Стивен Хокинг. Непобедимый разум  - Китти Фергюсон

В начале 1990-х Хокинга все чаще приглашали читать публичные лекции, и он заметил, что стрелы времени способны заинтересовать непрофессиональную аудиторию, тем более что этот предмет он может изложить достаточно просто и кратко. Заодно был повод показать, как выдающиеся ученые меняют свои взгляды и признают ошибки.

В большинстве случаев законы природы не различают прямое и попятное движение времени. Относительно времени эти законы симметричны. Можно снять фильм о различных физических взаимодействиях и пустить этот фильм в обратном направлении, и никто не заметит сбоя. А вот в нашем повседневном опыте мы безошибочно отделяем прошлое от будущего. Мы почти всегда угадаем, что фильм пустили не в том направлении, мы эти направления не путаем. Источник “нарушения симметрии” до сих пор остается одной из величайших загадок, но нам известно, что во вселенной – так, как мы ее видим – наше восприятие хода времени, скорее всего, связано с возрастанием беспорядка, энтропии в замкнутой системе. Путь от порядка к беспорядку – односторонний, энтропия возрастает со временем. Разбитая чашка не соберется вновь из осколков и не запрыгнет обратно на полку. Беспорядок никогда не убывает.

Существуют три стрелы времени: термодинамическая стрела (направление возрастания энтропии), психологическая, или субъективная, стрела (восприятие времени человеком) и космологическая стрела (направление времени, в котором вселенная расширяется, а не сжимается). Хокинг хотел разобраться, почему эти стрелы вообще существуют, почему они так четко определены и почему все они указывают в одном направлении. Хаос возрастает, и мы ощущаем ход времени от прошлого к будущему по мере того, как вселенная расширяется. Хокинг подозревал, что ответ нужно искать в отсутствии граничных условий вселенной, добавив к этому также антропный принцип.

Термодинамическая стрела (возрастание беспорядка, или энтропии) и психологическая стрела (повседневное восприятие времени) всегда указывают в одном направлении. Мы все знаем, что энтропия нарастает с ходом времени. Хокинг указывал на тавтологию этой формулировки: “Энтропия возрастает со временем, потому что для нас время направлено по возрастанию энтропии”[292], – и полагал, что психологическая стрела и термодинамическая стрела в общем и целом одно и то же.

Но почему эта стрела указывает в том же направлении, что и космологическая стрела, совпадает с расширением вселенной? Могло ли быть иначе? Разберемся подробнее в гипотезе об отсутствии граничных условий. В классической общей теории относительности все физические законы прерывались сингулярностью Большого взрыва. Невозможно предсказать, каким должно быть начало времени – упорядоченным или же это состояние полного хаоса, в котором беспорядку уже некуда нарастать. Если верна гипотеза Хокинга и Хартла и граничных условий нет, то начало представляет собой “обычную, ровную точку пространства-времени, и вселенная начинает расширяться из весьма ровного и упорядоченного состояния”[293]. По мере расширения вселенной складываются структуры, которые мы наблюдаем ныне, – галактические кластеры, галактики, звездные системы, звезды, планеты, вы и я, – то есть постоянно нарастает величайший беспорядок, и этот процесс необратим. Вот почему в известной нам вселенной все три стрелы – термодинамическая, психологическая и космологическая – указывают в одном направлении.

А теперь представьте себе, что бы произошло, окажись верной первая модель вселенной Фридмана (см. рис. 6.1). В той модели вселенная со временем прекращает расширяться и начинает сжиматься. Когда расширение сменяется сжатием, космологическая стрела разворачивается на 180 градусов. Вопрос в том, развернутся ли вместе с ней две другие стрелы, термодинамическая и психологическая? Начнет ли уменьшаться беспорядок? Хокинг предполагал, что авторы научно-фантастической литературы найдут здесь чем поживиться, однако “вопрос о повторном сжатии вселенной чересчур уж умозрительный, ведь она не начнет сжиматься в ближайшие десять миллиардов лет – как минимум”[294].

И все же гипотеза об отсутствии граничных условий, по-видимому, предполагала, что при сжатии вселенной хаос убывает, и Хокинг поначалу считал, что когда вселенная перестанет расширяться и начнет сжиматься, развернется не только космологическая стрела, но и все три стрелы, так что они вновь будут указывать в одном направлении. Время развернется, люди будут проживать жизнь задом наперед, “молодея”, как волшебник Мерлин в романе Теренса Уайта “Король былого и грядущего”. И разбитые чашки вновь обретут цельность.

Дон Пейдж, который к тому времени перешел на физический факультет Пенсильванского государственного университета, позволил себе не согласиться. В статье, опубликованной в том же номере Physical Review, что и работа Хокинга о стрелах времени, Пейдж утверждал: из гипотезы об отсутствии граничных условий отнюдь не следует вывод о том, что когда вселенная вновь начнет сжиматься, все три стрелы должны развернуться[295]. Реймонд Лафламм, один из аспирантов Хокинга, изобрел более сложную модель, и все трое, увлекшись спором, посылали друг другу свои расчеты. Пейдж, имевший опыт совместной работы с Хокингом, посоветовал Лафламму не делиться с ним результатами, к которым они пришли, но сначала передать ему их рассуждения, а уж он сам придет к тому же выводу, не зная о нем заранее[296]. Так им удалось в конечном итоге переубедить Стивена: хотя в тот момент, когда вселенная прекратит расширяться и начнет сжиматься, космологическая стрела времени поменяет направление, термодинамическая и психологическая стрелы будут по-прежнему смотреть, куда смотрели. Исправить свою статью Хокинг уже не успевал, смог только сделать приписку: “Думаю, что соображения Пейджа вполне достоверны”[297].

Так почему же с нашей точки зрения термодинамическая, психологическая и космологическая стрелы указывают в одном направлении? Потому что в сжимающейся вселенной мы бы не молодели – мы просто не выживем тогда, когда космологическая стрела развернется. Это произойдет в отдаленном будущем, когда вселенная придет в состояние почти полной энтропии, все звезды выгорят, протоны и нейтроны звезд распадутся до легчайших частиц и излучения. Сильной термодинамической стрелы времени попросту не будет. Человечество не сможет пережить смерть Солнца, но даже если бы это нам удалось, мы не смогли бы существовать без четко выраженной термодинамической стрелы времени. Во-первых, людям нужна еда, то есть достаточно упорядоченная форма энергии. Наши тела превращают пищу в тепло, то есть в менее упорядоченную форму энергии. Хокинг предположил, что термодинамическая и психологическая стрелы времени – по сути одно и то же, и когда одна из них гаснет, исчезает и вторая. На стадии сжатия во вселенной не останется разумной жизни. Вот и ответ на вопрос, почему для нас термодинамическая, психологическая и космологическая стрелы совпадают: потому что в противном случае не было бы нас, задающихся этим вопросом. Вновь вступает в действие антропный принцип. С ходом времени (во всех трех смыслах) Хокинг уже не осуждал антропный принцип словно капитуляцию, “отказ от надежды постичь суть и порядок вселенной”, но учился видеть в нем мощное и многое объясняющее начало.