Глава 6 Время

Вселенная - это бесконечная симфония струнного оркестра.
(неизвестный автор из интернета)
               
                Струны Вселенной      
                глава 6               
                Время

- Хорошо, там же, тогда же, - ответила я Наташе, моей соседке и подруге.
Она позвонила, пригласив меня погулять в парке. День сегодня был хмурый, изредка шёл мелкий дождь, небо затянулось плотными, серыми тучами. Но к вечеру распогодилось, и выглянуло застенчивое осеннее солнце.

Мы встретились под вечер, перед тем, как в парке зажглись фонари. Так было во всех наших прогулках. И как всегда Наташа была с озорным щеночком Лушей, йоркширским терьером, а я со своей Юлькой - Юлечкой, золотистым ретривером. Несмотря на разницу в возрасте, наши девочки дружили и вместе весело бегали по тропинкам и аллеям парка. На Луше был мерцающий голубыми огоньками ошейник, который вначале удивил Юльку, отчего она не бросилась как обычно здороваться с ней, а осторожно встала неподалёку. Я объяснила ей "что и почему", Юлька всё поняла, и вскоре наши собачки бегали вместе.
- Мне кажется, сегодня ты расскажешь что-то особенное, - Наташа вопросительно посмотрела на меня. - Так?
- У нас осталось самое загадочное понятие.
- Понятие? - удивилась подруга. - Значит что-то всеобъемлющее, глобальное. Что же это?
- Время.
- Что загадочного может быть во времени? - Наташа посмотрела на часы. - Сейчас семнадцать часов, тридцать минут. Вот и всё.
- Время - фундаментальное и очень сложное понятие.
- Тогда расскажи, - Наташа взяла меня под руку и как всегда произнесла. - Итак...

- Итак, - повторила я, - философия рассматривает время, как необратимое течение из прошлого в будущее через настоящее. Историки часто говорят об эпохе как промежутке времени, выделяемом по тому или иному характерному явлению, событию, например эпоха феодализма, эпоха великих открытий, эпоха Возрождения.
Биологи говорят о биологическом времени, биоритмах - периодически повторяющихся изменениях биологических процессов, свойственных живой материи. В метрологии время - физическая величина, одна из семи основных величин Международной системы величин (СИ). В физике своё понимание времени.
Единой общепризнанной теории, объясняющей и описывающей понятие «время», не существует.

- Слово "время" употребляется, наверное, чаще всех других слов. Если спросить "что такое время", многие, не задумываясь, ответят...
- Время - это то, что показывают часы, - закончила Наташа.
- Да, но представь себе, есть теории, утверждающие, что времени нет, что время - иллюзия, придуманная человеком. Однако, подобные рассуждения сомнительны. Ведь независимо от наличия людей Земля вращается вокруг Солнца, Луна вокруг Земли, Земля вокруг своей оси, и после ночи всегда приходит день. Люди придумали год, день, столетие, секунду чтобы удобнее считать время, но этот подсчёт основан на естественных, цикличных процессах, они существуют в природе, и значит существует время.
Время в физике рассматривается по-разному.

В классической физике время - непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. На ход времени все процессы в мире не оказывают никакого влияния, поэтому время в классической физике называется абсолютным. Идеи абсолютного времени и пространства сформулировал Исаак Ньютон.

В Теории относительности время рассматривается иначе.
В классической механике Ньютона время характеризует последовательность событий, происходящих в трёхмерном пространстве (длина, ширина, высота - координаты х,y,z).
Эйнштейн в Теории относительности объединил пространство и время в одну физическую модель пространство-время или в пространственно-временной континуум, где время (t) рассматривается как четвёртое измерение (координаты х,y,z,t).

- У меня перед глазами таблица с осями х,y,z. Где же время?
- Чтобы упрощённо вообразить, как выглядит пространство-время, нужно представить круглый батут и в его центр поместить тяжёлую сферу, например арбуз. Тогда натянутая ткань батута - это пространство-время, а арбуз - любое небесное тело. Как арбуз продавливает ткань батута, так планеты, звёзды, чёрные дыры и другие объекты вселенной искривляют пространство-время. Чем больше масса такого объекта, тем больше искривление. Если на край ткани батута положить маленький шарик, он покатится в центр, к арбузу. Это и есть проявление силы гравитации вселенной. Гравитация в теории относительности - это искривление пространства-времени.

