«Чудо противоречит не законам природы, а лишь нашим представлениям о законах природы…»

Аврелий Августин

Впервые выражение «стрела времени» было введено в 1928 г. Эддингтоном в его книге «Природа физического мира». В своей книге Эддингтон прозорливо предсказал конец господства в физике «первичных» (детерминистических) законов и наступление эры «вторичных» (статистических) законов, описывающих необратимые процессы. В том виде, как оно входит в фундаментальные законы физики от классической динамики до теории относительности и квантовой физики, время не содержит в себе различия между прошлым и будущим!

Стрела времени или временная ось -- концепция, описывающая время как прямую (то есть математически одномерный объект), протянутую из прошлого в будущее (или из будущего в прошлое, в контексте философии). Из любых двух отличных точек оси времени одна всегда является будущим относительно другой.

Классическая физика представляет пространство-время как прямое произведение одномерного времени на трёхмерное пространство. Преобразования Галилея всегда сохраняют временную координату. Таким образом, ось времени является прямой, а точки её параметризуются одной временной координатой.

В теории относительности существует лишь частичное упорядочение точек пространства-времени по времени. Относительно двух событий мы не всегда можем сказать, которое лежит в прошлом, а которое в будущем, так что оси времени в привычном смысле нет. События относительно данного делятся на будущие -- на которые можно повлиять, прошлые -- которые на него влияют, и неопределённые -- ни то, ни другое.

В последние десятилетия родилась новая наука -- физика неравновесных процессов, оперирующая такими понятиями, как самоорганизация и диссипативные структуры. До этого стрела времени вошла в физику через такие простые процессы, как диффузия или вязкость, которые, в свою очередь, можно понять, исходя из обратимой во времени динамики. Ныне ситуация иная. Мы знаем, что необратимость приводит ко множеству новых явлений, таких как образование вихрей, колебательные химические реакции или лазерное излучение. Необратимость играет существенную конструктивную роль. Невозможно представить себе жизнь в мире, лишенном взаимосвязей, создаваемых необратимыми процессами. Следовательно, утверждать, будто стрела времени -- «всего лишь феноменология» и обусловлена особенностями нашего описания природы, с научной точки зрения абсурдно. Мы дети стрелы времени, эволюции, но отнюдь не ее создатели.

Парадокс времени ставит перед нами проблему центральной роли «законов природы». Отождествление науки с поиском «законов природы», по-видимому, является самой оригинальной концепцией западной науки. Прототипом универсального закона природы служит закон Ньютона, который кратко можно сформулировать так: ускорение пропорционально силе. Этот закон имеет две фундаментальные особенности. Он детерминистичен, и он обратим во времени.

Понятие «закон природы» заслуживает более подробного анализа. Мы настолько привыкли к нему, что оно воспринимается как нечто само собой разумеющееся. А в отличных взглядах на мир такая концепция «закона природы» отсутствует. По Аристотелю, живые существа не подчиняются никаким законам. Их деятельность обусловлена их собственными автономными внутренними причинами. В Китае господствовало мнение о спонтанной гармонии космоса, своего рода статическом равновесии, связывающем воедино природу, общество и небеса. Немаловажное значение сыграли христианские представления о Боге как о всемогущем Вседержителе, устанавливающем законы для всего сущего.

Подобные теологические воззрения, казалось, полностью подкреплялись открытием динамических законов движения. Теология и наука достигли согласия. Таким образом, открытие неизменяющихся детерминистических законов сближало человеческое знание с божественной, вневременной точкой зрения.

Сложилось устойчивое мнение, что об однонаправленности времени свидетельствуют фундаментальные физические процессы, протекающие в одном направлении. Они якобы и определяют соответствующие стрелы времени. Наиболее часто выделяют три стрелы: термодинамическую, космологическую и волновую. На самом же деле никакой однонаправленный процесс не может определить ход, течение и направленность времени; необходимо четко отделять направленность времени от направленности процессов.

Термодинамическую стрелу связывают со вторым началом термодинамики, которое утверждает, что любая изолированная система всегда стремится к состоянию термодинамического равновесия, в ходе которого энтропия возрастает. Стремление к термодинамическому равновесию имеет универсальный характер и не знает исключений. Отсюда возникает идея, что время течет в том направлении, в котором происходят необратимые физические явления с возрастанием энтропии. Но само второе начало термодинамики является статистическим законом, т.е. требуемое им возрастание энтропии происходит только в среднем, только если не обращать внимания на флуктуации. При точном описании в данной локальной области и на данном отрезке времени энтропия может и уменьшаться, - это отражает конкретные процессы, происходящие в данной системе. Эти процессы (которые и проявляются как флуктуации), как правило, управляются фундаментальными динамическими законами физики, которые инвариантны относительно изменения знака времени, т.е. не могут указывать никакого направления времени. Явления жизни или ставшие ныне модными явления самоорганизации происходят в локальных областях пространства и на ограниченном отрезке времени также с уменьшением энтропии. Таким образом, глобальный второй закон термодинамики никак не определяет течения локальных процессов: мнимая термодинамическая стрела времени никак не ощущается ими.

Поучительно рассмотреть гипотезу Л. Больцмана о возможности таких эпох (“эонов”) в развитии Вселенной, когда энтропия на протяжении больших интервалов времени (космических масштабов) в среднем уменьшается, а не увеличивается, как в нашем теперешнем эоне. В таких эонах термодинамическая стрела времени должна быть направлена в противоположную сторону по сравнению с направлением стрелы в нашем эоне. Однако для того чтобы представление о двух разнонаправленных стрелах времени имело смысл, необходимо ввести некое “сверхвремя”, в котором протекают времена в разных эонах . Это и делает Рейхенбах. Он пишет: «Сверхвремя не имеет направления, но только порядок, однако оно содержит индивидуальные участки, которые обладают направлением, хотя эти направления и изменяются от участка к участку» . По нашему мнению, это “сверхвремя” и есть истинное время, время как универсальная форма движения. Оно действительно не имеет направления (см. ниже). Направление же “стрел времени” на индивидуальных участках отражает направление течения определенных процессов, а вовсе не направление времени.

Майкл КРАЙТОН

СТРЕЛА ВРЕМЕНИ

Это вымышленная история. Сюжет в целом, равно как события, описанные в романе, его действующие лица и места действия являются порождением фантазии автора или же используются условно. Любое возможное совпадение с реально существующими людьми, компаниями или событиями, имевшими место в реальности, является случайным.

Посвящается Тэйлору

Все великие империи будущего будут империями духа.

Уинстон Черчилль, 1953 г.

Если вы не знаете истории, то не знаете ничего.

Эдвард Джонстон, 1990 г.

Меня не интересует будущее. Я интересуюсь будущим будущего.

Роберт Дониджер, 1996 г.

ВВЕДЕНИЕ

Наука в конце столетия

Сто лет назад, на исходе девятнадцатого века, ученые всего мира испытывали чувство глубокого удовлетворения от сознания того, что им удалось создать исчерпывающую картину физического мира. Как выразился физик Алистер Рей: «К концу девятнадцатого столетия казалось, что известны уже все основные фундаментальные принципы, управляющие поведением физической вселенной» [Алистер А. М. Рей. Квантовая физика: иллюзия или реальность? - Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 1994. См. также: Фейнман Ричард. Свойства физического закона. - Cambridge, Mass: MIT Press, 1965. Также: Рей. Квантовая механика. - Bristol, Eng.: Hilger, 1986. - Прим. автора.]. Действительно, многие ученые утверждали, что изучение физики почти закончено и в ней больше не может быть сделано никаких крупных открытий; осталось лишь уточнять детали и вносить в картину завершающие штрихи.

Но вторая половина заключительного десятилетия явила свету несколько прелюбопытнейших сюрпризов. Рентген открыл лучи, проникавшие сквозь человеческую плоть. Поскольку их природу не удалось объяснить, он назвал их Х-лучами. Два месяца спустя Анри Беккерель случайно обнаружил, что кусок урановой руды испускает некое излучение, засвечивающее фотографические пластинки. А в 1897 году был открыт электрон - носитель электричества.

И все же физики сохраняли спокойствие, уверенные в том, что существующая теория уже в ближайшее время найдет объяснение для всех этих аномалий. Никто не решился бы предсказать тогда, что не далее чем через какие-нибудь пять лет их самодовольное представление о мире самым бесстыдным образом претерпит головокружительное изменение, в результате коего возникнет совершенно новая концепция вселенной и появятся ни на что не похожие технологии, благодаря которым повседневная жизнь на протяжении двадцатого столетия будет меняться самым невообразимым образом.

