты заняты «биогерменевтикой» — они истолковывают добытую запись, отыскивая среди непонятицы знаков все новые гены.
  • Стволовые клетки — путь к вечной молодости?
    Стволовые клетки сегодня находятся в центре внимания медицины. Они способны делиться и превращаться в нейрон, клетку крови, сердца, печени, любого другого органа. Стоит научиться ими управлять — и откроются перспективы лечения многих тяжелых заболеваний.
  • Белые братья черных курильщиков
    Белых пятен на Земле почти не осталось. Едва ли не последнее крупное открытие географы совершили около четверти века назад на дне Океана, когда посреди подводных хребтов обнаружили особые гидротермальные источники — черные курильщики.
  • «Нано…»
    Главным научным прорывом 2001 года, по мнению редакции журнала «Сайенс», стала … наноэлектроника! (Барабанный гром, бурные аплодисменты, на поле научных чудес выносят первый приз.)
  • А теперь —о «баккиболлзах»
    Большое волнение физиков вызвало сообщение об открытии сверхпроводимости у весьма простого химического соединения — диборида магния.
  • E.coli + хомячок = ?
    Забавное сообщение сделали ученые Калифорнийского университета о том, что им удалось поймать бактерию Е.coli «ин флагранти», или, как говорилось в старину, «на горячем» — когда она совокуплялась с клеткой млекопитающего
  • «Роковые яйца» в широкой продаже
    Очевидно, что уже несколько десятилетий две важнейшие потребности человека — пища и здоровье — удовлетворяются с применением высоких технологий.
  • Паутина из молока
    По мнению канадских ученых из биотехнологической фирмы «Нексия», в скором будущем из молока можно будет получать… искусственную паутину.
  • Жажда цельности
    У мировосприятия всегда, даже в сугубо, казалось бы, рационалистическом его варианте и в сугубо «рационалистические» эпохи, были отчетливые подтексты не только этические, но и эстетические — собственно, эти последние даже первичнее.
  • Сила полной Луны
    В силу полной луны многие люди верят поныне. То и дело мы слышим рассказы о том, как, повинуясь зловещим ночным лучам, со своих постелей поднимаются шеренги лунатиков, неверными шагами взбираются на чердаки, встают на подоконники, вскарабкиваются на крыши.
  • Коварное слово «Я»
    Творчество поэтов-самоубийц отличается частотой употребления личного местоимения первого лица и другими лингвистическими особенностями — таковы выводы американских психологов. Они основаны на результатах компьютерного анализа нескольких сотен текстов.
  • Ждать у моря погоды
    Так повелось считать, что Океан — это нечто неизменное, неторопливое, сонное. Мерно катятся волны, изредка вспыливая штормом. Одна и та же картина повторяется изо дня в день. Что изменится за какой-то десяток лет? Океан «тяжел на подъем».
  • Парад гипотез
    Французский физик Жан Шарон полагает, что за «черными дырами», этими безднами, разверстыми в пространстве, открывается иной мир, зеркально симметричный нашему. Элементарные частицы, населяющие этот мир, свободно движутся вверх и вниз по течению времени, а вот в пространстве они неподвижны.
  • Управление поведением и сознанием человека
    Трудно и долго движемся мы к познанию того, что всегда рядом. И тем сильнее притягивает к себе предмет. Очень точно и ярко высказался по этому поводу русский физиолог Иван Павлов: «В сущности, интересует нас только одно — наше психическое содержание».
  • Тайны нашего сознания
    Мы знаем, что в традиционном обществе, у славян, в частности, существовали знахари и колдуны — они действительно были почти в каждой деревне. Если говорить о народах Сибири, то там их место занимали шаманы.
  • Человек-волк
    Тайный союз индивидуализма не приемлет. Здесь требуется полное подчинение, слияние с коллективом. Для того и надеваются маски, капюшоны, доспехи ниндзя, колпаки ку-клукс-клана — чтобы добиться не столько невидимости и метаморфоза, сколько обезличивания.
  • Почему люди верят в Бога?
    Вопрос этот может показаться равно наивным, бессмысленным и безответным. Действительно, до недавнего времени большинство ученых, занимающихся социальными науками и изучением процессов познания, его игнорировали.
