Пространство, время и движение. Величайшие идеи Вселенной - Кэрролл Шон

Никто не верит, что это правда. Фундаментальная симметрия между прошлым и будущим нарушается граничным условием, которое распространяется на историю Вселенной или, по крайней мере, на ее видимую часть и предполагает очень низкую начальную энтропию.

Наша Вселенная расширяется. Примерно 14 миллиардов лет назад все, что мы видим сейчас, было сжато в очень горячее, очень плотное, быстро расширяющееся тело. Лучшая теория современной науки (общая теория относительности Эйнштейна) позволяет, экстраполируя развитие Вселенной в прошлое, говорить о наличии «сингулярности» бесконечной плотности, с маркировкой «Большой взрыв». Это утверждение верно не потому, что такая сингулярность действительно существовала, а потому, что сама теория перестает работать. Когда-нибудь мы лучше поймем гравитацию и расширяющуюся Вселенную, и это, надеюсь, позволит нам выяснить, что же произошло в тот момент, который мы называем Большим взрывом.

Пока же мы можем порадовать себя лишь тем, что можем сказать, что было сразу после него. Об этот нам многое говорят и теория, и наблюдения. Вселенная состояла из горячей, плотной плазмы, равномерно распределенной по всему пространству.

По аналогии с газом в баллоне можно сказать, что в таком состоянии материя имеет максимальную энтропию. Однако Вселенная в целом, огромная и массивная, ведет себя совсем не так, как газ. Решающее значение приобретает гравитация, которая нарушает равномерное распределение: собирает материю в одних областях и опустошает другие. Именно так и происходило миллиарды лет: из равномерного состояния формировались звезды, галактики и скопления. При этом энтропия возрастала. При наличии сильной гравитации частицам проще образовывать сгустки, чем равномерно распределяться. Поэтому в любом начальном состоянии, если каким-то случайным образом выбрать его из числа возможных, Вселенная имеет неимоверно меньшую энтропию, чем в будущих.

Мы не знаем, почему Вселенная начала существование с низкоэнтропийного состояния, в котором гораздо меньше микросостояний, чем при высокой энтропии. Такое состояние должно быть чем-то обусловлено. Этот вопрос изучает космология, которую мы пока что оставим в стороне.

Важно то, что Вселенная, за которой мы наблюдаем, действительно развивалась из состояния с низкой энтропией, которая с тех пор постоянно растет. Именно этим мы и обязаны существованию времени. Рядом с Землей для нас существует стрела пространства. Точно так же рядом (если так можно сказать) с Большим взрывом существует стрела времени.

Ученым еще многое предстоит объяснить. Стрела времени проявляется в памяти, старении, причинности и многом другом. Мы говорим о «термодинамической» стреле времени, предполагаем, что именно в ней первооснова всех этих аспектов, но мы не показали этого на практике. Такие вопросы все еще остаются загадкой для исследователей.

Презентизм, этернализм, поссибилизм

На нарисованной нами картине мира стрела времени не обусловлена фундаментальными законами физики. Она является эпифеноменом — побочным продуктом того, что Вселенная началась в состоянии с низкой энтропией и постоянно стремится ее повысить. Направленность или течение времени не является частью фундаментальной архитектуры реальности, которая не делает различий ни между движением в прошлое или будущее, ни между разными моментами времени.

Здесь уместно заметить: с этим согласны не все. Рассказанная нами история, вероятно, ближе всего к «стандартной» точке зрения ученых и философов, которые размышляли о таких вещах. Однако она не является общепринятой. Физика здесь довольно хорошо изучена, но есть альтернативные философские взгляды. Если они окажутся верными, это когда-нибудь улучшит понимание физики. Поэтому следует их рассмотреть.

Снова встает вопрос в том, что следует считать «реальным». Когда мы говорили о пространстве, мы сравнивали две идеи: о том, что пространство — это отдельная субстанция сама по себе, и о том, что оно — лишь способ организации отношений между объектами. В любом случае нет оснований считать, что какие-то части пространства реальны, а другие — нет. При разговоре о времени такие основания выходят на первый план. Традиционно принято считать реальным только текущий момент времени, «настоящее»: прошлое уже прошло, а будущее еще не наступило. По сравнению с настоящим они нереальны.

Мнение о том, что реально лишь настоящее, называется презентизмом [13], что и понятно. Противоположный ему взгляд — этернализм [14], сторонники которого говорят, что все моменты времени одинаково реальны, то есть рассматривают блочную вселенную, весь четырехмерный блок пространства-времени. Именно с этой точки зрения мы исходили в некоторых рассуждениях выше.

Презентизм и этернализм — не единственные варианты. Среди тех, кто склонен к презентизму, есть и такие, кто размышляет о разности между прошлым и будущим. Прошлое изменить нельзя, но есть уверенность в том, что наши поступки в настоящем могут повлиять на будущее. Отсюда возникает третья заманчивая точка зрения: поссибилизм [15], или теория «растущего настоящего». Поссибилисты считают реальными и прошлое, и настоящее, но отказывают в этом будущему.

Не предлагая окончательных решений в споре между этими взглядами, можно признать, что каждый из них по-своему разумно обоснован. Презентизм ближе всего к нашему интуитивному, донаучному взгляду на мир. Этерналисты знают законы физики, видят, что они обратимы и сохраняют информацию, не наделяют настоящее каким-то особым статусом. Поэтому, говорят они, мы должны считать прошлое, настоящее и будущее равнозначными. Действительно, нам кажется, что время течет, а настоящее более реально, чем другие моменты времени. Но это следствие стрелы времени, которая сама является следствием роста энтропии.

На это презентисты покачают головой и посетуют, что их друзья-этерналисты из кожи лезут в попытках объяснить то, что находится прямо перед носом. Не проще ли, спросят они, объяснить течение времени, предположив, что время и вправду течет? Что время — это процесс изменения, а не всего лишь координата в четырехмерной реальности, которую мы едва ли себе представляем? Что реально лишь настоящее? Согласны, скажут поссибилисты, но если уж мы принимаем всерьез наше восприятие мира, давайте не будем столь близоруки и не будем ставить будущее и прошлое в равные условия.

Бытие и становление

Все эти споры тянутся в наше время из древности. Презентизм можно увидеть в трудах Гераклита, греческого философа, который подчеркивал превосходство изменения. Нельзя дважды войти в одну и ту же реку, ведь каждый раз это будет другая река. Более этерналистский взгляд появился немного позже у Парменида, который размышлял о вечной и бесконечной Вселенной. Иными словами, Парменид ставил во главу угла бытие, а Гераклит — его становление.

Различие между бытием и становлением отражается не только в противопоставлении презентизма и этернализма, но и в нашем понимании самих законов природы. Согласно одной из философских школ, они лишь удобный способ обобщения всего, что происходит в мире. Можно представить себе, как сложно описывать вселенную, перечисляя происходящее в каждый отдельный момент времени. Гораздо проще (хотя и все равно ужасающе сложно) сказать, что происходит в какой-то один момент, и заявить, что все остальные моменты связаны с ним законами природы. Такая точка зрения — юмеанство — получила название в честь шотландского философа Дэвида Юма, хотя не совсем понятно, можно ли считать юмеанцем его самого.

Альтернативная теория — антиюмеанство — также имеет много приверженцев, хотя ни один знаменитый философ не отстаивал ее настолько громко, чтобы дать ей свое имя [16]. Антиюмеанцы считают, что законы природы не просто описывают мир, но действуют, поддерживая его существование с течением времени. Они — не просто сторонние наблюдатели, но существуют помимо Вселенной, ответственны за нее в ее нынешнем виде.