Сейчас. Физика времени Мюллер Ричард

Общий объем неупорядоченности во Вселенной, который измеряется показателем, называемым физиками энтропией, постоянно возрастает по мере нашего продвижения из прошлого в будущее. С другой стороны, общий порядок во Вселенной, который определяется сложностью и постоянством структур, тоже постоянно возрастает по мере того, как мы движемся из прошлого в будущее.

Фримен Дайсон[147]

Ощущаете ли вы сейчас, что загадка стрелы времени наконец-то разрешена? Убедили ли вас аргументы Эддингтона и мои попытки повторить их? Или, как и многие физики, которых я об этом спрашивал, чувствуете, что не совсем уверены в них?

Должен признаться: думаю, что объяснение стрелы времени энтропией глубоко ошибочно. Написание нескольких последних глав – начиная с главы 11 – было для меня трудным делом, но я хотел дать Эддингтону все возможные шансы, прежде чем представлять свои возражения.

Существуют ли альтернативные объяснения по поводу стрелы времени? Да, сущестуют, причем несколько, включая возможность того, что квантовая физика, гораздо более таинственная, чем теория относительности, определяет направление стрелы. Есть иное объяснение – что направление стрелы определяется созданием нового времени тем же самым Большим взрывом, в результате которого постоянно возникает новое пространство. Не могу доказать, какое из этих объяснений истинно, но убежден, что объяснения Эддингтона ошибочны.

Есть ли способы проверить, какая из этих теорий правильная?

Успешные испытания теории

Посмотрите на Эйнштейна, чтобы понять стандарт качества теории. Создав первый вариант теории относительности, впоследствии получивший название специальной теории относительности (СТО), он сделал определенные предсказания по поводу поведения времени и длины вещей, находящихся в движении. Десять лет спустя он спрогнозировал изменение этого поведения в гравитационных полях. В 1919 году Эддингтон экспериментально подтвердил предположения Эйнштейна относительно отклонения солнечного света. Первое обнаружение эквивалентности массы-энергии было описано Георгием Гамовым в научном докладе 1930 года, где он указал, что «дефект массы» ядра связан с отрицательной энергией ядерных сил. Руководствуясь теорией Эйнштейна, Дирак предрек существование антивещества (позитрона), которое в 1932 году было обнаружено Карлом Андерсоном. В 1938 году Герберт Ивес и Джордж Стилвел открыли и подтвердили реальность уравнений Эйнштейна, касающихся замедления времени. Эквивалентность массы-энергии наблюдалась в 1940-х годах, когда рассматривалась взаимная аннигиляция электрона и позитрона. Все эффекты теории относительности – замедление времени, сжатие длины движущихся предметов и эквивалентность массы-энергии – сегодня повседневно наблюдаются в современных физических лабораториях.

Эйнштейн очень щепетильно относился к опровержениям своих теорий. В 1945 году между физиками возникли серьезные противоречия в определении возраста Земли (по радиоактивным скальным остаткам) и Вселенной (по расширению Хаббла). Когда Эйнштейн обновлял в тот год свою книгу The Meaning of Relativity («Основы теории относительности»), он писал:

Возраст Вселенной – в том смысле, как мы его здесь понимаем, конечно, – должен превышать возраст куска радиоактивного материала, который мы нашли в земной коре. Однако, поскольку возраст этих минеральных остатков точно и надежно определен, космологическая теория будет опровергнута, если начнет противоречить этим результатам. В этом случае я не вижу никакого разумного решения проблемы.

Эйнштейну не пришлось дезавуировать общую теорию относительности. Ошибочным оказался эксперимент, а не теория. Хаббл не признался, что перепутал две очень маленькие звезды, проводя свои измерения. После того как эта ошибка была вскрыта и выполнены новые вычисления, исправленный возраст Вселенной оказался больше возраста Земли, как и должно было быть. Но очень интересно читать через столько лет, что теория может оказаться неправильной, если числовые результаты эксперимента не изменятся.

В следующем абзаце я изложу предсказания, сделанные Эддингтоном в контексте его теории 1928 года относительно стрелы времени, включая все прогнозы, которые были сделаны позже другими теоретиками, трудившимися над этой теорией.

[Этот абзац специально оставлен пустым.]

Пустой абзац представляет пророчества Эддингтона и других физиков, которые связывают стрелу времени с энтропией. Просто таких предсказаний нет. Современные ученые, которые разделяют теорию энтропии с ее стрелой времени, признают существование этой слабости в теории. Иногда они выказывают оптимизм по поводу того, что такие предсказания лежат буквально за ближайшим углом. Однако ко времени публикации этой книги – к 2016 году – минуло 88 лет с той поры, как Эддингтон предложил свою теорию в качестве объяснения стрелы времени. Но до сих пор не было ни одной попытки ее экспериментально подтвердить – ни законченной, ни хотя бы предложенной.

Или такие попытки были? Если бы были обнаружены какие-то связанные с теорией эффекты, они были бы широко обнародованы в доказательство правоты теории. Однако, хотя таких эффектов нет, этот отрицательный результат не рассматривается как аргумент против теории. Это потому, что теория Эддингтона не делает никаких предсказаний, а только объясняет явление. Теорию, которая ничего не предсказывает, невозможно опровергнуть. Я предлагаю, чтобы в отношении тех теорий, которые могут быть проверены, но не могут быть опровергнуты (фальсифицированы), использовался термин псевдотеории.

Если время связано с энтропией, можно ли увидеть какие-то проявления этой связи? В теории относительности их полно. Местная гравитация влияет на скорость хода часов. Разве локальная энтропия не должна проявляться так же? Когда ночью энтропия земной поверхности снижается, не следует ли ожидать изменений в скорости течения времени, например его локального замедления? Нет, этого не происходит. Почему? Если бы такое замедление удалось обнаружить, это, безусловно, рассматривалось бы как триумф теории Эддингтона, хотя он никогда не предсказывал таких явлений.

Согласно стандартной модели, увеличение энтропии во Вселенной определяет направление стрелы времени. Так давайте взглянем на энтропию Вселенной. Где же она?

Энтропия Вселенной

Энтропия, какой ее знал Эддингтон, касалась Земли, Солнца, Солнечной системы, других звезд, туманностей, света звезд и других объектов, которые могут быть обнаружены. Со времен Эддингтона мы выяснили, что она составляет лишь микроскопическую часть общей энтропии Вселенной.

Первое свидетельство существования великой энтропии, которой никто не ожидал, появилось с открытием Пензиасом и Уилсоном космического микроволнового излучения. Энтропия этого излучения относительно мала в расчете на кубический метр, но оно заполняет все космическое пространство, в отличие от обычной материи. В результате, по нашим оценкам, энтропия этих микроволн в 10 миллионов раз больше, чем энтропия всех звезд и планет, вместе взятых.

