Мозг – повелитель времени

Представьте себе фильм, в котором показывают вращение Луны вокруг Земли, которая, в свою очередь, вращается вокруг Солнца. Этот сложный танец можно описать математическим образом с помощью законов Ньютона. Иными словами, используя серию уравнений, можно смоделировать движение этих трех небесных тел. Но представьте себе, что после того, как мы проделали эту работу, выяснилось, что фильм прокручивали в обратном направлении. Нам придется выбросить все наши результаты? Нет. Все уравнения будут верны, и нужно лишь изменить знак перед переменной t, чтобы указать на «прямое» направление движения тел по орбитам185. Аналогичным образом, если мы обнаружим, что составляли уравнения для фильма, отснятого тысячу лет назад, наши уравнения по-прежнему не потеряют силу. Законы Ньютона нечувствительны к направлению времени: они верны в прошлом, в настоящем и в будущем. И то же самое можно сказать об уравнениях теории относительности и квантовой механики. Законы физики не придают особого значения направлению времени и не выделяют какой-то особый момент. Для них прошлое, настоящее и будущее эквивалентны между собой.

УПРЯМАЯ СТРЕЛА ВРЕМЕНИ

Наверное, вы думаете: Ну, хорошо, я допускаю, что законы физики, управляющие движением планет, могут быть справедливы в обоих направлениях — вообще говоря, движение планет по орбитам кажется в одинаковой степени вероятным в прямом и в обратном направлении. Однако законы физики должны запрещать невозможные вещи, о которых я знаю из собственного опыта. Лопнувший шарик не надувается вновь, разбитое стекло не восстанавливается, а кубики льда в чае в конечном итоге всегда расплавляются. Кажется, законы физики постулируют невозможность обратных процессов! Вы удивитесь, но это не так.

Ответ на загадку о направленности времени был предложен австрийским физиком XIX в. Людвигом Больцманом. Из его статистической интерпретации второго начала термодинамики следует, что энтропия любой изолированной системы со временем увеличивается. Энтропию можно воспринимать как степень беспорядка. Например, если бросить в коробку 10 игральных костей и потрясти, кости рассыплются в беспорядке («случайным образом»), и можно сказать, что такая система характеризуется высоким значением энтропии. Но если аккуратно построить из этих костей башню, система принимает упорядоченную конфигурацию с низким значением энтропии.

Чтобы понять связь между энтропией и направлением времени, давайте представим себе, что в левой части коробки у нас содержатся два атома водорода (позднее мы вернемся к вопросу о наиболее вероятном расположении двух атомов в левой или в правой части коробки). На следующем этапе возможны три состояния (конфигурации) системы: оба атома оказываются слева (ЛЛ), оба справа (ПП) или один слева, а другой справа (поскольку атомы идентичны, состояния ЛП и ПЛ неразличимы). Вероятность каждого состояния следующая: ¼ для ЛЛ, ¼ для ПП и ½ для ЛП или ПЛ. Таким образом, наиболее вероятен случай, когда атомы распределены в коробке равномерно, поскольку есть два пути достижения этого состояния. Если мы, обнаружив это равномерное распределение, заглянем в коробку снова, с довольно высокой вероятностью мы увидим, что система вернулась к исходному состоянию, когда оба атома находятся в левой части коробки: вероятность такого события составляет ¼. Если бы коробка имитировала всю вселенную, мы бы сказали, что вселенная вернулась в прошлое: ее теперешнее состояние неотличимо от исходного состояния (в нашем грубом приближении, когда мы не пытаемся определить точную локализацию атомов).