Согласно специальной теории относительности в движущемся теле все физические процессы проходят медленнее, чем следовало бы для неподвижного тела по отсчётам времени неподвижной (лабораторной) системы отсчёта.
Замедление времени проявляется, например, при наблюдении короткоживущих элементарных частиц, образующихся в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей и успевающих благодаря ему достичь поверхности Земли.
Данный эффект, наряду с гравитационным замедлением времени учитывается в спутниковых системах навигации. Например, в GPS ход времени часов спутников скорректирован на разницу с поверхностью Земли, составляющую суммарно 38 микросекунд в день.

- Но как представить, что в космосе время идёт по-другому?
- Чтобы представить, как это работает, Стивен Хокинг, известный английский физик, придумал фантастический сверхскоростной поезд, пассажиры которого оказались в машине времени, вращающейся вокруг Земли со скоростью, близкой к скорости света. Вернувшись домой через неделю, пассажиры увидели совсем другой мир и узнали, что на Земле прошло... сто лет. За одну неделю они прожили сто лет и оказались в будущем. Так произошло, потому что внутри поезда время замедлилось.
- Фантастика!
- Согласна. Но ещё более фантастична теория, что существует неделимая единица времени.
- Как фотон - квант света?
- Именно так. Как фотон является квантом света, или квантом электромагнитного поля, так и у времени есть...
- Квант времени?
- Он называется хронон.
Хронон — гипотетический квант времени, неделимая единица времени, используемая в теории, которая принимает дискретность, т.е. разделённость, прерывистость времени.
В теории хронона время - это поле хронона.
Понятие и термин хронон предложил Роберт Леви в 1927 году, первые разработки появились два десятилетия спустя. Существование хронона не доказано, но поиски ведутся: теоретические, в микромире (ускорители, коллайдеры и т.д.), в космосе (анализ реликтового излучения и т.д.).

- А что говорят учёные про путешествия во времени?
- Путешествия во времени они связывают с кротовыми норами.
Кротовая нора - особенность пространства-времени, представляющая собой в каждый момент времени «туннель» в пространстве. Кротовые норы согласуются с общей теорией относительности. Понятие кротовой норы ввёл американский физик Джон Уилер.
Чтобы представить себе кротовые норы нужно взять лист бумаги и нарисовать две отдалённые точки на одной стороне листа. Теоретически кротовая нора может соединить эти две точки, если сложить эту плоскость вдвое так, чтобы точки касались друг друга. Поскольку две точки теперь соприкасаются, то пересечь расстояние между ними будет намного легче и быстрее.
Если существуют проходимые кротовые норы, то они могут позволить путешествия во времени.

- В передачах о космосе часто рассказывают о чёрных дырах. Они связаны со временем?
- Чёрная дыра - это область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты света.
Граница этой области называется горизонтом событий.
В настоящее время подтверждено существование астрономических объектов, которые имеют такую плотность, массивность и другие наблюдаемые свойства, что их можно интерпретировать как чёрные дыры. Во вселенной учёные обнаружили около тысячи объектов, причисленных к чёрным дырам. Всего же, предполагают учёные, существуют десятки миллионов таких объектов.
Центр чёрной дыры - сингулярность, где температура, плотность и энергия бесконечно большие, и где не действуют большинство законов физики. В чёрных дырах происходит искажение и разрыв пространства-времени.

- Наверное, есть какие-то... какие-то умопомрачительные теории о времени.
- Да. И одна из них предполагает наличие у времени двух измерений.
- Как это?! - Наташа остановилась. - Ты рассказывала, что в теории струн предполагают десять или одиннадцать измерений пространства. Это ещё можно как-то смутно представить. Но время?!
- Учёные рассуждали так. Время обычно рассматривается как прямая линия с одним измерением. Но если предположить, что у времени - два измерения, тогда прямая - уже не линия, а фигура.
Например, издалека нам кажется, что шнур имеет одно измерение и выглядит как прямая. Но если подойти ближе, то видно, что шнур цилиндрической формы, т.е. имеет не одно, а больше измерений.
Существуют гипотезы, предполагающие наличие у времени двух измерений. А если к гипотетическим двум измерениям времени добавить десять измерений пространства из теории струн... математические расчёты в данном случае будут крайне сложными. И возможны ли?

- Всё это запредельная фантастика. Но ты ни слова не сказала, почему время идёт из прошлого в будущее.
- Это называется направленность времени.
Направленность времени - самая загадочная его характеристика.
Почему стрела времени всегда направлена из прошлого через настоящее в будущее?
Основа понимания — энтропия. Энтропия — широко используемый в точных науках термин, обозначающий меру необратимого рассеивания энергии или бесполезности энергии. Энтропия - это мера неупорядоченности объекта. Об этом говорит Второе начало или Второй закон термодинамики.

Второй закон термодинамики: в любой системе без внешнего воздействия энтропия нарастает.