Как меняется со временем необъятная энтропия космических микроволн? Поразительно, но никак. По мере расширения Вселенной микроволны заполняют пространство, но теряют энергию. Общий результат в том, что энтропия остается постоянной. Но время движется вперед. Следует ли отсутствие изменения энтропии принимать за аргумент, опровергающий направление стрелы?

Физики уверены, что Вселенная располагает тремя большими вместилищами энтропии, но ни одно из них до сих пор не обнаружено и его существование не подтверждено. Все они, по существу, лишь теоретические построения. Первое такое вместилище состоит из нейтрино, оставшихся после Большого взрыва. Их так же много, как и фотонов в микроволновом излучении, но они взаимодействуют с веществом еще меньше фотонов. Таких нейтрино насчитывается три вида (электронное, мюонное и тау-нейтрино), и поскольку они не взаимодействуют, их энтропия постоянна и сравнима с энтропией фотонов в микроволнах.

Второй большой источник скрытой энтропии находится в сверхмассивных черных дырах. Энтропия черной дыры была впервые вычислена Яаковом Бекенштейном[148] и Стивеном Хокингом. Большинство теоретиков согласились с их результатами, но экспериментальных подтверждений пока нет. Поскольку работа этих ученых находится на самом краю наших знаний об относительности и квантовой физике, чрезвычайно важно все-таки узнать, окажется она правильной или ошибочной.

Давайте предположим, что рассчитанная по формуле Бекенштейна-Хокинга энтропия сверхмассивных черных дыр полностью подавляет энтропию материи, микроволн и нейтрино во Вселенной. Значит, направление стрелы времени на Земле определяет черная дыра, расположенная в центре нашего Млечного Пути?

Вот вам важный факт об энтропии. Номинально черная дыра находится от нас на расстоянии 14 миллиардов световых лет. Но энтропия тоже глубоко, рядом с поверхностью черной дыры. Если предположить, что она только что сформировалась, то энтропия находится от нас на расстоянии бесконечности. В реальности она будет от нас просто очень далеко, на расстоянии количества лет с начала своего формирования, помноженного на скорость света. В любом случае, эта энтропия в миллиардах световых лет от нас. Как она может на таком расстоянии оказать влияние на наше время?

Может быть и еще один, более огромный источник энтропии. Он расположен в том, что физики называют горизонтом событий, на расстоянии 14 миллиардов световых лет. Эта энтропия быстро увеличивается по мере расширения Вселенной. Но она «убегает» от нас со скоростью света. И она очень далеко.

Помните, что связь между увеличением энтропии и течением времени не установлена. Это всего лишь размышления, основанные на определенной корреляции параметров – то есть на том факте, что оба процесса развиваются. Такой теории нет, в том смысле, как, например, существует общая теория относительности. Может быть, когда-нибудь подобные теории и появятся. Я этого не исключаю, однако с трудом верится, что они покажут, как отдаленные энтропии определяют стрелу времени, или свяжут нас с не изменяющейся (и почти внутренне не взаимодействующей) энтропией микроволнового излучения.

Мы знаем, что корреляция параметров еще не подразумевает наличия причинно-следственной связи между ними. Есть даже латинское выражение, обозначающее эту ошибку в мышлении: cum hoc ergo propter hoc. Буквально значит: «с этим – значит, по причине этого». Это выражение относится к тому ошибочному представлению, что если два явления коррелируют между собой, значит, они причинно связаны, то есть одно оказывается причиной появления второго. Если применить такие логические построения, можно прийти к заключению, например, что сон в обуви вызывает похмелье, рост продаж мороженого ведет к большему количеству утопающих или еще к каким-то столь же абсурдным выводам. Однако именно физики часто не признают, что попадают в эту логическую ловушку, утверждая, что стрела времени определяется энтропией.

Видный философ науки Карл Поппер[149] утверждал: чтобы какая-то теория считалась научной, должна существовать возможность ее опровержения. Объяснение стрелы времени теорией энтропии как раз этому условию не удовлетворяет.

Теории, которые нельзя опровергнуть, включают в себя спиритизм, логические умозаключения, астрологию и связь между стрелой времени и энтропией. Возможно, вы вспомните и о других подобных. Из упомянутых астрология ближе всего к тому, чтобы быть опровергаемой. Описание тонкого эксперимента Шона Карлсона (в котором я выступал как научный консультант и в ходе которого для приобретения астрологических карт использовалась часть моей премии Уотермана) было опубликовано в престижном журнале Nature[150]. Шон проверял фундаментальный постулат астрологии – о том, что точное время рождения человека коррелирует с его личными качествами. Он использовал двойной слепой метод, который приветствовался (до тех пор, пока не появились результаты) самыми уважаемыми астрологами мира. (Да, существует множество таких людей, и большинство из них имеют докторские степени по психологии.) После того как полученные Карлсоном результаты опровергли этот базовый постулат астрологии, ее адепты испытали шок и разочарование (все-таки они относились к своей работе серьезно), но никто от профессии не отказался. Так что с точки зрения ученых астрология может быть опровергнута – но ее мастера проявляют стойкость в отношении своего дискредитированного дела.

Согласно греческому мифу, Антей был богатырем, сохранявшим свою огромную силу только до тех пор, пока какой-нибудь частью тела касался земли. Думаю, это своеобразная метафора по отношению к современному «интеллигентному» фермеру: если он не будет каждый день пачкать руки землей, не получит никакого урожая. Любимым делом Антея было зазывать прохожих на борьбу с собой. Он всегда побеждал соперников, часто убивал и использовал их черепа, чтобы строить храм. В конце концов он вступил в схватку с Геркулесом. Тот уже был близок к поражению, когда вдруг вспомнил, что для сохранения силы Антею необходим контакт с землей. Геркулес поднял Антея над землей и раздавил его руками.

Теоретическая физика должна иметь контакт с землей, настаивая на необходимости проверяемых и опровергаемых экспериментальных результатов. Если бы Эддингтон обнаружил другую величину отклонения луча света возле Солнца во время его затмения, это могло бы показать, что Эйнштейн ошибался. Если бы разогнанные до околосветовых скоростей частицы не имели бы продолжительное время жизни, это опять-таки говорило бы, что Эйнштейн в своей теории был неправ. То же самое произошло бы, если бы для глобальной системы позиционирования (GPS) не пришлось вводить корректировку на замедление времени, которое вызывается одновременно и земной гравитацией, и скоростью спутников.

Да, эйнштейновская теория броуновского движения вскоре после ее опубликования была признана ошибочной. Серия экспериментов опровергла ее. Именно в тот период совершил самоубийство Людвиг Больцман, отец до сих пор оспариваемой статистической физики. Однако дальнейшие экспериментальные исследования показали, что в первых опытах имелись ошибки. Предсказания Эйнштейна подтвердились. На это ушло четыре года.

