Всех приветствую и поздравляю с 2021 годом! Думаю ты, мой дорогой читатель, как и все, присоединился к всеобщей радости, что 2020 наконец-то закончился. Это было очень тяжело, но мы справились, мы огромные молодцы. Так что можно считать, что это наше достижение.
Но знаете, что было бы ещё круче повернуть время вспять и вернуться в начало этого года? Вы только представьте: границы открыты, всё работает, никакого кризиса. Закупайтесь валютой, предупреждаете китайцев чтобы не было вот этого всего и вуаля! Little Big побеждает на Евровидении, олимпиада в Токио, чемпионат Европы по футболу, кучу всего в живую, а не онлайн. И самое главное, что все живы здоровы. Ну красота же, ведь план просто отличный. Жалко, что фантастический. В нашей вселенной мы нигде и никогда не наблюдали, чтобы время текло назад. Ну, кроме как в фильмах. Разумеется, если время невозможно обратить, то не стоит вообще пытаться, особенно если это запрещает физика. А вот тут стоп! Вообще-то не запрещает. Мы конечно мало знаем о природе времени, но в одном уверены точно - если его повернуть вспять, то все фундаментальные законы физики будут работать абсолютно также. Движение планет, химические реакции, распространения света, электромагнетизм будут в обратной перемотке. Ни один закон не нарушается, физика прекрасно работает и всё выглядит по сути также. Теоретически, нет никаких препятствий для инверсии времени. Природе наплевать в какую сторону она вообще течет, из прошлого в будущее или наоборот. Выглядит это так, словно где-то во Вселенной есть маленький тумблер. Который стоит переключить и вуаля - время везде с легкостью запустится обратно. Физики нашли такой тумблер и дали ему красивое название «Стрела времени». Стоит повернуть её на 180 градусов и время обратится. Да, круто звучит. Да Конечно, не всё так просто. Это не механический переключатель, а физические принципы. Существует целых пять стрел времени, 5 причин по которым время течёт только в одну сторону. И нам необходимо повернуть каждую из них. Если хотя бы с одной не получится, то всё было зря. В этой статье мы поговорим о природе каждой стрелы времени и разберёмся, что это за фундаментальное правило или даже иллюзия, живущая только в нашем сознании. Мы узнаем, почему все они направлены в одну сторону, как взаимосвязаны и главное как повернуть время вспять.
Для начала отмечу, что перематывать назад целый год даже в памяти оказалось очень не просто. Было много событий, но тут подоспела подмога в лице Яндекса и сделала очень классную анимацию того, как в течение года меняется интерес к разным темам, к разным событиям. Основываясь на поисковых запросах, разумеется. Понятное дело, что на первом месте всегда был хренововирус, но у него иногда появлялись конкуренты: изменения конституции, пожары в Австралии, и даже отношения Кристины Асмус и Гарика Харламова. Всевозможные парады планет, протесты в Беларуси, дело Фургала, скандал с Дзюбой. Может, кому-то захочется всё это предотвратить? Давайте разбираться, что физика позволяет нам сделать в этом плане. Начнем с самой попсовой стрелы времени – термодинамической. В основе лежит изменение такой величины как энтропия. Это понятие применимо к системам, состоящим из множества от элементов газ из молекул до галактик и звёзд. Чем больше хаоса в расположении отдельных составляющих тем больше энтропия. Ну и соответственно наоборот. Существует второй закон термодинамики. Он звучит так: «В замкнутой системе энтропия не уменьшается» простыми словами степень беспорядка либо постоянна, либо растет но никогда не уменьшается сама по себе. Это подтверждено миллиардами опытов и наблюдений. Классический пример - кофе с молоком легко смешиваются, но вот обратно никогда не разделяются без внешнего воздействия. Откройте духи. Запах распространяется по всей комнате, но обратно в пузырёк не соберётся. Разбить стекло новенького iPhone 12 – запросто, но склеить осколки обратно уже за гранью реального. Нагрев из-за трения, испарения