Мозг – повелитель времени

Иногда говорят, что время, как и все остальное, началось с момента Большого взрыва примерно 14 млрд лет назад, и что сразу после Большого взрыва вселенная действительно находилась в состоянии с очень низким значением энтропии. Тогда возникает вопрос: как вселенная пришла к этому исходному состоянию с низким значением энтропии?

Людвиг Больцман понимал всю серьезность этого вопроса и выдвинул разумную гипотезу, заключающуюся в том, что состояние вселенной с низким значением энтропии было лишь временной флуктуацией. Если вам кажется, что эта гипотеза идет вразрез с им же установленным законом, то дело заключается в неверном прочтении закона. Как мы уже говорили, второе начало термодинамики — статистический закон: снижение энтропии маловероятно, но не невозможно, а при наличии достаточного количества времени маловероятное может стать вероятным.

Более современная гипотеза, объясняющая загадку низкой энтропии, сводится к идее мультивселенной, в соответствии с которой наша вселенная началась как некий участок пространства с низким уровнем энтропии в гораздо более объемной множественной вселенной186. Пока не существует единой общепринятой теории, объясняющей происхождение вселенной, начиная с состояния с низким значением энтропии, и маловероятно, что в ближайшее время мы поймем механизмы происхождения вселенной и, следовательно, происхождения времени.

***

Второе начало термодинамики предлагает ответ на вопрос о причине направленности времени или как минимум объясняет постоянное нарастание энтропии вселенной, начиная от состояния с низким уровнем энтропии в момент Большого взрыва. Но существуют и другие гипотезы, пытающиеся объяснить причины направленности времени. Одна из них заключается в том, что необратимость процессов во времени (наличие «стрелки времени») вытекает из законов квантовой механики.

Я уже упомянул, что все законы физики, включая законы квантовой механики (уравнение Шредингера), симметричны по отношению ко времени, и это действительно так. Однако в квантовой механике существует проблема, которая выходит за рамки уравнения Шредингера и мучает ученых уже около сотни лет.

Если мы направляем на фотопластинку отдельный электрон, в соответствии с уравнением Шредингера мы можем рассчитать вероятность нахождения электрона в момент времени t. Но для точного определения положения электрона нужно произвести измерения, а уравнение Шредингера ничего не говорит о том, что происходит в момент осуществления этих измерений. Пока измерения не сделаны (например, не определена точка соприкосновения электрона с фотопластинкой), говорят, что электрон может одновременно находиться во всех разрешенных позициях. И только сам акт измерения положения электрона заставляет его принять какое-то определенное положение: физики говорят, что акт измерения вызывает коллапс волновой функции электрона. Однако ученые пока не пришли к единому мнению относительного того, что именно в акте измерения приводит к коллапсу (если вообще приводит). Некоторые физики полагают, что этап измерения квантово-механического процесса накладывает на вселенную вектор времени187. При такой интерпретации квантовой механики, как только положение электрона определено, пути назад не существует. После осуществления измерения нельзя использовать уравнение Шредингера, чтобы показать, откуда взялся электрон188.

Но даже если квантовая механика подразумевает наличие у вселенной вектора времени (хотя многие считают, что это не так), факт остается фактом: ни квантовая механика, ни какие-либо другие законы физики не придают специфического значения настоящему моменту времени189. Из основополагающих законов физики следует, что сейчас на шкале времени — то же, что здесь в области пространства. Именно по этой причине многие физики и философы считают, что мы живем в «блоке вселенной» этернализма. Однако для большинства людей, к которым отношусь и я, не это является наиболее серьезным аргументом в пользу этернализма. Я бы сказал, что наиболее веской причиной принять концепцию этернализма является теория относительности Эйнштейна.

9:00 ОПРОСТРАНСТВЛИВАНИЕ ВРЕМЕНИ В ФИЗИКЕ

Мы, физики, считаем, что деление на прошлое, настоящее и будущее есть всего лишь устойчивая иллюзия.

АЛЬБЕРТ ЭЙНШТЕЙН190

Одна из вещей, которая меня привлекает в баскетболе, заключается в том, что это игра против времени. Игрок, делающий последний бросок, должен выпустить мяч из рук до того, как истечет время игры и раздастся финальный свисток. Если мяч отделяется от руки до окончания времени игры, бросок засчитывается. Нам кажется, что определение порядка этих событий (звук свистка и отделение мяча от руки игрока) является объективной проблемой. Однако выясняется, что это не так.