Частица Бога ломает стрелу энтропии

Позвольте сформулировать еще одно предсказание, которое не было сделано Эддингтоном, но явно следует из его теории. Согласно общепринятой космологической модели, в ранней Вселенной у частиц не было массы. Электроны, кварки и все другие частицы были такими же безмассовыми, как фотоны. Это удивительное состояние Вселенной стало главным ключом ее развития и того, что великие теории объединения обрели математический смысл. Позже, по мере эволюции Вселенной, частицы (по общепризнанной теории) «приобрели массу» через так называемый механизм Хиггса.

Если говорить проще, механизм Хиггса подразумевает, что вся Вселенная внезапно заполнилась полями Хиггса. Это произошло в процессе спонтанного нарушения симметрии. До этого не имеющие массы частицы, которые двигались сквозь эти поля, вели себя так, как будто приобретали массу. Здесь масса – это иллюзия, хотя она обладает всеми свойствами, которых от нее можно ожидать согласно теории относительности.

Эта теория постулировала, что какой-то «фрагмент» поля Хиггса мог создаться после высокоэнергетического столкновения. Такое предсказание было экспериментально подтверждено 4 июля 2012 года, когда ЦЕРН (Европейская организация по ядерным исследованиям) – большой исследовательский центр под Женевой – сообщил об открытии новой частицы (бозона Хиггса).

Леон Ледерман[151], мой учитель в Колумбийском университете, получивший Нобелевскую премию за открытие мюонного нейтрино, написал о Хиггсе книгу под названием The God Particle («Частица Бога»). Ледерман утверждает, что идея названия принадлежала редактору, и возможно, это наименование увеличило продажи книги в десять, а то и более раз. Причиной появления словосочетания «частица Бога» стало то, что поля Хиггса придали частицам массу, а без этого никогда не возникло бы атомов, молекул, планет или звезд. Возможно, это правильно, хотя по той же логической схеме мы могли бы и электрон назвать частицей Бога, потому что без электронов мы точно так же не могли бы существовать; или фотон; или вообще любую другую частицу из списка элементарных. Между физиками существует консенсус: они решили, что называть какую-то частицу «божьей» – последнее дело, даже более последнее, чем именовать два кварка «истинным» и «прелестным»[152] (что некоторые и попытались сделать). Тем не менее такое название привлекло внимание публики, и я даже использовал его в обозначении раздела.

Теория Хиггса была восторженно признана научным сообществом, когда в 2012 году Питер Хиггс и Франсуа Энглер получили Нобелевскую премию по физике за предсказание бозона Хиггса. Конечно, для Хиггса сама награда стала делом гораздо менее значительным, чем тот факт, что целый важный раздел физики назвали его именем. Энглер вынужден был довольствоваться Нобелевской премией.

Предсказание Хиггса оказалось еще одним ударом по утверждению Эддингтона о наличии причинно-следственной связи между энтропией и временем. И вот почему. В первоначальном Большом взрыве, еще до появления полей Хиггса, все частицы были безмассовыми. Есть все основания полагать, что в этот период, даже после начала расширения Вселенной, безмассовые частицы участвовали в термальном распределении энергии, то есть получаемом при максимальной энтропии.

Однако с конца 1970-х годов уже было известно, что энтропия совокупности безмассовых частиц не меняется по мере расширения Вселенной. Ключевым моментом стало то, что в ранней Вселенной энтропия всего вещества содержалась в безмассовых разогретых частицах, так что она не увеличивалась. Если бы стрела времени действительно направлялась ростом энтропии, не было бы никакой стрелы. Время должно было остановиться. Мы никогда не покинули бы ту эру. С остановившимся временем и расширение Вселенной должно было прекратиться (или, во всяком случае, не продолжаться). В отсутствие времени вы не были бы сейчас здесь и не читали бы эту книгу.

Но время не остановилось. Вселенная расширялась, «илем» безмассовых частиц остывал, в результате спонтанного нарушения симметрии возникли поля Хиггса, и частицы стали вести себя так, будто приобрели массу. И вот мы оказались там, где мы есть.

Физики много размышляли над смыслом времени в самой начальной стадии Вселенной (первая миллионная доля секунды). Поскольку пространство было таким однообразно горячим, они опасались, что нельзя найти ничего, служащего в тот период часами. Из-за высокой энергии частиц и большой плотности вещества даже радиоактивный распад пошел бы вспять. Каким же тогда образом время вообще можно определить?

В основе этой головоломки – логическая ошибка, которая кроется в утверждении, что время движется благодаря энтропии. Все как раз наоборот.

Как же Эддингтону удалось нас обмануть?

Почему утверждения Эддингтона относительно энтропии оказались такими убедительными? Мне нравится случайное объяснение Э. Ф. Бозмана во введении к книге Эддингтона 1928 года издания. Бозман говорит, что автор продвинул свою гипотезу «с помощью тонких аналогий и мягкого убеждения». Такой подход к утверждению теории в корне разнится с обычным требованием ее экспериментального подтверждения, которое только и может убедить физиков, что теория верна. На Поппера такой подход впечатления не произвел бы.

Эддингтон (и практически все авторы научно-популярных книг по этому вопросу) любит приводить примеры увеличения энтропии. Уроните чашку, и она разобьется на кусочки. Прокрутите пленку кинофильма задом наперед, и на экране возникнет неправильная картинка. Однако чашки у нас есть. Как же они появились? Вместо эпизода с разбивающимися чашками покажите фильм о фабрике по их производству, и вы получите совершенно другое впечатление. Люди придумали чашки. Они нашли материалы с высокой энтропией, обработали их, совместили все необходимые компоненты и стали изготавливать чайные чашки. Без этого производства не было бы чашек с низкой энтропией, которые можно разбивать. Прокрутите эту пленку назад, чтобы она показала, как чашка снова превращается в глину и воду, и обратное течение времени станет очевидным.

Мы окружены примерами уменьшающейся энтропии. Мы пишем книги, строим дома, создаем города, учимся. Кристаллы вырастают. Деревья захватывают и поглощают углекислый газ, содержащийся в нем углерод растворяется в воде и почве, а потом на его основе создаются замечательные организованные структуры. Энтропия дерева значительно ниже, чем энтропия газа, воды и находящихся в почве минералов, которые входят в состав древесных структур.

Человек срубает эти деревья с низкой энтропией, разрезает их на доски и строит из них дома. Если вы посмотрите фильм о строительстве дома, легко поймете направление времени по увеличению порядка, а не беспорядка на строительной площадке – вы определите это по уменьшающейся энтропии. Аргументы авторов, упоминающих о разбитых чашках, не носят всеобщего характера. Они основываются только на тех примерах, в которых энтропия очевидно увеличивается. А мы живем в реальном мире, который улучшается благодаря уменьшению энтропии. (Вообще направленный подбор примеров – уже модель локального уменьшения энтропии. Кстати, таковым можно назвать и написание книги.)

