Мы привыкли к тому, что время — это дорога из прошлого в будущее. Оно течет вперед, мы стареем, события накапливаются. Вода выливается из чашки, но не заливается обратно.
Но если спросить физика: «Что такое время?» — вы не услышите однозначного ответа.
Физик и математик Алексей Семихатов поясняет: «Время — это штука неопределяемая. Вы не сможете объяснить его через другие понятия».
Что физика вообще говорит о времени?
Время — это фундаментальное свойство реальности или побочный эффект процесса?
Алексей Семихатов отвечает: «Неизвестно, до какой степени процессы рождают время. Его нельзя определить».
Фундаментальные понятия в физике не определяются, потому что фундаментальны.
Та же аналогия с пространством. Если вы попытаетесь описать понятие «пространство» через другие явления, то все равно придется использовать слова вроде «местоположение», «расстояние», «нахождение» и т.д. Все они сами по себе уже содержат в себе понятие «пространство». А вы должны дать определение этому термину через что-то другое, что не является пространством.
С определением времени еще сложнее. Потому что время в нашем понимании всегда течет в одну сторону, а в другую нет.
Например, если вы прольете воду, этот процесс будет необратим. Она не вернется в стакан.
Но на уровне фундаментальных составляющих материи этого нет. Им неважно, в какую сторону течет время.
Роль времени в классической и квантовой физике
В ньютоновской, классической механике время описывает движение: планет, снаряда из пушки, брошенного камня и т.д. Еще это параметр, потому что эволюция происходит во времени.
Есть идея о причинности: мир — это последовательность причин и следствий. Эта идея связана со временем. Оно направлено в одну сторону. Точно так же, как сначала идет причина, и потом — следствие.
В квантовой механике время — похожая вещь, Это просто параметр, там тоже есть эволюционное уравнение. Оно используется для сложной конструкции — волновой функции. Но это тоже эволюция во времени.
Элементарным частицам неважно, куда течет время
В любой системе из большого количества частей мы наблюдаем следующие процессы.
Энтропия возрастает, прошлое отличается от будущего. Мы «помним» прошлое, но не помним будущее.
Речь не о памяти конкретного человека: у нас есть записи о том, что происходило на Земле тысячи лет назад: как строили пирамиды или как развивалась древнегреческая цивилизация. Есть исследования о том, что происходило миллионы лет назад — например, почему вымерли динозавры.
Эта информация есть в мире вне зависимости от того, существуем МЫ с вами или нет.
«Время — неопределенная штука. Можно обсуждать попытки определить его через что-то другое. Но не получится».
По словам Алексея Семихатова, физики под этим понимаются несколько разных вещей.
Вот, например, термодинамическое время — инструмент, который используют для описания и понимания направленности и необратимости процессов. Когда возрастает энтропия. Например, кофе смешивается со сливками, а не наоборот.
Если говорить о микромире, физик отмечает: получается странная картина. Каждой отдельной элементарной частице неважно, как течет время: вперед или назад.
Экзотическая материя и отрицательная плотность
Отрицательная плотность энергии — это отрицательная масса.
Потому что энергетические свойства материи — это не просто одно число. Это 10 чисел. Это тензор энергии-импульса, у которого есть определенные свойства.
Если не вдаваться в технику, можно сказать проще: мы говорим о чем-то вроде отрицательной энергии.
Как воссоздать экзотическую материю?
Для этого нужно, чтобы в природе существовало некое фундаментальное поле, которому это свойственно. Пока нам такие поля неизвестны.
Фундаментальные поля, которые мы знаем, соответствуют элементарным частицам:
электрон — это квант электрон-позитронного поля, фотон — квант электромагнитного поля. Стандартная модель — это, по сути, таблица, где за каждой клеткой стоит свое поле. И вот среди этих полей нет ни одного, обладающего нужными нам свойствами.
Если бы оно существовало, оно бы как-то себя проявляло — мы бу узнали об этом. Есть целые лаборатории, которые занимаются такими исследованиями.
Потому что, чтобы управлять такой материей, — ее нужно как-то «грузить лопатой». В буквальном смысле: разложить по пространству, сосредоточить больше в одной точке, меньше — в другой. Чтобы, скажем, открыть «червоточину».
Алексей подчёркивает: не нужно думать, что эту материю можно «создать» из воздуха. Если это фундаментальная сущность, то она должна где-то рождаться. А если рождается — значит, она как-то взаимодействует с привычными нам частицами.
Но ничего подобного не наблюдается. Например, электрон и позитрон аннигилируют — и мы получаем фотоны. А если бы в какой-то момент получалось что-то другое, неведомое — мы бы это заметили.
Чем экзотическая материя отличается от темной?
Экзотическая материя — это экстрим. Давайте сразу зафиксируем: речь не об антивеществе, которого в природе хватает. Антипротоны можно получить на любом ускорителе. А позитроны вообще рождаются прямо у нас внутри — например, из-за радиоактивного изотопа калия в бананах. Это нормально. Мы с этим живем — и все в порядке.
Темная материя — совсем другое.
Это история про астрономию. Мы смотрим, как ведут себя звезды в галактиках, особенно на их периферии, и замечаем странное: они двигаются слишком быстро. То есть — летают так, как будто на них действует больше гравитации, чем мы можем объяснить обычной видимой массой.
И тогда возникает вопрос: почему они вообще не разлетаются в космос?
Полный подкаст можно посмотреть по ссылке
Следите за нами в социальных сетях:
Наши каналы в дзене:
- Про науку
- Про бизнес
- Про здоровье
