Журнал "Млечный Путь, XXI век", 4 (41), 2022

Это означает, что, если вы окажетесь в любом конечном состоянии в любой момент времени, всегда есть способ вернуться в исходное состояние, если вы просто примените правильную серию взаимодействий в правильном порядке. Единственным исключением является то, что, если ваша система достаточно сложна, вам нужно знать такие вещи, как точное положение и импульс каждой частицы, с большей точностью, чем это возможно с помощью квантовой механики. Если оставить в стороне слабые взаимодействия и это тонкое квантовое правило, законы природы действительно инвариантны к обращению времени.

Но это не относится ко всему, что мы испытываем. Некоторые явления ясно показывают стрелу времени или предпочтение определенного одностороннего направления. Если вы возьмете яйцо, разобьете его, взболтаете и приготовите, это будет легко; но вы никогда не сможете обратить этот процесс, сколько бы ни пытались. Если вы столкнете стакан с полки и увидите, как он разобьется, вы никогда не увидите, как эти кусочки стекла поднимутся и спонтанно соберутся снова. Для этих примеров явно существует предпочтительное направление: стрела времени, по которой текут процессы. Эти процессы резко увеличивают энтропию системы и являются термодинамически выгодными. Обратный процесс, когда осколки стекла снова собираются в целое стекло без трещин, настолько маловероятен, что никогда не происходит на практике.

Это сложные макроскопические системы, испытывающие чрезвычайно запутанный набор взаимодействий. Тем не менее, сочетание всех взаимодействий составляет нечто важное: то, что мы знаем как термодинамическую стрелу времени. Законы термодинамики гласят, что существует конечное число способов, которыми частицы в вашей системе могут быть расположены, и те системы, которые имеют максимальное количество возможных конфигураций, находятся в состоянии термодинамического равновесия. К такому состоянию будут стремиться все системы с течением времени. Ваша энтропия, которая является мерой того, насколько статистически вероятна определенная конфигурация (наиболее вероятно = самая высокая энтропия; очень маловероятно = низкая энтропия), всегда возрастает с течением времени. Только если вы уже находитесь в наиболее вероятной конфигурации с наивысшей энтропией, ваша энтропия останется неизменной; в любом другом состоянии она будет увеличиваться.

Насколько мы можем судить, время продолжает всегда идти вперед с той же скоростью, что и всегда: одна секунда в секунду.

Однако воспринимаемая стрела времени кажется в значительной степени независимой от чего-либо, что может сделать энтропия или термодинамика. Что произойдет, если вообще произойдет, если мы добавим в уравнение расширяющуюся Вселенную? Насколько мы понимаем, далекие галактики, которые не связаны с нами гравитационно, будут продолжать удаляться, с нашей точки зрения, все быстрее и быстрее.

Что, если, как в некоторых теоретических вариантах эволюции темной энергии, расширение будет замедляться, а, в конце концов, полностью остановится, и гравитация заставит Вселенную сжаться? Вселенная может закончиться Большим схлопыванием в далеком будущем.

Если вы возьмете расширяющуюся Вселенную и примените к ней симметрию обращения времени, то получите сжимающуюся Вселенную. Но внутри этой Вселенной гравитация по-прежнему является силой притяжения, и частицы по-прежнему обмениваются энергией и импульсом посредством упругих и неупругих столкновений. Частицы нормальной материи все равно будут терять угловой момент и коллапсировать. Они по-прежнему будут подвергаться атомным и молекулярным переходам и излучать свет и другие формы энергии.

Грубо говоря, все, что вызывает увеличение энтропии сегодня, будет вызывать увеличение энтропии и в сжимающейся Вселенной. Со временем энтропия увеличивается. Насколько нам известно, если бы расширение обратилось вспять, энтропия продолжала бы расти, а время продолжало бы течь вперед. Фактически, самым большим фактором энтропии в нашей Вселенной является существование сверхмассивных черных дыр. За всю историю Вселенной наша энтропия увеличилась примерно на 30 порядков; одна только сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути имеет больше энтропии, чем вся Вселенная всего через 1 секунду после Большого Взрыва!

Насколько нам известно, не только время будет продолжать идти вперед, но и момент, предшествующий Большому сжатию, будет иметь гораздо большую энтропию, чем Вселенная в начале Большого взрыва. Вещество и энергия в этих экстремальных условиях начнут сливаться вместе, поскольку горизонты событий всех сверхмассивных черных дыр начнут перекрываться.