Почему время движется только в будущее, а

Этот вопрос, старый как само человечество, который во многом остается загадкой, наполненной парадоксами и противоречиями. “Что же такое время? Если никто не спросит меня, я знаю, что это такое. Если же я хочу объяснить его тому, кто спрашивает, я не знаю”. В своем исследовании времени Августин Гиппонский (в Алжире), несомненно, углубился бы в эту тему, но дилемма, поставленная им в IV веке, актуальна и сегодня.

За исключением тех, кто страдает от различных форм потери памяти, мы можем более или менее помнить прошлое, но, к сожалению, не можем его изменить. Точно так же, хотя мы можем примерно представлять себе наше ближайшее будущее – что мы будем делать через час или какие у нас планы на ближайший отпуск, – будущее остается неопределенным.

Каково же происхождение этой “стрелы времени”, как назвал ее астрофизик Эддингтон? По его мнению, один из парадоксов физики заключается в том, что стрела времени отсутствует в фундаментальных законах природы. Если говорить проще, рассмотрим законы Ньютона или законы классической механики. Они могут предсказать движение простых объектов под действием сил, например гравитации. Эти законы обратимы, то есть если бы мы записали движение частицы под действием силы, то не смогли бы определить, воспроизводится ли фильм вперед или назад. Это справедливо для всех известных и проверенных фундаментальных законов, в том числе и для квантовой механики. Время, похоже, может течь в любом направлении.

Однако это явно противоречит нашему повседневному опыту! Если стеклянная бутылка с соком выскользнет из моих рук и упадет – в соответствии с законами Ньютона – она, скорее всего, разобьется при ударе о землю. Если бы кто-то записал этот злополучный момент, ему не составило бы труда отличить, воспроизводится ли пленка вперед или назад, потому что никто никогда не видел, как осколки стекла и капли сока самопроизвольно собираются в бутылку. Это прискорбно, но так оно и есть.

В значительной степени наша бутылка с соком подчиняется тем же законам, что и простые предметы. Главное отличие в том, что когда она разбивается (и сок из нее вытекает), она распадается на множество простых объектов (осколков стекла и капель). Это ключ к необратимости.

В то время как наша бутылка – упорядоченный и структурированный объект, падение которого просто и предсказуемо, ее обломки крайне неупорядочены и могут разлетаться бесчисленными путями: существует только одна бутылка, но бесчисленное множество версий разбитой бутылки. Хотя каждый обломок подчиняется детерминированным и обратимым законам, попытка отследить их эволюцию по отдельности быстро станет непрактичной. Более того, даже если бы у нас была такая возможность, малейшее изменение со стороны внешнего элемента – испарение капли или небольшое перемещение осколков стекла – сделало бы эту задачу поистине невыполнимой. Будущее весьма условно: что-то может произойти… или нет.

Эволюция к беспорядку – один из законов природы, но это не фундаментальный закон. Его называют эмерджентным законом. Он существует потому, что в поведении материи появляются новые различия, когда мы переходим от малого к большому числу компонентов. В принципе, ничто не помешает нашей бутылке собраться заново. На практике это неосуществимо, поскольку потребовалось бы контролировать огромное количество параметров с бесконечной точностью. Следовательно, это становится крайне маловероятным. Этот новый закон, действующий при наличии большого количества компонентов, характеризуется новой физической величиной, называемой энтропией.

Стрела времени, макроскопическое и эмерджентное явление, связана с тенденцией энтропии к увеличению, этой естественной тенденцией эволюции порядка в беспорядок.

Таким образом, ключевой вопрос заключается в том, как может существовать порядок, если он не является наиболее вероятным состоянием? В случае с бутылкой ответ очевиден. Это промышленный продукт, которому потребовалась энергия в различных формах, чтобы стать структурированным объектом (бутылка и сок в ней). Однако его судьба – рано или поздно разрушиться, и это справедливо для всех упорядоченных вещей, начиная с живых организмов и, шире говоря, Вселенной в целом.

Поэтому вопрос о происхождении стрелы времени во Вселенной (напомним, что наша Вселенная расширяется и ее возраст оценивается примерно в 13,6 миллиарда лет) сводится к вопросу о том, почему она кажется “упорядоченной”. Древние не ошиблись. Космос происходит от греческого κόσμος, kósmos, что означает “хороший порядок, порядок Вселенной”. Наука предлагает частичный ответ, основанный на гипотезе инфляции – быстрого расширения, которое должно было произойти в самом начале существования Вселенной. Ее связь с появлением стрелы времени остается предметом споров и затрагивает саму природу времени в общей теории относительности, но это уже другая история.