Тайны пространства и времени

Из истории мы знаем, что и в древнегреческой философии и в философских системах Древней Индии, Китая и Ближнего Востока присутствовала идея «вечного возвращения», «круга времени».

Нечто похожее мы находим в некоторых современных космологических моделях. В противоположность времени «начинающемуся» рассматривается и вариант с циклическим временем, то есть временем, которое замкнуто само по себе.

Представим себе, что расширение Вселенной в некоторый момент сменилось сжатием и космологическое время потекло в обратном направлении. Так как уравнения ньютоновской механики, электродинамики, классической квантовой механики, а также эйнштейновской теории тяготения инвариантны по отношению к обращению времени, то в такой Вселенной сохранят свое значение и все соответствующие закономерности.

Но если направленность космологической стрелы времени связана с направленностью электромагнитной и электродинамической стрелы, то статистические и электромагнитные явления потекут в сжимающейся Вселенной в обратном направлении. Тепло потечет не от горячих тел к холодным, а наоборот – от холодных к горячим, а энтропия замкнутых систем станет уменьшаться. То же самое произойдет и с электромагнитным излучением. Скажем, фотопластинка с изображением далекой звезды станет излучать электромагнитные волны, сходящиеся на поверхности этой звезды.

Однако вот что любопытно. Казалось бы, в такой сжимающейся Вселенной земной наблюдатель должен был бы регистрировать в излучении галактик не красное, как при расширении, а фиолетовое смещение спектральных линий. Но, поскольку в сконструированной нами Вселенной звезды не излучают свет, а наоборот, собирают электромагнитное излучение, то фактически никакого фиолетового смещения мы бы не обнаружили, как, впрочем, не увидели бы и самих звезд и галактик. Наоборот, «с точки зрения звезд и галактик более фиолетовыми сделались бы наши глаза, фотопластинки, а также излучающие тепло холодильники».

Следовательно, у воображаемого наблюдателя, расположившегося где-нибудь на одной из звезд нашей Галактики, не возникало бы никаких сомнений относительно того, что Вселенная сжимается, и все явления протекали бы именно так, как они и должны протекать в сжимающейся Вселенной. Все различие, по существу, свелось бы таким образом лишь к изменению системы отсчета.

Другими словами, во Вселенной с любым направлением времени всегда можно выбрать такую систему отсчета, в которой все происходит «так, как надо».

А это, в свою очередь, означает, что говорить о «прямом» или «обратном» направлении времени, в сущности, не имеет смысла.

Если мы имеем дело с перемещением точки вдоль прямой линии, то ее поведение с течением времени можно наглядно представить в условном двумерном пространстве, где по одной оси мы будем откладывать перемещения точки, а по другой моменты времени. Соединив между собой соответствующие точки, как это обычно делается при построении различных графиков, мы получим некоторую линию – линию поведения точки. Для того, чтобы отобразить поведение какого-либо объекта на плоскости, нам пришлось бы воспользоваться условным пространством с тремя измерениями. Соответственно при изучении поведения тел трехмерного мира роль условного пространства будет играть четырехмерное многообразие «пространство-время», где по трем осям откладываются перемещения того или иного объекта, а четвертая ось является осью времени.

Разумеется, подобное построение может быть только воображаемым, некой математической абстракцией, поскольку сами мы живем в трехмерном мире и не можем осуществлять реальных четырехмерных построений.

График, который при этом получается в теории относительности, широко пользующейся подобным приемом, называется мировой линией данного объекта.

Какую картину увидел бы воображаемый наблюдатель, глядя на мировые линии галактик в четырехмерном «пространстве-времени», изображающие судьбу этих звездных систем в нестационарной Вселенной? Он увидел бы, что в одном направлении эти мировые линии сходятся, а в противоположном расходятся. И только…

В рамках подобной чисто внешней картины поведения галактик нет смысла ставить вопрос: где прошлое, а где будущее, то есть в каком направлении течет время? А также вопрос о том, какая из двух противоположных областей – область разрежения мировых линий или область их сгущения отражает ситуацию весьма вероятную для реальной Вселенной, а какая – весьма маловероятную?

Циклические Вселенные

Известный астрофизик Т. Голд – один из авторов знаменитого «совершенного космологического принципа», сформулированного им вместе с Г. Бонди в 1948 году и оказавшегося несостоятельным, пришел к заключению, что в силу обратимости законов природы во времени для нас, обитателей Вселенной, прямой и обратный «темпорализм», а следовательно картина расширения и сжатия Вселенной, принципиально неразличимы.