Вечность. В поисках окончательной теории времени

Согласно второму началу термодинамики, все макроскопические проявления стрелы времени — возможность превращать яйца в омлет, но не наоборот, склонность молока смешиваться с кофе, но никогда не разделяться спонтанно на составляющие, тот факт, что мы помним прошлое, но не будущее — можно связать с тенденцией энтропии к увеличению. В 1870-е годы Больцман объяснил микроскопическую подоплеку второго начала термодинамики: энтропия отражает число микросостояний, соответствующих каждому макросостоянию, то есть если система (по какой бы то ни было причине) вначале находится в относительно низкоэнтропийном состоянии, с подавляющей вероятностью энтропия по направлению к будущему будет увеличиваться. Тем не менее фундаментальная обратимость законов физики диктует, что если единственным не подлежащим сомнению фактом является низкая энтропия текущего состояния, то ничуть не менее правомерно ожидать, что в прошлом энтропия также была выше. Судя по всему, в реальном мире дела обстоят не так, поэтому для продолжения нам требуется что-то еще. Этим чем-то еще служит гипотеза о прошлом: предположение о том, что очень ранняя Вселенная пребывала в невероятно низкоэнтропийном состоянии и сейчас мы наблюдаем, как она релаксирует в состояние высокой энтропии. Вопрос, почему мы считаем гипотезу о прошлом истинной, относится к сфере интересов космологии. Как ни прискорбно, антропный принцип не в состоянии дать этому объяснения, поскольку мы с тем же успехом могли обнаружить себя в форме случайных флуктуаций (больцмановских мозгов) в пустом (за исключением нас) пространстве де Ситтера. Аналогично, инфляция сама по себе не решает эту проблему, поскольку требует еще более низкоэнтропийного начального состояния, чем то, с которым принято оперировать в традиционной космологии Большого взрыва. Это означает, что вопрос остается без ответа: почему гипотеза о прошлом остается справедливой в нашем наблюдаемом участке Вселенной?

Давайте посмотрим, удастся ли нам с таким багажом на плечах продвинуться вперед.

Эволюция пространства состояний

Начнем с самой очевидной гипотезы: глубоко внутри фундаментальные законы физики просто-напросто необратимы. Я стараюсь не забывать о существовании этого варианта и периодически упоминаю о нем, но, как вы заметили, всегда в том ключе, что он крайне рискованный и серьезного внимания в действительности не заслуживает. Этому есть основательные причины, хотя, разумеется, не неопровержимые.

Обратимая система — это система, пространство состояний которой фиксировано раз и навсегда, а эволюция этих состояний вперед во времени сохраняет информацию. Два разных состояния, заданные в некоторый начальный момент времени, предсказуемо эволюционируют в два разных состояния в какой-то более поздний момент, но никогда в одно и то же состояние. Таким образом, мы можем рассматривать эволюцию в обратном направлении во времени, так как у каждого состояния, в котором в настоящее время может находиться система, есть уникальный предок в любой момент времени.