#RisingLifePress: FABRIC OF THE COSMOS - part 2/4 : The Illusion of Time (Brian Greene) (English)

В повседневной жизни нам кажется, что время течёт одинаково во Вселенной. Нам кажется, что существует только настоящее, прошлое уже не существует, будущего ещё нет. Нам кажется, что разные наблюдатели в разных системах координат могут прийти к согласию о том, какие события произошли одновременно. Нам кажется, что время похоже на бурлящую реку, всегда текущую из прошлого в будущее (стрела времени). Но так ли это на самом деле? Что об этом говорит наука?

Ниже есть продолжение.

Исаак Ньютон в своём описании классической механики не даёт определение времени, считая его фундаментальным и интуитивно понятным понятием. В частности в классической механике время абсолютно, оно одинаково течёт во всех точках во Вселенной.

Из частной теории относительности, в частности из определения метрики Минковского следует неравномерность течения времени. В ролике это поясняется следующими двумя аналогиями. Допустим, мы едем строго на север со скоростью 100 км/ч. Т.е. за 1 час двигаясь с этой скоростью мы будем на 100 км ближе к северу. Теперь, предположим, что мы едем на северо-восток с той же скоростью 100 км/ч. Очевидно, что через 1 час мы будем ближе к северу на расстояние меньшее, чем 100 км (ведь мы движемся не только на север, но и на восток). Теперь представим, что на лавочке сидит человек. Относительно него мы не движемся. Но во времени мы продолжаем движение, однако вся наша "скорость" в пространстве-времени уходит на движение во времени. Теперь, представим, что мы начинаем двигаться в сторону человека на лавке. Часть нашего "движения во времени" будет "перенаправлено" в движение в пространстве, т.е. наше движение во времени замедлится. При земных скоростях такое замедление едва заметно, но оно есть. Так в октябре 1971 года Дж. Хафеле и Ричард Китинг дважды облетели вокруг света, сначала на восток, затем на запад, с четырьмя комплектами цезиевых атомных часов, после чего сравнили "путешествовавшие" часы с часами, остававшимися в Военно-морской обсерватории США.

Согласно общей теории относительности, в игру вступает ещё один эффект: небольшое уменьшение (по абсолютной величине) гравитационного потенциала с ростом высоты опять-таки ускоряет ход часов. Из этого следует, что те, кто живут на высоких этажах и на нижних этажах для них время течёт несколько по-разному.

Опубликованные результаты эксперимента были совместимы с предсказаниями теории относительности, и было отмечено, что наблюдавшиеся положительные и отрицательные разности хода часов с высокой доверительной вероятностью отличаются от нуля.

В настоящее время такие релятивистские эффекты входят в расчеты, используемые для спутниковых глобальных систем позиционирования — действующих американской GPS и российской ГЛОНАСС и разрабатываемой европейской системы Galileo.

Представим себе теперь следующую картину: где-то в удалённой от нас на ~10 млрд. лет галактике находится инопланетянин. Он не подвижный относительно Земли. Как мы видели выше, это значит что для него и для нас время течёт с одинаковой скоростью, в частности то, что одновременно для нас, будет являться одновременным и для него, то, что для мы считаем произошло на Земле 200 лет назад и по его часам произошло 200 лет назад, то, что произойдёт на Земле через 200 лет и ему придётся ждать 200 лет до этого. Теперь представим, что он начал удаляться от Земли. Как было показано выше, время для него стало течь иначе. Теперь его "сейчас" это то, что было на Земле 200 лет назад, именно это происходит "одновременно" для него. Таким образом, мы не можем считать понятие одновременности хорошо определённым.

Релятивистский эффект от замедления (собственного) времени из-за сильного гравитационного поля может быть использован для путешествия во времени в будущее. Для этого нужно всего лишь направить звездолёт к ближайшей чёрной дыре, выйти на её орбиту на некоторое время и вернутся назад. Для путешественниками, по его собственному времени, могут пройти всего пару лет, тогда как на Земле пройдут столетия.

Можно ли путешествовать в прошлое? Оказывается, на него нет никакого запрета, т.е. не существует закона физики, который бы нарушался при таком путешествии. С другой стороны, отсутствие таких путешественников в нашей повседневной жизни, является индикацией того, что на практике это не возможно, хотя, повторюсь ещё раз, теоретически этого исключить нельзя.

Всё дело в том, что законы классической механике являются симметричными относительности того течёт ли время от настоящего к будущему (как мы привыкли) или от настоящего к прошлому. В скобках замечу, что имеем место более общая CPT-инвариантность. Таким образом если мы возьмём стакан вина и бросим его на пол - он разобьётся. При этом уровень "беспорядка", энтропии, возрастёт (был один цельный стакан-стало множество осколков). Если же теперь взять и всем осколкам поменять скорости на противоположные и "пустить время вспять" как при перемотке видео назад, то мы увидим как из осколков вновь возникает стакан. Как было сказано выше, законам классической механики это не противоречит. Так почему же мы не наблюдаем этого на практике?

Ответ на это, как будто, даёт второе начало термодинамики - энтропия изолированной системы не может уменьшаться, т.е. "мера беспорядка" либо не меняется либо растёт. В примере со стаканом выше, энтропия растёт когда мы разбиваем стакан и время течёт с настоящего в будущее и энтропия уменьшается когда мы "перематываем" обратно. Кажется, будто бы процесс неуменьшения энтропии и создаёт стрелу времени, направленную из прошлого (через настоящие) в будущее. Однако, с этим объяснением есть проблема. Дело в том что, т.к. в классической механике нет различия между прошлым и будущем, энтропия должна возрастать не только двигаясь из настоящего в будущее, но и при движении из настоящего в прошлое. Однако, это полнейшая бессмыслица. Это тоже самое, что сказать, что энтропия должна возрастать в любое направление, в которое мы посмотрим.

Как же может быть так, что наше интуитивное понимание времени настолько отличается от законов физики? Что мы упустили из виду? Дело в том, что в дополнении к уравнению, задающему закон природы, для предсказание поведения объекта нужно знать также начальные и граничные условия, задающее его поведение в начальный момент времени или на границе рассматриваемой области соответственно. Таким образом, рождение стрелы времени следует искать в момент Большого Взрыва.


Состояние Вселенной в момент Большого Взрыва было очень упорядоченным (энтропия была низкой). Возможно, энтропия была минимальной за всю историю Вселенной. Таким образом, всё что было после этого имело более высокую энтропию (была менее упорядочена). Большой Взрыв даёт нам причину почему Вселенная выглядит иначе если мы смотрим в будущее, чем в прошлое, более того, когда мы смотрим в прошлое нашей Вселенная она должна быть более упорядоченной. Почему в момент Большого Взрыва энтропия была низкой? Мы не знаем...Мы только знаем, что был такой момент в прошлом, когда у Вселенной было начало, и в тот момент энтропия была низкой. Таким образом, наша лучшее объяснение состоит в том, что стрела времени зародилась в момент Большого Взрыва. Наша Вселенная зародилась с очень необычно упорядоченного состояния. Из этого, в конечном счёте, следует, что у времени, кажется, есть направление.