Философы и физики веками спорят о природе времени. Является ли оно фундаментальной физической сущностью или это всего лишь форма человеческого восприятия? Может ли время существовать без наблюдателя? На эти вопросы отвечает Дмитрий Макаров, профессор кафедры фундаментальной прикладной физики САФУ, доктор физико-математических наук и руководитель молодежной лаборатории НОЦ «Российская Арктика».
Время и энтропия
С точки зрения физики, реальность времени тесно связана с нашим существованием. Если мы наблюдаем изменения в пространстве, значит, должен быть параметр, который их описывает, и этим параметром является время.
«С математической точки зрения реальность времени подтверждается вторым законом термодинамики: любая упорядоченная система стремится к хаосу: чем больше времени проходит, тем больше беспорядка возникает», — объясняет эксперт.
Характеристики времени
Для физика время не является абсолютным, то есть одинаковым для любого наблюдателя с часами. Оно может изменяться в зависимости от скорости движения наблюдателя и величины гравитационного поля.
«Время замедляется для объектов, движущихся с огромной скоростью, близкой к скорости света. Замедление времени также происходит в гравитационном поле», — поясняет Дмитрий Макаров.
Спутники GPS учитывают эффекты относительности, чтобы обеспечить точность навигации. Часы на спутниках идут быстрее, чем на Земле, из-за меньшего гравитационного поля. Коррекция этого эффекта необходима для точного определения местоположения.
«Один из самых известных мысленных экспериментов — парадокс близнецов. Если один близнец отправится в космическое путешествие на высокой скорости, а второй останется на Земле, то по возвращении космический путешественник окажется моложе своего брата. Этот пример наглядно демонстрирует, что время действительно относительно», — рассказывает эксперт.
Квантовая механика и время
В квантовом мире время ведет себя иначе, чем в классической физике. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, чем точнее мы измеряем время, тем менее точно можем определить энергию частицы, над которой проводится измерение, и наоборот.
Если объединить квантовую механику со специальной теорией относительности, получится квантовая электродинамика, или теория поля, описывающая фундаментальные взаимодействия.
Возможны ли путешествия во времени?
Общая теория относительности описывает гравитацию как искривление пространства-времени под воздействием массы объектов.
«В рамках этой теории существуют решения уравнений, которые допускают возможность путешествий во времени. Для этого потребовались бы экзотические формы материи с отрицательной энергией, но пока такие объекты не обнаружены. Альтернативные идеи, основанные на квантовой механике, также рассматриваются, но сталкиваются с серьезными проблемами», — поясняет Дмитрий Макаров.
Существуют ли другие измерения времени?
Время — это не материя, а измерение. Теория мультивселенной — одна из интерпретаций квантовой механики, которая предполагает, что каждое квантовое событие создает новые параллельные реальности, однако время во всех этих новых вселенных течет одинаково.
Время в космологии
«С точки зрения космологии, время начало свой отсчет с момента Большого взрыва. Пространство и время возникли вместе, и без материи само понятие времени теряет смысл», — объясняет эксперт.
Роль времени в науке
Время позволяет физикам моделировать и предсказывать поведение систем, таких как движение планет, колебания частиц, ядерные и химические реакции.
Время играет центральную роль в любой науке, так как все происходит в пространстве и времени. Однако мы не можем пока полностью понять, что такое время, поскольку загадок мироздания остается еще очень много.