Эпилог

Что меня действительно восхищает и удивляет, так это время. Ни за чем человечество не следит с таким вниманием, как за временем. Время бежит, и мы боимся упустить его. Мы окружаем себя бесчисленными напоминаниями о времени. В современном мире нам понадобится не больше минуты, чтобы узнать, который час. Часы повсюду: на прикроватной тумбочке, на экране коммуникатора, на фонарном столбе, на запястье прохожего, на информационном табло в общественном транспорте. Радио сообщает время, на главной городской башне установлены куранты, а их бой исправно напоминает о том, что прошел еще один час, день. Порой достаточно открыть глаза, и ты уже знаешь время. Вся наша жизнь подчинена времени. Время участвует во всех соглашениях. Все мы играем по его правилам. Всему свое время. Но что такое время? Марширующие цифры наручных часов? А может, это столбики дат в календаре? Понедельники, четверги? Июли, январи? Что нам в действительности известно о времени?

С древних времен люди стремились постичь законы природы. А поскольку эти законы никем и никогда прежде не были описаны, пригодилась способность человеческого разума выявлять закономерности. Постепенно путем наблюдений, практических действий, с учетом повседневного опыта, человечеству удалось выработать ряд важнейших понятий, на которых зиждутся все наши представления об окружающем мире, вся система наших знаний о нем. Одним из ключевых понятий является время.

С первых своих попыток исследовать окружающий мир ребенок учится ориентироваться в пространстве и времени. Ощущение пространства дается детям достаточно легко. Уже в возрасте нескольких месяцев у младенца формируется представление о том, что такое «здесь» и «там». «Здесь» – это то, что рядом, что можно потрогать, разглядеть. «Там» – это то, что недоступно, но если приложить усилия и переместиться в пространстве, то можно превратить «там» в «здесь». Однако сознательное представление о времени появляется у ребенка немного позже, примерно к полутора годам. Сначала дети начинают понимать, что такое «сейчас». Оно похоже на «здесь». Затем выясняется и что такое «скоро». Оно похоже на «там», «недалеко». К трем годам становится ясным, что бывает «сегодня», «завтра» и «вчера». Только к семи-восьми годам складывается наше обычное интуитивное представление о времени как о равномерно и повсеместно текущем потоке мгновений, каждое из которых сначала еще только «будет», затем оно уже «есть», а потом превращается в «было».

Развиваясь от первобытного состояния, человечество пришло к современному понятию времени. Как и у ребенка, это был сложный путь восприятия, исследования и познания мира. Вначале источником ощущения времени было, вероятно, стремление превратить желаемое в доступное. Цель – действие – достижение. По такому же принципу в сознании людей закрепилась последовательность: «будущее – скоро – сейчас», которая затем легла в основу представлений о череде мгновений, сменяющих друг друга в общем потоке времени.

Вслед за этим у первобытного человека появлялось осознание ритмичности и повторяемости происходящего с ним и вокруг него. День регулярно сменялся ночью, одна погода сменялась другой вместе со сменой времен года. Повторяемость сезонных изменений в природе – эти ритмы и циклы в окружающем человека мире были исключительно важны для его выживания. Уверенность в том, что за ночью придет день, за холодами снова последует тепло, служила человеку опорой в его суровой, полной опасностей жизни.

Соединив ощущение последовательности с впечатлением цикличности, можно получить представление о промежутках времени, стоящих друг за другом и составляющих какой-то ряд. Остается лишь понять, что эта череда промежутков не стоит на месте, а постоянно и неудержимо движется, увлекая за собой и нас, и все вокруг.

Наши предки считали: назвать – значит создать. Именам и названиям приписывалась исключительная важность, а порой даже магическая сила. Такое внимание к выбору слов, призванных обозначить то или иное явление, существо или предмет, характерно как для самых первых шагов знания, так и для всей последующей науки. Но прежде чем назвать что-то, нужно увидеть это, распознать, выявить нечто новое, что раньше не осознавалось. Названия могут содержать в себе информацию о том, как именно происходил процесс осознания.

Доподлинно неизвестно, в какой момент человечество пополнило свой лексикон новым словом, означающим время. Вероятно, сначала название могло отражать впечатления о переменах, о длительности, описывать ощущения от повторяемости или цикличности. И только спустя время слово стало означать именно время как таковое.

В «Толковом словаре живого великорусского языка» В. И. Даля значится: «Время – 1) длительность бытия; пространство в бытии; последовательность существования; продолжение случаев, событий».

Для обозначения времени обычно используется символ латинского алфавита t – от лат. tempus (время).