Конечно, энтропия Вселенной увеличивается, когда мы строим дом. Большая часть этого роста берет начало от теплового излучения, выбрасываемого в космическое пространство. Локально энтропия уменьшается. Прибавьте сюда фотоны, которые улетают в бесконечность, и общая энтропия снизится.

Даже в космическом пространстве мы видим уменьшение энтропии. Из первичного «бульона», состоявшего из газов, частиц и плазмы, формируются звезда и планета возле нее, и начинается жизнь. Ранняя Земля вначале была гомогенной кашей, горячей и жидкой. По мере остывания эта субстанция дифференцировалась и становилась более организованной, концентрируя железо в ядре, скальные массы возле поверхности (земной коры), а газы – в атмосфере. Впоследствии она оказалась неизмеримо более организованной, уменьшая свою энтропию так же, как теряет ее остывающая чашка с кофе. Конечно, при этом Земля выбрасывала в окружающее пространство большое количество тепла, которое увеличивало энтропию Вселенной. Эта энтропия была излучена в бесконечность, тогда как энтропия Земли в это время уменьшалась.

Прокрутите фильм о формировании Земли вперед и назад. Вам будет понятно, что правильный именно тот вариант, который показывает уменьшение энтропии. На нем вы видите формирование на Земле структур, а не их разрушение в хаос. История Земли от ее перехода из газообразного в жидкое, а затем в твердое состояние; эволюция жизни, человечества – все это летопись не увеличивающейся, а уменьшающейся локальной энтропии. История цивилизации – это описание не разбивания чашек, а их создания.

Эддингтоновская связь энтропии со стрелой времени никогда не могла быть опровергнута. Что хуже, под ней никогда не было эмпирической базы, да она и не развивала таковую – за почти 90 лет с тех пор, как была постулирована. Единственным ее оправданием служило то, что и энтропия, и время увеличиваются. Но это только корреляция, а не причинно-следственная связь. Cum hoc ergo propter hoc. Как же Эддингтону удалось нас обмануть?

Но это сделал не Эддингтон. Мы обманули сами себя.

[Живой организм] питается отрицательной энтропией, он потребляет порядок, имеющийся в его окружении… Это изменение компенсирует увеличение энтропии, которое вызывает жизнь… Хитрость, благодаря которой организм остается высокоорганизованным, в реальности – постоянное «высасывание» им порядка из своего окружения.

Эрвин Шрёдингер, What Is Life[153]

Предложено много альтернатив стреле времени, определяемой энтропией. Это стрелы черной дыры, временной асимметрии, причинно-следственная, излучения, психологическая, квантовая и космологическая. Все они заслуживают рассмотрения, хотя я считаю, что наиболее убедительные из них две последние – квантовая и космологическая.

Стрела уменьшающейся энтропии

Стрела уменьшающейся энтропии может рассматриваться как вариант эддингтоновской энтропической стрелы, хотя по факту она принципиально отличается от последней. Ее надо воспринимать не в контексте разбивающейся чашки, а в контексте производства вещи, которую вы можете уничтожить. Такой подход утверждает постулат, что время движется вперед, так как пространство пусто и холодно. И излишняя энтропия может быть сброшена в него подобно мусору и забыта, что позволяет уменьшить локальную энтропию рядом с нами. В концепции стрелы уменьшающейся энтропии именно локальное ее сокращение определяет направление времени.

Для стрелы уменьшающейся энтропии я делаю скрытое допущение, что память требует сниженной энтропии – то есть ей необходима скорее большая, чем меньшая организация мозга. В результате мы заменяем случайные нейронные связи в нашем мозгу на более организованные, то есть те, которые могут сохранить детали прошедших событий и наших прошлых умозаключений. Как я уже отмечал, уменьшение энтропии становится ключевым фактором в создании жизни и цивилизации. Шрёдингер касался этого вопроса в своей книге «Что такое жизнь с точки зрения физики?», из которой я привел цитату в начале этой главы.

Что делает течение времени однородным? А в пользу однородности говорит то, что в отдаленных событиях скорость времени, судя по всему, соответствует нашей. Если бы время текло рывками – всплесками и резкими замедлениями, то при взгляде на отдаленные события эти толчки в них не соответствовали бы ситуации у нас и мы сразу бы увидели несоответствия. Однако течение времени вполне может постепенно ускоряться (или замедляться), и такие трудноуловимые изменения в нем могут остаться незамеченными.

И все же вопрос, который мы сейчас обсуждаем, касается не скорости времени, а его стрелы, то есть направления, в котором создаются воспоминания. Наше ощущение времени генерируется формированием воспоминаний. Мы склонны воспринимать его в неких фундаментальных отрезках. Фильмы, демонстрируемые со скоростью 24 неподвижных кадра в секунду, преобразуются мозгом в видимое и продолжительное движение. Для мухи все по-другому: она живет в мире миллисекундных отрезков времени. А есть еще деревья энты из легендариума Дж. Толкина[154], похожие на людей (и не имеющие никакого отношения к энтропии), которые считали естественными единицами времени дни, а не миллисекунды.

Стрела уменьшающейся энтропии страдает теми же недостатками, что и «стандартная модель» Эддингтона. Локальная энтропия увеличивается днем (из-за подъема температуры; горячие вещи внутренне менее организованны, чем холодные), а затем уменьшается ночью. Однако ваши экспериментальные часы продолжают идти вперед. Существует ли какой-либо инерционный механизм наподобие маховика, который «усреднял» бы кратковременные колебания времени и обеспечивал его однородное течение вперед? Такой механизм был предложен, но он носит характер эмпирической поправки без возможности проверки и опровержения.

Вероятно, мы можем обойти эту проблему, сосредоточившись на фундаментальной энтропии разума, отставив в сторону энтропию биосферы как неважную. При этом я не имею в виду общую энтропию нашего мозга, которая в основном определяется температурой. Речь об энтропии мысли, памяти, организации мышления и его воспроизводства.

Умственную энтропию почти невозможно определить словами, хотя попытаться можно, используя методы, разработанные Клодом Шенноном[155] для описания энтропии информации. Следует отметить, что за последние годы в этой области проделана огромная работа, в результате чего появилась даже новая теория – теория информации. Она имеет много общего с теорией энтропии физического мира, и в обеих применяются одни и те же теоремы. Энтропия информации содержит много парадоксов. Сколько информации заключено в числе 3,1415926535…? Бесконечное множество или столько, сколько содержится в символе ?

Несмотря на эти сходства, я считаю модель, при которой стрела времени определяется энтропией информации, гораздо более приемлемой, чем та, в которой действует теория энтропии Эддингтона. Чего нам не удалось достичь – так это даже оценить информационную энтропию человеческого мозга, а также понять, увеличивается она с течением времени или уменьшается. (Если эта энтропия превращает набор нулевых бит в смесь единиц и нулей, тогда нельзя исключать, что память – это увеличение энтропии.) Наша память, безусловно, постоянно реорганизуется, и мы все время стараемся воспринять самое главное и научиться ему. Однако никто еще не изобрел действенного способа измерения важности информации, и скорее всего, это-то и будет ключом к тому, чтобы сделать эту теорию подлинно жизнеспособной.

Стрела черной дыры

Многие объекты в нашей Вселенной воспринимаются как уже существующие или почти сформировавшиеся черные дыры. Они включают в себя «небольшие» объекты, которые в этом контексте, как считается, всего лишь в несколько раз тяжелее Солнца (такие размеры приняты как малые только в астрономии), и довольно большие объекты – массивные черные дыры в центрах галактик, которые весят (разумеется, этот глагол используется здесь метафорически) как миллион, а то и миллиард солнечных масс.

Бросьте что-нибудь в черную дыру, и этот предмет никогда не вернется. Вещи падают туда, а не обратно. Недавнее теоретическое предсказание, что черные дыры могут испускать какое-то излучение, не изменяет этой асимметрии. Для большинства массивных черных дыр такое излучение настолько незначительно, что им просто можно пренебречь. К тому же оно исходит не с поверхности самой черной дыры, а из районов, которые несколько отстоят от нее. Так что, наблюдая падение объектов в черные дыры, можно определять направление стрелы времени.

В течение многих лет Стивен Хокинг считал, что падение объектов в черную дыру нарушало второй закон (начало) термодинамики. Причиной было то, что любой объект, оказывающийся там, фактически исчезает из Вселенной, унося с собой свою энтропию и заставляя энтропию Вселенной казаться уменьшающейся. Я никогда не находил этот аргумент убедительным: для него не нужен пример черной дыры, поскольку если фотон улетает в бесконечность, это тоже приводит к потере энтропии в наблюдаемой Вселенной. (Вы больше никогда с этим фотоном не встретитесь.) В конце концов Хокинг изменил свою точку зрения. Его ученик Яаков Бекенштейн убедил учителя, что черные дыры сами содержат энтропию и, когда в них нечто попадает, их энтропия увеличивается. Таким образом (когда вы включаете этот компонент в рассуждения), энтропия Вселенной все-таки увеличивается, и второй закон оказывается спасенным.

Так что же все-таки относительно стрелы черной дыры? Она не выдерживает тщательного анализа. Главная причина в том, что любой объект, измеренный в системе отсчета Земли, а не черной дыры, никогда ее не достигнет. Я говорил об этом в главе 7. Так что в пределах любого конечного промежутка времени (измеренного в системе отсчета Земли) объект, падающий в черную дыру, скорее всего, может вернуться.

Такая возможность избежать падения формализуется постулированием существования белых дыр. Это повернутая во времени вспять дыра черная. Согласно уравнениям общей теории относительности, они действительно могут существовать. Но существуют ли? Насколько мы знаем, нет. Но возможность их реальности показывает, что в уравнениях черных дыр нет изначальной асимметрии времени – во всяком случае, в нашей собственной СО. И эта система отсчета остается такой, в которой направление стрелы времени – загадка.

Стрела излучения

Небольшая нестыковка, случившаяся в классической теории электромагнетизма, в начале 1900-х годов послужила причиной спора между Вальтером Ритцем[156], видным швейцарским физиком, и Альбертом Эйнштейном. Спор возник по поводу известного факта, что колебания электрона порождают электромагнитные волны. Это то, что мы делаем с радиоантенной: заставляем электроны передвигаться взад-вперед по куску проволоки, и в процесе этого движения возникают радиоволны. Если смотреть на микроскопическом уровне, то любой горячий объект (например, разогретая вольфрамовая нить в электрической лампочке) наполнен горячими электронами, которые колеблются с большой частотой. Этим и объясняется то, что объекты светятся ярко-красным или даже белым светом. Колеблющиеся электроны генерируют высокочастотные электромагнитные волны, которые мы называем видимым светом.

Эмиссия такого излучения может быть рассчитана с использованием классических уравнений Максвелла, однако для этого нужно иметь представление о направлении времени. Именно отсюда родилась идея, что излучение может определять направление времени. Посмотрите разделы об электромагнетизме в сегодняшних учебниках физики для старших школ и колледжей. Уравнение, описывающее излучение, названо в честь человека, который впервые вывел его в 1897 году, ирландского физика Джозефа Лармора[157]. Утверждается, что для его выведения необходим ввод принципа причинности, то есть требуется (так написано в большинстве учебников, которые я видел) признать, что колебания электронов происходят до возникновения излучения. Причинность открыто вводится включением в уравнение того, что называется запаздывающим потенциалом и пренебрежением опережающего потенциала.

Именно это заставило многих ученых уверовать, что явление классического излучения, присутствующее в физике (не только свет, но и водяные волны, звуковые и волны землетрясений), определяет направление стрелы времени. Действительно, в приведенных мной примерах уменьшения локальной энтропии (например, при изготовлении чашки или строительстве здания) эмитированное излучение тоже отвечает за уменьшение энтропии, унося ее больше, чем восстанавливая. Таким образом, излучение задает направление стреле.

Ритц понимал, что уравнения электромагнетизма, в особенности ясные примеры расчета излучения, содержали «встроенное» направление времени. Эйнштейн утверждал, что это не так. Кажется странным, что спор разгорелся вокруг математики. На самом деле проблема была не в математике, а в том, как ее интерпретировать. Спор между двумя учеными приобрел общественный характер. Он выплеснулся на страницы нескольких статей в очень известном научном журнале Physikalische Zeitschrift[158]. Редактор попросил обоих физиков опубликовать совместное письмо, поясняющее суть спора. Ритц и Эйнштейн написали статью, которая была расценена публикой как их «согласие в несогласии друг с другом». Дискуссия шла вокруг включения в уравнения опережающего потенциала – той их части, которая, казалось, предсказывала излучению, что собирался делать колеблющийся электрон. Ритц сказал, что такое включение «не физично»; Эйнштейн же утверждал, что в качестве теории опережающий потенциал должен быть включен.

Когда я размышляю над этим спором двух ученых в ретроспективе, мне кажется, Ритц был движим прежде всего теми выводами, к которым он хотел прийти, а не убедительными математическими фактами. Он не был тогда еще убежден, что сравнительно новая по тем временам теория относительности была правильной, а имя ее автора не стало пока синонимом гениальности. До этого было еще несколько лет. Эйнштейн же оставался объективным. Кажется странным, что он не разработал математику этого вопроса. Она оставалась нетронутой до тех пор, пока молодой студент Ричард Фейнман не представил соответствующую работу Эйнштейну.

Достижения Фейнмана

В 1945 году Ричард Фейнман, начинающий молодой ученый (даже еще без степени доктора наук), только закончил работу в Манхэттенском проекте. Он утверждал, что был единственным, кто нарушил данный всем приказ и открыл глаза в момент первого испытательного атомного взрыва в Нью-Мексико (разумеется, он смотрел через затемненный фильтр). Научный руководитель диссертации Фейнмана в Принстоне, Джон Уилер[159], предложил молодому ученому заняться изучением асимметрии в выводе уравнения излучения и выяснить, может ли излучение быть рассчитано с использованием опережающего потенциала с таким же успехом, как и потенциала запаздывающего. Тогда такое предложение было равносильно вопросу о том, может ли знание будущего быть использовано для предсказывания прошлого. Требуют ли уравнения классического излучения, чтобы время двигалось вперед, или излучение может быть даже обращено назад?

Фейнману удалось аргументировать, что уравнения работали как с опережающим, так и с запаздывающим потенциалами. Этот результат подтвердил позицию Эйнштейна. Он показал, что уравнения для излучения симметричны во времени, никакой первичной стрелы не существовало. И вывод, и доказательства стали блестящим достижением молодого докторанта и предвестником великих дел, которые Фейнман еще должен был совершить, – включая его пересмотр квантовой физики и интерпретацию антивещества как вещества, движущегося во времени в обратном направлении.

Уилер был очень доволен работой Фейнмана и попросил его выступить с сообщением на еженедельном семинаре, который организовал Юджин Вигнер[160] – физик, чей математический гений создал основание для большей части современной теоретической физики. Для Фейнмана это было первое подобное выступление, и он согласился, хотя перспектива читать лекцию самому Вигнеру пугала. Затем Уилер сказал молодому ученому, что пригласил также Генри Рассела[161], знаменитого своим вкладом в развитие теории звезд и теории атомов. Фейнман занервничал еще больше. Но это оказалось не все. Среди приглашенных был и Джон фон Нейман[162], один из выдающихся гениев науки своего времени, который внес огромный вклад в развитие не только физики и математики, но и статистики, цифровой информатики и экономики. И, что было уж совсем плохо, – Уилер пригласил также Вольфганга Паули[163], одного из основателей современной физики, великого ученого квантовой эры, создателя принципа запрета Паули, которым объяснялась стабильность атомов. Он был известен своей острой и уничижающей критикой научных работ, которые считал ошибочными, его иногда даже называли «совестью физики». Фейнман готовился к самому худшему.

И это произошло. Приглашение на семинар принял Эйнштейн.

Фейнман рассказывал, что находился в полном отчаянии. В своей книге Surely You’re Joking, Mr. Feynman[164] он вспоминал: «И вот передо мной сидят в ряд величайшие умы современности». Уилер пытался успокоить Фейнмана ободряющими словами: «Не волнуйся, я сам отвечу на все вопросы».

Позднее он говорил, что как только начал выступление, вся нервозность куда-то исчезла. Ученый погрузился в чистую физику и вдруг обнаружил, что авторитетом в проблеме, которую он излагал, были не Вигнер, не Нейман, не Паули и даже не Эйнштейн, а он – Ричард Фейнман. Он, а не Вигнер, отвечал на вопросы, и все прошло замечательно.

Фейнман показал, что классическая теория излучения не делает разницы между прошлым и будущим. Был прав Эйнштейн, а не Ритц (вас это удивляет?). Электромагнитное время не задает направление стреле времени.

Психологическая стрела

Психологическая стрела во многих отношениях наиболее загадочная из всех предложенных стрел времени. Если мы будем исходить из представления о том, что физика полностью обратима во времени и показанное задом наперед кино не нарушает никаких законов, может ли все-таки существовать стрела, направление которой задается самой жизнью? Есть ли что-то, заставляющее нас помнить прошлое, а не будущее, хотя законы физики полностью симметричны?

Большинство физиков убеждены, что ничего духовного в направлении времени нет, оно не связано ни с каким особенным проявлением жизни, и ответ лежит исключительно в плоскости физики. Например, Стивен Хокинг утверждает, что психологическая стрела времени основывается на стреле энтропической. Но это скользкий вывод. Его обычно не доказывают, а просто постулируют как нечто само собой разумеющееся. Хокинг говорит: «Беспорядок и хаос увеличиваются со временем, потому что мы измеряем время в направлении увеличения этого беспорядка. Справедливее ответа нет!» Однако такое заявление само служит примером логической ошибки, известной под названием ipse dixit[165], то есть доказательства путем утверждения, достигаемого через авторитарность.

Что такое память? Дать определение и понять ее гораздо труднее, чем вы, вероятно, ожидали. У всех есть такое ощущение, что, обучаясь, мы уменьшаем степень беспорядка в мыслях, в нашем мозгу. Это снижение энтропии? Но подобный процесс можно рассматривать и как ее увеличение: если мозг представить в качестве хорошо организованных пустых ячеек (подобно памяти компьютера, которая заполнена нулями и в которой нет ни одной единицы). Учась, мы делаем эти ячейки более дезорганизованными в информационном смысле. Существует всеобщее понимание того, что если память – это сокращение беспорядка, то процесс обучения должен генерировать много тепла, наращивающего энтропию Вселенной. Так что, если даже локальная энтропия нашего мозга уменьшается, энтропия Вселенной в целом увеличивается. Но для нас наиболее значимо локальное уменьшение энтропии.

Некоторые полагают, что сама жизнь, а также сознание, выходит за пределы физики. Далее в книге я исследую эту возможность. До той степени, пока мы рассматриваем человека как сложное сочетание различных химических веществ и соединений, реагирующее на внешние импульсы, нет никакой необходимости в постулировании психологической стрелы времени. Компьютеры, работающие исключительно на физических формулах и уравнениях, прекрасно запоминают прошлое и не нуждаются в психологии сознания или жизни. Они могут рассчитать многие аспекты будущего. В парадоксе с тахионным убийством у Мэри не было выбора, кроме нажатия курка. Свобода ее воли оказалась иллюзией, а поведение полностью определялось физическими уравнениями.

Антропическая стрела времени

«Антропический» означает «имеющий отношение к человеку». Самое раннее использование этого термина относится к середине XIX века, когда в классическом толковом словаре английского языка Oxford English Dictionary (1859) им сопровождались наблюдения за гориллами и их человекоподобным поведением. Антропный принцип любят многие современные теоретики, особенно это касается области теории струн. Он гласит: с учетом того, что только очень малый набор вероятностей может послужить основой для разумной жизни, мы сами можем определять параметры Вселенной, включая ее возраст, размеры и состав, а также, возможно, направление течения времени.

