Стрела и машина

Есть в английском словосочетание “стрела времени” для обозначения понятного всем направления событий из прошлого в настоящее. При этом научную базу под это, вроде бы очевидное наблюдение подвели только в 1927 году (это сделал английский физик Артур Эддингтон).

С 1895 года, когда вышел роман Герберта Уэллса “Машина времени”, люди знакомы с представлением о том, что “можно” физически перемещаться в будущее или прошлое. Получается, что искусство опередило научные представления, донеся до масс симпатичную идею (машины времени), когда-то не противоречившую уровню пониманию науки, но с тех пор вроде как опровергнутую из-за противоречия “термодинамической асимметрии времени”. Тем не менее концепция путешествий во времени несёт с собой множество интеллектуально стимулирующих парадоксов, например, можно ли застрелить собственного предка, коль это изменит ход событий в мире и не даст появиться стрелявшему или сделает его совсем иным человеком?

Но прежде, чем разбираться со стрелой и машиной времени, давайте разберёмся, о чем идёт речь, т.е. со временем.

Российская “Новая философская энциклопедия” определяет время, как ” форму протекания всех механических, органических и психических процессов, условие возможности движения, изменения, развития”. Оксфордский словарь полагает временем бесконечно продолжающуюся, но воспринимаемую как единое целое последовательную/непрерывную цепочку событий в прошлом, настоящем и будущем (“The indefinite continued progress of existence and events in the past, present, and future regarded as a whole”).

Стэндфордская энциклопедия философии не даёт определения времени per se, но предлагает взгляды разных исследователей, а также несколько любопытных подходов к вопросу. Оказывается некоторые (так называемые “B-theorists”) предпочитают говорить о событиях “до” или “после”, другие (“A-theorists”) добавляют к “до” и “после” ещё и настоящий момент времени (“сейчас”, “сию секунду”, “миг между прошлым и будущим”). Разработана “статическая теория времени” (Static Theory of Time), которая полагает время подобным пространству и отрицает “течение времени” (the passage of time) как нечто независимое от сознания, тогда как “динамическая теория времени” (Dynamic Theory of Time) считает, что время принципиально отличается от пространства и время в действительности “течёт” (the passage of time is a real phenomenon). Но чтобы название не вводило в заблуждение, стоит заметить, что пропоненты “статической теории времени” полагают расширение Вселенной – изменением в пространственно-временном континууме (“spacetime”). Их оппоненты же думают, что расширение Вселенной в трёх пространственных измерениях отличается от изменений на шкале времени.

Известный физик Стивен Хокинг в своём бестселлере “Краткая история времени. От Большого Взрыва до черных дыр“ не обходит стороной и “стрелу времени”. В девятой главе книги он пишет: “Целая чашка на столе – это состояние высокого порядка, а разбитая, лежащая на полу, находится в состоянии беспорядка. Нетрудно пройти путь от целой чашки на столе в прошлом до разбитой на полу, но обратный ход событий невозможен.
Увеличение беспорядка, или энтропии, с течением времени – это одно из определений так называемой стрелы времени, т. е. возможности отличить прошлое от будущего, определить направление времени. Можно говорить по крайней мере о трех различных стрелах времени. Во-первых, стрела термодинамическая, указывающая направление времени, в котором возрастает беспорядок, или энтропия. Во-вторых, стрела психологическая. Это направление, в котором мы ощущаем ход времени, направление, при котором мы помним прошлое, но не будущее. И в-третьих, стрела космологическая. Это направление времени, в котором Вселенная расширяется, а не сжимается“.

В приведённом пассаже (и последующих строках) Хокинг допускает одну большую ошибку – говорит о психологической стреле времени, предполагая под этим единственно возможную последовательность событий. Но это совершенно точно не так: люди часто забывают, путают, переставляют местами события, создают ложные воспоминания (причём иногда коллективно). В довершение всего почти все могут легко представить никогда не виденную ими последовательность событий благодаря воображению, например, как вода из чашки утекает обратно в кран, разбитая ваза собирается из осколков и т.д. Как технический приём, подобная “обратная хронология” нередко используется в книгах и фильмах.
В человеческом сознании ось времени может быть направлена не в одном направлении, как стрела, но в двух, а то и в трёх или больше, если человек представляет себе альтернативное настоящее, а не только иное прошлое или желаемое будущее.

