Pro время

Настойчивые попытки согласовать термодинамическое описание природы с классической динамикой, связанные с осознанием роли необратимости, привели к формированию новой концепции времени. Оно во многом связано с работами Брюссельской школы «неравновесной» термодинамики во главе с Ильей Пригожиным. Он ввел два времени: динамическое и внутреннее. Динамическое время – это время, позволяющее задать описание движения точки в классической механике или изменение волновой функции в квантовой механике. Внутреннее время – это время, которое существует только для неустойчивых динамических систем. Оно характеризует состояние системы, связанное с энтропией.

Описание внутреннего времени сильно отличается от традиционного представления о времени как о величине, изоморфной прямой, идущей из далекого прошлого в нескончаемое будущее. «Настоящее» в таком представлении соответствует единственной точке, отделяющей прошлое от будущего. Настоящее возникает ниоткуда и исчезает в никуда. Стянутое в точку, оно бесконечно близко и прошлому и будущему. Пригожин пишет:

«Необратимое, ориентированное время может появиться только потому, что будущее не содержится в настоящем… Мы приходим к выводу, что нарушенная временная симметрия является существенным элементом нашего понимания природы».

При этом происходит, по выражению Пригожина, «овременивание» пространства, поскольку его характеристики связаны с характерным временем тау (τ). Характерное время – планковское время – это интервал 10^–43 секунды. Размеры Планка определяют предел, после которого пространство и время сливаются в одно единое целое. Длина Планка очень мала: 10^–33 см; она определяет масштаб, при котором геометрию пространства уже нельзя считать непрерывной. Самая маленькая возможная площадь, отличная от нуля, примерно равна квадрату длины Планка, или 10^–66 см². Наименьший возможный объем, отличный от нуля, – куб длины Планка, или 10^–99 см³. Таким образом, согласно теории, в каждом кубическом сантиметре пространства содержится приблизительно 10⁹⁹ атомов объема. Квант объема настолько мал, что в кубическом сантиметре таких квантов больше, чем кубических сантиметров в видимой Вселенной.

Квантовое время

Древнегреческие философы были очень проницательны. Например, основатели атомистики Левкипп и Демокрит обсуждали в ходе очень давнего философского диспута реальность частиц времени. Столетия спустя Рене Декарт не сомневался, что время реализует себя от мгновения – к мгновению. Он полагал, что для перехода нашего мира из мгновения в мгновение нужны силы, которые и создали Вселенную. Квантовая физика соглашается с идеей дискретности времени. В квантовом мире нельзя указать точное начало и окончание факта испускания частиц. Время, за которое происходит это излучение, выступает перед нами как цельный отрезок. У нас нет способов различить в нем отдельные ранние и поздние моменты и вообще разделить его на отдельные части. Артур Чернин в своей «Физике времени» пишет:

«Время изменяется отдельными одинаковыми толчками, как кровь в артерии. Отрезок времени возникает сразу как целое, подобно кванту света, излучаемому атомом. Внутри такого „кванта времени” не имеют смысла понятия „раньше” и „позже”».

Ли Смолин в известной книге «Атомы пространства и времени» пишет о том же, но более осторожно:

«В последние десятилетия физики и математики задаются вопросом: плавно ли происходят изменения в природе – или мир развивается крошечными скачками, действуя словно компьютер?»

Общая теория относительности фактически подталкивает к такому выводу. Если мы мысленно позволим Вселенной снова сжаться, то достигнем той области, когда она настолько маленькая и плотная, что общая теория относительности теряет силу; решения ее математических уравнений становятся бесконечно большими на масштабах Планка. На этих масштабах теория струн соединяет теорию гравитации с квантовыми эффектами ценой замены квантовых частиц обертонами суперструн – многомерных образований, в первом приближении напоминающих гитарные струны.