Краткая теория времени - Карло Ровелли

Мысль о том, как можно было бы, исходя из вневременно́й фундаментальной теории, достичь макроскопического времени, заключалась в следующем: время появляется только в контексте термодинамической статистики. Это значит, что оно может быть таким феноменом, который возникает в результате ряда процессов в очень малом масштабе, но дает о себе знать только на шкале более крупных величин, макроскопической. Иначе можно выразить это так: время – это следствие нашего незнания детального устройства мира. Если бы мы знали в совершенстве все детали мироздания, на уровне каждого отдельного атома, у нас не было бы ощущения того, что время течет. Но мы воспринимаем только средние арифметические и равнодействующие, и отсюда возникает новое понятие – время; точно так же как мы испытываем общее впечатление тепла там, где накладываются большие количества движущихся молекул. На уровне молекул мы видим только движения, ни одна из них сама по себе не теплая.

Я долго работал над этой идеей времени как феномена, в виде которого что-то выявляет себя для нас, и над математическим обоснованием такой идеи. Математика должна была показать, как типичные явления, связанные с протеканием времени, могут возникать в безвременном мире, поскольку наши восприятие и познание ограничены. Однажды я попал в Институт Ньютона в Кембридже, в Англии, один из тех великолепных институтов, куда приглашают ученых со всего мира с единственной целью – увидеться со своими коллегами и обменяться идеями. Но слегка претенциозная обстановка, царящая в Кембридже, не очень-то мне понравилась, и я уже начал думать, что зря теряю здесь время, когда в один из вечеров оказался за столом рядом с исключительной личностью – Аленом Коном.

Ален – один из величайших из ныне живущих математиков. Он получил самые значимые международные премии в своей области. Когда мы начали разговор, я обнаружил, что это мужчина, обладающий энтузиазмом и страстностью мальчика и потрясающим умом. Он был настоящим вулканом идей, не только математических, но и физических, и в этой сфере он тоже добился удивительных результатов.

Мы сидели рядом во время обеда, в немного скованной и скучной кембриджской обстановке, и у нас завязался разговор на разные актуальные научные темы. Потом, пропустив несколько стаканов вина, Ален походя бросил фразу: «У меня есть отличная идея насчет того, как появляется время, но никто не принимает ее всерьез». Я аж подпрыгнул и стал расспрашивать его подробнее. Мне пришлось настаивать, потому что он был не в настроении погружаться в технические вопросы, но в итоге он сдался и стал мне объяснять, в чем его мысль. Он рисовал диаграммы вилкой на салфетке и подбрасывал крошки хлеба в воздух, чтобы проиллюстрировать свои замечания. После момента некоторой неясности я осознал, что он мне объясняет именно то, над чем и я работал. Я поднялся к себе в комнату и вернулся со своими публикациями на эту тему. Мы пользовались очень разными математическими методами, но Ален быстро понял, что мои расчеты – не что иное, как частный случай его.

Когда ученый формулирует новую концепцию, он склонен обычно верить, что она верна. Если никто другой не одобряет ее, он зачастую продолжает верить, что он прав, а другие ошибаются, но… у него уже есть некоторые сомнения. Если он обнаруживается, что кто-то другой наткнулся на ту же идею независимо от него, искушение верить, что «мы» правы и что прочие «ничего не понимают», становится непобедимым…

Мы с Аленом опубликовали статью, объясняя эту свою концепцию, соединив то, что понял он, с тем, что понял я. И я нашел в нем нового друга – замечательного друга, наделенного неповторимыми интеллектуальной страстностью и умом.

Мы оба пришли к тому, что время возникает на поверхности явлений, исходя из квантовой механики и из термодинамики. Я называю это «термодинамическим временем».

Понятие термодинамического времени имеет смысл только тогда, когда имеешь дело с большим числом переменных, то есть с термодинамическим контекстом. И только в этом контексте временны́е характеристики – необратимость, память, направленность – дают о себе знать. В более фундаментальном плане происхождение временны́х явлений может быть связано с тем, что явления в квантовой механике не взаимозаменяемы. Операции не могут заменять друг друга, то есть если осуществить операцию А и затем операцию Б, это не сводится к тому же самому, что осуществить Б, а затем А. Таково глубинное происхождение времени.

Поведение термодинамических систем имеет вероятностный характер, и энтропия возрастает со временем. Так и возникает время нашего общего опыта. Напротив, системы, не являющиеся термодинамическими (к примеру, один атом или одна частица, перемещающиеся в пространстве), не имеют отношения к энтропии и не порождают типичных феноменов времени. Для них все обратимо, они не испытывают воздействия времени как особой переменной.

Вернемся к примеру высокого и низкого. Они – часть повседневности, но их нет в уравнениях классической физики. Во Вселенной не существует верха и низа, все направления одинаковы. В отдельно взятом месте, на Земле (или на Марсе) объекты падают «вниз» под действием гравитационного поля – притяжения. Не «низ» притягивает к себе предметы, а Земля. Это падение объектов дает жизнь такому явлению, как низ, а не наоборот. Низ всегда определен локальными условиями, это итоговый эффект, условие, порожденное гравитационным полем в конкретном. Низ, проще говоря, это «то, куда падают».

Таким же образом можно посмотреть и на время. «До» и «после» – это слова, которые ничего не значат на фундаментальном уровне. Для протона нет ни «до», ни «после», из всех его уравнений исключены временны́е термины. Но если мы говорим о молекуле, которая находится в жидкости, а жидкость находится в органе, а орган в попугае, к примеру, то эти уровни организации подчинены законам термодинамики и статистическим состояниям, которыми создают энтропию. И следовательно, время.

Время – это просто «то, куда энтропируют». То, по направлению к чему для наблюдателя энтропия возрастает, мы и называем временем. И энтропия производит эффект времени, точно так же как падение производит эффект низа и верха. Низ – это «то, по направлению к чему падают». Время – это «то, по направлению к чему остывают».

Я прожил десять лет в США и начал уже уставать от жизни там. У меня было большое желание вернуться в Европу, но я не знал, как там найти себе место. Сотрудничество с Аленом стало для меня судьбоносным. Научный мир функционирует отчасти наподобие двора короля-солнца. Достаточно приблизиться к владетелю, чтобы все двери распахнулись. Ален и был королем, немного анархическим, но тем не менее. Через несколько месяцев после публикации нашей работы мне позвонили из Центра теоретической физики в Люмини в Марселе и предложили там работу. Я не колебался.

Возвращение в Европу

Отъезд из Америки имел для меня свою цену. Прежде всего, я сожалел о том, что рядом со мной нет каждый день моих коллег из Питтсбурга, в особенности Теда Ньюмена, очень крупного ученого (например, это он дал наиболее общее описание черных дыр). Ньюмен – великий ученый с чрезвычайно человечным характером, глубоко порядочный, проницательный в отношениях, умеющий понимать других и сохранять улыбку в любых обстоятельствах. Когда я бывал разъярен поведением такого-то и такого-то, Тед приходил в мой офис, падал в кресло (у него телосложение и повадки тяжелого медведя) и улыбался мне столь добродушно и иронично, что весь мой гнев улетучивался. Он стал для меня образцом, точкой опоры и предметом теплой привязанности.