Если бы вы в 1899 году решились сказать какому-нибудь физику, что спустя сто лет можно будет при помощи висящих в небесах спутников Земли передать в каждый дом движущиеся изображения; что бомбы невообразимой мощности станут угрожать существованию всего человеческого рода; что антибиотики помогут преодолеть инфекционные заболевания, но болезни перейдут в контрнаступление; что женщины получат избирательное право и пилюли для контроля рождаемости; что самолеты, способные взлетать и приземляться без помощи человека, будут ежечасно поднимать в воздух миллионы людей; что можно будет пересечь Атлантику со скоростью две тысячи миль в час; что люди совершат путешествие на Луну, а потом утратят к ней интерес; что в микроскопы можно будет разглядеть отдельные атомы; что люди станут носить с собой телефоны весом в несколько унций [Унция - 28,35 г (прим. перев.)] и разговаривать со всем миром без проводов и что большая часть этих чудес станет возможной благодаря устройствам размером с почтовую марку, построенным на основе новой теории, именуемой квантовой механикой, - если бы вы сказали все это, то выслушавший подобные бредни физик почти наверняка объявил бы вас сумасшедшим.

Почти ни одно из этих явлений не могло быть предсказано в 1899 году, потому что общепризнанная в то время научная теория утверждала, что подобное невозможно. А для тех немногочисленных явлений, которые невозможными не считались, таких, например, как самолет, нельзя было предположить массового применения. Нетрудно представить себе один самолет, но десять тысяч самолетов, одновременно находящихся в воздухе, не могло бы себе позволить никакое воображение.

Так что можно с полным основанием утверждать, что на пороге двадцатого столетия даже наиболее информированные ученые не имели ни малейшего понятия о том, что ожидает человечество впереди.

* * *

Сейчас, когда мы стоим на пороге двадцать первого века, ситуация странным образом повторяется. Физики опять полагают, что физический мир получил исчерпывающее объяснение и в ближайшем будущем не может быть никаких революций. Наученные прошлой историей, они больше не выражают это мнение публично, но все равно думают имен" но так. Некоторые знатоки пошли еще дальше и принялись доказывать, что наука - как отрасль человеческой деятельности - выполнила свою функцию и ей больше нечего открывать. [Хорган Джон. Конец науки. - New York: Addison-Wesley, 1996. См. также: Стент Гюнтер. Парадоксы прогресса. - New York: U.H. Freeman, 1978. - Прим. автора.] Но подобно тому, как в последние годы девятнадцатого столетия появились намеки на то, чего можно ожидать впереди, так и на исходе двадцатого века можно заметить кое-какие указания на возможные серьезные перемены в будущем. Одно из наиболее важных - это интерес к так называемой «квантовой технологии». Он проявляется в том, что на множестве различных направлений ведется усиленная работа по созданию новой технологии, использующей фундаментальные свойства субатомной структуры и обещающей в корне изменить наши представления о соотношении возможного и невозможного.

Квантовая технология решительно опровергает соображения здравого смысла по поводу того, как функционирует этот мир. Она предсказывает появление мира, где компьютеры не надо включать. Где предметы можно обнаружить, не глядя на них. Где невообразимо мощный компьютер может быть построен из одной-единственной молекулы. Где информация немедленно передается из одной точки в другую безо всяких проводов или сетей. Где для исследования отдаленных объектов не требуется контакта с ними. Где компьютеры проводят свои вычисления на просторах других вселенных. Где телепортация - «Передай меня по лучу, Скотти» - является самым обыденным явлением и находит многообразное применение.

В 90-е годы исследования в области квантовой технологии начали приносить результаты. В 1995-м квантовые сверхзащищенные сообщения были переданы на расстояние восьми миль, а это позволяет предположить, что в наступающем столетии будет построен квантовый Интернет. В Лос-Аламосе физики измерили толщину человеческого волоса при помощи излучения лазера, которое на самом деле не направляли на волос, но только могли направить. Этот невероятный «противофактический» результат обозначил возникновение новой области внеконтактного исследования, которое было названо «обнаружением вслепую».

А в 1998 году в трех лабораториях, находившихся в разных концах мира - Инсбруке, Риме и Калифорнийском технологическом институте, - демонстрировался эксперимент по квантовой телепортации [Боумеестер Дик и др. Экспериментальная квантовая телепортация. - Nature 390 (11 Dec. 1997): 575-9. - Прим. автора.]. Физик Джефф Кимбл, лидер команды КалифорТеха, заявил, что квантовую телепортацию можно использовать для материальных тел: «Квантовое состояние одного предмета может быть транспортировано другому предмету… Мы считаем, что знаем, как это сделать» [Фокс Мэгги. Изучение телепортации призраков делает будущее ближе. - Reuters, 22 Oct. 1998. Джеффри Р. Кимбл - см: Фурусава А. и др. Безусловная квантовая телепортация. - Science 282 (23 Oct. 1998). - Прим. автора.]. Кимбл в порядке предположения очень кратко упомянул о том, что они могли бы телепортировать человека, но на сегодня кто-нибудь мог бы реально попробовать проделать это с бактерией.

Эти квантовые курьезы, бросающие вызов логике и здравому смыслу, пока что удостоились весьма небольшого внимания публики, но оно еще усилится. Существуют мнения, согласно которым в первые десятилетия нового века большинство физиков во всем мире будут работать над теми или иными аспектами квантовой технологии [Уильямс Колин П. и Клеаруотер Скотт X. Исследования в области квантовых вычислительных приборов. New York: Springer-Verlag, 1998. См. также: Милберн Джерард Дж. Машины Шредингера. - New York: W. H. Freeman, 1997; Процессор Фейнмана - Reading Mass.: Perseus, 1998.].

* * *

И поэтому неудивительно, что к середине 90-х годов несколько корпораций предприняли исследования в области квантовой физики. В 1991-м была основана компания «Квантовые приборы Фуджицу». В 1993-м группу квантовых исследований под руководством Чарльза Беннетта сформировала «Ай-Би-Эм» [Беннетт Ч.Х. и др. Телепортация неизвестного квантового состояния по дуальным классическим каналам и каналам Эйнштейна-Подольски-Розена. - Physical Review Letters 70 (1993): 1895. - Прим. автора.]. Их примеру последовали такие компании, как «Эй-Ти-Ти» и другие, например, университет КалифорТех, правительственные организации наподобие Лос-Аламоса и исследовательский центр расположенной в Нью-Мексико корпорации под названием «Эм-Тэ-Ка». Находящийся всего лишь в часе езды от Лос-Аламоса центр МТК в первой половине десятилетия смог добиться замечательных успехов. Действительно, теперь стало ясно, что МТК оказалась первой компанией, которой в 1998 году удалось найти практическое применение для передовой квантовой технологии.

Если оглянуться назад, то станет видно, что МТК смогла захватить лидерство в драматической борьбе за новую технологию благодаря сложившейся комбинации специфических обстоятельств и значительной доли везения. Хотя компания неизменно заявляла, что использование ее открытий абсолютно безопасно, так называемая «корректировочная» экспедиция смогла со всей очевидностью показать, что опасность существует. Два человека погибли, один исчез, а еще несколько перенесли серьезные заболевания. Можно со всей определенностью утверждать, что для молодых аспирантов, участвовавших в экспедиции, эта новая квантовая технология, предвестница двадцать первого века, оказалась вовсе не безопасной.

* * *

Типичный эпизод из истории «частных» войн произошел в 1357 году. Сэр Оливер де Ванн, благородный и достойный английский рыцарь, захватил города Кастельгард и Ла-Рок, стоявшие на реке Дордонь. По общему мнению, этот самозваный владетель правил воистину справедливо и был любим людьми. В апреле земли сэра Оливера были захвачены буйной ордой из двух тысяч бригандов, рыцарей-грабителей под командованием Арно де Серволя, лишенного духовного сана монаха, носившего прозвище Архипастырь. Спалив дотла Кастельгард, Серволь снес близлежащий монастырь Сен-Мер, убил всех монахов и разрушил знаменитую водяную мельницу на Дордони. Затем Серволь погнался за сэром Оливером к крепости Ла-Рок, где произошло ужасное сражение.