жидкости, всевозможные взрывы, даже извержения вулканов - всё это процессы с ростом энтропии и внешнего воздействия. Они не обратимы. Ученые подумали решили: «Так вот как время выбирает себе направление. Она идёт в сторону увеличения энтропии». Это и назвали термодинамической стрелой времени, и работает она безотказно. Что удивительно, эта стрела задается не самими свойствами элементарных частиц, а их поведением в больших масштабах. И от этого она больше смахивает на математический трюк, чем на физический принцип. Объясню на примере колоды карт, упорядоченных состояний с низкой энтропии (ну то есть когда все карты по порядку) у неё не очень. А вот более хаотичным состояниям, когда карты расположены в разнобой – очень много. В какое состояние перейдёт колода после тасовки? Ну конечно в один из хаотичных, их же просто намного больше. То же самое и в природе, любая система со временем переходят в более хаотично состоянии просто потому, что таких состояний намного больше, чем упорядоченных. И ещё раз повторюсь, что второй закон термодинамики и связанная с ним стрела времени, это больше статистический принцип, нежели фундаментальный закон. Можно ли обратить термодинамическую стрелу? Ну, чисто теоретически, если всё аккуратно посчитать, пнуть каждую молекулу в нужном направлении, то можно их упорядочить. На масштабах нескольких молекул такое даже получалось в 2019 году, удалось 2-3 кубика квантового компьютера вернуть прошлое 0,06 наносекунды. Но, как-то не очень глобально. К тому же, всё производилось в очень стерильных условиях, а на человеческих масштабах, термодинамическую стрелу нам конечно же не получится повернуть. Но расстраиваться еще рано, все стрелы связаны друг с другом и может быть, если мы повернем одну, развернуться и все остальные.
А вдруг время это то, что живёт только у нас в голове? Может быть это какая-то иллюзия, возникшая чтобы удобнее различать причину и следствие? То есть, сначала вы делаете ставки на спорт, а уже потом проигрываете кучу денег, не наоборот. Сначала вы едите, а уже потом чувствуете насыщение. Направление, в котором мы ощущаем ход времени когда мы помним прошлое, но не знаем будущего, задаётся психологическая стрела времени. Она направлена от причины к следствию, и наоборот никогда не бывает. Ведь не может быть такого, что сначала чувствуешь боль в мизинце на ноге, а уже потом бьёшься им об угол стола. Звучит странновато. Время зашито в нашем сознании? А как же остальные процессы во вселенной, что с ними? На самом деле всё просто. Психологическая стрела времени это по сути другое название информационной стрелы, которая направлена в сторону накопления информации. А это уже происходит не только в нашей голове. Движение материков, звёзд, эволюция планет и многое другое тоже участвуют. И главное накопление информации неразрывно связано с термодинамической стрелой. Рассмотрим простейший пример записи информации. Для простоты в качестве запоминающего устройства будем использовать набор бусинок на проволочках (счёты). Бусинка слева – 0, а бусинка справа – 1. Пока мы ничего не поместили в память, они расположены хаотично. Но при записи нам нужно передвинуть бусинки и затратить на это энергию, часть из которой неизбежно превратится в тепло из-за трения и прочих потерь. А это увеличит степень беспорядка во вселенной, то есть её энтропию. Это происходит и в компьютерах. Они нагреваются при работе, и наш мозг тоже выделяет энергию порядка 30 Ватт, прям как ноутбучный процессор. И если точно посчитать, беспорядка из-за потерь энергии всегда оказывается больше, чем порядка из-за запись информации. Получается, что запоминания чего-либо всегда приводит к возрастанию энтропии вселенной в целом, а это значит, что психологическая стрела времени всегда направлена в ту же сторону, что и термодинамическая. Вот это уже становится интересно - повернем одно, обернется другое. Так что, возможно, у нас еще есть шанс не допустить этой истерики с вышками 5G, которые сжигают мозг.