Почувствовать время и осознать его. При помощи воображения и силы разума уловить образ времени и превратить его в понятие и, наконец, назвать – это был, безусловно, один из важнейших шагов в истории познания человечеством окружающего мира. Этим шагом человек ступил на длинный путь рассуждений и споров, гипотез о том, что есть время и в чем заключается его физическая сущность.

Уже в VI веке до нашей эры, в Древней Греции, на заре физической науки мыслители приходят к убеждению, что мир вокруг нас со всей своей сложностью и изменчивостью может быть понят человеком. Что за кажущейся несвязанностью и случайностью прячутся общие закономерности, которым подчинены все явления природы. И что весь хаос наших впечатлений должен быть упорядочен. Перед человеком возникает величайшая цель – постичь и изучить законы природы.

Но как раскрыть тайну столь загадочного и неосязаемого явления, как время? Все верно – попробовать измерить его.

Наши далекие предки довольствовались тенью, отбрасываемую предметами. Этих данных хватало, чтобы судить о времени дня. Солнечные часы – первое созданное человеком устройство, предназначенное для определения времени. Это был простой брусок, установленный вертикально.

Солнечные часы имеют существенный недостаток – бесполезны в ненастный день и совершенно непригодны по ночам. Что ж, человек идет дальше и изобретает водяные часы. Возраст некоторых водяных часов, обнаруженных при раскопках в долине Нила, на территории древних государств Месопотамии и Иудеи, в Китае, в Греции, исчисляется тремя тысячами лет.

Греки называли такие часы «клепсидрой», что буквально переводится как «крадущая воду». Это был сосуд, как правило, в виде усеченного конуса, с истекающей струей воды. Уровень оставшейся в сосуде воды указывал время и ночью, и днем.

«Ваше время истекло», «напрасно лить воду» – эти выражения добрались до нас из Древнего Рима. В те времена за соблюдением регламента на общественных собраниях следили по водяным часам.

В Средние века люди не особенно беспокоились о точности времени. Для его счета в монастырях и церквях Европы использовали самые простые солнечные или водяные часы. Им нужно было знать, когда начать службу или прочитать молитву. Обывателям же и вовсе достаточно было взглянуть на небо. Расположение Солнца указывало примерное время дня, а большая точность попросту не требовалась.

Все меняется с наступлением эпохи Возрождения. Зарождающиеся перемены в производственных и общественных отношениях оказывают огромное влияние на мышление людей того времени, на их взгляд на мир. Начало перехода от феодализма к молодому капитализму ознаменовано возникновением новых стремлений к познаниям и к усовершенствованиям.

Людям Возрождения был присущ прагматизм и холодный расчет. В первую очередь они искали надежные способы производства тканей, изготовления инструментов и создания механизмов. Но в не меньшей степени их увлекали мысли об искусстве и литературе, рассуждения о грандиозных, вечных темах – о Вселенной, звездах, о времени.

Эпоху Возрождения отличает светский характер культуры и повышенное внимание к человеку и его деятельности. Возникает интерес к античной культуре, происходит ее «возрождение». Собственно, так и появляется название эпохи.

К началу XIV века уникальное наследие философов, математиков, астрономов и космологов Античности, искусство и литература того времени после тысячелетия почти полного забвения снова становится объектом всеобщего внимания.

Аристотель полагал: «Время есть число движения». Благодаря времени мы получаем количественную меру движения и можем, к примеру, определить, какое из движений быстрее, а какое медленнее. То есть время дает движению скорость. И по значению скорости мы можем судить о быстроте движения. Возрожденные и переосмысленные достижения Античности положат начало новому прорыву научных знаний, искусств и культуры.

Люди Возрождения остро ощущали безудержный, необратимый бег времени. Они сопротивлялись времени, надеясь обуздать или обмануть его. Старались все успеть, узнать, везде побывать, cо всем разобраться, все усвоить, испытать и применить на практике. Время виделось как поток созидательной жизни, как ритм деятельности, темп модернизации труда и производства. «Время – деньги», – утверждают историки. Это знаменитое выражение появилось именно тогда. Людям Возрождения требовалось четкое и практичное понимание времени. А также они хотели легко и по возможности точно измерять его. Темп времени, его счет приобретали главенствующее значение – пусть и деловое по большей части. Люди нуждались в надежных часах.

В «Божественной комедии» Данте Алигьери, написанной в начале XIV века, упоминаются колесные часы с боем. Это были первые механические часы в Западной Европе, созданные изобретательными мастерами Италии. На горизонтальный вал с осью наматывалась веревка, а к ее концу подвешивалась гиря. Она тянула веревку, та разматывалась и вращала вал. Затем к валу приделывалась стрелка. Вращаясь, стрелка показывала время.