Оливер умело и доблестно защищал свой замок. Современные источники относят эффективность действий Оливера на счет его военного советника Эдуарда де Джонса. Об этом человеке мало что известно доподлинно; зато его биография окружена легендами в духе Мерлина, так, например, считалось, что он мог исчезнуть во вспышке света. Летописец Одрейм утверждает, что Джонс прибыл из Оксфорда, но другие источники считают его миланцем. Поскольку он путешествовал с группой молодых помощников, то, вероятнее всего, Джонс являлся странствующим мудрецом, нанимавшимся к тем, кто оплачивал его услуги. Он был искушен в использовании пороха и артиллерии - новых для того времени технологий…

В конце концов Оливер все же потерял свой неприступный замок: некий шпион открыл вход, позволив солдатам Архипастыря войти в твердыню. Такие предательства были типичны для сложных интриг тех времен.

Из книги «Столетняя война во Франции» М. Д. Бэйкса, 1996 г

Никто из тех, кого квантовая теория не потрясает до глубины души, не понимает ее.

Нильс Бор, 1927г.

Квантовую теорию не понимает никто.

Ричард Фейнман, 1967г.

Не нужно было пытаться срезать дорогу.

Дэн Бэйкер вздрогнул, когда его новенький седан «Мерседес S500» подпрыгнул на грунтовой дороге, уходившей в глубь резервации индейцев-навахо в Северной Аризоне. Окружающий пейзаж приобретал все больше черт пустыни: вдали на востоке краснели месас , на запад, сколько хватало глаз, простиралась плоская выжженная равнина. Получасом ранее они миновали деревню - пыльные дома, церковь и маленькая школа, прижавшиеся к голой скале, - но с тех пор не видели вообще ничего. Только безжизненную красную пустыню. В течение часа они не встретили ни одного автомобиля. Наступил полдень, и солнце взирало на них прямо из зенита. Бэйкер, сорокалетний подрядчик-строитель из Финикса, начал ощущать себя неуютно. Тем более что его жена, архитектор, была одной из тех артистических натур, которые никогда не думают о таких прозаических вещах, как бензин и вода. Бак его автомобиля был наполовину пуст. А мотор понемногу начал перегреваться.

Лиз, - обратился он к жене, - ты уверена, что мы едем правильно?

Сидевшая рядом с ним жена водила пальцем по карте, прослеживая маршрут.

Это должна быть та самая дорога, - ответила она. - В путеводителе сказано, что нужно проехать четыре мили после поворота на Корасoн-каньон.

Но мы проехали Корасон-каньон двадцать минут назад. Мы, вероятно, не заметили его и проскочили мимо.

Как мы могли не заметить здание фактории? - осведомилась жена.

Не знаю. - Бэйкер не отрывал взгляда от дороги. - Но здесь нет ничего. Ты уверена, что действительно хочешь попасть туда? Я имею в виду, что мы можем найти знаменитые ковры навахо в Сидоне. В Сидоне продаются любые ковры.

В Сидоне нет подлинных изделий, - фыркнула она.

Конечно же, они подлинные, дорогая. Ковер это и есть ковер.

Плетеный.

Ладно, - вздохнул он, - плетеный.

А это не одно и то же, - продолжала Лиз. - Магазины Сидоны набиты барахлом для туристов, и ковры там акриловые, а не шерстяные. Я хочу настоящий плетеный ковер, а они продают их только в резервации. А может быть, в фактории найдется старый «сэндпейнтинг» из тех, которые начиная с двадцатых годов плетет Хостин Клах. И я хочу его.

Хорошо, Лиз. - Бэйкер вообще не мог понять, зачем им еще один плетеный ковер работы навахо У них и так уже было две дюжины. Лиз разложила их по всему дому. И еще несколько штук спрятала в шкафах.

Дальше они ехали в молчании. Дорогу впереди покрывала мерцающая горячая дымка, из-за которой казалось, что машина вот-вот нырнет в серебряное озеро. А еще на дороге и вдоль нее появлялись миражи, изображавшие здания или людей, но они неизменно исчезали, стоило подъехать поближе.

Дэн Бэйкер снова вздохнул.

Наверно, мы все-таки проскочили мимо.

Давай проедем еще несколько миль, - предложила она.

Сколько конкретно?

Не знаю Еще несколько.

Сколько, Лиз? Давай решим, насколько далеко мы зайдем в поисках этой штуки.

Еще десять минут, - предложила она.

Ладно, - согласился Дэн, - десять минут.

Он взглянул на указатель топлива, и в это мгновение Лиз резким движением закрыла рот рукой и воскликнула:

Бэйкер вновь уставился на дорогу. Как раз вовремя, чтобы увидеть промелькнувшую фигуру - человек в коричневому обочины - и услышать громкий удар с той же стороны.

О боже! - воскликнула она. - Мы сшибли его!

Мы сшибли этого парня.

Ничего подобного. Мы наскочили на выбоину.

В зеркале заднего вида Бэйкер видел, что человек все так же стоит на обочине. Но автомобиль двигался дальше, и фигура в коричневом быстро тонула в облаке пыли.

Мы не могли сбить его, - сказал Бэйкер. - Он все еще стоит.

Дэн. Мы задели его. Я видела это собственными глазами.

Я так не думаю, дорогая.

Бэйкер снова взглянул в зеркало заднего вида. Но теперь в нем не было видно ничего, кроме облака пыли позади автомобиля.

Будет лучше, если мы вернемся, - сказала жена.

Бэйкер был почти уверен в том, что его жена ошибается и они не задели человека, стоявшего около дороги. Но если они все же зацепили его, - пусть он даже получил самую легкую травму: ушиб головы или царапину, - это будет означать очень серьезную задержку в их поездке. Они, конечно, не смогут дотемна добраться до Финикса. Любой, кто мог встретиться в этих местах, без всякого сомнения, был индейцем-навахо, а они должны были доставить его в больницу или по крайней мере в ближайший крупный город. Это был Галлап, куда они совершенно не намеревались ехать…

Мне казалось, что ты хочешь вернуться.

Тогда давай вернемся.

Я просто не хочу никаких проблем, Лиз.

Дэн, я не верю тебе.

Он вздохнул и затормозил.

Ладно, я разворачиваюсь. Разворачиваюсь.

Он осторожно, стараясь не попасть в красный песок по сторонам дороги, где можно было бы застрять, развернул машину и направился обратно по той самой дороге, по которой они приехали сюда.

О, Иисусе.

Бэйкер резко нажал на тормоз и выскочил в облако пыли, поднятое его собственным автомобилем. От жары, почти физически ударившей ему в лицо и моментально забравшейся под одежду, он задохнулся. "Должно быть, все 120 градусов [Примерно 49 °С]", - подумал он.

Когда пыль улеглась, он разглядел лежавшего на обочине человека. Тот пытался приподняться, опираясь на локоть. Парню, если его можно так назвать, было лет семьдесят, он был бородатым, имел заметную лысину и весь дрожал. Кожа у него была бледной, и он совсем не походил на навахо. Коричневая одежда смахивала на длинный халат. «Может быть, он священник», - подумал Бэйкер.

С вами все в порядке? - спросил Бэйкер, помогая человеку принять сидячее положение на пыльной дороге.

Старик закашлялся.

Да, со мной все нормально.

Вы не хотите подняться? - Бэйкер испытывал большое облегчение, так как не видел у старика никаких следов крови.

Подождите минуту.

Бэйкер осмотрелся.

Где ваш автомобиль? - поинтересовался он.

Человек снова закашлялся. С трудом подняв голову на слабой шее, он окинул взглядом пыльную проселочную дорогу.

Дэн, мне кажется, что он травмирован, - сказала Лиз из автомобиля.

Похоже, - согласился Бэйкер.

Старикан вроде бы совершенно ничего не соображал. Бэйкер снова огляделся кругом: со всех сторон простиралась плоская пустыня, сливавшаяся на недалеком горизонте с мерцающим туманом.

Никакого автомобиля. Ничего.

Интересно, как он сюда попал? - проговорил вслух Бэйкер.

Вот что, - заявила Лиз, - мы должны отвезти его в больницу.

Бэйкер подхватил незнакомца под мышки и помог ему подняться на ноги. Одежда человека была тяжелой, сделанной из какого-то материала, напоминавшего войлок, но старик не потел от жары. Больше того, его тело показалось при прикосновении прохладным, почти холодным.

