Споры о физике времени

«Что подлинно объяснил Больтцманн — это почему энтропия завтра будет больше, чем сегодня» — заметил Шон Кэрролл (Sean Carroll), физик Калифорнийского института технологий, когда мы сидели в баре отеля вечером второго дня конференции.«Но если бы этим ваши знания ограничивались, вы бы также говорили, что энтропия Вселенной вчера была больше, чем сегодня, потому что все основополагающие динамики совершенно симметричны в отношении времени». Значит, если энтропия строится на основополагающих законах Вселенной, а эти законы неизменно движутся вперед и назад, то она (энтропия) также склонна увеличиваться и в обратном направлении времени. Но никто не верит, что энтропия действует в этом направлении. Разбитые яйца всегда получаются из целых яиц, и никогда не наоборот.

Пытаясь это понять, физики предположили, что при возникновении Вселенной уровень энтропии был очень низок. В рамках этой точки зрения, которую философ физики из Колумбийского университета Дэвид Альберт (David Albert) назвал «гипотезой прошлого» энтропия растет, потому что Большой взрыв произвел Вселенную с исключительно низким уровнем энтропии. Она могла только расти. Гипотеза прошлого подразумевает, что всякий раз, когда мы разбиваем яйцо, мы извлекаем выгоду из событий, произошедших почти 14 миллиардов лет назад.«Что должен объяснить нам Большой взрыв: как возникли целые яйца?» — говорит Кэрролл.

Некоторые физики озабочены гипотезой прошлого больше других. Попытка взять то, что мы не понимаем в сегодняшнем устройстве Вселенной, и объяснить это Большим взрывом, может показаться уходом от ответственности, или заметанием наших проблем под ковер. Каждый раз, как мы ссылаемся к изначальным условиям, «кучка под ковром становится больше» — говорит Марина Кортес (Marina Cortes), космолог из Королевской обсерватории в Эдинбурге и один из организаторов конференции.

Смолину гипотеза прошлого представляется скорее признанием фиаско, а не полезным шагом вперед. Как он говорит в «Сингулярной Вселенной»: «Что надо объяснить — это почему Вселенная даже спустя 13,8 миллиардов лет после Большого взрыва не достигла равновесия, которое по определению является наиболее вероятным состоянием, и что едва ли исчерпывается утверждением, что она зародилась в менее вероятном состоянии, чем нынешнее».

Другие физики, однако, подчеркивают, что разработка теорий, описывающих систему, опираясь на определенные изначальные условия, — в порядке вещей. Теория не должна стремиться к объяснению этих условий.

Некоторые физики считают, что гипотеза прошлого, в отсутствие лучшей, скорее является временным вариантом, нежели окончательным ответом на вопрос. Возможно, если нам повезет, она укажет на более основательное решение. «Многие говорят, что гипотеза прошлого — это просто факт, который ничем невозможно объяснить. Я не исключаю такой возможности» — говорит Кэрролл.«На мой взгляд, гипотеза прошлого — это ключ, который может помочь нам разработать более понятную картину Вселенной».

Альтернативные истоки времени

Можно ли понять стрелу времени, не прибегая к гипотезе прошлого? Некоторые физики утверждают, что гравитация — а не термодинамика — направляет стрелу времени. С этой точки зрения, гравитация приводит к сплочению материи, определяя стрелу времени, направление которой задает увеличение сложности, как говорит Тим Козловски (Tim Koslowski), физик Национального независимого университета города Мехико (он описал эту идею в статье 2014, написанной в соавторстве с британским физиком Джулианом Барбуром (Julian Barbour) и Флавио Меркати (Flavio Mercati), физиком из Периметра). Козловски и его коллеги разработали простые модели вселенных, сделанных из 1000 точечных частиц, испытывающих действие только Ньютонского закона всемирного тяготения, и выяснили, что всегда будет точка наибольшей плотности и минимальной сложности. Как только вы сходите с этой точки — в любом направлении, — сложность увеличивается. Естественно, мы — сложные существа, способные делать наблюдения, — можем развиваться лишь на некотором расстоянии от минимума. Однако, где бы мы ни обнаружили себя в истории Вселенной, мы можем указать эру меньшей сложности и назвать ее прошлым, — говорит Козловски. Модели глобально симметричны во времени, но каждый наблюдатель взаимодействует с локальной стрелой времени. Важно, что низкий стартовый уровень энтропии — это не прибавляемая к модели величина. Скорее, это ее естественное следствие. «Гравитация, по сути, уничтожает необходимость в гипотезе прошлого» — говорит Козловски.

Представление, что время движется более чем в одном направлении и что мы населяем часть космоса с единственной, локально определенной стрелой времени, не ново. Еще в 2004 году Кэрролл и его выпускница Дженнифер Чен (Jennifer Chen) выдвигали схожее предположение, основанное на хаотической теории инфляции, относительно известной модели зарождения Вселенной.