Стрела времени

Рафаил Нудельман • 27 марта 2016
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.

    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.

    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.