Пока они пересекали дорогу, старикан тяжело навалился на Бэйкера. Лиз открыла заднюю дверцу.

Я могу идти, - с трудом выговорил старик, - могу говорить.

Вот и прекрасно, - похвалил Бэйкер, помогая ему устроиться на заднем сиденье.

Человек лег на кожаное сиденье, скорчившись в позе эмбриона. Под своим халатом он носил обычную одежду: джинсы, клетчатую рубашку. Дверь за собой он закрыл, и Лиз вернулась на переднее сиденье. Бэйкер растерянно топтался около машины на жаре. Каким образом старикан мог оказаться здесь в полном одиночестве? Как он мог не вспотеть в своем одеянии?

Можно было подумать, что он только что вышел из автомобиля.

«Возможно, он сидел за рулем, - подумал Бэйкер. - Возможно, он заснул. Возможно, его автомобиль сбился с дороги и попал в аварию. Возможно, в автомобиле находился кто-то еще, и этот кто-то угнал машину…»

Он услышал, что старикан бормочет:

Оставить и взвесить. Потом вернуться, сразу же разобраться, как…

Бэйкер пересек дорогу, чтобы взглянуть на то место, где недавно находился странный человек. Он переступил через очень большую выбоину, подумал было, что ее стоит показать жене, но потом решил не делать этого.

Рядом с дорогой он не увидел никаких следов шин, зато ясно разглядел отчетливые следы старика на песке. Следы уходили от дороги в пустыню. На расстоянии примерно тридцать ярдов Бэйкер заметил сухое русло, небольшой овраг, уходивший вдаль. Следы, казалось, шли оттуда.

Он пошел по следам до оврага, постоял на краю и заглянул вниз. Там не было никакого автомобиля. Он увидел только змею, скользившую меж камней подальше от него, и содрогнулся.

В нескольких футах от его ног, внизу, на солнце ярко сверкнуло что-то белое. Бэйкер, старательно балансируя на каменистом склоне, спустился, чтобы взглянуть вблизи. Предмет оказался кусочком белой керамики, размером примерно с квадратный дюйм, похожим на электрический изолятор. Бэйкер поднял его и с удивлением обнаружил, что квадратик оказался прохладным на ощупь. Вероятно, это был один из тех новых материалов, которые не поглощают тепла.

Артуром Эддингтоном было введено некое понятие "стрел времени". Это понятие - весьма иллюзорно, однако оно как нельзя лучше определяет ту разницу между временем, как физической величиной и нашим её восприятием.

Прежде, чем говорить об этом, следует понимать, что время - это универсальная величина, которой подчинено всё в нашей галактике. Мы даже измеряем время используя приборы или явления, которые основаны на этом же самом эффекте, будь то обычные механические часы или какой-нибудь хитроумный атомный хронометр, использующий квантовый дискриминатор и цезний-133.

Время, это состояние материи, некая невидимая капсула, в которую заключена вся наша вселенная. Находясь внутри этой капсулы сложно судить о её природе, однако можно строить разные теории или, по крайней мере, предположения о возможной природе этого явления.

Мы привыкли воспринимать время, как некую психологическую стрелу , то есть, как нашу собственную память о том, что происходило в нашем прошлом. Это именно стрела, по скольку она имеет ясно обозначенное направление: мы помним только прошлое, но не способны его изменить, и не помним своё будущее, хотя способны на него повлиять.

Эта стрела, по-видимому, является уникальной для каждого из нас, так как она основывается на нашем и только нашем восприятии информации. Однако, вместе с тем, допустимо говорить о некой общей психологической стреле времени, так как мы живём в общей вселенной и наше прошлое так же является общим.

По мимо этой стрелы, имеется и более определённая термодинамическая стрела времени, которая указывает направления возрастания энтропии во вселенной. Энтропия, как известно, возрастает всегда, по этому в настоящий момент направление психологической и термодинамической стрел совпадают.

Различают так же космологическую стрелу времени, то есть направление расширения вселенной. Она так же совпадает с психологической и термодинамической стрелами, однако, если теория о Большом Сжатии Вселенной окажется верна, эта стрела, в будущем, может изменить направление. Что, в этом случае произойдёт с термодинамической стрелой времени и, уж тем более, психологической, это большой вопрос.

Всё дело в том, что направление термодинамической стрелы охраняет некий дракон, называемый "второй закон термодинамики", который утверждает, что энтропия , то мера беспорядка системы, не может уменьшаться со временем. В данном случае имеется в виду именно термодинамическая стрела времени. Не мало попыток было предпринято в истории человечества сломать этот закон, но все они окончились неудачей. В частности, этот закон гарантирует невозможность построения машины, именуемой вечным двигателем.

Возможно, что наша психологическая стрела времени совпадает с термодинамической именно по той же самой причине - мы весьма поднаторели в вопросах использования энтропии для извлечения некой локальной выгоды для себя. Мы поглощаем пищу и извлекаем из неё энергию в процессе переработки. Мы сжигаем древесину с целью извлечь из неё тепло, которое помогает нам приготовить ту пищу, которую мы поглощаем. Мы даже научились расщеплять атомы.

Иногда мы способны уменьшить энтропию в одном небольшом месте вселенной, выплавляя железо, строя дома, возделывая почву и сажая деревья. Но этот процесс всегда происходит за счёт того, что мы повысили энтропию где-то в другом месте, причём так, что полная энтропия системы всегда увеличится в результате наших действий.

Но что произойдёт с термодинамической и, как следствие, с психологической стрелой в результате Большого Сжатия? Не окажется ли так, что во время этого процесса энтропия начнёт... уменьшаться?

Какое место это оставляет нам, построившим свою цивилизацию на нашей способности управлять энтропией? Да, в условиях, когда атомы стремятся занять более упорядоченную, и, как следствие, более высокоэнергетическую структуру, нам откроется доступ к бесконечной и бесплатной энергии. Но что насчёт нашего тела, которое само извлекает энергию для себя за счёт энтропии? Сможем ли мы переварить пищу? Сможем ли мы расщепить атом?

Можно, конечно, сделать допущение, что, во время Большого Сжатия, то есть процесса уменьшения энтропии Вселенной и возврата её в первоначальное состояние до Большого Взрыва, будут существовать локальные участки вселенной, где энтропия всё так же будет увеличиваться. Может быть мы, даже, будем способны создавать подобные места. В этом случае локальное направление термодинамической, и, вместе с ней, нашей локальной психологической стрелы времени останется неизменным.

Однако, в целом, из того, что мы знаем о вселенной, Большое Сжатие кажется мне весьма маловероятным. Даже если допустить возможность такого процесса, для того, что бы Вселенная существовала вечно, в точку начальной сингулярности должно вернуться всё. Каждая единица информации, каждый квант испущенной и рассеянной энергии должны вернуться туда, от куда они вышли. В противном случае вселенная на каждой итерации теряла бы некую часть своей энергии. А это означает, во-первых, что история вселенной не начиналось бы с Большого Взрыва, Большой Взрыв и Больше Сжатие были бы просто этапами жизни вселенной. И, хотя такая вселенная не нарушала бы второго начала термодинамики, то есть её энтропия бы увеличивалась постоянно, одновременно с этим, это бы означало то, что такая вселенная не могла бы существовать вечно. Рано или поздно рассеянным оказалось бы всё!

Однако, если не Большое Сжатие то что? Возможен ли другой ответ на вопрос о том, как заканчивается вселенная. Как ни странно - возможен и далее я постараюсь об этом рассказать.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

• Введение
• 2. Физические «стрелы времени»
• 2.1 Термодинамическая стрела времени
• 2.2 Космологическая стрела времени
• 2.3 Волновая стрела времени
• 3. Эволюционная «стрела времени»
• 5. Принцип причинности
• Заключение
• С писок использованной литературы

Введение

То, что на сегодняшний день нам известно о строении Вселенной, позволяет считать, что ее энергия утекает не безвозвратно. Рано или поздно процесс поглощения вещества "черными дырами" может прекратиться, и тогда начнется обратный процесс - выход энергии и вещества наружу. Быть может, начиная с этого момента, и время потечет вспять?