  • От умножителей атомов до медицинских нанороботов
    В недавнем эксперименте группы американских ученых число атомов в пучке, проходящем через установку, было увеличено примерно в тридцать раз. Нарушение закона сохранения вещества? Ни в коем случае. Все по закону. Вспомним, что поток света тоже можно «умножать», — именно это делается в лазере. А как работает «умножитель атомов»?
  • Теплый трон Будды
    Легенда гласит, что юный царевич Гаутама Шакьямуни — его мы чтим теперь под именем Будды (от санскритского корня «будх» — будить, пробуждаться) — уже в детстве был отмечен благодатью. Там, где он ступал, вырастал цветок лотоса. Поэтому любой буддийский храм украшен этими цветами и их резными изображениями.
  • Медвежий угол Европы
    В этнографии принято игнорировать расовые признаки народа. Важны самоназвание, язык, вышивка, но не лицо. Расовые признаки, мол, перемешиваются как угодно, а культура остается. Но бывает и наоборот: цивилизация стирает культурное своеобразие местного населения, а особенности внешности сохраняются.
  • Вернер Гейзенберг и атомная бомба: новые споры
    Материалы, недавно опубликованные фондом Нильса Бора, снова всколыхнули общественность: они в очередной раз возвращают к спору о том, каково было истинное участие Вернера Гейзенберга в попытке создания «нацистской атомной бомбы» во время Второй мировой войны.
  • Может быть, Атлантида — это Европа?
    Подумать только, более десяти тысяч книг повествуют об Атлантиде, острове, который впервые описал греческий философ Платон в своих диалогах «Критий» и «Тимей».
  • Как птицы научились летать
    Американский эколог Джеймс Кэри из Калифорнийского университета выступил с утверждением, что ранними предшественниками птиц были рептилии, которые создавали и охраняли свои гнезда на земле, как нынешние крокодилы.
  • Новый взгляд на известный сюжет.
    Атомное ядро, как мы теперь знаем, тоже имеет внутреннюю структуру, ибо состоит из частиц, именуемых протонами и нейтронами, эти частицы в свою очередь состоят из кварков и т.д.
  • Что бы это значило?
    Обнаружено весьма любопытное и пока еще непонятное по значению явление: некоторые бактерии способны производить такие же белковые волокна, как те, которые у людей вызывают болезнь Альцхаймера.
  • Темная сторона Вселенной
    За последние годы мы свыклись с мыслью о том, что видимая материя составляет меньшую часть Вселенной. Какими бы громадными ни казались нам звезды и галактики, они — песчинки, брошенные в океан тьмы. И облик этого океана стал проясняться только теперь.
  • Слепой Гомер? Откуда вы это взяли?
    Могут ли слепцы создавать великие литературные произведения, поражающие читателя особо зоркой наблюдательностью и изощренной многоцветностью художественной палитры?
  • Азия — родина зверей?
    Кайнозой стал эпохой млекопитающих. После вымирания крупных рептилий, случившегося 67 миллионов лет назад, ничто не мешало млекопитающим расселяться повсюду. К концу палеоцена этот класс животных был представлен во всем разнообразии.
  • И снова: о наследовании приобретенных признаков
    «История биологии не знает более выразительного примера многовекового обсуждения проблемы, чем дискуссия о наследовании или о ненаследовании приобретенных признаков»
  • Земля стала Луной!
    Четыре миллиарда лет назад Земля еще формировалась. Минуло всего 600 миллионов лет с тех пор, как она возникла из протопланетного облака. Уже образовались массивное ядро из железа и никеля, легкая оболочка из силикатов…
  • Наше место– Местный Пузырь
    Где-то там, в глубинах космоса, происходит множество событий, но эти новости из глубинки, увы, приходят к нам с опозданием. И то сказать — где мы выбрали жить?! Чуть не на самой периферии своей галактики (Млечный Путь), в одном из ее спиральных рукавов и на расстоянии 25 тысяч световых лет от центра нашей галактики.
  • Архитектура жизни, или Структура нас
    Тенсегрити — многокомпонентные системы — механически устойчивы не потому, что каждый из компонентов прочен, а потому, что все они в совокупности, в системе находятся в состоянии устойчивого равновесия, что дает большую устойчивость к стрессу извне.