В XV веке, с появлением в часах пружины, заменившей веревку и гирю, вес механизмов значительно уменьшился. В XVI веке научились делать портативные пружинные часы весом около четырех килограммов. В сущности, это и был прототип современных наручных механических часов.

Механические часы поначалу имели только часовую стрелку. В XVI веке к ней добавилась минутная, и только в XVIII веке – секундная.

В 1584 году двадцатилетний Галилео Галилей усовершенствовал маятник. Один из первых экспериментов в истории новой физики подарил миру новый часовой механизм. Идея Галилея заключалась в том, чтобы измерять время путем счета колебаний маятника. Периоды колебаний можно регулировать и делать их достаточно малыми для более точного счета времени. Однако изобретение Галилея начали использовать в часах лишь спустя много лет, в 1656 году.

Сегодня самые точные маятниковые часы вовсе не являются эталоном точности. Достижения физики наших дней позволили создать часы, способные измерять время с почти фантастической точностью – до миллиардных долей секунды в сутки. Это уже не механические часы, а атомные – плод современной науки.

Можно остановиться в пространстве, но остановиться во времени невозможно. Его течение увлекает за собой все и вся. Линия времени непрерывно продолжается, что бы мы ни делали. У нее нет разрывов, она не создает петель. Нельзя оказаться в будущем, минуя то, что отделяет нас от него. Равно как нельзя дважды побывать в одном и том же моменте. Время, как известно, не повернуть вспять. Что было, то произошло.

Очередность следования событий вдоль нашей ми- ровой линии не относительна, она абсолютна. Поэтому абсолютно и разделение событий на прошлое и будущее. Абсолютное время отсчитывается для всей Вселенной, и ход его везде и всегда одинаков.

Важнейшим результатом классической механики стало открытие абсолютного времени, которое по определению И. Ньютона, «само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно, и иначе называется длительностью». Фактически при построении классической механики Ньютон исходил из идеи абсолютного времени как из рабочей гипотезы. К этой гипотезе он подводил весь накопленный опыт механики, и в первую очередь идеи Галилея, открытие им законов движения маятника, изобретение на их основе надежных маятниковых часов. Можно сказать, что именно под их мерный ход зрела мысль о непрерывном и всеобщем мировом времени.

Абсолютность времени в классической механике Галилея – Ньютона отчетливо проявляется при взгляде на одновременность событий. Если существует полная согласованность хода всех часов, то два события, одновременность которых мы установили по каким-то одним часам, будут одновременны и по всем другим часам тоже. Одновременность – факт, не зависящий от системы отсчета. Это понятие абсолютное, а не относительное: что одновременно, то одновременно с любой точки зрения.

Время течет как река. От момента к моменту. И непременно в направлении будущего. Это так?

С незапамятных времен люди взирали на небо, на мир мерцающих звезд, как на что-то вечное и непоколебимое. И действительно, если судить о небе по человеческим меркам, оно неизменно. Можно следить за космосом всю жизнь и не увидеть никаких изменений в очертаниях созвездий, в расстояниях до галактик или скоплений. Перемены на небе происходят настолько медленно, что их невозможно увидеть невооруженным глазом. Здесь требуются совсем другие мерки времени, существенно превышающие дни, месяцы, возраст человека.

Сколько же времени может понадобиться, чтобы произошли заметные изменения расстояний между галактиками в постоянно расширяющейся Вселенной? За какой период времени эти расстояния увеличатся, предположим, вдвое, по сравнению с нынешними?

Речь идет о поистине космическом времени, которое и представить себе трудно. Что может сравниться с ним? Только другие астрономические времена, такие как возраст Солнца, близкий к пяти миллиардам лет, или возраст Земли. Старейшим звездам Галактики около четырнадцати миллиардов лет. Свет от квазаров (самых далеких из наблюдаемых небесных тел) идет к нам примерно пятнадцать миллиардов лет. Современная наука не знает длительностей, превосходящих космическое время.

В механике Галилея – Ньютона время предстало непрерывным плавным потоком, скорость которого не зависела ни от чего в мире и везде и всюду считалась одинаковой. Те свойства времени, которые поддаются непосредственному восприятию в повседневном опыте, были осмыслены и описаны классической механикой.

Но это время макромира – мира, доступного наблюдению невооруженным глазом. О микромире – мире атомов и элементарных частиц, и о мегамире – мире огромных космических масштабов и скоростей в те времена можно было только строить предположения. Между тем классическая механика разобралась и сумела точно объяснить множество явлений макромира, связанных с движениями тел. Понимание времени, сложившееся у Галилея и четко сформулированное Ньютоном, легло в основу этих объяснений.

Абсолютное время, не подвластное никаким воздействиям, с раз и навсегда заданным темпом – вот исходная аксиома ньютоновской механики. Установленные и проверенные классической механикой свойства времени – это достижение, которое останется в науке навсегда. Однако и основоположникам классической механики было очевидно, что от четкого выяснения проявляющихся в макромире свойств времени до понимания его глубинного физического содержания еще очень далеко. Лишь в начале XX века, спустя почти триста лет, благодаря усилиям Альберта Эйнштейна и других ученых был сделан следующий крупный шаг на этом пути. Появляется теория относительности, которая впоследствии станет основой современного физического миропонимания.

Ньютоновская механика главенствует в макромире и применима только в нем. Как выяснилось, область ее ограничивается двумя важнейшими положениями:

1. Скорости движений, исследуемые классической механикой, должны быть малы по сравнению со скоростью света.

2. Силы тяготения, управляющие движениями тел, должны быть слабыми, чтобы эти тела не могли разогнаться до скоростей, сопоставимых со скоростью света.

Преодолеть эти границы и расширить поле деятельности физики удалось благодаря теории относительности. Она не отменила классическую механику, а вместила ее в себя как частную теорию, действующую при должных обстоятельствах в условиях ограниченной скорости и сил тяготения. Теория относительности выявила новые свойства времени.

Эти новые свойства, как и в классической механике, проявляются, в первую очередь, в движении физических тел. При этом время оказалось тесно связанным с пространством. Вместе они образуют единый четырехмерный мир, где и происходят все физические явления. Сцепленность времени и пространства, их единство обнаруживается тогда, когда скорости движения тел приближаются к скорости света.

Теория относительности не признает абсолютность времени. Во-первых, понятие одновременности становится совершенно бессмысленным. В ньютоновской механике два события, одновременность которых зафиксирована по каким-то одним часам, остаются одновременными и по всем другим часам, движущимся относительно первых и относительно друг друга. Теория относительности же опровергает это. Безусловно, существует приближенная одновременность, при условии, что скорость часов мала по сравнению со скоростью света – собственно, это и есть сфера применения ньютоновской механики. Но когда скорость достигает скорости света, два события, зафиксированные как одновременные по одним часам, оказываются случившимися в существенно разные моменты времени по другим часам, очень быстро движущимся относительно первых.

Во-вторых, теперь и сам темп времени зависит от движения и поэтому становится относительным. Часы, движущиеся относительно нас, всегда представляются нам отстающими. Это означает, что измеряемое ими время замедлено в своем беге. Разумеется, и в этом случае эффект будет заметен только при больших скоростях.

И, наконец, в-третьих, открытия Эйнштейна показывают, что на время воздействует гравитация, она влияет на его темп: время течет медленнее там, где имеются силы тяготения. Чем сильнее тяготение, тем медленнее течет время. При земном тяготении различие в темпе времени практически незаметно. Однако оно есть: для человека, живущего на последнем этаже небоскреба, время будет течь чуть быстрее, чем для человека на первом этаже. При наличии очень сильного тяготения, к примеру, на поверхности Солнца бег времени становится еще медленнее, на поверхности нейтронной звезды это уже будет не бег, а скорее ходьба. И, наконец, вблизи черной дыры время замедляется настолько, что почти останавливается и замирает. Черные дыры обладают огромной гравитационной тягой, в миллионы раз превышающей тягу Земли.

Если бы нам удалось приблизиться к черной дыре, воздействие сил тяготения на наше время стало бы колоссальным. Предположим, что кто-то с Земли наблюдал бы за нашими перемещениями у черной дыры. Он бы увидел, что время для нас существенно замедлилось. Для нас прошло бы всего несколько минут, в то время как для наблюдателя – годы. Проведя на орбите черной дыры всего пару часов, мы сможем вернуться на Землю, когда здесь пройдет несколько десятилетий. То есть мы окажемся в будущем.

А возможны ли путешествия в прошлое? Как ни странно, теоретически такое возможно. Благодаря еще одному феномену, предсказанному Эйнштейном, который он назвал «червоточиной» или «кротовой норой». Если червоточины существуют, то они предположительно служат своеобразными проходами в пространственно-временном континууме, связывающими не только две точки в пространстве, но и два момента времени.

Отчего же наш мир до сих пор не заполонили путешественники во времени? Возможны ли такие перемещения на практике? Вероятно, нет. Во всяком случае, не в ближайшем будущем.

