Анатолий Бич - Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени
Почему же так привлекательна «стрела времени» для ученых? Вероятно, прежде всего потому, что создает яркий образ односторонней направленности мирового процесса — времени. И сразу же у нормального ученого появляется естественное желание обосновать эту однонаправленность, связать это главное свойство «стрелы времени» с другими процессами и явлениями в мире, которые также характеризуются односторонней направленностью.
Этим занимался и Артур Эддингтон, когда придумал «стрелу времени». Сегодня выделяют три класса явлений в природе, «которые явно несимметричны во времени и протекают однонаправленно. Это термодинамические процессы, расширение Вселенной и наше психологическое ощущение течения времени».
Эти три класса явлений очень занимают и Стивена Хокинга. В частности, он пишет {39}: «Сначала рассмотрим термодинамическую стрелу времени. Второй закон термодинамики вытекает из того, что состояний беспорядка всегда гораздо больше, чем состояний порядка… Следовательно, если система вначале находилась в состоянии высокого порядка, то со временем будет расти беспорядок… Предположим, однако, что Бог повелел, чтобы развитие Вселенной заканчивалось в состояния высокого порядка… Это означало бы, что беспорядок уменьшается со временем. Я утверждаю, что психологическая стрела времени этих людей (т. е. живущих в таком гипотетическом Мире, — А.Б.) должна быть направлена назад; увидев разбитую чашку, они вспомнили бы, как она стоит на столе, но когда она оказывается на столе они не помнили бы, что она была на полу… Следовательно, наше субъективное ощущение направления — психологическая стрела времени — задается в нашем мозгу термодинамической стрелой времени…»
С этим невозможно согласиться. Наше психологическое ощущение времени основано, с одной стороны, на том, что в наших телах материя всегда находится в микродвижении (и это как бы наше внутреннее время), с другой стороны, на том, что мы находимся в постоянном энергетическом контакте с внешней средой и не можем не отмечать (пусть в некоторой степени, пусть в подсознании) ее «пульс», ее ритмы, и, наконец, на том, что мы просто привыкли определять время по периодическим природным проявлениям. В первооснове всех этих часов — внутренняя энергия как мера активности всего нашего мира.
Далее Хокинг мучается вопросом, а не изменит ли время свое направление на противоположное, когда Вселенная начнет сжиматься, и приходит, наконец, к выводу, что «термодинамическая и психологическая стрелы времени не изменят своего направления на противоположное ни в черной дыре, ни во Вселенной, начавшей сокращаться вновь».
Разобравшись, таким образом, с термодинамической и психологической стрелами, Хокинг возвращается к космологической стреле времени, т. е. спрашивает себя и нас: «… почему беспорядок возрастает во времени в том же направлении, в каком расширяется Вселенная?» Ответ дается несколько неожиданный. Оказывается, потому что во Вселенной сжимающейся мы бы просто не смогли существовать. (Это так называемый «слабый антропный принцип»,) Хокинг поясняет ситуацию так: в начале сжатия беспорядок во Вселенной не может сильно увеличиваться, «ведь Вселенная и гак находилась бы в состоянии почти полного беспорядка. Но для существования разумной жизни необходима сильная термодинамическая стрела; чтобы выжить, люди должны потреблять пищу, которая выступает как носитель упорядоченной формы энергии… Этим объясняется, почему для нас термодинамическая и космологическая стрелы времени направлены одинаково».
Хокинг подводит итог: «Законы науки не делают различия между направлением «вперед» и «назад» во времени. Но существуют по крайней мере три стрелы времени, которые отличают будущее от прошлого. Это термодинамическая стрела, т. е. то направление, в котором возрастает беспорядок; психологическая стрела — то направление времени, в котором мы помним прошлое, а не будущее; космологическая стрела — направление времени, в котором Вселенная не сжимается, а расширяется.
