Если бы кто-то снял фильм о движении планет, вращении атомов или столкновении электронов, а потом прокрутил его назад, физика бы не изменилась. Законы, которыми описывается мир на фундаментальном уровне, одинаково работают и в прямом, и в обратном времени. Уравнения Максвелла, механика Ньютона, уравнение Шрёдингера - все они симметричны во времени.
Грубо говоря, если представить себе, что уравнение физики описывает некоторую функцию и нарисовать её график, то изменение времени тут позволит перемещаться по этому графику в любом направлении. Изменилось время - изменилась и точка, а вот двигать указатель можно в любую точку графика.
Но в жизни мы-то видим совсем другое. Кофе остывает, но не нагревается сам собой, а память хранит прошлое, но не предсказывает будущее. Почему время течёт только в одну сторону, если физика не делает различий между вчера и завтра?
Энтропия и термодинамическая стрела времени
Первая попытка объяснить односторонность времени родилась не в квантовой механике, а в термодинамике XIX века. Людвиг Больцман, исследуя хаос молекул, показал: энтропия есть мера беспорядка или вероятности состояния системы и имеет свойство возрастать.
Тепло переходит от горячего к холодному, газы смешиваются, лёд тает. Всё это следствие того, что упорядоченных состояний мало, а неупорядоченных бесконечно много.
Когда стакан падает и разбивается, число возможных конфигураций осколков огромно. Обратный процесс (случайное собирание стакана из хаотичных осколков) возможен в теории, но его вероятность микроскопически мала.
Так и возникает термодинамическая стрела времени - направление, в котором энтропия растёт. Но энтропия объясняет только эффект, а не причину. Почему вообще Вселенная началась с низкоэнтропийного, невероятно упорядоченного состояния? Почему она дала старт движению от порядка к хаосу?
Космологическая стрелка времени
Ответ, похоже, скрыт в самом начале времён. Согласно космологическим моделям, ранняя Вселенная после Большого взрыва была удивительно гладкой - плотность и температура почти одинаковы во всех точках.
Такое состояние крайне низкоэнтропийное. И именно это создало асимметрию, с которой всё остальное стало развиваться: звёзды загорались, планеты остывали, галактики распадались и энтропия росла.
Если бы начало было хаотичным, неупорядоченным, то не существовало бы и направления времени - всё было бы вечным тепловым равновесием. Отсюда идея - время течёт, потому что Вселенная началась несимметрично.
Квантовая стрела времени
На микроскопическом уровне дело обстоит сложнее. Уравнение Шрёдингера, описывающее эволюцию квантовых состояний, идеально обратимо: если заменить ttt на -t-t-t, ничего не изменится.
Но при измерении квантовой системы возникает коллапс волновой функции - скачок, когда система из суперпозиции состояний проявляет одно. Этот процесс кажется необратимым. Так возникает квантовая стрела времени - движение от состояния неопределённости к определённости.
Однако сама природа коллапса остаётся загадкой. Некоторые интерпретации (например, Эверетта) утверждают, что коллапса нет вовсе и просто Вселенная ветвится, а каждая ветвь видит своё измерение. Тогда квантовая стрела лишь иллюзия наблюдателя, чьё сознание идёт по одной ветке.
В других подходах (например, в модели объективного коллапса Пенроуза) измерение действительно необратимо и связано с гравитацией. Тогда асимметрия времени не психологический, а фундаментальный эффект.
Проблема времени в физике
Современная физика стоит перед странным парадоксом:
- В механике и электродинамике время - просто параметр, обратимый параметр
- В термодинамике и космологии - это направление
- В квантовой гравитации время может вообще исчезать из уравнений
В уравнении Уилера–ДеВитта, объединяющем общую теорию относительности и квантовую механику, время вообще не фигурирует - Вселенная описывается как неподвижная квантовая волновая функция.
Но мы-то ощущаем течение времени! Как?
Некоторые физики (например, Карло Ровелли) считают, что время это отношение между изменениями, а не самостоятельная сущность. Мы воспринимаем поток потому, что в системе есть процессы с направленным ростом энтропии и наблюдатель внутри системы неизбежно чувствует движение только в одну сторону.
Стрела времени наблюдателя
Память, сознание, восприятие причинности - всё это завязано на рост энтропии. И, что очень важно, является сугубо субъективным восприятием реальности.
Мы запоминаем прошлое, потому что оно оставило устойчивые следы (увеличение энтропии), а будущее таких следов не содержит. Мы видим кофе остывающим, потому что наше собственное тело часть термодинамического потока, движущегося в ту же сторону.
Если бы энтропия вдруг начала убывать, мы просто не смогли бы этого заметить - наши воспоминания тоже переписались бы в обратном порядке.
Отсюда следует философский вывод: время может быть обратимым во Вселенной, но не для нас. Можно сказать, что время - это не фундаментальная ось, а побочный эффект роста беспорядка. Когда энтропия достигнет максимума (в так называемой тепловой смерти Вселенной) стрела времени исчезнет. Тогда всё будет одинаково. Ни прошлого, ни будущего, ни течения. Только вечное, неподвижное настоящее.
Хочется помочь проекту? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️! Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями
