Один из наиболее фундаментальных фактов реальности заключается в отличии будущего от прошлого. Однако в гигантских космических масштабах это отличие может исчезнуть!
Основополагающие законы физики одинаково справедливы как при движении в будущее, так и в прошлое. Однако мы воспринимаем только одно реальное движение времени - из прошлого в будущее. Почему? Размышляя над этим вопросом, космологи погружаются в предысторию Вселенной - во времена, предшествующие Большому взрыву. Наша нынешняя Вселенная может оказаться в ту эпоху частью гигантского многослойного мира, в котором время было симметричным, то есть могло двигаться как в будущее, так и в прошлое!
Новорожденная Вселенная.
Таковой она была 14 миллиардов лет назад и имела немыслимую плотность и температуру. Охлаждаясь и истончаясь, этот мир рождал пространство. Сия картина кажется нам естественной и понятной, за исключением некоторых странностей, к числу которых относится и асимметричность (необратимость) времени.
Подчеркнем, что законы микромира, лежащие в основе мироздания, тоже не отличают прошлое от будущего. Однако новорожденная Вселенная - горячая, плотная, однородная - радикально отличалась от нынешней - холодной, разжиженной и клочковатой. Новорожденная Вселенная начиналась более или менее упорядоченно, но со временем ее развитие стало сопровождаться нарастанием беспорядка. Стрела времени ныне властно врывается в нашу жизнь - вот почему мы не можем превратить яичницу в целые яйца, а кубик льда не может сам собой превратитьи в стакан воды. По этой же причине мь помним прошлое, но не можем «вспом нить» будущее! И происхождение этой асимметрии восходит к более или менее упорядоченному этапу вблизи Большоп взрыва. Каждый раз, разбивая яйца дл; яичницы, мы оказываемся, грубо гово ря, у истоков современной космологии!
Стрела времени, как наиболее оче видный фактор нашей повседневной жизни, остается совершенно неразга данным явлением природы и, боле того, наталкивает ученых на мысль существовании вокруг нас неизмеримо более грандиозного мира про странства и времени, который пока что ускользает от нашего взора. И, наконец, эта догадка дает нам основание считать самих себя частицами сего многослойного мира, чья динамика развития, несомненно, поможет нам понять явления, кажущиеся при взгляде из нашего скромного мирка неестественными.
Загадка энтропии.
Физики объясняют идею асимметрии времени знаменитым Вторым законом термодинамики, гласящим, что энтропия (мера беспорядка) в замкнутой системе никогда не уменьшается. В XIX веке австрийский физик Людвиг Больцман объяснил энтропию в терминах микроположения объекта и его макроположения. Если нас попросят описать чашку кофе, мы должны обратиться к ее макроположению, то есть к температуре, объему и тому подобному, а затем к микроположению - точному описанию местоположения и скорости движения каждого атома в жидкости. Многие различные микроположения будут соответствовать какому-либо одному макроположению. Мы можем теоретически изменять положение атома, но из макроположения этого перемещения никто не заметит. Ситуация складывается таким образом, что главным сейчас является не ответ на вопрос, почему энтропия Вселенной, в которой мы живем, завтра будет выше, чем сегодня, а на вопрос, почему позавчера она была ниже, чем вчера! Двигаясь по этой схеме дальше в прошлое, мы дойдем до начала нашей наблюдаемой Вселенной и тогда ответим на вопрос о причине необратимости (асимметрии) времени!
Беспорядок в пустоте.
Самая ранняя Вселенная представляла собой замечательное место. Все частицы, слагающие ее, были сжаты в микроскопическом сверхплотном и горячем объеме. И, что .очень важно подчеркнуть, все эти частицы были распределены в микроскопическом объеме почти равномерно. Постепенно этот объем увеличивался, снижая свою температуру. Благодаря гравитационным взаимодействиям, возникали области с различным количеством частиц. Там, где их было больше, возникали звезды и галактики, а где меньше - образовывались пустоты. Таким образом, гравитация «собирала» частицы в одно место, создавая звезды и галактики, и энтропия в них (мера неразберихи в период их формирования) значительно возрастала в полном соответствии со Вторым законом термодинамики.
Если мы хотим получить максимальную энтропию за счет активности гравитационных сил, следует рассмотреть черные дыры. Дело в том, что черные дыры излучают энергию в соответствии со Вторым законом термодинамики и характеризуются величиной энтропии. Черная дыра, находящаяся в центре нашей Галактики, имеет массу в миллион солнечных масс и характеризуется в сто раз большей энтропией, чем все обычные частицы в наблюдаемой Вселенной.
Предположим, что эта Вселенная началась с высокой энтропией. Хорошим кандидатом на такое состояние может быть ... пустое пространство! Объяснение этому одно: наличие таинственной темной энергии. В присутствии этой странной энергии пустое пространство не будет совершенно пустым. Флуктуации квантовых полей могут поднять температуру пространства до очень малого уровня - гораздо ниже температуры нынешней Вселенной, но тем не менее не равной абсолютному нулю.
Новый сценарий.
Он был предложен в 2004 году американскими учеными и заключался в идее рождения стрелы времени в нашей наблюдаемой Вселенной. Исследователи начали рассмотрение пустого пространства в особый момент и проследили его «продвижение» в прошлое и будущее! Обращение стрелы времени в прошлое вызвало неоднозначную реакцию научной общественности. Если бы мы встретили человека из будущего в наши дни, мог бы он вспомнить свое будущее? К счастью, никакой опасности для участников такого рандеву это событие не принесло бы. Согласно предложенному сценарию, подобное приключение было бы возможно только задолго до... Большого взрыва!
К сожалению, не удалось предложить сценарий, охватывающий пространство и время сверхгигантских масштабов. А жаль, ибо в этом случае удалось бы «ударить» по главной загадке современной космологии - загадочной стреле времени! Более того, стрела времени, «прилетающая» из области с очень низкой энтропией (то есть из «ранней» Вселенной), могла бы принести нам «ключи» от Сверхвселенной, которую мы не можем наблюдать!
А если ничего не менять?
Если оставить все как есть, то есть считать нашу обозримую Вселенную единственной в окружающем нас мире, то было бы невозможно разгадать загадку стрелы времени. Но если мир вокруг нас является крошечным фрагментом грандиозной космической картины, то откроются новые, непредставимые пока перспективы исследования сокровенныхтайн природы. Следует согласиться с формулой американского физика Эдварда Трайона, которая гласит: «Природу Большого взрыва можно было бы легко понять, если бы это событие не означало рождения всего сущего, а оказалось бы одним из многих рождений Вселенных, случающихся время от времени в реальности!».