Благодаря теории относительности мы имеем полное представление о том, от чего зависит темп времени. Появилась возможность построить физико-математические модели, описывающие время и пространство Вселенной как единого целого. Основываясь на теории относительности Александр Фридман сумел предсказать общую динамику Вселенной, ее нестационарность. А его теоретические расчеты позволили установить, что расширение Вселенной продолжается примерно пятнадцать или восемнадцать миллиардов лет.

Таким образом, в физике появилась мера времени, определяющая темп эволюции всей Вселенной. Наша Галактика на несколько миллиардов лет младше Вселенной. Солнце и Земля еще моложе. Вселенная как целое старше галактик, звезд, планет, а также и самих атомных ядер и элементарных частиц, из которых состоят все ее тела и системы.

Свойства времени, которые мы измеряем при помощи часов, называют количественными или, как еще говорят, метрическими свойствами. При помощи часов мы определяем длительность различных отрезков времени, сравниваем эти отрезки между собой. Секунды, часы, годы – это обозначения, в которых мы выражаем результаты наших измерений. Мы присваиваем временным промежуткам те или иные числа, соответствующие их длительности. Проще говоря, часы помогают измерять время, давать ему количественную меру. Теория относительности представляет собой теорию количественных свойств времени.

Однако у времени есть и другие свойства, называемые качественными. Необратимый бег времени – важнейшее из его качественных свойств. Время не стоит на месте, оно непрерывно течет из прошлого через настоящее в будущее. Прошлое никогда не возвращается. Нельзя отправить какие бы то ни было сигналы в прошлое, нельзя изменить его. Влиять можно лишь на будущее и в будущее отправлять сигналы.

Время делится на три части – прошлое, настоящее и будущее. И они никогда не совмещаются. Размышляя об этом, Готфрид Лейбниц заключил, что время есть порядок несовместимых возможностей.

Теория относительности объясняет нам, от чего зависит темп течения времени, его замедление. Но почему время, вообще, течет? Чем определяется его неуклонный курс – от прошлого к будущему? На эти вопросы теория относительности не отвечает.

У нас нет ответа. Мы даже не уверены, те ли вопросы мы задаем, правильно ли их ставим.

Почему течет река? Потому что вода обладает текучестью, и когда есть уклон, она всегда течет вниз. Но будет ли правильным задать такой же прямой вопрос о времени и рассчитывать получить на него ответ наподобие этого?

Когда речь идет о реке, вопрос о ее течении сводится к более общим понятиям и в определенном смысле простым. Ответ содержит такие представления, как вода, наклон, движение… А как быть со временем и его бегом? Неизвестно.

Если и существуют более общие понятия, которые могли бы помочь с объяснением бега времени, то, наверное, необходимо искать подсказки в каких-то определенных физических процессах. В процессах простых, и в то же время универсальных. Не исключено, что подходящие процессы уже известны ученым, а нет, так, быть может, пока неизвестны, но когда-нибудь будут обязательно открыты. К примеру, в мире элементарных частиц.

Возможен и совсем другой взгляд, согласно которому время и его бег являют собой (вместе с пространством) самое фундаментальное и самое элементарное, к чему должна сводиться вся физика и что, в свою очередь, уже не сводимо ни к чему отдельному в явлениях физического мира.

Вторая великая физическая теория современности – квантовая теория. Вместе с теорией относительности (в совокупности с нею) она привносит свежий взгляд на свойства времени, в частности в микромире.

Классическая механика главенствует в макромире, теория относительности – в мегаспоре, а в микромире никак не обойтись без квантовой теории. Здесь ключевую роль играют квантовые явления. Настоящий синтез двух теорий, где наравне с квантовой теорией полноценно применялась бы теория относительности, остается пока делом будущего.

Однако несколько удивительных следствий такого союза известны уже сейчас. В первую очередь это гравитон – квант «взволнованного» пространства-времени, который сочетает в себе свойства элементарной частицы, несущейся со скоростью света, и легкой волны искривленности, бегущей по четырехмерному миру. Искривленность пространства-времени, даже очень слабая, обеспечивает его энергию и импульс. Квантовые эффекты создают частицы из искривленности пространства-времени, вызывают его «материализацию».

Здесь проливается свет на совсем новые связи в природе, глубинный смысл которых еще только предстоит выяснить.

Еще одним достижением на этом пути мы обязаны физику-теоретику Стивену Хокингу, который применил квантовые соображения к черной дыре. Путем теоретических расчетов он смог доказать, что черная дыра должна испускать разнообразные элементарные частицы и излучение, подобно нагретому телу. И в конце концов это излучение должно уничтожить черную дыру.

