Куди летить стріла часу
Основні закони фізики однаково справедливі як у русі у майбутнє, і у минуле. Однак ми сприймаємо лише один реальний рух часу — з минулого до майбутнього. Чому? Розмірковуючи над цим питанням, космологи поринають у передісторію Всесвіту — за часів, що передують Великому вибуху. Наш нинішній Всесвіт може опинитися в ту епоху частиною гігантського багатошарового світу, в якому час був симетричним, тобто міг рухатися як у майбутнє, так і минуле!
Такою вона була 14 мільярдів років тому і мала неймовірну щільність та температуру. Охолоджуючи і стоншаючись, цей світ народжував простір. Ця картина здається нам природною і зрозумілою, за винятком деяких дивно, до яких належить і асиметричність (незворотність) часу.
Підкреслимо, що закони мікросвіту, що лежать в основі всесвіту, теж не відрізняють минуле від майбутнього. Однак новонароджений Всесвіт — гарячий, щільний, однорідний — радикально відрізнявся від нинішнього — холодного, розрідженого і клапкуватого. Новонароджений Всесвіт починався більш менш упорядковано, але з часом його розвиток став супроводжуватися наростанням безладу. Стріла часу нині владно вривається у наше життя — ось чому ми не можемо перетворити яєчню на цілі яйця, а кубик льоду не може сам собою перетворити на склянку води. З цієї ж причини пам'ятаємо минуле, але не можемо «згадати» майбутнє! І походження цієї асиметрії сягає більш-менш упорядкованого етапу поблизу Большоп вибуху. Щоразу, розбиваючи яйця для; яєчні, ми виявляємося, грубо кажучи, біля витоків сучасної космології!
Стріла часу, як найочевидніший фактор нашого повсякденного життя, залишається зовсім нерозгайним даним явищем природиі, більше того, наштовхує вчених на думку про існування навколо нас незмірно більш грандіозного світу про мандрівки і часу, який поки що вислизає від нашого погляду. І, нарешті, цей здогад дає нам підставу вважати себе частинками цього багатошарового світу, чия динаміка розвитку, безсумнівно, допоможе нам зрозуміти явища, що здаються при погляді з нашого скромного світу неприродними.
Фізики пояснюють ідею асиметрії часу знаменитим Другим законом термодинаміки, що свідчить, що ентропія (захід безладу) в замкнутій системі ніколи не зменшується. У ХІХ столітті австрійський фізик Людвіг Больцман пояснив ентропію в термінах мікроположення об'єкта та його макроположення. Якщо нас попросять описати чашку кави, ми повинні звернутися до її макроположення, тобто до температури, об'єму тощо, а потім до мікроположення — точного опису розташування та швидкості руху кожного атома в рідині. Багато різних мікроположень відповідатимуть будь-якому одному макроположенню. Ми можемо теоретично змінювати положення атома, але з макроположення цього руху ніхто не помітить. Ситуація складається таким чином, що головним зараз є не відповідь на питання, чому ентропія Всесвіту, в якому ми живемо, завтра буде вищою, ніж сьогодні, а на питання, чому позавчора вона була нижчою, ніж учора! Рухаючись за цією схемою далі в минуле, ми дійдемо до початку нашого Всесвіту, що спостерігається, і тоді відповімо на питання про причину незворотності (асиметрії) часу!
Безлад у порожнечі.
Найраніший Всесвіт був чудовим місцем. Усі частинки, що її складають, були стиснуті в мікроскопічному надщільному і гарячому обсязі. І, що дуже важливо підкреслити, всі ці частинки були розподілені в мікроскопічному обсязі майжепоступово. Поступово цей обсяг зростав, знижуючи свою температуру. Завдяки гравітаційним взаємодіям виникали області з різною кількістю частинок. Там, де їх було більше, виникали зірки та галактики, а де менше – утворювалися порожнечі. Таким чином, гравітація «збирала» частинки в одне місце, створюючи зірки і галактики, і ентропія в них (захід плутанини в період їх формування) значно зростала в повній відповідності до Другого закону термодинаміки.
Якщо хочемо отримати максимальну ентропію з допомогою активності гравітаційних сил, слід розглянути чорні дірки. Справа в тому, що чорні дірки випромінюють енергію відповідно до Другого закону термодинаміки та характеризуються величиною ентропії. Чорна діра, що знаходиться в центрі нашої Галактики, має масу в мільйон сонячних мас і характеризується в сто разів більшою ентропією, ніж усі звичайні частки у Всесвіті, що спостерігається.
Припустимо, що цей Всесвіт почався з високою ентропією. Хорошим кандидатом на такий стан може бути порожній простір! Пояснення цьому одне: наявність таємничої темної енергії. У присутності цієї дивної енергії порожній простір не буде пустим. Флуктуації квантових полів можуть підняти температуру простору до дуже малого рівня — набагато нижче за температуру нинішнього Всесвіту, але, проте, не рівну абсолютному нулю.
Він був запропонований в 2004 році американськими вченими і полягав в ідеї народження стріли часу в нашому Всесвіті, що спостерігається. Дослідники почали розглядати порожній простір у особливий момент і простежили його «просування» у минуле та майбутнє! Звернення стріли часу у минуле викликало неоднозначну реакцію наукової громадськості. Якби ми зустріли людину з майбутнього в наші дні, міг би воназгадати своє майбутнє? На щастя, жодної небезпеки для учасників такого рандева ця подія не принесла б. Згідно із запропонованим сценарієм, подібна пригода була б можлива лише задовго до... Великого вибуху!
На жаль, не вдалося запропонувати сценарій, що охоплює простір та час надгігантських масштабів. А шкода, бо в цьому випадку вдалося б «вдарити» головною загадкою сучасної космології — загадковою стрілою часу! Більше того, стріла часу, що «прилітає» з області з дуже низькою ентропією (тобто з «раннього» Всесвіту), могла б принести нам «ключи» від Надсвіту, який ми не можемо спостерігати!
А якщо нічого не міняти?
Якщо залишити все як є, тобто вважати наш найближчий Всесвіт єдиним у навколишньому світі, то було б неможливо розгадати загадку стріли часу. Але якщо світ навколо нас є крихітним фрагментом грандіозної космічної картини, то відкриються нові, непредставлені поки що перспективи дослідження потаємних таємниць природи. Слід погодитися з формулою американського фізика Едварда Трайона, яка говорить: «Природу Великого вибуху можна було б легко зрозуміти, якби ця подія не означала народження всього сущого, а виявилося б одним із багатьох народжень Всесвіту, що трапляються іноді в реальності!».