Откуда на самом деле берется время? И почему законы физики позволяют ему течь вспять

Вопрос о природе времени кажется почти философским, но для физиков это одна из самых острых и конкретных проблем. Каждый из нас интуитивно ощущает его неумолимый ход: секунды складываются в минуты, прошлое безвозвратно уходит, а будущее неотвратимо наступает. Однако стоит нам заглянуть в фундаментальные законы, описывающие мир на уровне частиц, и эта привычная картина рассыпается. Оказывается, для них нет никакой разницы между «вчера» и «завтра». В этом и заключается один из величайших парадоксов современной науки: почему наш мир имеет чётко выраженную «стрелу времени», если управляющие им законы абсолютно симметричны?

Энтропия и «первородный грех» космологии

Чтобы подобраться к ответу, учёные обращаются к понятию энтропии. В популярном изложении её часто называют «мерой беспорядка», и это неплохое начало. Представьте ящик для столовых приборов: состояние, когда все вилки лежат с вилками, а ложки — с ложками, крайне упорядочено. У него низкая энтропия. А вот если вы закроете и потрясёте ящик, приборы перемешаются. Это состояние хаоса, или высокой энтропии.

Время, каким мы его знаем, течёт лишь в одну сторону — от порядка к хаосу, от низкой энтропии к высокой. Разбитая чашка не соберётся сама обратно, а остывший кофе не нагреется без внешнего воздействия. Этот однонаправленный процесс и есть та самая «стрела времени».

Но тут возникает загвоздка. Если Вселенная, как и ящик с приборами, стремится к максимальному беспорядку, это означает, что в самом начале она должна была находиться в состоянии невероятной, почти невозможной упорядоченности. Физики называют это «гипотезой прошлого» — постулатом о том, что Большой взрыв породил мир с экстремально низкой энтропией.

И вот эта гипотеза многим не даёт покоя. Почему? Потому что она звучит как объяснение в стиле «просто так получилось». Она не выводится из других законов, а вводится как специальное начальное условие. Это своего рода «космологический первородный грех» — допущение, которое мы вынуждены принять, чтобы вся остальная картина сошлась. Но наука не любит таких «заплаток» и постоянно ищет способы от них избавиться.

Вселенная из пробирки: как игрушечные модели решают реальные парадоксы

Как же доказать, что стрела времени — не случайность, а неотъемлемое свойство реальности? Здесь на помощь приходят так называемые «игрушечные вселенные». Это не наивные фантазии, а мощнейший научный инструмент. Физики создают упрощённые компьютерные модели, в которых оставляют только самые базовые, неоспоримые законы, и смотрят, что из этого получится.

Именно такой путь избрала команда Пабло Арриги. Они построили модель, в которой действовали только полностью обратимые законы — те самые, для которых нет разницы между прошлым и будущим. А затем добавили в неё один-единственный, но ключевой ингредиент, который мы наблюдаем в нашей собственной реальности — постоянное расширение.

Результат оказался поразительным. В такой вселенной стрела времени возникла сама собой, естественным образом! Ей не понадобилось никакое «особенное» начальное состояние с низкой энтропией. Сам факт расширения пространства заставлял систему эволюционировать в одном направлении, создавая иллюзию необратимого течения времени, даже если на фундаментальном уровне все процессы были обратимы.

За гранью Большого взрыва: симметричные миры и вечные циклы

Этот элегантный результат открывает двери для по-настоящему головокружительных идей. Если для запуска времени не нужен уникальный, упорядоченный старт, то, возможно, и сам Большой взрыв не был уникальным событием?

Модель Арриги и его коллег допускает сценарий, который раньше казался чистой фантастикой. Что, если по «другую сторону» Большого взрыва существует зеркальная вселенная, которая расширяется в противоположном направлении? В этом мире время текло бы «вспять» по отношению к нашему, но для его гипотетических обитателей оно было бы таким же привычным и однонаправленным. Наше рождение, наша материя — всё это могло бы быть следствием событий, произошедших в их «прошлом».

Такая картина, где Большой взрыв — это не точка абсолютного начала, а скорее мост между двумя симметричными мирами, решает сразу несколько проблем. Она также делает более правдоподобными идеи «Большого отскока» — бесконечного цикла расширений и сжатий космоса.

Голос разума: почему элегантность — не всегда доказательство

И всё же, как бы ни были красивы и логичны эти модели, научное сообщество сохраняет здоровую долю скепсиса. Философ науки Дэвид Альберт из Колумбийского университета призывает не спешить с выводами. Он обращает внимание на опасную ловушку мышления: мы считаем состояние низкой энтропии «особенным» и маловероятным, исходя из наших интуитивных представлений о вероятности.

«Но кто сказал, — рассуждает Альберт, — что наши априорные суждения о вероятностях состояний Вселенной верны?» Возможно, низкая энтропия в начале времён — это не невероятное чудо, а закономерное следствие пока неизвестных нам законов. Он настаивает, что окончательный вердикт могут вынести только наблюдения и факты, а не элегантность теоретических построений.

Главная проблема — колоссальный разрыв в масштабах. Мы можем изучать энтропию в лабораторных условиях, с газом в коробке, но экстраполировать эти выводы на всю Вселенную — задача невероятной сложности, полная скрытых допущений.

Заключение: новый взгляд на старую загадку

Так откуда же берётся время? Окончательного ответа пока нет. Но подход к его поиску меняется на наших глазах. Вместо того чтобы вводить дополнительные «правила игры» вроде гипотезы прошлого, физики пытаются вывести стрелу времени из более фундаментальных свойств нашего мира, таких как его непрерывное расширение.

Эта работа показывает, что время — не просто фон, на котором разворачиваются события. Возможно, оно является эмерджентным свойством, то есть возникает из более простых взаимодействий, подобно тому как сознание возникает из активности нейронов. И хотя мы всё ещё в самом начале пути, одно ясно точно: стрела времени, породившая нас, неумолимо несёт нас в будущее, где об этой величайшей загадке мы узнаем ещё больше.