Данный эффект получил название квантового испарения черных дыр. И хотя он не наблюдался в природе, имеет значение сама принципиальная возможность сильного влияния квантовых закономерностей на поведение пространства-времени. Квантовое испарение уничтожает черную дыру и вместе с этим устраняет причину замедления времени в данной области пространства. Если черная дыра является преградой на пути потока времени, то квантовые эффекты способны устранить этот барьер и освободить временной поток.

Квантовые эффекты имеют ключевое значение при малых масштабах времени и пространства. Именно такие условия сложились в первые мгновения расширения Вселенной, когда ее возраст составлял необычайно малые доли секунды. В таких обстоятельствах квантовые эффекты должны были проявляться в полную силу. А это означает, что начало Вселенной было значительно квантовым. Течение времени в момент зарождения Вселенной, вероятно, не было непрерывным. Оно было прерывистым, квантовым. То есть существовали мельчайшие отрезки времени, в пределах каждого из которых нельзя выделить отдельные последовательные части. Каждый отрезок времени появляется сразу как целое, наподобие кванта света, излучаемого атомом. Внутри такого «кванта времени» не имеют смысла понятия «раньше» и «позже».

Нетрудно предположить, насколько сильно данная ситуация размывает границы, установленные в физическом мире теорией относительности. Квантовая неопределенность вносится в причинность событий, но вместе с тем и в их одновременность, в порядок следования во времени. Даже в истории одной и той же частицы исчезает определенность в том, какое событие было раньше, а какое – позже. Такая обязательная, казалось бы, черта временного потока, как порядок смены событий, теряется в квантовых явлениях микромира.

Но в конце концов сильное отличие времени микромира от нашего обычного времени не является неожиданностью. Ведь различия между микромиром и макромиром столь значительны. Невозможно рассматривать время вне зависимости от явлений, описываемых с помощью времени. В свойствах времени отражаются свойства этих явлений.

На сегодняшний день теория относительности достаточно убедительно продемонстрировала свои возможности в изучении времени. Квантовая теория тоже помогла существенно продвинуться в изучении этого вопроса. Но в отличие от теории относительности, выводы квантовой теории, затрагивающие свойства времени, имеют пока в большей степени ориентировочный качественный характер.

Необратимое движение времени от прошлого к будущему, его однонаправленность называется «стрела времени». В пространстве мы можем двигаться в разных направлениях: мы можем поехать из Москвы в Барселону, а потом вернуться. Но время всегда движется только в одном направлении. Почему это так, нам не известно. А что нам известно о «стреле времени»?

Почему события не разворачиваются задом наперед? Как это ни странно, законы физики ничего не говорят о том, что события должны разворачиваться только в одном направлении. В соответствии с этими законами, все вполне может происходить в обратном порядке. Большая часть законов, используемых для описания явлений в окружающем нас мире, не учитывает концепцию «стрелы времени». Все эти законы могут действовать столь же успешно, если события начнут происходить в обратном порядке. Возникает противоречие между физикой, утверждающей, что процессы обратимы, и нашей жизнью, мгновения которой уносятся безвозвратно. И тем не менее физики утверждают, что подобные необычные явления теоретически возможны. Каким же образом?

Если, скажем, разбить кофейник, образуется беспорядок. Мысль о том, что возникший хаос способен возвратиться в упорядоченное состояние и вновь стать кофейником, видится нереалистичной. Однако законы физики такую возможность допускают. Необходимо всего-то навсего поменять направление движения всех осколков и капель, каждой молекулы стекла, жидкости, пола и воздуха на противоположное. И готово.

Отчего же мы не наблюдаем, как разбитые кофейники собираются сами по себе? Как увязать наш повседневный опыт с законами физики? В чем причина возникновения «стрелы времени»?

На венском кладбище, где покоятся Бетховен, Брамс, Шуберт и Штраус, похоронен Людвиг Больцман – австрийский физик, живший в девятнадцатом веке. На могильном камне высечена элегантная математическая формула: S = k · ln W, описывающая мощный процесс, известный как энтропия.

Больцман полагал, что время течет в том направлении, в котором происходят необратимые физические явления. Эти необратимые явления затрагивают все тела физического мира и всю Вселенную в целом; они вносят во Вселенную развитие, создавая тем самым время, задавая его ход и темп, определяя, в какую сторону ему течь. Так возникает непрерывное течение времени, уносящее события в прошлое, влекущее нас в будущее. По мнению Больцмана, стремление всей Вселенной как целого к тепловому равновесию (к тепловой смерти, как об этом говорили позже) есть единственное направление ее развития. И то, что мы называем временем, в действительности просто проявление этого неудержимого «старения» Вселенной, ее стремления к своему естественному концу.

