Время, как мы его ощущаем, течёт только в одном направлении – вперёд. Мы не можем легко повернуть вспять «стрелу времени», как её называют. Примером может послужить то, как легко можно сжать тюбик с зубной пастой и извлечь пасту, но почти невозможно затолкнуть её обратно, не создавая беспорядка. Это увлекательное занятие позволяет увидеть, то как физики относятся к этой концепции.
Физика и время
Законы физики элементарных частиц остаются прежними, когда время обращается вспять. То есть возьмите вопросы, которые управляют гравитационными, электромагнитными и сильными ядерными силами, и замените «t» на «–t», и уравнения будут инвариантными. Означает ли это, что поворот времени действительно возможен?
Мы не видим этого на практике, следовательно, должно быть что-то, определяющее стрелу времени. Это второй закон термодинамики, который гласит, что величина, известная как энтропия системы, будет либо оставаться постоянной, либо увеличиваться со временем. Энтропия напрямую связана с беспорядком в системе. Чем больше энтропия, тем больше беспорядок.
Итак, мы можем разбить яйцо и перейти из упорядоченного состояния в неупорядоченное, но обратного – соединения разбитых кусочков яйца в единое целое – не происходит. Таким образом, направление увеличения энтропии определяет стрелу времени. Это популярный способ определения стрелы времени.
Энергия и время
Махендра К. Верма, профессор физического факультета ИИТ в Канпуре, придумал другой способ определения стрелы времени, который описан в статье, опубликованной в «The European Physical Journal B».
Эту концепцию легко проиллюстрировать на примере молока, добавляемого к кофе в чашке. Сначала молоко собирается большими каплями, затем растворяется на всё более мелкие капли, пока совсем не растворится в кофе. Следовательно, молоко переходит от больших к более мелким, а затем к ещё более мелким каплям. Таким же образом энергия передается из большого масштаба в малый, определяя направление стрелы времени.
Такие альтернативные определения стрелы времени необходимы, например, в космологии для объяснения космологических моделей, таких как колеблющаяся Вселенная. Согласно этой модели, Вселенная, которая, как мы знаем, расширяется, достигнет максимального размера, а затем снова начнет сжиматься из-за гравитации. В такой фазе сжатия энтропия может фактически уменьшиться. Если это произойдет, это будет означать, что стрела времени, определённая с использованием энтропии, повернется вспять, и это звучит физически невозможно.
Колеблющаяся Вселенная
«Второй закон термодинамики сталкивается с трудностями при объяснении космологической стрелы времени для колеблющейся Вселенной. Однако передача энергии может предсказать стрелу времени для коллапсирующей Вселенной », – говорит профессор Верма.
В гравитирующей системе, такой как коллапсирующая Вселенная, формирование скоплений или звезд в некоторой степени похоже на образование циклонов или ураганов.
«В отличие от примера с кофе, здесь энергия перетекает от малых масштабов к большим. Для таких систем кластеризация или формирование структуры происходит в прямом направлении времени», – поясняет он.
Подписывайтесь на канал Глубины космоса, будет много интересного!
Читайте также:
Млечный Путь 6 миллионов лет назад был квазаром
О тёмной материи и теории относительности Эйнштейна
Астрономы объяснили непрозрачность ранней Вселенной