[Перевод] Можем ли мы быть уверены, что время действительно существует?
Мы воспринимаем время как нечто реальное. Но что, если это лишь иллюзия: иллюзия, которая по своей сути относительна? Существует ли время в принципе, на фундаментальном уровне?
Ключевые тезисы:
Если мы хотим точно описать, когда и где что-то происходит, нам нужны четыре координаты: три пространственные и одна временная, то есть время.
Благодаря Эйнштейну мы узнали, что время не абсолютно, а относительно для каждого наблюдателя. Идея универсального времени, с которым могли бы согласиться все наблюдатели, умерла еще в 1905 году.
Совсем недавно некоторые теоретики предложили пойти еще дальше, утверждая, что время — это просто устойчивая иллюзия, возникающая из других, более фундаментальных сущностей. Можно ли доказать, что времени вообще не существует?
Наука учит нас сомневаться, задавать вопросы и относиться ко всему скептически. Даже реальность нас самих и нашего собственного опыта нельзя принимать как должное, поскольку мы должны сделать определенные предположения о том, насколько надежны наши измерительные приборы (да и наши собственные чувства, если на то пошло), чтобы прийти к каким-либо удовлетворительным выводам. Конечно, некоторые вещи могут казаться реальными, но также возможно, что эти «реальные» впечатления обманывают нас, и что величины или концепции, которые мы принимаем как должное, могут быть не более чем весьма убедительными иллюзиями.
Однако, когда мы рассматриваем нашу физическую реальность, подобные вопросы приобретают иной смысл. В ходе исследований времени мы усвоили множество удивительных и неинтуитивных уроков. Время относительно, а не абсолютно. Время всегда идет вперед, никогда назад, но у нас до сих пор нет объяснения воспринимаемой нами стрелы времени. Термодинамически Вселенная имеет стрелу времени, которая «указывает» в том же направлении, что и возрастание энтропии. А когда мы исследуем Вселенную на элементарном уровне, оказывается, что время вовсе не обязательно является фундаментальной величиной.
Но можно ли вообще исключить само существование времени? Лишить время свойства реальности и при этом получить Вселенную, согласующуюся с нашими наблюдениями, очень и очень сложно. И вот почему.
Когда речь заходит о вопросе существования, физика очень проста и прямолинейна относительно того, что она считает существующим:
Можем ли мы это измерить?
Можем ли мы выразить это количественно?
Можете ли мы определить это математически непротиворечивым способом?
Является ли оно само по себе наблюдаемой величиной, и зависят ли от него напрямую другие наблюдаемые величины?
Если наши ответы на все эти вопросы утвердительны, выхода нет: мы получили величину, которая существует.
Причина проста: что касается реальности, «реальным» является то, что само по себе измеримо, наблюдаемо, поддается количественной оценке и не является патологическим. Говоря простым языком, патология — это когда вы задаете Вселенной разумный вопрос, а в ответ получаете бессмыслицу и противоречия. Существует множество вопросов, которые действительно приводят к патологическому поведению, и в таких случаях эти патологии указывают нам на то, что нам предстоит еще поработать в этом напралении. «Что происходит в центре сингулярности черной дыры?» «Что происходит с квантовыми флуктуациями на масштабах длин меньше планковской?» «Что происходит, когда масса движется сквозь пространство-время, искривленное присутствием этой самой массы?» Всё это вопросы, которые на данный момент столь же патологичны, как деление на ноль.
Мы могли бы подумать, что, возможно, само время патологично. Конечно, мы можем его измерять, квантифицировать (делить на части) и даже наблюдать как его ход, так и последствия его хода. Но разве не должно иметь значения то, что наши измерения «сколько времени прошло» между началом и концом события полностью зависят от того, где мы находимся и как движемся, проводя эти наблюдения?
Например, если мы находимся в движущемся поезде и пускаем световую волну от одного конца поезда к другому, мы получим значение времени, за которое свет достигнет дальнего конца. Однако если мы находимся на платформе и наблюдаем, как человек в поезде пускает свет от одного конца к другому, мы получим другой ответ.
Для человека в движущемся поезде пройдет определенное количество времени, необходимое свету для путешествия к дальнему концу. Но человек на платформе не только получит другой, больший результат, но и придет к выводу, что человек (и, кстати, всё остальное) в поезде на самом деле движется медленнее, чем он сам. Для неподвижного наблюдателя движущийся объект стареет медленнее, чем объект, находящийся в покое.