Я показал, что психологическая стрела практически эквивалентна термодинамической стреле, так что обе они должны быть направлены одинаково. Из условия отсутствия границ вытекает существование четко определенной термодинамической стрелы времени, потому что Вселенная должна была возникнуть в гладком и упорядоченном состоянии (т. е. в состоянии однородном. — А.Б.). А причина совпадения термодинамической и космологической стрел кроется в том, что разумные существа могут жить только в фазе расширения…»
На этом можно было бы поставить точку. Познакомились — и хорошо, и не нужно никаких комментариев («когда пушки стреляют — музы молчат». Дальнобойной и крупнокалиберной «пушкой» является Стивен Хокинг). Но все-таки хочется кое- что уточнить. Например, утверждение Хокинга о том, что в сжимающейся Вселенной мы просто не смогли бы существовать. Он исходит из того, что к моменту начала сжатия Вселенная будет находиться в состоянии максимального беспорядка, т. е. «все звезды распадутся, а образующие их протоны и нейтроны распадутся на более легкие частицы». В таких условиях, считает Хокинг, жизнь не сможет зародиться, поскольку любой жизненный процесс — это всегда увеличение энтропии во внешней среде. Энтропия же в это время и так максимальна (Вселенная находится в состоянии максимального беспорядка).
Согласимся с этим, но обратим внимание, что речь идет именно о моменте перехода Вселенной из фазы расширения в фазу сжатия. Но ведь из этого совершенно не следует, что жизнь не может возникнуть в последующие периоды сжимающейся Вселенной. Например, через 500 тысяч лет или через миллион. Для Вселенной это возраст младенческий. Но в этот период запреты, которые наложил С. Хокинг на возникновение жизни, не действуют, потому что уже возникнет неоднородность материи. Не смогут появляющиеся легкие атомы находиться везде и в равных количествах, и одновременно. Следовательно, неоднородность-разноплотность в различных локальностях и породит различную степень упорядоченности, различный уровень энтропии. И ничто не помешает живому возникнуть, увеличивая при этом энтропию во внешней (по отношению к себе) среде. Ведь Вселенная к тому времени уже не будет максимально упорядоченной. А возникнув, жизнь будет продолжаться, пока условия сжатия не превысят неких пределов, допустимых для живых систем. Совершенно аналогично с тем, как существуем мы в условиях расширяющейся Вселенной, — Вселенная расширяется, а мы сохраняем целостность. И при сжатии Вселенной все живое миллиарды лет будет сохранять свою целостность… Ну хотя бы потому, что ее разумным представителям не будет известен «слабый антропный принцип» — может быть, именно потому, что он слабый..
Что касается утверждения Хокинга: «Я показал, что психологическая стрела практически эквивалентна термодинамической стреле, так что обе они должны быть направлены одинаково», — то это, с позиций гипотезы локально-когерентного времени, более, чем безусловно так. «Более» — потому, что практически это одно и тоже. Термодинамический процесс всегда направлен в сторону роста беспорядка (роста энтропии), потому что беспорядок статистически более вероятен и энергетически более выгоден, чем порядок. Время всегда «направлено» от причин к следствиям, от прошлого к будущему, т. е. «как бы движется» в том же направлении, что и рост энтропии. Но в основе направленности и того и другого явления лежит общий для них — первопричинный — процесс элементарных актов движения материи. Психологическое ощущение времени в значительной мере и основано на подсознательном ощущении этих актов как в своем организме, так и за его пределами. Иными словами, говорить о том, что психологическая стрела времени практически эквивалентна термодинамической стреле; — это значит сказать избыточно много или избыточно правильно. Это аналогично утверждению, что человеческая рука и ее фотография похожи друг на друга. Термодинамическая и психологическая стрелы времени — это действительно почти одно и то же. Термодинамическая фиксирует реальные физические процессы, а психологическая — отражает их (их же) в подсознании и сознании.
Однонаправленность различных природных явлений и совпадение их направлений с «направлением» времени выражает или родство генетическое (как у термодинамического процесса с психологическим ощущением времени), или чисто внешнее, как у расширения Вселенной и психологической стрелы времени.
Можно, конечно, сопоставлять однонаправленность времени с направлением других явлений, но при этом всегда нужно помнить, что время — это явление вторичное. Сопоставляя направленность некоего явления Вселенной с направлением времени, мы по сути всегда сопоставляем это явление с причинно-следственной последовательностью событий на микроуровне. В этом смысле никогда направленность времени и некий однонаправленный вселенский процесс не могут являться двумя параллельными и равноправными явлениями. Ибо времени как независимого самодостаточного физического явления просто нет.
