Время узнавать время
Мы все живем в потоке времени, и осознание этого факта считается одним из признаков разумного существа. С эпохи античности понятие времени оставалось философской категорией, но физика не могла обойти вниманием столь значительный наблюдаемый процесс. На пути постижения природы времени ученых ждало множество удивительных открытий.
Первым человеком, который попытался описать природу времени, считается древнегреческий философ Платон, ученик Сократа и учитель Аристотеля. Он охарактеризовал время как «движущееся подобие вечности», то есть как характеристику несовершенного меняющегося мира, который стремится к упорядоченности, но не способен ее достичь. В свою очередь Аристотель развил понятие времени, определив его как «меру движения», чем мы и пользуемся до сих пор.
Крупнейший средневековый мыслитель Августин Блаженный описывал время в качестве психологического феномена смены восприятий («растяжение души»), при этом он различал прошлое, хранящееся в памяти, настоящее, фиксируемое в конкретный момент, и будущее, выражаемое в ожиданиях. К тому же, Августин сформулировал понятия однонаправленности и необратимости времени, которые позднее найдут отражение в ярком образе «стрелы времени».
Для физиков базовым стало утверждение Исаака Ньютона об «абсолютности» времени: он полагал, что оно не имеет начала и конца, течет одинаково везде во Вселенной, а все настоящие события происходят одновременно. Отсюда следует философская концепция о несуществовании времени вне изменений, подтвержденная в рамках Второго начала термодинамики, которое в 1865 году сформулировал Рудольф Клаузиус.
С тех пор время описывают еще и как меру нарастания энтропии, то есть «неупорядоченности» объекта или группы объектов. Поскольку энтропия всегда только возрастает, то получается, что в момент своего рождения Вселенная была сверхупорядоченным объектом. Что стало причиной появления такого объекта и что было до его появления, остается величайшей тайной.
В 1880 году математик и мистик Чарльз Хинтон написал эссе «Что такое четвертое измерение?», в котором доказывал, что существование измерений вне известных нам трех (длина, ширина, высота) — не математическая абстракция, придуманная немецким ученым Бернхардом Риманом, а вполне реальный факт, который можно продемонстрировать практически.
Всю свою жизнь Хитон занимался изучением четырехмерной геометрии и верил, что ее постижение сделает его равным Богу. Для популяризации своих идей он писал «научные романы», которые попались на глаза знаменитому фантасту Герберту Уэллсу, а тот использовал их для создания собственных сюжетов.
Например, в романе «Машина времени», вышедшем в 1895 году, Уэллс почти слово в слово пересказал соображения Чарльза Хинтона из его работы «Незавершенная связь»: «Между временем и тремя измерениями пространства нет никакой разницы, за исключением того, что во времени движется наше сознание». Таким образом, фантаст предвосхитил появление концепции пространственно-временного континуума.
Специальная и общая теории относительности, сформулированные Альбертом Эйнштейном, закрепили точку зрения науки на необходимость признания времени в качестве измерения, неразрывно связанного с пространством.
Было показано и подтверждено множеством экспериментов, что скорость течения времени зависит от системы отсчета: чем быстрее движется система, тем медленнее течет в ней время относительно условно неподвижной системы.
Больше того, на время оказывает влияние гравитация: чем сильнее поле тяготения у какого-то объекта, тем сильнее у его поверхности искривляются пространственные линии и опять же медленнее течет время. Получается, что ход времени можно изменить, искривляя пространство примерно таким же образом, как то делает гравитация.
Если исхитриться и создать особое пространственное образование, называемое сегодня «кротовой норой» (или «червоточиной») и соединяющее удаленные точки пространства, то теоретически становится возможным нарушить причинно-следственную связь и оказаться на выходе из такой «норы» раньше, чем туда отправился.
Возможность построения «машины времени» вызывает ожесточенные споры, но куда более интригующе выглядят попытки понять механизм течения времени. В 1958 году советский астрофизик Николай Александрович Козырев опубликовал статью «Причинная или несимметричная механика в линейном приближении».
Ученый исходил из постулата, что время обладает особым свойством, отличающим будущее от прошедшего, причину от следствия, которое «может быть названо направленностью или ходом». Существующая механика, подчеркивал Козырев, не учитывает принципиальное отличие между причиной и следствием, что должно быть исправлено.
Поскольку взаимодействующие тела не могут одновременно занимать одно и то же место пространства, надо признать, что причина и следствие всегда разделены каким-то пространственным промежутком — он может быть сколь угодно мал, но никогда не равен нулю.
Астрофизик утверждал, что при передаче взаимодействия между телами должна возникать дополнительная разность сил, обусловленная превращением причины в следствие. Она ничтожна, но ее можно замерить особо точными весами.
Для первых экспериментов использовались волчки и гироскопы, причем сразу же был получен положительный результат: при вращении осью вверх по часовой стрелке гироскоп становился легче, а в перевернутом виде — тяжелее. Однако повторенный и более точный опыт с авиационным гироскопом не показал разницы. Пришлось вернуться к теории.
Козырев предположил, что в отличие от пространственных измерений время распространяется по Вселенной одинаково и мгновенно. Получается, что если измеряешь поток времени, то имеешь дело со всей Вселенной сразу.
По этой причине при экспериментах необходимо строить незамкнутую систему, иначе никакого влияния времени на физические величины не будет отмечено. Но в таком случае возникает риск получить неповторяющиеся результаты, что противоречит самой сути науки.
Так и произошло: эффектные опыты, придуманные Козыревым, то давали предсказанный результат, то отказывались его давать. Попытки доработать теорию не привели к успеху, а самого астрофизика окрестили «лжеученым». Ныне его теория считается маргинальной и используется в основном мистиками для обоснования сверхъестественных явлений.
Сегодня физики оперируют понятием «планковского времени», то есть его предельной единицей, которая равняется 5,4*10^-44 секунды. До сих пор замерить «планковское время» не удавалось, ведь самый короткий экспериментально наблюдаемый промежуток времени имеет порядок аттосекунды (10^-18).
Возможно, замерить это теоретически вычисленное время не получится никогда, потому что в реальности его не существует. К такому выводу пришли физики из Университета Ватерлоо, установившие, что предельная единица времени на несколько порядков больше «планковского».
В предложенной ими модели время имеет «кристаллическую» структуру, то есть состоит из дискретных повторяющихся элементов. Автор новой теории Мир Файзал описывает ее суть так:
Физическая Вселенная подобна кинокартине, где последовательность статичных кадров создает иллюзию движения. Если всерьез принять эту точку зрения, то наше восприятие реальности в духе непрерывного движения оказывается иллюзией, которую формирует дискретная структура.
Как и его советский предшественник, Файзал собирается подтвердить свои утверждения экспериментом. И если у него получится, то, вероятно, ученым вновь придется пересматривать законы, которые считаются незыблемыми.