Парадоксально ли это? Патологично ли это?
Вовсе нет. То, что время «относительно», не означает, что оно патологично. В нашем вопросе о свете, путешествующем от одного конца движущегося поезда к другому, возможно, что поезд может остановиться, и наблюдатели с платформы и из поезда смогут встретиться снова. Их измерения по отдельности будут разными, но они будут согласованно различаться. Когда мы выполняем расчеты, сколько времени проходит для одного наблюдателя относительно другого, каждый наблюдатель сможет правильно предсказать не только то, что показывают его собственные часы, но и часы другого наблюдателя. Все, что для этого нужно, — это знание специальной теории относительности.
Да, мы получим разные ответы на вопросы «Сколько прошло времени?», «Когда произошло это событие?» или даже «Какое событие произошло первым?» в зависимости от того, где мы находимся и как движемся, но никто из нас не является здесь «правым» или «неправым». Вместо этого нам просто нужно преобразовать наше представление о времени в соответствии с законами теории относительности, чтобы оно соответствовало тому, к какому выводу пришел бы другой наблюдатель, находящийся в другом месте или движущийся с другой относительной скоростью.
Итак, понятия «время относительно» недостаточно, чтобы утверждать, что времени не существует. Но может ли оказаться, что мы лишь воспринимаем время как существующее, а на самом деле оно вовсе не является реальным?
Мы можем рассмотреть эту проблему с определенной точки зрения: через понятие симметрии в физике. В конце концов, законы физики, насколько мы их знаем, симметричны во времени. Если мы наблюдаем за падением мяча под действием силы тяжести, мы понятия не имеем:
наблюдаем ли мы за тем, как время идет вперед, и гравитация тянет мяч вниз из брошенного положения выше того места, где мы сейчас,
или же мы наблюдаем за тем, как время идет назад, а мяч, будучи подброшенным вверх из более низкого положения, поднимается все выше и медленнее, поскольку сила гравитации препятствует его движению?
На самом деле, почти все законы физики (включая движение, гравитацию, электромагнетизм и даже сильное ядерное взаимодействие) полностью обратимы во времени. Они одинаковы как вперед, так и назад во времени, и мы не можем определить, просто наблюдая за развитием физической системы, какой из процессов происходит.
Но есть два способа выявить физическую разницу между движением вперед во времени и назад. Первый заключается в рассмотрении реакций, протекающих посредством слабого ядерного взаимодействия, таких как радиоактивный распад.
Представим, что у нас есть тяжелое атомное ядро, полное протонов и нейтронов. Если в этом ядре находится большое количество нейтронов при данном количестве протонов, есть вероятность, что ядро претерпит определенный тип радиоактивного распада: бета-распад. Бета-распад происходит, когда один из нейтронов в ядре распадается на протон, электрон и электронное антинейтрино, и это происходит даже со свободными (несвязанными) нейтронами, которые не являются частью какого-либо более крупного атомного ядра.
Часто случается, что нейтрон распадается на протон, электрон и электронное антинейтрино. Но никогда не бывает, чтобы протон, электрон и электронное антинейтрино самопроизвольно вступили в реакцию вместе, образовав нейтрон. На самом деле, во многих отношениях слабое взаимодействие является хрестоматийным примером асимметричных во времени реакций в физике.
Однако второй способ еще более привычен большинству из нас. Каждый раз, когда вы:
разбиваете и взбалтываете яйцо,
роняете полный стакан воды на пол и наблюдаете, как он разбивается,
или просто открываете дверь между горячей и холодной комнатой,
вы создаете ситуацию, в которой возникнет термодинамическая стрела времени.
Возможно, вы слышали о концепции энтропии, которую часто не очень удачно определяют как «меру беспорядка» вашей системы. Но на самом деле происходит вот что: любая физическая система имеет внутри себя определенный уровень градиентов энергии. Если у вас есть сырое яйцо, существует градиент энергии между белком и желтком: оболочка вокруг желтка — это то, что не дает веществам равномерно смешиваться. В сыром яйце есть химическая потенциальная энергия, которая высвободится, образовав новые связи, если вы приготовите яйцо. В структуре стекла, удерживающего воду, есть потенциальная энергия, и разбивание стекла высвободит как воду, так и энергию, которая превратилась в энергию движения при падении стакана.