Согласно антропному принципу, наша способность размышлять о происхождении Вселенной возможна благодаря ее исключительной особенности. «Я мыслю – следовательно, я существую». Более того, это должно означать, что время движется вперед, а не назад. Хокинг считает антропный принцип невероятно могущественным, определяющим даже, почему психологическая стрела времени указывает в том же направлении, что и энтропическая. Если бы это было не так, заявляет Хокинг, мы вообще не обсуждали бы сейчас эту проблему. QED[166].

Я считаю антропный принцип бесполезным. По моему опыту, он используется теми физиками, которым не удалось подтвердить свои концепции вычислениями. Именно поэтому они утверждают, что порядок вещей должен быть таким, каков он есть, иначе нечего было бы обсуждать. Такое логическое построение основывается на твердом убеждении, что любая форма разумной жизни должна быть очень похожей на нашу. Время должно двигаться вперед, потому что если бы оно текло назад, вся окружающая действительность была бы другой.

Мой коллега Холгер Мюллер (мы не знаем о наличии между нами родственных связей) предложил пример для иллюстрации пустоты антропного принципа. Представьте ученого, размышляющего над вопросом: «Почему существует Солнце?» Основанный на антропном принципе ответ гласил бы: «Потому что если бы его не было, то нас тоже не было бы!» Это примитивный ответ, который, возможно, могли бы озвучить философы XVIII века. Гораздо более наполненный и удовлетворительный ответ дала физика: «Облако остатков от первичного взрыва сверхновой звезды стало уплотняться под действием сил собственной гравитации. По мере того как в него попадали куски вещества, под действием скорости и гравитационного сжатия образовалось большое количество тепла, которое создало температуры, достаточные для начала ядерной реакции». И так далее. Именно такой ответ удовлетворяет научной парадигме, значительно перекрывая пустой подход антропного принципа.

В начале 1900-х годов Вольфгангу Паули, одному из создателей квантовой теории, показали научную работу, которую он расценил как слабую и путаную. Говорят, тогда он отметил, что «работа даже не ошибочна»[167]. По глубокому убеждению Паули, одним из достоинств научной теории считается то, что она может быть опровергнута. Работа, с которой познакомили Паули, не отвечала этому критерию. Питер Войт, физик-математик из Колумбийского университета, с жаром отстаивал мнение, что антропный принцип (так же как и теория струн) вписывается в оценку Паули как «даже не ошибочный». Войт излагает аргументы в своем блоге и книге, которые оба называются (вполне естественно) «Это даже не ошибка». По-моему, выражение это даже не ошибка в такой же мере относится и к объяснению направления стрелы времени энтропией.

Нарушение обратимости времени

Рассматривая вопрос о сейчас, мы скоро войдем в царство квантовой физики, которая стала другой теоретической революцией XX века (в дополнение к теории относительности). Некоторые концепции квантовой физики так же будоражат наше сознание, как и наиболее волнующие аспекты теории относительности, или даже более того. Это концепция о путешествии частиц назад во времени (антивещество) и таинственное явление под названием квантовое измерение, которое, судя по всему, обладает собственной «стрелой». Но прежде чем перейти к затронутым вопросам, хочу коснуться квантового явления, имеющего непосредственное отношение к стреле времени. Открытое в 2012 году, оно получило название нарушение обращения времени, или нарушение Т-симметрии (Т – time, время).

Нарушение обращения времени подразумевает, что картина взаимодействий между частицами может быть одинаково представлена как движущаяся вперед или движущаяся назад. В субатомный мир элементарных частиц встроено направление времени, никак не связанное с энтропией. Открытие нарушения Т-симметрии было далекоидущей целью физики (я не буду использовать затасканную метафору с поисками святого Грааля[168]), которая смогла быть достигнута с большим трудом в результате проведения очень сложных экспериментов. Нарушение Т-симметрии подозревали уже давно. Когда же были проведены наблюдения за различиями в поведении частиц и античастиц, ученые восприняли это как указание на то, что нарушения Т-симметрии станут реальностью.

В 1960 годах в качестве докторанта я изучал взаимодействие частиц вместе с Филом Даубером, который только что поступил на работу в группу, возглавляемую Луисом Альваресом, в лаборатории Лоуренса университета Беркли. Я был очень взволнован, когда одна из частиц под названием каскадный гиперон (кси-гиперон), которую мы изучали, показала признаки нарушения Т-симметрии в процессе распада! Поскольку такое открытие могло стать очень важным, Фил тщательно проверял все данные, придумывал самые невероятные тесты, стремясь не допустить возможных системных искажений и всеми силами стараясь опровергнуть свое открытие.

В конце концов он сказал, что ему удалось снизить количество стандартных отклонений при исследовании нарушения Т-симметрии всего до двух. То есть у него есть «только» 95 % на то, чтобы быть правым, и 5 % – на ошибку. Фил объяснил, что такое соотношение не годится для важного открытия. У исследователя остается 5 % шансов на то, что его доклад будет содержать полную чепуху. Я был ошарашен, думая иначе: 95 % вероятности того, что такое важное открытие – истинно, уже очень большая вероятность. Однако это не так, терпеливо объяснял мне Даубер. Все работающие с физикой частиц, по его словам, должны руководствоваться высокими стандартами. В докладе о работе мы с Филом указали, что параметр, обозначающий наличие нарушения Т-симметрии, имел всего лишь два стандартных отклонения от нуля – а это означало, что он практически равен нулю. Мы сделали вывод об отсутствии нарушения Т-симметрии. Ярких заголовков газет не случилось.

Представьте мое разочарование. Я подключился к проекту, сулившему одно из важнейших открытий всех времен, о котором мои потомки могли бы читать в книгах по истории. И у меня было 95 % шансов на то, что я прав! Однако Фил не был уверен в том, что 95 %-ная вероятность успеха – это достаточно много.

Спустя десятилетия я вернулся к этому вопросу. Со временем появились более точные приборы для измерения Т-симметрии в отношении каскадного гиперона. И что интересно, окончательный результат действительно оказался нулевым, хотя и с гораздо меньшей вероятностью ошибки. Фил оказался совершенно прав в следовании строгим научным стандартам, а я вынес из этой истории очень важный урок насчет научных открытий.

Что же пошло не так? Как получилось, что находка, дававшая 95 %-ную вероятность того, что она верна, оказалась ошибкой? Да просто в то время мы изучали множество физических явлений. Наблюдали распад различных частиц, следили за их взаимодействием, за изменениями массы и ожидаемой симметрией. В научном отчете мы упоминали о примерно 20 полученных результатах. Если каждый из них имел 5 %-ную вероятность ошибки, мы должны были ожидать, что один из них – вообще неверный. Единственный путь к отсутствию серьезных ошибок – следование высоким научным стандартам.

