Вопрос времени
Чем прошлое отличается от будущего и почему время течет в одном направлении? Возможно, это самая трудная загадка для науки. Но ученые предложили много заманчивых гипотез.
Повседневный опыт говорит, что прошлое разительно отличается от будущего. Мы помним прошлое, а будущего не помним. Мы не в силах изменить прошлое. Пролив кофе на ноутбук, мы отчаянно хотели бы вернуться на миг назад и взять чашку аккуратнее, но увы. Зато повлиять на будущее мы можем. Более того, каждый наш поступок – попытка изменить будущее. Захотев пить, мы возьмем с полки стакан, нальем воды и выпьем. В момент, когда мы почувствовали жажду, на столе еще нет стакана, а в стакане нет воды. Все это дело будущего, пусть и ближайшего. Настоящее вообще не имеет длительности, это лишь граница, за которой будущее становится прошлым.
Эта направленность времени резко отличает его от пространства. В пространстве нет особого, выделенного направления. Стоит развернуться на 180 градусов, и «вперед» и «назад» меняются местами. В пространстве мы можем не только двигаться в любую сторону, но и стоять на месте. А вот стоять во времени не можем. День сменяется вечером, люди стареют, часы идут.
Почему время вообще течет, и почему оно течет в одну сторону? Какой механизм приводит в движение реку времени? Эти вопросы можно сформулировать иначе: что заставляет часы идти и почему они идут только в одну сторону?
Под часами в данном случае подразумевается любой прибор, показывающий ход времени. Возможно, в первую очередь вы подумаете о механических часах. Но в древности для отсчета времени использовали, например, горящие свечи, а сегодня самые точные часы – атомные. Вообще, все, что меняется со временем, можно рассматривать как часы – пусть большинство из них неточные и без циферблата. Растущий ребенок и содержимое нашей собственной памяти – в этом смысле тоже часы. Мир без часов в широком смысле означал бы мир без времени. Ведь бессмысленно говорить о том, что никак себя не проявляет – во всяком случае, для физика.
Физики и философы предложили несколько заманчивых ответов на вопрос о стреле времени. Но каждый из них порождает новые трудные вопросы.
Мир как кинолента
Хорошо бы найти физический закон, объясняющий, почему время течет в одну сторону, часы – всегда идут вперед. Однако фундаментальные физические законы не делают различий между прошлым и будущим. Единственное исключение – экзотические превращения элементарных частиц, о которых мы поговорим ниже.
Возьмем футбольный мяч, летящий в ворота. Зная положение и скорость мяча прямо сейчас, мы можем вычислить, куда нужно бросаться вратарю. Но точно так же мы можем вычислить, и где нападающий ударил по мячу. Предсказание прошлого не отличается от предсказания будущего. Представление, что нападающий «сначала» ударил по мячу, а «потом» мяч оказался в воротах, мы берем из опыта, а не уравнений. Законам механики все равно. Они выстраивают положения мяча в цепочку друг за другом, но в этой цепочке нет стрелки. Мы сами решаем, какой конец цепочки считать прошлым, а какой – будущим. Поясним на примере.
Случайная необратимость
Представьте, что смотрите видеоролик. Подброшенный мяч летит вверх, автомобиль едет вперед, а человек ставит книгу в шкаф. И тут вам говорят: этот фильм запустили в обратном порядке. На самом деле здесь снято, как мяч падает вниз, машина сдает назад, а книголюб берет книгу с полки. Есть ли у вас способ уличить говорящего вам это во лжи? Нет, если в ролике показаны только эти события. Однако вот вы видите, что разлитое молоко собирается обратно в чашку, а лужица воды на дне стакана превращается в кубики льда. Вы сразу поймете, что ролик запустили задом наперед. Ведь вы по опыту знаете, что такие процессы идут только в одном направлении.
Но почему? Дело в движении молекул молока или воды. Молекулы молока все время находятся в соударениях друг с другом, с молекулами воздуха и скатерти. Эти столкновения определяют, куда потечет молоко. Почему бы им не загнать молоко обратно в чашку, ведь законы механики не признают стрелы времени?
Действительно, случайные соударения с окружающими молекулами теоретически могут вернуть молоко на место. Однако такое событие абсолютно невероятно. Фокус в том, что молекул очень много, а положение их «в чашке» – лишь одно из множества возможных. Немыслимо, чтобы в результате случайных соударений каждая молекула молока оказалась именно в этом положении. Наглядный пример, насколько невероятно подобное совпадение, приводит физик и популяризатор науки Брайан Грин. Представим себе издание «Войны и мира» на 1386 страницах. Разделим книгу на листы и подбросим их повыше. Какова вероятность, что страницы выпадут точно в порядке номеров? Ответ потрясает: примерно 1 к 101878. Чтобы записать эту вероятность в виде десятичной дроби, пришлось бы поставить после запятой 1878 нулей. Если бы мы могли взять столько экземпляров романа, сколько атомов в видимой Вселенной, и подбрасывать их каждую секунду, прошедшую с момента Большого взрыва, понадобилось бы больше тысячи вселенных, чтобы хотя бы в одной из них страницы наконец выпали в правильном порядке! Это элементарная арифметика. Страницы могут выпасть любым возможным образом. Но есть всего лишь один способ разместить их правильно и примерно 101878 способов – их перемешать. Так что можно смело ставить на то, что страницы будут перемешаны.