У человеческого восприятия времени есть одна особенность: мы замечаем не собственно время, но произошедшие с чем-то или кем-то изменение. Взгляд на стену не связывается со временем, пока на стене не появится пятно или трещина. Камень кажется неизменным и неподвластным времени, но всё меняется, если камень изучает геолог, оценивающий не ежедневные или ежегодные изменения, недоступные глазу и/или памяти, но трансформацию на протяжении многих тысяч, а то и миллионов лет.

Вторая важная особенность восприятия времени – его привязанность к делам и другим людям. Нужно выполнить работу к такому-то часу, когда начальник её захочет проверить, или она будет нужна следующему участнику производственной цепочки. В описанном сценарии мы нередко обнаруживаем психологическую неточность нашего субъективного восприятия времени: нам часто кажется, что времени ещё много, что можно “десять раз успеть” сделать, что немного расслабиться, отвлечься, поиграть, почитать и т.д. не повредит. Увы, жизнь многократно убеждает каждого в ошибочности этого ощущения (*1). Знание некоего срока в будущем не всегда и не всем помогает чётко распределить работу по времени.

Итак, что же такое время? Время – абстрактная характеристика, присущая процессам изменений. Разные процессы имеют разную скорость, но благодаря своей абстрактности время масштабируемо, т.е. если мы принимаем секунду как нечто примерно равное промежутку между ударами здорового человеческого сердца в состоянии покоя, то можем математически выразить величину хоть в 1000 миллионов миллиардов секунд или нечто на порядки меньшее или большее, без изменения основы нашей модели.

Время абстрактно в том смысле, что не материально само по себе и является в первую очередь идеей, необходимой для понимания процессов. В отсутствие изменений нет времени, нет необходимости вводить такую характеристику, – время, – в описание мира. Как впрочем нет и существ, способных на создание теории времени и описания вообще и в принципе не изменяющейся реальности (поскольку мышление со всеми возможными его аналогами предполагает хоть какие-то изменения).

Все процессы можно разделить на две группы: легко обратимые и трудно обратимые, т.е. требующие больших затрат энергии для “противо-направленного” процесса.
Давайте проведём маленький эксперимент, чтобы стало понятнee. Попробуйте согнуть руку, а потом её разогнуть, а потом снова согнуть, снова разогнуть – требуется примерно столько же сил и времени, чтобы согнуть руку, сколько, чтобы её разогнуть. Процесс сгибания или разгибания легко обратим, мы легко возвращаемся к исходному состоянию, каким бы оно ни было.
Теперь то же самое (мысленно 🙂), но в руке – стакан с водой или чашка с кофе. Если сделать описанное выше простейшее движение несколько раз, то к исходному на начало опыта состоянию вернуться мы сможет только после того, как вытрем с пола/стола/лэптопа и т.д. расплескавшуюся воду, а то и купив новый лэптоп или отремонтировав залитый водой/кофе старый. Практически одинаковое действие становится из легко обратимого процесса – трудно обратимым при относительно небольшом изменении условий.

Если ещё немного изменить условия, – на стакане/чашке плотная крышка, – процесс становится опять обратимым. Если мы повторяем эксперимент 100 или 1000 раз, то в какой-то момент окажется, что согнуть руку заметно сложнее, чем разогнуть (если делать движение сидя, а если лежать и держать выпрямленную руку перед собой, т.е. сгибанию будет помогать, а не мешать, сила тяжести, то разгибание станет более тяжёлым процессом). То есть обратимость процесса может измениться при относительно небольшом изменении условий.

Что позволяет сформулировать вопрос направленности времени (так называемую проблему стрелы времени) точнее: “время необратимо” в условиях, когда прямой и обратный процесс заметно отличаются, если же затраты энергии (не только, стоило бы добавить ещё и вероятность, но и она в определённой мере связана с энергией) заметно разнятся для изменений в ту и другую сторону, то процесс необратим.
Вернее так: мы вынуждены интерпретировать время как однозначно направленное (эдакая стрела), когда при некоей последовательности событий изменения практически необратимы.

