3 970

Представьте, что время бежит назад. Люди будут становиться моложе, а не старше, и после долгой жизни постепенного омоложения — забыв все, что они знают — они умирают младенцами. Подобное течение времени мы наблюдали у героя романа Фрэнсиса Фицджеральда «Загадочная история Бенджамина Баттона». Но, что удивительно, направление времени также является проблемой, с которой сталкиваются космологи.

Хотя мы считаем само собой разумеющимся, что время имеет определенное направление, физики так не думают: большинство естественных законов «обратимы во времени», что означает, что они будут работать так же хорошо, если время будет двигаться назад.

Так почему время всегда движется вперед? И так будет всегда?

У времени есть начало?

Любая универсальная концепция времени должна в конечном итоге основываться на эволюции самого космоса. Когда вы смотрите на вселенную, вы видите события, которые произошли в прошлом — нужно время, чтобы свет звезд добрался до нас. На самом деле, даже самое простое наблюдение может помочь нам понять космологическое время: например, тот факт, что ночное небо темное. Если бы вселенная имела бесконечное прошлое и была бы бесконечной по протяженности, ночное небо было бы абсолютно ярким — наполненным светом бесконечного числа звезд в космосе, который существовал всегда.

Долгое время ученые, в том числе Альберт Эйнштейн, думали, что вселенная статична и бесконечна. Наблюдения с тех пор показали, что она на самом деле расширяется и ускоряется. Это означает, что она должна происходить из более компактного состояния, которое мы называем Большим взрывом, подразумевая, что время действительно имеет начало. На самом деле, если мы ищем достаточно старый свет, мы можем даже увидеть реликтовое излучение Большого взрыва — космический микроволновый фон. Осознание этого было первым шагом в определении возраста вселенной.

Но есть загвоздка, специальная теория относительности Эйнштейна, показывает, что время относительно: чем быстрее вы движетесь относительно своего приятеля, тем медленнее будет время для вас относительно его восприятия времени. Таким образом, в нашей вселенной расширяющихся галактик, вращающихся звезд и вращающихся планет переживания времени меняются: все прошлое, настоящее и будущее относительно.

Существует ли универсальное для всех время?

Оказывается, что поскольку вселенная в среднем везде одинакова и в среднем выглядит одинаково во всех направлениях, существует «космическое время». Чтобы измерить его, все, что нам нужно сделать, это измерить свойства космического микроволнового фона. Космологи использовали это, чтобы определить возраст вселенной; его космический век. Оказывается, Вселенной 13,799 миллиарда лет.

Стрела времени

Итак, мы знаем, что время, скорее всего, началось во время Большого взрыва. Но остаётся один вопрос: что такое время?

Чтобы найти ответ, нам нужно взглянуть на основные свойства пространства и времени. В измерении пространства вы можете двигаться вперед и назад; пассажиры испытывают это каждый день. Но время другое, у него есть направление, вы всегда двигаетесь вперед, а не наоборот. Так почему измерение времени необратимо? Это одна из основных нерешенных проблем в физике.

Чтобы объяснить, почему само время необратимо, нам нужно найти процессы в природе, которые также необратимы. Одно из немногих таких понятий в физике (и жизни!) заключается в том, что с течением времени вещи становятся менее «аккуратными». Мы описываем это, используя физическое свойство, называемое энтропией, которое расшифровывается, как что-то упорядоченное.

Представьте себе ящик с газом, в котором все частицы изначально были помещены в один угол (упорядоченное состояние). Со временем они, естественно, будут стремиться заполнить всю коробку (неупорядоченное состояние), а чтобы вернуть частицы в упорядоченное состояние, потребуется энергия. Это необратимо Это все равно, что разбить яйцо, чтобы приготовить омлет — как только оно разложится и заполнит сковороду, оно никогда не вернется к форме яйца. То же самое со вселенной: по мере развития общая энтропия увеличивается.

Оказывается, энтропия — довольно хороший способ объяснить стрелу времени. И хотя может показаться, что вселенная становится более упорядоченной, а не менее — переходя от дикого моря относительно равномерно распределенного горячего газа на ранних стадиях к звездам, планетам, людям и статьям о времени — тем не менее возможно, что она увеличивается в беспорядке. Это потому, что гравитация, связанная с большими массами, может тянуть материю в, казалось бы, упорядоченные состояния — с ростом беспорядка, который, по нашему мнению, должен был иметь место, каким-то образом скрыт в гравитационных полях. Так что беспорядок может увеличиваться, даже если мы этого не видим.

Но учитывая тенденцию природы отдавать предпочтение беспорядку, почему Вселенная началась в таком упорядоченном состоянии? Это до сих пор считается загадкой. Некоторые исследователи утверждают, что Большой взрыв, возможно, даже не был началом, на самом деле могут существовать «параллельные вселенные», где время течет в разных направлениях.

Закончится ли время?

Время имело начало, но будет ли оно иметь конец, зависит от природы темной энергии, которая заставляет его расширяться с ускоряющейся скоростью. Скорость этого расширения может в конечном итоге разорвать вселенную на части, вынудив ее закончиться Большим разрывом; альтернативно темная энергия может распасться, обращая вспять Большой взрыв и заканчивая Вселенную в Большом сжатие; или Вселенная может просто расширяться вечно.

Но закончится ли какой-нибудь из этих будущих сценариев временем? Что ж, согласно странным правилам квантовой механики, крошечные случайные частицы могут на мгновение выпасть из вакуума — что-то постоянно наблюдаемое в экспериментах по физике элементарных частиц. Некоторые утверждают, что темная энергия может вызывать такие «квантовые флуктуации», порождая новый Большой взрыв, заканчивая нашу временную линию и начиная новую. Хотя это чрезвычайно умозрительно и крайне маловероятно, мы знаем, что только тогда, когда мы поймем темную энергию, мы узнаем судьбу вселенной.

Итак, каков наиболее вероятный результат? Время покажет.