Правда, весь предыдущий опыт человечества пока говорит о том, что большинство события и явлений, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, не обладают обратимостью: человек может только стареть, разбитая чашка никогда уже не станет целой, молоко, разлившееся из опрокинутой бутылки, никогда не соберется в нее вновь...

Однако многие явления обладают обратимостью: автомобиль может проехать сначала в одну сторону, а потом вернуться, день сменяется ночью, а потом снова приходит день, все молекулы участвуют в беспорядочном броуновском движении... Откуда возникает необратимость, если законы движения обратимы?

Вопрос непростой. О нем не случайно говорят как о парадоксе обратимости.

В данной работе обратимся к понятиям стрелы времени и причинности.

1. Существует ли «стрела времени»?

Представления о направленности и необратимости времени, определяющие понятие «стрелы времени» , имеют всеобщее распространение в физической и особенно в философской литературе. Вот типичное высказывание: «Наше обыденное (и научное) представление о времени прежде всего и главным образом ассоциируется с его необратимостью… Это главнейший признак-доминанта, определяющий «лицо» понятия времени. Отсюда и традиционное в истории научно-философской мысли отождествление сущности феномена времени с необратимостью» . Представление о потоке времени пронизывает всю многовековую историю философии времени начиная с античности. Приведем только немногие цитаты из философских трактатов последних десятилетий.

Б. Рассел : «Более правильная картина мира получится, если мы изобразим время как поток, в который входят вещи из лежащего вовне вечного мира» . Г. Рейхенбах : «Наиболее очевидным свойством времени» является то, что оно «не статично, оно движется» . Это позволяет Рейхенбаху даже дать «определение «Время движется от прошлого к будущему». Я.Ф. Аскин : «Течение времени выражает смысл времени как формы последовательного существования вещей и событий» . Представители точных наук говорят то же самое. Д. Рюэль : «Поток времени - это неотъемлемый аспект нашего восприятия мира» . А.Д. Чернин : «Течение времени - это особое свойство времени, очевидное для всех" . "Бег времени необратим». Цитирование таких высказываний можно было бы продолжать неограниченно. Поэтому нельзя не согласиться с В.П. Казарян, которая подытоживает свой обзор словами: «Думается, что большинство мыслителей прошлого и настоящего согласны в том, что одним из наиболее специфических свойств времени является его течение от прошлого к будущему» .

Когда говорят: «время течет от прошлого к будущему, прошлое никогда не повторяется», - то что собственно имеют при этом в виду? Ведь время как такое не есть предмет нашего восприятия; наука, исследуя объективные закономерности природы, изучает также не время, а движение, изменение вещей, т.е. поведение материальных процессов во времени. Поэтому когда говорят, что «прошлое никогда не повторяется», подразумевают, что не повторяются события, ситуации, которые были в прошлом, т.е. речь идет о некоторых материальных процессах, а вовсе не о времени. И легко проследить, что всегда, когда говорят о течении времени, подразумевают течение некоторых процессов. Очевидным фактом являются изменение, движение, становление материальных (или духовных - о которых мы здесь для определенности не будем говорить) феноменов, и время есть универсальный язык для выражения этого фундаментального факта. Поэтому, «строго говоря, выражение «время течет, проходит, наступает» неточно. Все сущее (в своем явном, поверхностном слое) «течет, проходит, наступает» во времени; или, еще точнее, эту форму последовательного, текучего наступающего и преходящего бытия мы называем временем» . Иными словами, время есть универсальная форма существования материального мира. Эту известную формулировку мы считаем адекватной. Любые изменения, любые процессы происходят во времени. И было бы ошибкой переносить на время свойства тех или иных процессов, даже если они кажутся нам универсальными. Именно эта ошибка делается, когда времени приписывается свойство асимметрии, анизотропии, необратимости - и вообще когда говорится о «потоке» или «течении» времени.

Не разделяя свойства времени как такого и временные свойства материальных процессов, невозможно серьезно обсуждать философские проблемы времени. Именно это разделение мы намереваемся проследить в данной статье при рассмотрении аргументов, на основе которых делаются заключения о существовании «стрелы времени». Наше рассмотрение по необходимости будет весьма конспективным, оно лишь намечает направление рассуждений.

2. Физические «стрелы времени»

Сложилось устойчивое мнение, что об однонаправленности времени свидетельствуют фундаментальные физические процессы, протекающие в одном направлении. Они якобы и определяют соответствующие стрелы времени. Наиболее часто выделяют три стрелы: термодинамическую, космологическую и волновую. На примере анализа указанных стрел мы хотим показать: никакой однонаправленный процесс не может определить ход, течение и направленность времени; необходимо четко отделять направленность времени от направленности процессов.

2.1 Термодинамическая стрела времени

Эту стрелу связывают со вторым началом термодинамики, которое утверждает, что любая изолированная система всегда стремится к состоянию термодинамического равновесия, в ходе которого энтропия возрастает. Стремление к термодинамическому равновесию имеет универсальный характер и не знает исключений. Отсюда возникает идея, что время течет в том направлении, в котором происходят необратимые физические явления с возрастанием энтропии.

Очень простое опровержение такого подхода предложил А.Д. Чернин. Ход его рассуждений таков. Рассмотрим обычные маятниковые механические часы, висящие на стене. Качание маятника - это обратимое и периодическое явление с точностью до трения в подвесе и о воздух. Хотя наличие трения делает это явление необратимым, часы показывают время вовсе не потому, что имеется трение; наоборот, часы тем точнее указывают время, чем меньше в них трения. Идеальные часы - это часы, в которых вовсе отсутствует трение. Следовательно, необратимые явления в самих часах или вокруг них вовсе не при чем. Если течение времени определяется движением Вселенной (или каких-либо больших макроскопических систем) к тепловому равновесию, то часы должны были бы как-то его чувствовать. Для этого требуется какое-то постоянное физическое воздействие на часы, которое непрерывно сообщало бы им, что происходит со Вселенной. Однако современная физика ничего не знает о такого рода процессах. Значит, время, которое показывают часы, не имеет никакого отношения к глобальным процессам во Вселенной.

Это рассуждение является частным случаем общего методологического принципа локальности физических явлений (который можно рассматривать как переформулировку принципа близкодействия): все явления, происходящие в конечной области пространства, определяются силами и полями, действующими в этой области и не зависят от того, что происходит в других областях пространства, не взаимодействующих (в течение рассматриваемого интервала времени) с данной. Поэтому поведение часов, равно как и любого локального процесса, не может зависеть от роста энтропии в других местах и во Вселенной в целом.

Заметим, что само второе начало термодинамики является статистическим законом, т.е. требуемое им возрастание энтропии происходит только в среднем, только если не обращать внимания на флуктуации. При точном описании в данной локальной области и на данном отрезке времени энтропия может и уменьшаться, - это отражает конкретные процессы, происходящие в данной системе. Эти процессы (которые и проявляются как флуктуации), как правило, управляются фундаментальными динамическими законами физики, которые инвариантны относительно изменения знака времени, т.е. не могут указывать никакого направления времени. Явления жизни или ставшие ныне модными явления самоорганизации происходят в локальных областях пространства и на ограниченном отрезке времени также с уменьшением энтропии. Таким образом, глобальный второй закон термодинамики никак не определяет течения локальных процессов: мнимая термодинамическая стрела времени никак не ощущается ими.

Поучительно рассмотреть гипотезу Л. Больцмана о возможности таких эпох («эонов») в развитии Вселенной, когда энтропия на протяжении больших интервалов времени (космических масштабов) в среднем уменьшается, а не увеличивается, как в нашем теперешнем эоне. В таких эонах термодинамическая стрела времени должна быть направлена в противоположную сторону по сравнению с направлением стрелы в нашем эоне. Однако для того чтобы представление о двух разнонаправленных стрелах времени имело смысл, необходимо ввести некое «сверхвремя», в котором протекают времена в разных эонах. Это и делает Рейхенбах. Он пишет: «Сверхвремя не имеет направления, но только порядок, однако оно содержит индивидуальные участки, которые обладают направлением, хотя эти направления и изменяются от участка к участку». По нашему мнению, это «сверхвремя» и есть истинное время, время как универсальная форма движения. Оно действительно не имеет направления (см. ниже). Направление же «стрел времени» на индивидуальных участках отражает направление течения определенных процессов, а вовсе не направление времени.