Сейчас, вспоминая работу в группе Альвареса, понимаю, что мне очень повезло: я взаимодействовал с удивительным коллективом, в который входили одни из лучших физиков мира. В 19601970-х годах они были на переднем рубеже физики частиц и почти каждый месяц сообщали об открытиях. Вполне может быть, что количество важных достижений, о которых они известили человечество, превысило число подобных в любой другой группе ученых в мире. Тем не менее не могу припомнить ни одного примера, чтобы обнародованное ими научное открытие было впоследствии признано ошибкой. Это удивительно. Добиться этого можно было, только соблюдая строжайшие стандарты.

В 2012 году коллектив ученых из Центра линейного ускорителя Стэнфордского университета опубликовал результаты исследования двух разных реакций, имеющих отношение к распаду редкой частицы под названием В-мезон. Эти частицы существуют в нескольких формах, в том числе и таких:

(нейтральный В-мезон с черточкой) и В_ (В-мезон «минус»). Ученые изучали две реакции: одну, в которой

превращается в В_, и вторую – с обратным процессом. Это процессы с обращенным временем: если вы смотрите фильм, показывающий один процесс, то это может быть и фильм, показывающий другой процесс в обратном времени. Однако в ходе изучения реакций группа наблюдала нарушения симметрии, которые составили 14 стандартных отклонений. Согласно теории статистики, такой результат давал вероятность ошибки в соотношении всего лишь 1:10⁴⁴. Это один шанс на 100 тредециллионов[169]. Такой ничтожный шанс на ошибку, наверное, удовлетворил бы даже Фила Даубера.

Это открытие не было случайным. Изучению реакций В-мезонов предшествовало наблюдение за очень своеобразным поведением связанных с ними каонов[170]. Исследователи хотели в этих взаимодействиях увидеть нарушения обращения времени. Сегодня мы можем ясно сказать то, о чем в 2012 году могли только догадываться: обращение времени вовсе не полная симметрия законов квантовой физики. Время, движущееся вперед, отлично от времени, идущего назад.

Это очень важное соображение в изучении природы времени. Но может ли оно каким-то образом сыграть роль в определении направления движения времени, его течения и значения сейчас? Думаю, нет. Нарушение инверсии времени невелико по эффекту. Используя метафору, можно сказать, что принцип инвариантности времени нарушен, но это не тяжкое преступление. Ситуацию можно приравнять к штрафу за неправильную парковку, а не к серьезному уголовному наказанию. Доказательством нарушения Т-симметрии сегодня можно назвать только особый вид радиоактивности (распад В-мезонов), который можно наблюдать лишь в экзотических лабораториях физики высоких энергий. Как может такое локальное и трудно наблюдаемое явление сыграть какую-то роль в определении направления времени?

Эти утверждения подводят меня к мысли, что нарушение обращения времени не особенно важно в повседневной жизни. Однако это не означает, что оно не было значимым на ранних этапах существования Вселенной, когда все пространство было заполнено плотным перегретым бульоном из частиц, в том числе (в очень ранней Вселенной) множества каонов и В-мезонов.

На самом деле существуют серьезные аргументы в пользу того, что нарушение симметрии вещества и антивещества, тесно связанных между собой, и послужило условием для создания Вселенной, которую мы знаем сегодня. Андрей Сахаров[171], нобелевский лауреат (за критику советского правительства) и один из авторов водородной бомбы, в 1967 году отмечал, что нарушение симметрии вещество-антивещество (называемое СР-симметрией) могло привести к небольшому преобладанию вещества над антивеществом в первые моменты возникновения Вселенной, в объемах примерно одной части на 10 миллионов. Однако впоследствии, по мере остывания Вселенной, все антивещество вступило в аннигиляцию с веществом, превратившись в фотоны. Из-за небольшого преобладания вещества при аннигиляции образовались его небольшие остатки в виде того вещества, которое сейчас наполняет Вселенную. Звезды, планеты и люди – все это сделано из небольшого количества вещества, оставшегося после великой аннигиляции. Нарушение СР-симметрии было небольшим и преимущество вещества – совсем незначительным. Да здравствует победа!

Наблюдение нарушения обращения времени важно и с еще одной точки зрения: оно было предсказано на основе базовых положений квантовой теории, в которой выражается абстрактной СРТ-теоремой. То, что эта абстрактная теорема предсказала необычное явление и была подтверждена, стало еще одной демонстрацией того, что квантовая теория имеет прочное основание.

Квантовая стрела

Асимметрия времени может таиться в таком таинственном аспекте квантовой физики, который известен как квантовое измерение. Этот процесс оказывает влияние на квантовые состояния в будущем, но не прошлом. В нескольких последующих главах об этом будет рассказано подробнее. Главным недостатком при задействовании теории измерений оказывается то, что она очень сложна для понимания. Именно поэтому объяснения, построенные на ее основе, не могут быть подлинными, а таят надежду, что две тайны (время и измерение) могут быть соединены. Тем не менее квантовая стрела заслуживает самого серьезного внимания.

Космологическая стрела

Эддингтон предложил энтропийную стрелу потому, что увеличение энтропии представлялось ему единственным законом физики, в котором имеось направление времени. Оставался вопрос: почему энтропия увеличивается? Ответ был найден в Большом взрыве, великом открытии, объясняющем то, что наша нынешняя Вселенная не умерла. Большой взрыв позволил Вселенной всегда быть молодой, а следовательно, до сих пор оставаться неразупорядоченной. Расширение пространства создало много места для дополнительного роста энтропии.

Однако с принятием теории Большого взрыва необходимо посмотреть на проблему стрелы времени по-новому. Энтропийный механизм работает не очень удовлетворительно. Тогда нужен ли он? Если мы представляем Вселенную в качестве пространства-времени, почему она должна расширяться только в смысле пространства? Почему и не во времени тоже? На самом деле это и происходит: каждую секунду мы прибавляем новую секунду ко времени. Возможно, о течении времени более точно следует размышлять как о создании нового времени. Представлять себе не трехмерный Большой взрыв, а четырехмерный, с постоянным безостановочным созданием пространства и времени.

В главе 11 я предлагал представить, что вам дано полное знание Вселенной, почти равное Божественному, в том числе о двух моментах, по поводу которых все интересуются, какой из них был первым. Как бы вы ответили? Тогда я посоветовал высчитать энтропию двух моментальных снимков, сделанных в эти моменты. Первым был тот, энтропия которого меньше. Но вы можете также оценить и размеры Вселенной. Момент, который произошел в меньшей по размеру Вселенной, – первый.

Чтобы хорошенько в этом разобраться, нам нужно окунуться в другое великое и революционное открытие XX века. В то, которое во многом еще более, чем теория относительности, приводит в замешательство и противоречит здравому смыслу.