Энтропия – это мера распада или стремления к хаосу. Это, безусловно, значительное явление, потому что все в нашей Вселенной имеет свойство двигаться от порядка к хаосу.

Стоит посмотреть вокруг – и всюду видны доказательства действия энтропии. И со временем энтропия только нарастает. Стекло разбивается, лед превращается в воду, дым рассеивается, приобретая крайне беспорядочную структуру. Хаос приходит на смену порядку. Вероятно, это и есть направление «стрелы времени».

Энтропия, по мнению Больцмана, одно из основных свойств времени.

Обратимся к Большому взрыву. Попытайтесь представить себе обратный путь от нынешнего состояния Вселенной до момента ее зарождения. Вы увидите, что наша Вселенная с множеством галактик, беспорядочно раскиданных в пространстве, сначала превратилась бы в облако газа, а после стала бы сжиматься до субстанции очень малого размера.

Теория Большого взрыва дает нам возможность представить, как могла выглядеть наша Вселенная в прошлом. Если верить этой теории, то на ранних стадиях своего существования Вселенная выглядела довольно упорядоченно.

Мы не знаем, почему энтропия была столь низкой тогда. По крайней мере, мы понимаем, что момент, когда энтропия в нашей Вселенной была низкой, существовал. Единственное, что мы можем сказать на сегодняшний день: Большой взрыв дал начало «стреле времени».

Наша Вселенная, словно часовой механизм, раскручивается с самого момента Большого взрыва, становясь все более беспорядочной. Мы еще не знаем, почему наша Вселенная началась с упорядоченного состояния. Но сам этот факт означает, что каждый раз, когда разбивается кофейник, в этом событии проявляется нечто, что случилось миллиарды лет назад. Разбитое стекло не может вернуться в упорядоченное состояние. Большой взрыв установил в нашей Вселенной такие правила.

Мы движемся только от прошлого к будущему. И все перемены вокруг – от образования звезд до мельчайших деталей наших жизней – это побочные явления беспрерывного процесса распада, определяющего разницу между прошлым и будущим в нашей Вселенной.

Но если у времени было начало, а беспорядок будет постоянно нарастать, может ли это означать, что у времени будет и конец? Какой будет наша Вселенная в далеком-далеком будущем?

После Большого взрыва пространство начало расширяться. И оно расширяется до сих пор. Еще совсем недавно ученые предполагали, что расширение Вселенной должно замедляться. Оказалось, что расширение, напротив, ускоряется. В будущем это может иметь самые неожиданные последствия. Если учесть, что Вселенная расширяется все быстрее, можно предположить, что в далеком будущем, скажем, через сто миллиардов лет, все небесные тела исчезнут из нашего поля зрения. Представьте нашу Галактику, одиноко висящую в пустоте. Наши потомки, очевидно, будут сильно страдать от этого.

Сейчас свету от далеких галактик приходится преодолевать настолько огромные расстояния, чтобы добраться до нас, что фактически, видя этот свет, мы наблюдаем прошлое этих галактик. Но в далеком будущем, когда эти галактики исчезнут из поля зрения, астрономы обнаружат, что прошлое с космической точки зрения им более не доступно.

Что же до времени, то по одной из гипотез космосом будут править черные дыры. Но и они со временем растворятся, оставив после себя лишь разрозненные элементарные частицы, беспорядочно болтающиеся в пространстве.

В далеком будущем, когда все распадется и сгладится, в пространстве больше не будут происходить какие-либо перемены. А если не будет перемен, мы не сумеем фиксировать ход времени. Ведь если абсолютно ничего не происходит, трудно даже вообразить, что время существует. В подобных обстоятельствах трудно даже предположить – течет ли время вперед или назад. Время попросту перестанет иметь значение.

Некоторые свойства времени ставят в тупик обе величайшие теории – и относительности, и квантовую. Они многое рассказали о времени, но ответить на первый и самый простой вопрос – почему время идет, – они не смогли.

Время безудержно движется. Здесь и сейчас. Гипотезы, объясняющие природу этого бега, звучат пока не вполне убедительно. Вероятно, необходим совершенно новый взгляд на вещи, выходящий далеко за границы привычных представлений. Безусловно, нужно основываться на теории относительности, которая учит нас, что ход времени зависит от физических явлений, и на квантовой теории, указывающей на то, что временной поток состоит из отдельных мельчайших толчков.