2.2 Космологическая стрела времени

Расширение Вселенной имеет всеобщий, всемирный характер, и, казалось бы, лучшего процесса для обоснования направленности времени подобрать нельзя. Тем не менее существуют серьезные препятствия для этого. Действительно, расширение Вселенной проявляется во взаимном удалении галактик и их скоплений друг от друга. Но это отнюдь не означает всеобщего растяжения всех расстояний и длин в мире. Размеры всех тел во Вселенной не возрастают со временем, - они никак не ощущают движения галактик. Общее космологическое расширение представляет собой далекий фон пространственно-временной метрики, который совершенно не сказывается на свойствах пространства и времени в масштабах звезд, планет или тел, находящихся на поверхности Земли. То, что это так, строго доказано А. Эйнштейном методами общей теории относительности в 1945 г.. «Свойства мира планет такие же, как если бы не существовало ни космического расширения, ни кривизны», - заключает Эйнштейн. Эта теорема является опять-таки частным случаем принципа локальности физических явлений. Поэтому против космологической стрелы справедливы возражения того же рода, что и против термодинамической. Если бы космологическое расширение определяло стрелу времени, то должно было бы существовать какое-то физическое воздействие на часы в конкретной локальной области, которое непрерывно сообщало бы им, что происходит со Вселенной. Но такого воздействия, как показал Эйнштейн, не существует. Следовательно, можно сделать вывод, что космологическая стрела не может служить основанием для представления о направленности времени.

Опыт показывает, что в настоящее время Вселенная расширяется. Однако отнюдь не обязательно, что это расширение будет продолжаться всегда. В релятивистской космологии существуют модели, в которых расширение Вселенной в какой-то момент ее эволюции сменится сжатием. Что же, при этом стрела времени изменит свое направление и время потечет вспять? Конечно, нет. Сжатие будет происходить в том же времени, в каком происходило расширение. Здесь снова речь идет об изменении направления процесса эволюции Вселенной, но вовсе не времени, в котором происходит эта эволюция. «Если бы стрела времени сменила направление, то в сжимающейся Вселенной лучи света, например, вместо того чтобы излучаться звездами и уходить в мировое пространство, входили бы в звезды и т.д. Это явно бессмысленно» .

2.3 Волновая стрела времени

Эта стрела связывается с необратимым процессом испускания волн каким-либо источником. Например, свет, испущенный звездой в пустое пространство («во Вселенную»), конечно, никогда не вернется назад к звезде. Или в более простом примере, предложенном Поппером: когда мы бросаем камень в воду, от него по поверхности водоема идут расходящиеся волны; но мы никогда не увидим, чтобы от берегов водоема пошли нарастающие волны, сомкнувшиеся в одной точке. Таким образом, распространение волн - это необратимый процесс, и с ним якобы можно связать стрелу времени. Ходячая интерпретация этих явлений заключается в том, что их связывают с диссипацией энергии и возрастанием энтропии, что и объясняет их необратимость, которая не следует из законов механики или электродинамики, симметричных по отношению к изменению знака времени; поэтому испускание волн определяет стрелу времени, направление которой совпадает с термодинамической стрелой.

Это рассуждение убедительно опроверг К. Поппер. Он указал, что «хотя стрела времени не подразумевается фундаментальными уравнениями, она тем не менее характеризует большинство решений» этих уравнений - из-за необратимости начальных условий. Процесс распространения волн «теор е тически обратим - в том смысле, что физическая теория позволяет указать условия, которые обратили бы процесс, и в то же самое время он причинно необратим - в том смысле, что причинно невозможно реализовать требуемые условия». Таким образом, наблюдаемая здесь необратимость возникает не в результате необратимости законов природы, а вследствие такой организации процесса, которая исключает его обратимость (расходящиеся волны, возникшие при бросании камня, не могут сойтись обратно). Наряду с такими процессами и рядом с ними мы можем организовать полностью обратимые процессы, например последовательное испускание и поглощение волн атомами, находящимися в фокусах эллипсоидального зеркала (также пример Поппера). Поэтому с процессами распространения волн никак нельзя связать универсальную стрелу времени.

3. Эволюционная « стрела времени »

Три обсуждавшиеся выше стрелы времени основаны на физических закономерностях. Можно было бы назвать еще несколько физических явлений, которые можно связывать со стрелой времени (например, Р. Пенроуз насчитывает семь таких стрел). Однако это не даст ничего нового, ибо аргументация в пользу стрелы времени при рассмотрении этих процессов страдает тем же недостатком, что и при обсуждении трех предыдущих: вместо «течения времени» рассматривается течение физических процессов. Но имеются другие, нефизические явления, которые, казалось бы, с неоспоримостью указывают на существование стрелы времени. Рассмотрим для примера эволюционную стрелу времени, которая связана с эволюцией биологических организмов.

Явления жизни представляют собой истинно необратимый процесс. Живой организм рождается, развивается и умирает, и никто никогда не наблюдал, чтобы после смерти организм оживал, молодел и возвращался в семя или утробу. Когда говорят, что прошлое никогда не возвращается, то, конечно, имеют в виду в первую очередь эти жизненные явления. Молодость, увы, не возвращается, и это все очень хорошо знают. Поэтому кажется весьма убедительным, что развитие организмов задает положительное направление стрелы времени.

Однако и это рассуждение столь же некорректно, как и все предыдущие. В нем направленность времени снова связывается с некоторым необратимым процессом, и здесь неважно, что необратимость эволюции более очевидна, чем необратимость некоторых других физических процессов. Да, неоспоримо, что жизнь протекает в одном направлении. Да, здесь особенно хорошо видно, что прошлое никогда не возвращается. Но прошлое никогда не возвращается и в обратимых процессах, - этим свойством обладает не только жизнь, это свойство любого движения. Движение есть смена одного состояния системы другим, и эта смена происходит всегда в одном направлении для всех без исключения процессов: старые состояния сменяются новыми состояниями, старые остаются в прошлом, новые открывают будущее, причем прошлое и будущее - одно и то же для всех процессов. Обратимость движения (в обратимых процессах) - это лишь свойство симметрии данного типа движения. Математически это свойство выражается в инвариантности закона движения при обращении знака переменной t , которой описывается время (его можно назвать номологической обратимостью). Истинно необратимые процессы не обладают такой номологической обратимостью. Но здесь всюду речь идет о свойствах тех или иных процессов, но не об обратимости времени. Аристотель удачно сказал, что «время есть нечто, исчисляемое в движении, когда мы в последнем обращаем внимание на «до» и «после»». И все дело в том, что во всех конкретных движениях эти «до» и «после» одинаково следуют друг за другом: все движения происходят в одном направлении.

Рассмотрим типичный номологически обратимый процесс - колебание маятника в пренебрежении трением, т.е. идеальные часы. Характер движения здесь симметричен относительно прошлого и будущего. Но тот факт, что характер движения не изменяется при обращении времени (точнее, при замене t на -t , которую можно произвести только на бумаге или в уме), не означает, что можно заставить часы тикать назад, - число тиканий часов всегда увеличивается. Разумеется, если бы во Вселенной существовали только одни часы, то понятия «до» и «после» были бы относительными. Но кроме нашего маятника существуют и другие объекты, находящиеся в движении. Пока тикают часы, живые организмы растут и умирают. Протекание жизненных процессов, равно как и движение любых объектов (обратимое или необратимое), - все происходит в том направлении, в котором растет число тиканий часов. Точнее, понятия «до» и «после» одинаковы для всех движений во Вселенной; невозможно поменять их местами для одного из движений, оставив прежний порядок для других. Это свойство движения и делает возможным введение универсальной категории времени, в котором исчисляются все движения, имеющие место во Вселенной. В этом смысле во Вселенной действительно есть универсальный поток: все изменяется, все течет в едином потоке движения. Но протекает именно все , протекают субъекты движения, а не время, которое есть универсальный язык для исчисления движения.