Холодное тело не может нагреть тёплое тело. Тепло естественным образом стремится перейти от более тёплых областей к более прохладным. Если тепло перейдёт от более прохладного к более тёплому объекту, то это будет противоречить тому, что является "естественным", поэтому система должна выполнить некоторую работу, чтобы это произошло.

- Поясни этот закон на примере.
- Хорошо, - согласилась я. - Например: чтобы приготовить на завтрак кофе с молоком, достаточно просто перемешать их, но разделить на прежние составляющие - кофе отдельно, молоко отдельно - уже невозможно.
Или: чтобы приготовить омлет достаточно разбить и перемешать яйца, но собрать обратно целые яйца не получится.
Или: разбитая ваза не восстановится.
Вывод: к точному исходному состоянию вернуться нельзя. События прошлого необратимы.

- Мне кажется, в глубине этих, на первый взгляд очевидных рассуждений, таится огромная тайна.
- Совершенно верно. Вопрос - почему с течением времени энтропия Вселенной увеличивается?
Предполагают, энтропия возрастает, потому что способов устроить беспорядок, неупорядоченность намного больше, чем организовать порядок. Поэтому упорядоченные конфигурации перетекают в беспорядочные, и энтропия растёт. Энтропия измеряет количество возможностей, количество предполагаемых состояний системы, и в этом смысле энтропия – мера информации.

Подразумевая постоянный рост энтропии, стрелу времени называют термодинамической стрелой времени.
Тогда логический вывод такой: в самые ранние сроки наша вселенная находилась в состоянии очень низкой энтропии и очень высокой упорядоченности.
Но почему она прошла через этот период низкой энтропии, позволившей ей пройти весь путь до наших дней?

- Нашли ответ?
- Пока ответ на этот вопрос не найден. Некоторые теории, например теория струн, предполагают, что Большой взрыв не был началом вселенной. Вселенная сжимается и разжимается, сейчас у неё очередное расширение, потом она начнёт сжиматься.
С развитием науки учёные пришли к выводу о существовании Мультивселенной, где наша вселенная - лишь скрипка в гигантском симфоническом оркестре. И в этом оркестре огромная роль, в том числе в вопросах энтропии, принадлежит кротовым норам.
Может быть, энтропия устроена так, что увеличиваясь, она не может достичь максимального значения?
Ответ на этот вопрос поможет понять, как возникла Вселенная.
Многое из того, о чём я рассказала, пока только гипотезы, но есть теории, подкреплённые точными экспериментальными данными.

- Всё, что ты рассказала о времени, невероятно интересно, - Наташа с улыбкой посмотрела на меня. 
- Подводя итог, ещё несколько слов о стреле времени, - продолжила я. - Несмотря на однородность и предсказуемость течения времени, оно не симметрично. Прошлое открыто и неизменяемо, будущее закрыто и изменчиво, то есть время по разные стороны от настоящего неоднородно.
Человек может воздействовать на эти две стороны времени на разных уровнях: лишь наблюдая за прошлым, но изменяя будущее. Это противоречие некоторые философские учения ликвидируют одним словом — судьба.
- Как? - удивилась Наташа.
- Если судьба существует, то жизнь человека предопределена и противоречие исчезает. Тогда время становится однородным и симметричным по обе стороны от настоящего, и невозможно изменить своё прошлое и своё будущее - судьбу. Кто знает...

Мы шли молча - Наташа, я и Юлька. Луша отбежала в сторону, на её ошейнике, не давая затеряться, мигали крохотные голубые огоньки.
- Давай посидим, - предложила Наташа.
Как только мы устроились на скамейке под рябиной, усыпанной алыми гроздьями, к нам тут же присоединились собачки. Луша и Юлька сидели, прижавшись к нам, и были тихими и задумчивыми, будто всматривались в неизвестное. Потемнело. Вдоль аллеи зажглись фонари.
Тучи расступились, и появилась первая звезда среди миров...
 
     Среди миров, в мерцании светил  ***
     Одной Звезды я повторяю имя,
     Не потому, чтоб я Её любил,
     А потому, что я томлюсь с другими.
     И если мне сомненье тяжело,
     Я у Неё одной ищу ответа,
     Не потому, что от Неё светло,
     А потому, что с Ней не надо света.

- Причём здесь стихи о любви?
- Трудно сказать...
   
информация о теории Времени взята из лекций:

Дмитрий Казаков - физик-теоретик, доктор физико-математических наук, профессор, член-кор. РАН
Алексей Семихатов - физик-теоретик, доктор физико-математических наук
а также из Википедии и других открытых источников Интернета

*** Среди миров - Иннокентий Анненский