Механика машины времени - Олег Фейгин

Такую картину мира иногда сравнивают с кинолентой: каждый ее кадр существовал и до того, как увеличенным попал на экран, но зритель-то видит его именно в этот и только в этот момент. На каждом кадре – одна из многих тысяч групп изображений, составляющих кинофильм, но существует каждый кадр отдельно.

Однако тут сами слова «прошлое» и «будущее» утрачивают свой привычный смысл: ведь прошлым мы называем ушедшее, исчезнувшее, будущим – то, что появится. А чтобы разобраться в порядке событий во времени, нужно только установить их последовательность друг относительно друга – одно из них случилось раньше другого, но позже третьего.

Модель на основе противоположных взглядов составляет динамическую модель времени, и большинство из нас в обыденной жизни твердо ее придерживается, зная, что прошлого уже нет (хотя оно скрыто в настоящем, которое выросло из прошлого), а будущего еще нет (хотя оно в том же настоящем заложено). В динамической модели прямо говорится о прошлом, настоящем и будущем, события не сосуществуют, а сменяют друг друга, возможное становится действительностью, реальность текуча, мир движется и развивается. Но в этой модели также есть свои трудности и логические противоречия.

Статическая и динамическая модели времени спорят друг с другом очень давно. Еще Платон находил, что для нашего земного мира справедлива динамическая концепция; а в божественном и вечном «мире идей» время соответствует статической модели. В начале прошлого столетия, с появлением теории относительности, интерес к статической модели снова возрос.

Десятки крупных философов отстаивали важность одной концепции и выводимость из нее другой. Но и не меньше было число высоких авторитетов, которые придерживались прямо противоположного мнения. Пока еще ни одной из моделей времени не удалось одержать убедительной победы. Сейчас бесполезно делать какие-либо прогнозы, но безусловно правы физики, утверждающие, что реальное время в окружающей действительности взаимосвязано с масштабом рассматриваемых явлений, и ни одна его модель не исчерпывает себя полностью.

В свое время Нильс Бор полагал, что утверждения, противоположные действительно глубоким истинам, – тоже глубокие истины. Подтверждением словам Бора может служить введенный в физике принцип корпускулярно-волнового дуализма, в соответствии с которым один и тот же микрообъект может быть описан по-разному, и как волна и как частица. А что касается статической и динамической моделей времени, то они в сущности противоположны, но их можно рассматривать как взаимодополняющие.

В философии времени есть еще пара противоборствующих моделей. Одна из них основана на концепции субстанциональной, а другая – на реляционной. В субстанциональной модели время – особая сущность, «субстанция», некий поток, который несет все, что есть в мире, причем существует независимо от вещей.

Пространство и время как особые сущности выступают, например, в картине мира, созданной Ньютоном. Здесь они образуют сцену, на которой разыгрываются физические явления; причем точно так же, как сцена остается на месте и после ухода актеров, так пространство и время должны сохраниться в классическом мире и в случае полного исчезновения материи. На это обращал особое внимание Эйнштейн, подчеркивая, что в мире теории относительности с исчезновением материи не стало бы ни пространства, ни времени. Они являются лишь производными от материи, зависят от нее.

В реляционной, или относительной, схеме каждый момент времени выражает только отношение к предшествующему и последующему состояниям, подобно тому, как относительным является положение каждой скалы в горной гряде.

Время в теории относительности согласуется с обеими концепциями, как со статической, так и с реляционной. Любая из составляющих тех пар моделей времени, о которых у нас шла речь, терпеть не может вторую составляющую той же пары, но легко сочетается с любой из представительниц пары другой. Каждая модель времени характеризуется определенным набором свойств, и эти свойства могут сочетаться или не сочетаться со свойствами, присущими другой модели.

Ярким примером сказанному служат построения Стивена Хокинга, исследующего противоречия между инвариантностью к направлению времени законов науки и огромным психологическим различием между прошлым и будущим в нашем сознании. Хокинг рассматривает три «стрелы времени»: термодинамическую, проявляющуюся в увеличении энтропии, космологическую, проявляющуюся в том, что Вселенная расширяется, а не сжимается, и психологическую, вследствие которой мы помним прошлое, а не будущее.

В ряде своих работ Хокинг излагает оригинальную идею о двух взаимно дополненных временах: действительном, в котором пространство – время обладает метрикой Минковского, и мнимом, в котором пространство – время является евклидовым четырехмерным многообразием. Мнимое время Хокинга уже не является необратимым временем, оно окончательно становится одним из измерений пространства, относительно которого можно двигаться как вперед, так и назад. При этом окружающее нас трехмерное пространство становится безграничной сферой, вписанной в евклидовое четырехобразие. В такой «темпоральной модели» нет границ и особых точек, поэтому процессы раздувания и сжатия Вселенной оказываются физически неразличимыми, как движения по поверхности сферы к экватору и от него.

Темпоральный мир Хокинга включает неизменное направление термодинамической стрелы как в фазе расширения, так и в фазе сжатия. Но расширение характеризуется «сильной стрелой». Напротив, в фазе сжатия беспорядок увеличивается очень мало. Далее Хокинг рассуждает следующим образом: нам – наблюдателям Вселенной – для интеллектуальной деятельности, направленной на уменьшение энтропии, требуется ее существенное увеличение (сильная термодинамическая «стрела времени») в окружающей нас среде. Из этого следует вывод о невозможности существования тех, кто наблюдает Вселенную в стадии ее сжатия.

Это красивая, хоть и не во всем доказанная теория. И тем не менее модель Стивена Хокинга не получила широкого распространения. Возможно, это связано с тем, что она не дает прямых ответов на вопросы о сущности времени и его связи с физическими законами. Время в модели Хокинга, как и в других геометрических моделях, присутствует изначально в виде линейной упорядоченности значений аргумента тех функций, которыми описываются эти законы. Однако вопрос о связи законов физики и геометрии с линейным порядком цепи событий и распределением состояний в ней не рассматривается. Если даже удастся доказать, что раздувание Вселенной, увеличение энтропии и характерная асимметрия нашей памяти взаимно согласованы, этот ансамбль будет свидетельствовать лишь о существовании в уже заданном времени взаимосвязанных необратимых процессов.

В свою очередь друг и коллега Хокинга Роджер Пенроуз считает, что необратимость времени объясняется временной асимметрией процедуры редукции волновой функции. При этом он относится к числу тех теоретиков, которых не удовлетворяет копенгагенская трактовка квантовой механики, предложенная Бором. С его точки зрения редукция волновой функции происходит по объективным причинам, не зависящим от сознания наблюдателя. Модель квантового времени Пенроуза базируется на следующих основных положениях: редукция волновой функции применима только в направлении от прошлого к будущему. Эта процедура пригодна только для расчета вероятностей будущих событий, исходя из прошлых. Процедура редукции не зависит от присутствия наблюдателя и его сознания. Редукция волновой функции происходит вследствие такого искривления пространства – времени, при котором неизбежно нарушаются правила квантовой линейной суперпозиции. Пенроуз считает, что именно в этом случае суперпозиция комплексных амплитуд в принципе допустимых альтернатив заменяется набором вероятностно-взвешенных реальных, из которых одна фактически имеет место.