4. Однонаправленность и беззначность времени

Итак, можно говорить об универсальном потоке, в который вовлечено все движущееся, и это движение однонаправленно, так что смысл понятий «до» и «после» одинаков для всех движений. Казалось бы, тем самым наконец найдено направление стрелы времени: универсальное направление движения и определяет положительный знак времени. Однако такой вывод безоснователен. Бессмысленно приписывать знак направлению времени, которое в принципе невозможно изменить. Число, которым мы описываем время (число тиканий любых часов), всегда увеличивается и никогда не может уменьшаться. Это означает, что время однонаправленно . В этом (и только в этом) смысле можно говорить о «потоке времени», о «течении времени». Но бессмысленно спрашивать, в каком направлении (положительном или отрицательном) «течет» время. Понятие «стрелы времени» имело бы смысл, если бы время с равным (логическим) основанием могло бы либо увеличиваться, либо уменьшаться; тогда положительному направлению изменения можно было бы приписать знак «плюс», а отрицательному - «минус». Но время как исчисленное движение всегда увеличивается. Поэтому бессмысленно говорить о направлении «течения времени» и, следовательно, о «стреле времени». Существует не «стрела времени», а «стрелы процессов»: мы можем приписать протеканию процесса положительный или отрицательный знак в зависимости от того, увеличивается или уменьшается во времени величина, описывающая некоторое свойство процесса. Знак протеканию процесса можно приписать потому, что этот процесс происходит во времени. Само же время протекать не может (если понимать слово «протекание» в буквальном, а не в переносном смысле).

Итак, важнейшим свойством времени является однонаправленность. Но о знаке направления «течения времени» говорить не имеет смысла. Направлению «течения времени» невозможно приписать знака. Но это означает, что и само время нужно считать беззначной величиной. Идея беззначности времени, по-видимому, впервые была выдвинута А.В. Шубниковым . Поскольку концепция Шубникова осталась незамеченной , уместно повторить его аргументацию. Он отмечает, что существует большая категория беззначных величин. Ясно, например, что число любых предметов не может быть отрицательным, но именно в силу этой ясности оно не может быть и положительным. Абсолютную температуру в физике обычно относят к сущ е ственно положительным величинам, тем самым давая повод думать, что могут существовать какие-то никому не известные существенно отрицательные величины. Такие величины нужно назвать беззначными, так как они не являются ни положительными, ни отрицательными. К категории беззначных относится много физических величин: не имеют знака частота колебаний, длина волны, масса, электрическая емкость и т.д. Категория беззначных величин, существовавшая в античности, исчезла в современной математике, оказавшись поглощенной понятием положительных чисел. Это приводит к путанице понятий, и проблема «стрелы времени» есть яркий пример такой путаницы.

Время принадлежит как раз к категории беззначных величин. Вообще говоря, беззначные величины (например, масса или емкость конденсатора) могут как увеличиваться, так и уменьшаться. Принципиальное отличие времени от всех беззначных величин заключается в том, что оно - в силу своей однонаправленности - всегда увеличивается и никогда не может уменьшаться.

Однонаправленность и следующая из нее беззначность являются фундаментальными свойствами времени, адекватно выражающими интуитивное представление о потоке или течении времени. Другие свойства, обычно приписываемые времени в связи со «стрелой времени» - асимметрия, t _неинвариантность и необратимость, - относятся не ко времени, а к описанию событий и процессов. Этот вопрос хорошо проанализировал М.Бунге. Кратко повторим его выводы. То, что называют асимметрией или анизотропией времени, - это свойство ориентированности временнуго отношения раньше-позже между двумя событиями, заключающееся в нечетности функции, описывающей это отношение. «Обращение времени», т.е. изменение знака переменной t в физических законах, - это чисто математический прием, не имеющий никакого отношения к философской категории времени. В философском смысле слова «время, как величина беззначная, изменять свой знак не может даже в нашем воображении». Смысловое поле переменных в математической формулировке законов физики может быть шире смыслового поля физических величин и философских категорий. Такое расширение является типичным при применении математики, и, конечно, не только к физике; оно оказывается очень полезным для выяснения логической структуры количественных закономерностей.

В некоторых задачах теоретической физики полезным является введение мнимого времени , но это, конечно, только математический трюк, показывающий интересные свойства математизированных моделей действительности. Инвариантность многих законов физики относительно замены знака переменной t вскрывает важное свойство симметрии математической формы этих законов, но «это не есть ни свойство времени, ни свойство каких-либо процессов. Это не есть инверсия «потока» времени (хотя бы потому, что нет такого потока)… Прямой и обратный (инвертированный по t ) процессы протекают вперед во времени». Что касается необратимости, то это свойство некоторых процессов, но не их законов и, тем более, не свойство времени.

В рассмотренных выше рассуждениях, пытающихся обосновать существование «стрелы времени» исходя из свойств каких-либо процессов, ложной является сама постановка вопроса о направлении течения времени. Это и объясняет, между прочим, почему всегда удается найти конкретные возражения против них. «Выражаясь метафорически, природа говорит нам, что время «течет», но не говорит, в какую сторону. Лучше сказать: время не имеет стрелы в себе самом. Стрелы должны мыслиться во всех процессах, а не в каком-либо из свойств процессов».

5. Принцип причинности

Принцип причинности является одним из фундаментальных физических законов.

В классической физике это утверждение означает, что любое событие произошедшее в момент времени может повлиять на событие произошедшее в момент времени только при условии:

Классическая физика предполагает скорость распространения взаимодействий (скорость света) бесконечной. При учёте релятивистских эффектов принцип причинности (ПП) должен быть модифицирован, поскольку время становится относительным - взаимное расположение событий во времени может зависеть от выбранной системы отсчёта. В релятивистской физике ПП утверждает, что любое событие произошедшее в точке пространства-времени может повлиять на событие произошедшее в точке пространства-времени только при условии:

где с - предельная скорость распространения взаимодействий, равная, согласно современным представлениям, скорости света в вакууме.

Иными словами, интервал между событиями A и B должен быть времениподобен (событие A предшествует событию B в любой системе отсчёта). Таким образом, событие B причинно связано с событием A (являясь его следствием), только если оно находится в области абсолютно будущих событий светового конуса с вершиной в событии A. Если два события A и В разделены пространственноподобным интервалом (т. е. ни одно из них не находится внутри светового конуса с вершиной в другом событии), то их последовательность может быть изменена на противоположную простым выбором системы отсчёта (СО): если в одной СО то в другой СО может оказаться, что Это не противоречит принципу причинности, потому что ни одно из этих событий не может влиять на другое.

Важно отметить, что даже при отсутствии причинного влияния одного события A на другое B эти события могут быть скоррелированными причинным влиянием на них третьего события C, находящегося в пересечении областей абсолютного прошлого для А и B: при этом интервалы СА и СВ времениподобны, АВ - пространственноподобен. Так, фазовая скорость электромагнитной волны может превышать скорость света в вакууме, в результате чего колебания поля в точках пространства-времени, разделённых пространственноподобным интервалом, оказываются скоррелированными. В квантовой механике состояния квантовых систем, разделённых пространственноподобным интервалом, также не обязаны быть независимыми. Однако эти примеры не противоречат ПП, поскольку подобные эффекты невозможно использовать для сверхсветовой передачи взаимодействия. Можно сказать, что ПП запрещает передачу информации со сверхсветовой скоростью.

ПП - эмпирически установленный принцип, универсальность которого неопровержима на сегодняшний день.

Заключение

Время - это такая форма существования, которая позволяет различать «раньше» и «позже», прошлое и будущее. Как количественная величина время есть число движения, причем число, которым выражается время, может только увеличиваться. В этом и заключается основное свойство времени - его однонаправленность, которую в обиходе неудачно называют «потоком» или «течением» времени. Бессмысленно спрашивать о направлении «потока» времени, ибо время - в силу своей однонаправленности - «течет» всегда в одну сторону и это направление невозможно изменить. Поэтому ни один из физических, биологических или иных процессов не может указать направление «течения» времени (которое вообще не существует). Напротив, направление протекания процессов может быть изменено, но и прямой, и обращенный процесс протекают «вперед» в одном и том же времени.

Список использованной литературы

1. Турсунов А. Направление времени: новые аспекты старой проблемы // Вопросы философии. - 1975. - № 3. С. 72.

2. Рассел Б. Мистицизм и логика // Рассел Б. Почему я не христианин. - М.: Политиздат, 1987. - С. 52.

3. Рейхенбах Г. Направление времени. - М.: Иностр. Лит., 1962. - С. 35.

4. Аскин Я.Ф. Направление времени и временная структура процессов / Пространство. Время. Движение. - М.: Наука, 1971. - С. 57.

5. Рюэль Д. Случайность и хаос. - Ижевск: РХД, 2001. - С. 29.

6. Чернин А.Д. Физика времени. - М., 1987. - С. 15.

