Загадка времени: почему мы движемся только вперед? 0:00
Время — самое часто используемое существительное в английском языке. Мы постоянно говорим о времени, и в повседневной жизни это не вызывает затруднений: назначив встречу на 19:00, мы точно знаем, что делать. С операционной точки зрения время — это лишь способ маркировки событий во Вселенной, позволяющий отличать один момент от другого. Однако, как отмечает физик-теоретик Шон Кэрролл, реальные вопросы возникают, когда мы начинаем анализировать свойства времени: почему у нас есть память о прошлом, но нет воспоминаний о будущем? Почему мы стареем и считаем, что можем влиять на будущее, но не на прошлое?
Физика без «стрелы» времени 1:33
Одной из самых заметных особенностей времени является его направленность. Нам кажется очевидным, что прошлое уже случилось и зафиксировано в «книгах», будущее еще не наступило, а настоящее — это то, где мы находимся сейчас.
Однако здесь возникает конфликт с фундаментальной физикой:
- Лучшие теории физики на фундаментальном уровне не делают различий между прошлым и будущим.
- Точно так же, как в трехмерном пространстве нет «фундаментального» направления (астронавт в космосе не увидит разницы между «вверх» и «вниз»), время могло бы существовать и без «стрелы», указывающей направление.
Шон Кэрролл проводит аналогию с гравитацией на Земле. Если вы уроните чашку кофе, она упадет вниз. Это не фундаментальное свойство Вселенной, а результат того, что мы находимся рядом с массивным объектом — Землей. Точно так же «стрела времени» не является базовой характеристикой реальности, а обусловлена тем, что мы живем в «последствиях» Большого взрыва.
Энтропия и гипотеза прошлого 3:21
Ключ к пониманию направленности времени лежит в концепции энтропии — мере беспорядка и хаоса в системе. Существует второй закон термодинамики: Вселенная имеет естественную тенденцию переходить от состояния низкой энтропии к состоянию высокой энтропии.
Возникает фундаментальный вопрос: почему наша Вселенная изначально находилась в состоянии низкой энтропии? По словам Кэрролла, цепочка рассуждений уходит на 14 миллиардов лет назад, к моменту Большого взрыва. Этот период Вселенной в горячем и плотном состоянии был состоянием очень низкой энтропии. Философ физики Дэвид Альберт назвал это «гипотезой прошлого». Если принять это как данность, можно объяснить все последующие события во Вселенной, основываясь на поведении атомов.
Жизнь как продукт энтропии 4:57
Распространено мнение, что живые организмы существуют, «сражаясь» с ростом энтропии. Шон Кэрролл считает эту концепцию ошибочной. Напротив, сама возможность существования жизни обусловлена тем, что энтропия постоянно растет.
- Если бы энтропия не росла, Вселенная находилась бы в состоянии теплового равновесия — это был бы «максимально скучный» мир, где ничего интересного не происходит.
- Без растущей энтропии у нас не было бы памяти о прошлом и способности влиять на будущее.
Кэрролл сравнивает Вселенную с распылением духов в комнате. В бутылке духи находятся в состоянии низкой энтропии (простая структура), после полного распространения по комнате — в состоянии высокой энтропии (снова простая структура). Именно в промежутке между этими состояниями возникает сложность: «вихри» аромата, неравномерное распределение частиц. Так и наша Вселенная: она началась простой и низкой энтропии, и в будущем станет темной, пустой и простой, но с высокой энтропией. Мы же — сложные системы, существующие именно благодаря этому переходу.
Вопрос о том, почему сложные структуры, такие как живые существа, возникли именно таким образом и какова роль информации в этом процессе — это захватывающая область активных научных исследований.