Но чем объясняется само движение времени? Что задает его свободный ход? Предположим, мы наблюдаем неподвижные часы вне полей тяготения и сами часы при этом не квантовые, а самые «обычные». Чем же тогда отбивается ритм времени?

Свободный ритм времени, не замедляемый движением и тяготением, является самым быстрым. Можно ли из этого сделать вывод, что причина бега времени не связана ни с движением, ни с тяготением? Вероятнее всего, она действительно не связана с ними. Безусловно, можно было бы сказать, что если не движение или тяготение, то само существование физических тел заставляет время бежать. Что это означает на самом деле, еще предстоит понять, преобразовать в понятный и точный язык физической теории.

Бег времени необратим. Время течет только в одном направлении – от прошлого к будущему, – и никакое физическое воздействие не может повернуть его вспять. Откуда такая асимметрия? Ни в каких законах природы, известных нам в мире «обычных» тел, этого нет. Разве что удивительный пример К-мезонов, распад которых не безразличен к направлению времени, составляет исключение, природа которого и сама по себе остается неясной. Но может ли одно редчайшее явление из мира элементарных частиц контролировать движение всей махины «обычного» и даже космического времени?

И наконец, еще один важнейший вопрос – число измерений времени.

Для указания места нахождения тела в пространстве необходимо определить его координаты, три числа. Для указания момента времени достаточно назвать одно число. Так обозначается трехмерность пространства и одномерность времени. Реальный четырехмерный мир физических явлений имеет размерность 3 + 1.

В трехмерности пространства и одномерности времени проявляются очевиднейшие свойства мира физических явлений. Но почему пространство трехмерно, а время одномерно?

Еще Платон и Аристотель рассуждали о трехмерности пространства. Но физический подход к проблеме получил развитие лишь в начале XX века замечательным физиком-теоретиком П. Эренфестом. Он выяснил, что для самого существования реального мира, в котором мы живем, трехмерность пространства имеет исключительную важность.

Если бы, к примеру, число пространственных переменных было не 3, а, скажем, 4, то, как выясняется, не было бы замкнутых орбит планет и Солнечная система не могла бы образоваться. Несколько десятилетий назад физики-теоретики Л. Э. Гуревич и В. М. Мостепаненко доказали, что в таком случае не существовало бы и замкнутых орбит электронов в атомах, так что была бы невозможна атомная структура вещества.

Эти примеры наглядно демонстрируют, что число пространственных переменных – важнейший факт природы. То же нужно сказать и о размерности времени. Его одномерность являет собой факт исключительной важности.

Этим утверждением и ограничивается, по сути, современное состояние проблемы. Можно лишь привести смелую гипотезу Эддингтона о том, что одномерность времени – это свойство лишь близкой к нам области мира. Не исключено, говорил Эддингтон, что в каких-то очень удаленных от нас областях мира время могло бы оказаться не одномерным, а, например, двумерным. Тогда для задания момента времени требовалось бы указать уже два числа, а не одно.

Идея мультивселенной в последние годы снова привлекает к себе внимание. Звучат утверждения о том, что размерность современного физического мира, 3 + 1, является результатом развития Вселенной из состояний других, высших размерностей пространства и времени. Например, изучается модель мира с 10 измерениями…

В рукописях И. Канта, найденных в Ленинграде, есть фраза, созвучная новейшим идеям: «Пространство и время возможны только как части еще большего количества».

Но здесь, пожалуй, следует остановиться и в очередной раз вспомнить Аристотеля. В 4-й книге своей «Физики» он рассуждает о той странности времени, что прошлое уже прошло, будущее не наступило, а настоящее не имеет длительности: что же тогда остается от времени? И вот к какому заключению он приходит: «А что такое время и какова его природа, одинаково неясно, как из того, что нам передано от других, так и из того, что нам пришлось разобрать раньше».

Но мы все же знаем о времени намного больше, чем Аристотель. И знания наши постоянно пополняются новой информацией. И по мере проникновения физики во все более тонкие и глубокие свойства природы, эти знания будут лишь возрастать. Природа многообразна, изменчива и неисчерпаема. Вместе с ней неисчерпаемо по своим проявлениям и время. Так что окончательного ответа на вопрос «Что такое время?» не существует – и не может существовать.

«Я прекрасно знаю, что такое время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься – и вот я уже не знаю, что такое время». Эти слова, сказанные философом Августином много веков назад, можно повторить и сейчас, тем более если речь идет о неотвратимом беге времени, о его направлении к будущему и необратимости в прошлое.