Тайны ВРЕМЕНИ или неизбежность нашей… гибели

Одна из наиболее непостижимых загадок физики состоит в том, что элементарное восприятие человеком времени как потока, непрерывной смены событий (или как перемещения момента “теперь”) – не имеет места в физическом описании объективного мира. То есть в ходе развития теоретической физики никогда не возникала необходимость вводить текущее, подвижное время; никогда не было физических опытов, которые позволили бы установить течение времени. Физика делает различия только между прошлым и будущим, но наш ум помимо прошлого (которое мы вспоминаем) и будущего (которое мы планируем), различает еще и настоящее (когда мы действуем, момент “доступа” к Вселенной). Более того, всеобщего “теперь” не существует, есть только сугубо индивидуальное – “здесь и теперь” (у каждого человека свое). “Существует” только настоящее. Все время происходит некое непрерывное умственное творение – мир в каждое мгновение обновляется. Взаимосвязь этих последовательных миров создает впечатление, что один “превращается” или “переходит” в другой, “последующий”. Субъективно течение времени ускоряется, когда человек занимается чем-то доставляющим ему удовольствие, и замедляется в противном случае. Обусловлено ли это недостатками самой физики, которая игнорирует сознательное “я” во Вселенной, или же течение времени представляет собой психологическую иллюзию, совершенно не ясно. Гипотезы о времени, касаясь таких вопросов, как свобода воли и смерть, глубоко затрагивают философские проблемы и парадоксы. Взаимодействие физического мира ученого и метафизического мира нашего “я” приводит к некоторым странным и весьма сложным противоречиям.

Весьма необычную идею о понятии “ряда” времени выдвинул Дж. У. Данн. Исходя из соображения, что движущееся время может иметь смысл, если его измерять относительно другого времени (в смысле вопроса: с какой скоростью течет время?), Данн предложил ввести бесконечный ряд временных измерений, каждое из которых “течет” с точки зрения последующего. В поддержку своего необычайного предложения Данн приводил примеры явно предсказательного характера, связанные с состоянием сна. У физиков эта идея не получила всеобщего признания, впрочем, последние всегда проявляют большую осторожность в отрицании реальности движущегося настоящего. В любом случае, если только явление движущегося “теперь” не будет полностью дискредитировано физиками, придется признать, что мы чего-то не понимаем в отношении времени и нашего разума.

В самом элементарном представлении время – это однонаправленное действие, в котором имеет место различие между прошлым и будущим. Симметричные во времени процессы (периодические и прочие) – это те, которые мы без всякого удивления можем наблюдать протекающими в обратном порядке. Так, например, если “запустить” комету вокруг Солнца вдоль той же траектории в обратном направлении, то она пройдет точно по ней в полном согласии с законами физики. Асимметричные процессы характеризуются тем, что они не могут протекать в обратном порядке (например, сгоревшая спичка никогда сама по себе не превратится в целую). Именно поэтому время, всегда текущее из прошлого в будущее, – асимметрично, но объяснение этому следует искать не в структуре самого времени, а в структуре Вселенной, которая и обуславливает асимметричные последовательности событий при неизменном порядке времени.

Множество однонаправленных изменений по своей природе диссипативны, всевозможные возмущения имеют тенденцию распространяться во все стороны и затухать. Например, теплота покидает горячие тела и передаются холодным; газы диффундируют, растворяясь в воздухе; возмущения воды в пруду волнами распространяются вокруг и исчезают; ветер теряет свою энергию; теплота и свет распространяются от Солнца в окружающее космическое пространство и т. д. Таким образом, любому макроскопическому процессу свойственна асимметричность во времени. Замечателен тот факт, что сущность большинства подобных изменений можно в общем и целом понять, опираясь всего лишь на один конкретный раздел физики – термодинамику (исключение составляют волновые процессы, где асимметрия не обладает непосредственно термодинамической природой).

В термодинамике существует величина, называемая энтропией, физическое толкование которой – мера беспорядка системы. Если система имеет четко выраженную структуру и в ней царит порядок, то ее энтропия мала (сам человек – это система с пренебрежительно малой энтропией). Напротив, системы с высокой энтропией беспорядочны и хаотичны. Энтропию можно также связать с информацией: когда энтропия растет, информация утрачивается (если беспорядочно перемешать все буквы на данной странице, то информация, полученная читателем, устремляется к нулю). Второе начало термодинамики гласит, что энтропия Вселенной не может уменьшаться, то есть порядок всегда стремиться уступить место беспорядку. Этот принцип хорошо знаком нам из повседневной практики: много труднее добиться высокой степени порядка, чем разрушить его. Так, в СССР за 20 послевоенных лет был выстроен «порядок» довольно высокой степени (в сфере образования, производства, науки, и т. д.), затем «перестройка» и «реформы» Гайдара легко разрушили существовавший порядок, а за последующие 20 лет народ (в своей подавляющей массе) до сих пор ничего не получил взамен, кроме иллюзорной «демократии» (см. мою книгу: http://zhurnal.lib.ru/i/isaew_aleksandr_wasilxewich/index_7.shtml )

Порядок уступает место беспорядку в силу статистического характера физических процессов. Так, непосредственное выражение закона возрастания энтропии на атомном уровне было получено Людвигом Больцманом (1844–1906) при рассмотрении поведения идеального газа в изолирующем ящике. Больцман выдвинул гипотезу о статистическом характере молекулярных столкновений (постулат молекулярного хаоса): движение молекул заранее не скоррелировано (не упорядочено), так как они “не знают” о предстоящем столкновении.