Прошлое необратимо переходит в настоящее, а затем устремляется в будущее, т.к. многие механические, химические и биологические процессы фактически невозможно обратить вспять.

И тут мы приходим к вопросу: почему? Почему невозможно обратить вспять, почему некоторые механические и химические процессы в нашей Вселенной требуют заметно больших энергетических затрат, чем обратные? Ответа для физиков нет (и не исключено, что он вообще и в принципе не может быть получен, это ограничение системы, которую мы изучаем, а о других, отличающихся, не можем получить никаких достоверных знаний), хотя на обще-философском уровне всё не так сложно (и, полагаю, давно известно): если бы возникла Вселенная с другими условиями, где ядерные и химические процессы были бы легко-обратимы, то такая Вселенная не эволюционировала бы в том направлении, которое могло бы привести к созданию сложных систем, где могла бы возникнуть жизнь.
Для того, чтобы возникла солнечная система с её земной жизнью, имеющей как минимум один осознающий и рефлексирующий биологический вид, необходимо, чтобы в изменения происходили в одном направлении. Одним словом, не будь некоей асимметрии в происходящих процессах, не могли появиться мы с Вами, дорогой читатель, обсуждающие данную тему.

Это подводит нас к проблеме машины времени. Последняя – по идее, – должна представлять собой некое устройство, перемещающее кого-то в прошлое, т.е. действующее вопреки существующей в нашей Вселенной логике физических, химических и биологических процессов.
Даже если мы говорим о “путешествии в будущее”, то предполагается, что путешественник вернётся из этого “будущего” в настоящее, т.е. опять же будет действовать против законов физики и биологии (случай перемещения в будущее без возвращения будет затронут ниже).

Впрочем если мы вспомним об обратимости некоторых процессов в мире, то теоретически, на уровне как-бы-философского подхода, нельзя исключить, что остаётся место для концепции машины времени, как устройства, обеспечивающего наблюдателю “перемещения” между двумя состояниями, переход между коими одинаково лёгок в двух направлениях (т.е. на ничтожные временные “расстояния” – доли секунд или секунды, максимум – минуты). Пусть это и не то, что интересует как литераторов и кинематографистов с точки зрения сюжета, так и учёных.

Увы, машина времени невозможна и для “путешествий” на сверхкороткие “дистанции” (пока в организме наблюдателя и мире вокруг него не произошло ничего необратимого), т.к. время – не аналог дороги, по которой можно ездить назад и вперёд, обгоняя остальных (как пример безвозвратного “перелёта” в будущее).

Тут стоит вспомнить о “статической” и “динамической” теориях времени, упомянутых в самом начале заметки: обе эти теории в разной степени предполагают некую привязку времени – к пространству. Время становится эдаким “измерением”, чуть ли не аналогичным шкале измерения пространства (в “динамической теории”), или бесконечной последовательностью “снимков” пространственных изменений (в “статической теории”).
Однако эти модели по сути игнорируют суть времени, как отражения одно-направленности многих процессов в нашем мире.

Так что “парадоксы путешествий во времени” – аналог (не имевшего места в действительности) подсчитывания числа ангелов, способных уместиться на острие иглы, для 20 века.

Безусловно, изменять будущее своими поступками люди могут (каждый из нас на ничтожную величину, но чем больше усилий, тем больше личный вклад), как и могут изменять прошлое в своей памяти.

“Стрела времени” нужна для представления о “машине времени”, позволяющей проводить мысленные эксперименты, помогающие лучше понять, что же такое время. Однако не менее важно, – а то и важнее! – попробовать посмотреть на время под иным углом, чтобы непривычное определение подтолкнуло к чуть более глубокому пониманию (а возможно и использованию!).

Footnotes:

*1 – Некоторым уроки о необходимости начинать действовать сразу или, как минимум, раньше, чем они планируют, жизнь даёт регулярно, но без особого успеха; разве что в качестве “кармической справедливости” эти самые “некоторые” в жизни не достигают успехов. Что подводит к выводу, что для успеха человека, жизнь должна преуспеть в тех уроках, которые она даёт этому человеку.