  • Увидеть новую реальность?!
    Ряд Фибоначчи - назван так по имени итальянского математика Леонардо из Пизы, более известного как Фибоначчи (сын Боначчо). Его ряд — это дискретный числовой шлейф «Sectio Aurea» («золотого сечения» — в наименовании Леонардо да Винчи).
  • Вначале было … пальцеслово
    Каким был предок языка, «великого и могучего», мы не знаем. Но воссоздать его облик можно попробовать — если применить к человеку принципы этологии, науки об эволюции и экологическом значении поведения.
  • Код жизни, глава третья
    Эта история началась с сообщения о полной расшифровке последовательности ДНК на 22-й хромосоме человека, продолжилась сообщением о расшифровке 21-й хромосомы. Недавно вслед за 22-й и 21-й полностью расшифрована еще одна, 20-я хромосома человека.
  • Потрясающе!
    Эта работа потрясает воображение своей филигранностью, но не меньше она потрясает и тем, какие тончайшие секреты матушки-природы вскрыли ученые. Речь идет о механизме, с помощью которого вирус проникает в поражаемую им клетку.
  • Путеводитель по времени: знакомство
    Теперь мы можем задуматься над еще более интересной загадкой: а как воспринимают время не разные участки, а разные мозги? Одинаково или по-разному? От чего это зависит?
  • «Россия — родина слонов»? Нет — мамонтов
    На самом деле, есть России, чем гордиться, — мамонтами. Недаром издавна бивни подземных чудовищ так ценились во многих странах, а западные научные общества тратят колоссальные средства на то, чтобы вывезти в неразмороженном виде туши найденных в Сибири гигантов в свои лаборатории.
  • Может быть, это карта?
    «Фирменным знаком» крито-микенской цивилизации был лабиринт. И частенько он принимал формы спирали. Но почему?
  • Время мегамира
    Да, по сегодняшним представлениям у времени есть начало. Это начало — Биг Бэнг, то гигантское событие, с которого началась история нашей Вселенной, тот момент, когда она «родилась».
  • Время черных дыр
    Всякая достаточно тяжелая звезда, израсходовав все запасы внутреннего термоядерного топлива, обязательно рухнет («коллапсирует») внутрь самой себя, сбросив часть своего вещества в космос и собрав всю оставшуюся массу в очень небольшом объеме.
  • Время микромира
    Физики не зря не любят бесконечностей. Везде, где появляются бесконечности, появляются трудности: формулы теряют смысл, законы неприменимы, пространственно-временные описания невозможны.
  • Мир без времени
    Мы рождаемся с ощущением времени, хотя в отличие от света, звука, запаха и так далее до сих пор не знаем, существуют ли у нас какие-то особые «органы восприятия времени» и какие именно нейронные сети в нашем мозгу заведуют этим восприятием, а может, и создают само это ощущение.
  • Зарождение жизни на фоне космической бомбежки
    Жутковатую, но захватывающую картину развернули перед нами недавно два американских исследователя, Дэйвид Кринг из Аризонского университета и Барбара Коэн из Гавайского, в статье, опубликованной в «Журнале геофизических исследований. — Планеты».
  • Тайная власть лазера
    В наши дни лазер может читать, писать, резать, лечить, измерять. Он сваривает кровеносные капилляры, которые не разглядит ваш глаз, так же элегантно, как толстые металлические панели. Угнездившись в DVD-плейере, он показывает кино, а скользнув по компьютерному диску, считывает целые библиотеки файлов.
  • Прямая речь о неведомом, несказанном…
    Так неужели то, что было темой фантазий и мифов, — ясновидение, вещие сны, вечная повторяемость событий, Творец, застывший по ту сторону мира, где все разыгрывается по придуманным им законам, — может стать объектом научного познания?
  • Верен ли закон Ньютона?
    Этот закон и легенду о том, как упавшее с дерева яблоко подсказало его Ньютону, мы знаем со школьной скамьи. Но вот, как это ни удивительно, оказывается, что точно проверен этот закон лишь для больших расстояний, а как ведет себя всемирное тяготение в областях меньше миллиметра сегодня не знает никто.