Конечно, после столкновения характер движения уже зависит от того факта, что столкновение произошло. При хаотическом движении частицы вскоре утрачивают свою упорядоченную конфигурацию. Больцман строго математически показал, каково должно быть поведение газа в рассмотренной им модели. В ходе доказательства он ввел некую Н-функцию и установил, что со временем функция Н может только возрастать. Более глубокий анализ показал, что ее следует отождествить именно с энтропией. Подобным образом эволюционирует предоставленная самой себе система из произвольного начального состояния до состояния равновесия. Этот однонаправленный во времени процесс лежит в основе временной асимметрии физического мира.

Чем более упорядочено состояние системы, тем меньше разных возможностей выбора. Состояния с высокой степенью беспорядка (высокой энтропией) реализуются гораздо большим числом способов. Здесь можно провести аналогию с колодой карт, которую начинают  беспорядочно тасовать, после чего шансы увидеть карты разложенными по старшинству мастей становятся безнадежно малыми. Таким образом, система, предоставленная самой себе из произвольного начального состояния, устремляется к состоянию, при котором царит наибольший беспорядок (энтропия максимальна) – просто это наиболее вероятная ситуация (об энтропии также можно прочитать в моей книге «Суперструны…» на стр. 52: http://zhurnal.lib.ru/i/isaew_aleksandr_wasilxewich/index_5.shtml)

Строго говоря, в принципе энтропия может убывать, а хаотическое распределение молекул газа может самопроизвольно приобрести некоторую структуру, упорядочиться. Это следует из удивительной теоремы Ж. А. Пуанкаре (1854–1912), одно из следствий которой можно перефразировать так: все что может произойти в полностью изолированной системе, произойдет и притом бесконечное число раз! Например, сгоревшая спичка в принципе может сама по себе превратится в целую. Правда, так называемый период возврата Пуанкаре по весьма заниженной оценке равен  10^N (то есть 10 в степени N, иначе говоря, число 10 надо умножить на само себя N раз), где N – число частиц, из которых составлена данная система. Мир, окружающий человека, можно оценить как N = 10^26 атомов (а если взять все звезды, доступные современным оптическим телескопам, то количество атомов в них оценивается как N  = 10^80), поэтому, хотя у Пуанкаре чудеса (как своего рода крупные флуктуации) возможны, но они более редки, чем мы в состоянии себе представить, на практике такие события крайне невероятны, а рост энтропии практически гарантирован.

Итак, теорема Больцмана объясняет механизм перехода системы из состояния с низкой энтропией в равновесное (с высокой энтропией), однако, не объясняет, почему это всегда случается лишь в одном направлении во времени – из прошлого в будущее, то есть не объясняет асимметрию времени.

Окружающий нас мир часто легче понимать через призму точных наук. Так, вывод из теоремы Пуанкаре (всё, что может произойти …– рано или поздно произойдет!) позволяет осознать неизбежность катастроф:

– техногенных (взрыв на Чернобыльской АЭС, взрыв на АПЛ «Курск», и т.п.);

– политических («перестройка» в СССР, война в Чечне, события в Нью-Йорке 11 сентября 2001 г., и т.п.);

– духовных (все религии, «черный квадрат» Казимира Малевича за… 1 миллион долларов США, и т.п.);

– человеческих (чудовищные преступления отдельных людей, и т. п.) и т.д.

Все катаклизмы в истории человечества и в судьбе каждого человека – это своего рода флуктуации, границы которых вполне просматриваются. Так, флуктуация человеческого разума происходит в диапазоне от гениального ума ученых (Леонард Эйлер, Карл Гаусс, Пуанкаре, Ландау Л.Д. и т.д.) до почти животного мышления у людей. Причем подобные флуктуации всегда были, есть и будут в обществе любой формации. Другое дело, что ныне прибыльное для СМИ «смакование» всякой гадости разрушает спасительное «табу» (систему запретов) у большинства неокрепших душ, повышая вероятность «низких» проявлений человека. Кстати, неудачные попытки построения упорядоченных суперсознательных обществ (скажем, коммунистического типа, у которых низкая «энтропия») можно объяснить довольно просто «по Больцману»: общество, как всякая физическая система, устремляется к состоянию, при котором царит наибольший беспорядок. Таким образом, построение капитализма (при котором «энтропия» максимальна) – это наиболее вероятное развитие событий в человеческом обществе, так как оно подразумевает минимальные духовные затраты от индивидуума (при капитализме человеку часто достаточно почти животных инстинктов).

В жизни нам часто приходится сталкиваться также с законом Мэрфи: «Если какая-нибудь неприятность может случиться, то она случается» (или иначе – с законом подлости: «В условиях неопределенности наиболее вероятно – наименее желаемое»). И это не просто удачная шутка остроумного человека, поскольку математик Б. Волк (Монитоба, США) обнаружил разновидность удивительной аномалии. Она имеет отношение к так называемому времени ожидания и в длинной серии испытаний возможно следующее: менее частое событие с большей вероятностью происходит раньше, чем более час­тое событие (вероятность того, что менее вероятное событие происходит чаще более вероятного, больше 0,5).