7. Казарян В.П. Понятие времени в структуре научного знания. - М., 1980. - С. 73.

8. Франк С.Л. Мысли в страшные дни // Франк С. Непрочитанное… - М., 2001. - С. 368.

9. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. - М.: Наука, 1975.

10. Шубников А.В. Проблема диссимметрии материальных объектов. - М.: Изд-во АН СССР, 1961.

11. Никитин Е.Е., Питаевский Л.П. Мнимое время и метод Ландау вычисления квазиклассических матричных элементов // Успехи физических наук. - 1993.

Подобные документы

Пространственно-временные отношения. Понятие необратимости физических процессов и времени. Необратимость времени означает и единственность его направления. Эмпирические обоснования направления времени, термодинамические и статистические процессы.

реферат , добавлен 29.03.2009


Изучение эволюции взглядов на понятие времени в различных картинах мира. Характеристика времени - неотъемлемой составляющей бытия. Особенности и этапы развития учений о "стреле времени" - понятия, определяющего однонаправленность и необратимость времени.

презентация , добавлен 09.08.2010


О времени и его измерении. Биологические предпосылки времени. Теоцентрическая модель пространства и времени. Классические интерпретации пространства и времени. Первая физическая теория времени в "Началах" Ньютона. Ньютоново отношение к времени.

реферат , добавлен 01.03.2009


Обобщение философских теорий времени от самых древних времен до наших лет. Анализ понятия времени Платоном, Аристотелем, Суаресом, Спинозой, Ньютоном, Эйнштейном. Возрождение реалистической метафизики в XIX в. Вечное и длительное, как два вида сущего.

реферат , добавлен 02.12.2011


Историчность человеческого сознания, определяемого духом времени и его инвариантность (устойчивость к ходу времени). Смысл и значение исторического времени, диалектика прошлого, настоящего и будущего в нем. Типы переживания времени в прошлых эпохах.

реферат , добавлен 16.03.2010


Концептуальные положения модели динамического времени. Методологическая сложность модельной реализации концепции динамического времени. Разработка и анализ вопроса "Что такое время?". Исследование проблемы функционального биологического времени.

реферат , добавлен 19.09.2008


Исследование биографии и публикаций Дэвида Юма, его теорий и рассуждений относительно причинности. Характеристика способа соединения перцепций в области психики. Обзор индуктивного обоснования знания и каузального перехода в нем от настоящего к будущему.

реферат , добавлен 06.02.2012


Объективный и субъективный познавательный статус философских категорий пространства и времени. Субстанциальная и реляционная концепции отношения пространства и времени к субстанции. Характеристика основных свойств понятий пространства и времени.

эссе , добавлен 02.10.2011


Субстанциальная и реляционная концепции пространства и времени. Основные свойства пространства и времени. Критика идеалистических и метафизических концепций пространства и времени. Концепция множественности не физических форм пространства и времени.

реферат , добавлен 19.04.2011


Общее представление про понятие времени. Сущность понятия "настоящее". Внутреннее и внешнее время: результаты исследования по механическим и биологическим часам. Основные способы определения чувства времени. Способы воздействия на чувство времени.

Актуальность

Время - неотъемлемая составляющая нашего бытия. Включение времени в галилеевскую механику ознаменовало рождение новой науки. Основная тема нашего реферата – проблема стрелы времени.

Стрела времени

Метафорическое обозначение направления времени

Концепция, описывающая время как прямую (т.е. математически одномерный объект), протянутую из прошлого в будущее. Из любых двух несовпадающих точек оси времени одна всегда является будущим относительно другой.

Английский астрофизик Фрейд Хойл высказал мысль о связи направления времени с направлением процесса увеличения расстояния между галактиками.

Фрейд Хойл
(1915-2001)

Для характеристики однонаправленности и необратимости времени английский астрофизик А. Эддингтон ввел понятие, «стрела времени».

А.Эддингтон

По мнению А. Эддингтона, Ф. Хойла и некоторых других «стрела времени» существует, потому что Вселенная расширяется. Если в будущем расширение сменится сжатием, то, по мнению этих ученых, изменится и направление «стрелы времени».

Загадкой является тот факт, что все три «стрелы» направлены в сегодняшней Вселенной в одну сторону.

С. Хоукинг в недавно вышедшей книге «Краткая история времени» обсудил эту проблему, и мы приведем здесь некоторые его соображения.

Стивен Уильям Хокинг
(1942- н.в.)

Эволюционно выделяют три стрелы времени:

Термодинамическая стрела, указывающая то направление времени, в котором возрастает энтропия или беспорядок;

Космологическая стрела времени, в направлении которой происходит расширение Вселенной;

Психологическая стрела или направление времени, соответствующее нашему ощущению непреклонного хода времени, направление накопления поступающей информации.

Космологическая стрела времени определяет направление эволюции нестационарной, неравновесной Вселенной.

Однако расширение Вселенной, о котором свидетельствует т.н. “красное смещение” спектральных линий в излучении удаляющихся друг от друга галактик («разбегания» галактик) не означает расширения в каждом месте , иначе расширялись бы размеры тел, а этого не наблюдается. А поскольку нет этого общего физического влияния, разбегание галактик или расширения Вселенной не может влиять на ход времени в элементарных процессах. Связь с расширением Вселенной может определять только «космологическую шкалу времени ».

Термодинамическая стрела указывает направление времени в сторону увеличения энтропии Больцмана, т. е. в направлении самопроизвольного роста беспорядка в изолированных системах.

В термодинамике подчёркивается выделенность направления времени (неравноценность прошлого и будущего). Во всех процессах существует выделенное направление, в котором процессы идут сами собой от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному. Чем больше порядок системы, тем сложнее восстановить его из беспорядка. Несравненно проще разбить стекло, чем изготовить новое и вставить его в раму.

«Гораздо проще убить живое существо, чем возвратить его к жизни, если вообще возможно. Бог сотворил маленькую букашку. Если ты её раздавишь, она умрёт.» - такой эпиграф поставил американский биохимик Сент Дьерди к своей книге

Психологическая стрела определяет направление стрелы времени в наших собственных ощущениях прошлого и будущего. На мой взгляд, это довольно зыбкое понятие. Конечно, мы отличаем вчера от сегодня и сегодня от завтра, помним, что-то из прошлого нашей жизни.

«Всему свое время, и время всякой вещи под небом: время рождаться, и время умирать; время насаждать,- и время вырывать посаженное; время убивать, и время врачевать; время разрушать, и время строить; время плакать, и время смеяться; время сетовать, и время плясать; время разбрасывать камни, и время собирать камни; время обнимать, и время уклоняться от объятий; время искать, и время терять; время сберегать и время бросать; время раздирать, и время сшивать; время молчать, и время говорить; время любить, и время ненавидеть; время войне, и время миру

(Книга «Экклезиаста»)

Совпадение направления космологической, термолинамической и психологической стрел времени

С. Хоукинг в недавно вышедшей книге «Краткая история времени» обсудил эту проблему, и мы приведем здесь некоторые его соображения.

она всегда указывает в направлении увеличения беспорядка, ибо путей к увеличению беспорядка всегда несравненно больше, чем ведущих к упорядочению. Поэтому с гораздо большей вероятностью увеличивается «хаос», чем наступает порядок.

Психологическая стрела времени

«Направление времени, - пишет С. Хоукинг, - в котором компьютер запоминает прошлое, совпадает с направлением, в котором возрастает беспорядок.

любые человеческие существа, которые наблюдали бы чашки, жили бы во Вселенной, в которой беспорядок уменьшается со временем...

Такие существа имели бы «психологическую стрелу времени», направленную вспять.

Это означает, что они помнили бы события будущего и не помнили бы события в их прошлом.

В момент, когда чашка разбита, они помнили бы ее стоящей на столе, но в момент, когда она была на столе, они не помнили бы ее находящейся на полу.

Итак, «психологическая» и «термодинамическая» стрелы времени должны совпадать.

По теории С.Хокинга

направление космологической стрелы совпадает с направлением двух упомянутых. Но возможно, что так будет не всегда. Если плотность материи во Вселенной превышает критическое значение, то в будущем наступит момент, когда расширение сменится сжатием. В этот момент сменит свое направление и «космологическая стрела времени», а две остальные по-прежнему будут указывать то же направление. И между тремя стрелами времени наступит рассогласование.

Благодарю за внимание!