Но, пожалуй, из всех примеров наиболее полезным способом визуализации энтропии является рассмотрение горячей и холодной комнат, находящихся рядом друг с другом.
Если у нас есть большое количество частиц на горячей стороне, все они будут находиться друг с другом в том, что мы называем тепловым равновесием. Когда они отскакивают друг от друга и взаимодействуют, никакая часть горячей стороны не будет ни нагреваться, ни охлаждаться; нет градиента энергии, чтобы тепло перетекало из одной части горячей комнаты в другую. (Холодная сторона обладает точно такими же свойствами, за исключением того, что тепловое равновесие там наступает при гораздо более низкой температуре, чем на горячей стороне).
Но что, если мы уберем перегородку, отделяющую горячую сторону комнаты от холодной? Что произойдет?
Ответ таков: горячие и холодные частицы смешаются и образуют комнату с промежуточной температурой, где все частицы придут к одной и той же равновесной температуре. До достижения равновесия из системы можно извлекать энергию; после — нельзя. Когда мы говорим о состоянии максимальной энтропии, мы говорим о состоянии, из которого нельзя больше извлечь энергии; система с максимальной энтропией не может совершать никакой работы, как мы говорим в физике.
Работа физически реальна; энтропия физически реальна; термодинамика физически реальна. Время, как измеримая, наблюдаемая и квантифицируемая величина, ничем от них не отличается.
Однако нужно помнить о двух важных предостережениях. Хотя время реально, это правда, но важно понимать следующие факты:
Мы не знаем, что вызывает воспринимаемую нами стрелу времени. Мы всегда наблюдаем, что время течет вперед, а не назад; мы осознаем ход времени и подчиняемся законам физики, движущимся вперед во времени, так же, как и все физические объекты и величины. Но остается ли энтропия нашей системы постоянной, растет медленно, растет быстро или даже искусственно уменьшается за счет ввода в неё энергии, воспринимаемая стрела времени никогда не перестаёт течь и не меняет направления.
Хотя время, безусловно, реально, оно может быть фундаментальным параметром, а может и не быть. В нашем нынешнем взгляде на Вселенную мы рассматриваем параметры вроде энтропии как производные величины и обращаемся со временем так, как будто оно фундаментально. Однако математически возможно рассматривать энтропию как фундаментальную величину, и тогда время ведёт себя так, как будто оно может быть эмерджентной (возникающей) величиной. Мы еще недостаточно знаем о Вселенной, чтобы обоснованно рассуждать о потенциальной возможности такого подхода.
Несмотря на популярную ныне тенденцию ставить под сомнение природу времени, его физическая реальность не вызывает сомнений. Время является неотъемлемой частью Вселенной, и граница между событиями, которые были наблюдаемы или измерены и имеют однозначный исход, и теми, чей исход еще не определен, — это лучший способ точно определить, что мы подразумеваем под моментом «сейчас». Как сказал физик Ли Смолин в эксклюзивном интервью, которое я брал у него в 2021 году:
«[В] копенгагенской интерпретации квантовой механики есть квантовый мир, есть классический мир, и есть граница между ними: когда вещи становятся определенными. То есть вещи, которые неопределенны в квантовом мире, становятся определенными. И они пытаются сказать, что это и есть фундаментальный процесс, происходящий в природе, когда вещи, которые неопределенны, становятся определенными. И это то, что такое “сейчас”. Момент сейчас, настоящий момент, который, по словам этих ученых, отсутствует в науке и отсутствует в физике, — это переход от неопределенного к определенному».
Время может быть фундаментальным, а может и не быть, и наша воспринимаемая стрела времени может быть связана с термодинамической стрелой времени, а может и не быть (я предполагаю, нет). Но тот факт, что мы можем измерять, наблюдать и квантифицировать время, должен рассеять любые сомнения в его существовании.
Эта статья была впервые опубликована в апреле 2022 года. Обновлено в сентябре 2026 года.
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
0%Да, и в статье приводятся аргументы о том, что оно физически реально0
0%Нет, это наблюдаемая нами иллюзия0
0%Всё, что мы наблюдаем в этом мире — иллюзия. Включая и время.0
KioskNews shows a cleaned-up reading view extracted from the publisher’s page — the original always lives on their site, not ours.