Давайте уже ближе к элементарным частицам. Может быть они чувствуют время и именно протоны, электроны и нейтроны задают ему направление. Их поведение отлично описывает квантовая физика, как и ситуацию, в которую попал кот Шрёдингера. Частицы могут находиться в суперпозиции 2-3 млн состояний, а наше измерение выдает только одно. Остальные необратимо теряются. Так что обратный процесс действительно невозможен. Значит время течет в ту сторону, в которую разрушается суперпозиция. Это и есть квантовая стрела времени? Увы, это не так. Квантовая механика не навязывает миру асимметрию времени, а скорее наоборот, мы получаем разные ответы на вопросы в прямом и обратном времени, потому что сами вопросы асимметричны во времени. Необратимое разрушение суперпозиции это на самом деле не причина, а следствие. Квантовая стрела времени напрямую вытекает из термодинамической. И вот как именно: процесс измерения, это взаимодействие системы с окружающей средой, в частности с наблюдателем. Он тоже для частицы окружающая среда. Как только произошло взаимодействие, наблюдатель тоже становится участником всех процессов. Ещё один дополнительный элемент, ещё один фактор, который тоже может принимать разные значения, разные состояния, что ведет только к росту энтропии. Пока мы частицы не трогаем, их энтропии не меняется. Но как только проводим измерения, она сразу растёт. И невозможно сделать так, чтобы наши воздействия уменьшили энтропию. Квантовая физика не задает направление времени, она просто следует термодинамической стреле времени. Термодинамика всё решает , нам её никак не побороть, а самоизоляция так и останется черным пятном в нашей жизни? Но подождите, не торопитесь с выводами. Долгое время считалось, что элементарной частице вообще наплевать на направление времени, особенно когда за ней никто не смотрит. Например нейтрон может излучать электрон и превратиться в протон и наоборот. Протон, захватив электрон, становится нейтроном. Все процессы с частицами и в одну и в другую сторону идут одинаково? Так думали до 1964 года, когда было обнаружено странное поведение частиц каонов. Они состоят из пары кварк-антиквар и могут превращаться в свои античастицы и наоборот. Оказалось, в одном направлении этот процесс идет медленнее, чем в другом. И если его записать на видео и проиграть в прямом и обратном направлении, выглядеть это будет по-разному. Да, в начале немножко приврал, все-таки как минимум один закон меняется при инверсии времени. Но неужели такая небольшая разница и заставляет время выбирать направление? Вот тут и есть вопрос. Это называют слабой стрелой времени, так как она затрагивает процессы, которые обусловлены только одним из четырех фундаментальных взаимодействий. Остальные три от неё вообще не зависят. Ни гравитация, ни электромагнетизм. Она вряд ли может быть определяющей, потому что большинство процессов во вселенной завязаны на этих трёх взаимодействиях. Начиная от движения звезд и галактик, и заканчивая застрявший шоколадкой в автомате. Так что, слабую стрелу никто всерьез не рассматривает.
Давайте разберемся с пятой стрелой. Мы знаем, что вселенная существует 13,8 млрд лет, и всё это время она расширяется. Галактики отдаляются от нас, вселенная становится больше и возможно именно это и задает ход времени, ведь при расширении пространства, увеличивается и максимально возможная энтропия вселенной. И если по какой-то причине расширение остановится, то тогда рано или поздно энтропия достигнет своего предела, и термодинамическая стрела времени наверняка остановится, а с ней возможно и все остальные. Но вселенная продолжает расширятся постоянно, отодвигая тот теоретический максимум. Значит растет и время, продолжает идти в одну. Это называется космологическая стрела времени. Но что же произойдет со временем, если вселенная начнет сжиматься? Во-первых, вряд ли такое будет. Потому что существует темная энергия, из-за которой вселенная расширяется с ускорением. А во-вторых, даже если предположить такое гипотетически то мы знаем, что многие ученые склоняются к мнению что со временем ничего не поменяется. Но всё это только догадки. Так что, можно ли инвертировать ход времени? Будем считать, что да. Но для этого нужно сделать две вещи: во-первых «заморозить» все молекулы так, чтобы их энтропию уменьшилась. А во-вторых, каким-то образом заставить вселенную сжиматься хотя бы в небольшом объеме. Сейчас это кажется нереально. Но в будущем, лет так через 100, мы будем совсем по-другому смотреть на обращение времени.