Порядок времени

Карло Ровелли – «Порядок времени»

Часть первая: «Время не одинаково для всех людей»

Время действительно течет по-разному для всех людей, и тому есть свои, уже доказанные и обоснованные, причины. Если вдруг вы ничего не знаете о теории относительности Эйнштейна, то для вас действительно будет удивительным тот факт, что, например, для человека на вершине Эйфелевой башни время течет более быстро, чем для человека, который находятся у её подножия.

В чем же тут дело? Дело тут в том, что чем массивнее объект, рядом с которым находится человек, чем более медленно течет для него и его организма время. Вы же смотрели «Интерстеллар»? 1 час времени на новой планете для героев был равен 23 часам на Земле, а всё потому что эта планета находилась в непосредственной близости к огромной черной дыре.

Разумеется, мы не на другой планете и далеко не в фильме «Интерстеллар», однако эти законы действуют даже на нашей планете, даже для объектов куда меньших, чем та самая черная дыра. Для ваших ног, например, время действительно идёт куда медленней, чем для вашей головы, а всё из-за близости к большому объекту – целой планете. Массивный объект заставляет всё течь гораздо медленнее – время, мысли, часы, процессы нашего организма.

Ещё до того, как данный эффект был доказан и обоснован, его открыл Альберт Эйштейн. Для того, чтобы прийти к такому открытию, ему пришлось поставить под сомнение то, что до этого для абсолютно каждого другого ученого считалось очевидным. В ходе своих размышлений он задался вопросом – что заставляет Землю и Солнце притягиваться друг к другу? Его рассуждения привели его к очень интересным выводам – Земля и Солнце действуют не на друг друга, а на то, что находится непосредственно между ними – на пространство и время, они искривляют их.

Данное искривление заставляет планеты как бы «падать» навстречу друг другу, в результате чего время вблизи крупных объектов замедляется. При этом, чем массивнее объект, тем более серьезно он искривляет пространство и замедляет время. Если же в пространстве вообще нет крупных объектов, например, если речь идет об открытом космосе, время не замедляются, а объекты парят в пространстве. Для космонавта в открытом космосе время будет течь гораздо быстрее, нежели для того, кто будет находиться на поверхности Луны или Земли.

В школьной физике мы измеряем время при помощи обычных часов, воспринимая его как единое-целое во всех возможных точках вселенной и за её пределами, но по факту ни для кого нет единого времени, так как на разных объектах оно течет совершенно по-разному.

«Более правильного времени» не существует. Вопрос о его существовании полностью лишен смысла. По аналогии можно задать вопрос, что ценнее – доллар, переведенный в евро, или евро, но переведенные в доллар? У какой валюты будет «самая правдивая ценность»?

То же самое относится и ко времени. Ни одно из существующих времен не является более точным, чем остальные. Все времена действительное разные, но при этом они являются частью одного-целого. Если же мы говорим о времени, например, на планете Земля, которое мы измеряем обычными наручными часами, то такое время называется «собственным» временем, иначе – «proper time». Если мы хотим узнать отношение между разными временами, то здесь нам уже нужно использовать уравнения для вычисления отношения, которое также уже очень давно вывел математическим способом Альберт Эйнштейн.

Часть вторая: «Влияние скорости на ритм времени»

Ещё до своего открытия влияния массы на искривления времени, Эйнштейн, в возрасте 25-ти лет смог понять, что скорость движения объекта также имеет влияние на время. Чем больше скорость, тем медленнее время течет для объекта.

В 1970 году этот эффект был подтвержден в ходе ряда экспериментов.

Было выяснено, что время зависит не только от того, вблизи какого объекта вы находитесь, но ещё и от того, с какой скоростью относительно этого объекта вы двигаетесь.

Вы будете поражены, но эти факты указывают на весьма ужасающие обстоятельства нашей жизни, так как на основании этих данных было подтверждено, что того, что вы называете «настоящим временем» не существует.

Всё вокруг нас, если говорить грубо, состоит из света. Исходя из этого, нужно смоделировать ситуацию. Например, вы находитесь в одной комнате с вашим другом и хотите узнать у него, как его дела и чем он занят сейчас. Друг ответит вам, но то, что он вам ответит и как он при этом выглядит – это его прошлое изображение, так как свету нужно время, чтобы достичь вас. Иными словами, то, что вы видите прямо перед собой – это отпечаток прошлого, пусть даже и свету нужно всего доля наносекунды, чтобы достичь ваших рецепторов.

Разумеется, эта ситуация лучше видна, когда расстояние приличное. Например, если ваш друг находится на Луне или Марсе, а вы прямо сейчас находитесь на Земле, то у вас двоих будет своё «сейчас» на каждого, которое будет разным для каждого из вас.

Если говорить прямо, где-то на большом отдалении нет того момента времени, который бы прямо соотносился с «сейчас» на Земле. То самое, что мы называем «настоящим моментом», не охватывает всю Вселенную, оно скорее представляет нечто вроде пузыря вокруг нас. То, насколько далеко расширяется этот пузырь, зависит от точности, с которой вам нужно определить время.

Если вы определяете время с точностью до наносекунд, то «настоящий момент» будет определяться всего несколькими метрами, если миллисекундами — то тысячами километров, и так далее. Мы ограничены своим земным опытом, поэтому нам тяжело представить отсутствие единого для всех частей Вселенной настоящего, ведь оно так естественно для нас. Но во Вселенной нет двух одинаковых «настоящих», одного и того же момента для двух разных мест. Поэтому спрашивать о том, что сейчас происходит, например, на Альфа Центавре — это бессмысленно.

Часть третья: «Теплота»

В нашем человеческом понимании за прошлым всегда следует будущее. Время для нас всегда имеет четко поставленную линию движения – от того, что было, к том, что будет. Планы, мечты, все наши сожаления и воспоминания о прошлом – всё это является неотъемлемой частью нашей жизни.

Невозможно изменить прошлое и невозможно заглянуть в будущее – вот два столпа, на которых держится понимание человека процесса движения во времени. Но если нет ни того, ни другого, то в чем же разница между двумя этими пустотами?

Вы будете достаточно сильно удивлены, особенно если не сильно увлекаетесь физикой, но по факту разницы между прошлым и будущим не существует.

Также понятие времени очень сильно завязано на понятии теплоты. Теплота передается от холодных объектов к горячим, но никогда не наоборот. Тепло никогда не возвращается от холодного объекта обратно к горячему. И это невероятно важно для понимания природы времени. Именно в этом законе физики и заключена разница между прошлым и будущим. Стрела времени появляется только там, где есть теплота, только там есть разница между про��лым и будущим. Маятник не начинает раскачиваться из состояния покоя. Он получает импульс, раскачивается, а затем теряет тепло из-за трения, отдавая его своей опоре, и в итоге замедляется до полной остановки. Он не может вновь раскачаться, забрав обратно тепло из своей опоры. Мы можем заметить разницу между прошлым и будущим только тогда, когда есть теплота. Этот процесс связан со всем в нашей обычной жизни — с движением объектов и даже мыслей в нашей голове, которые возникают, когда нейроны передают друг другу электрические импульсы.

Но вообще, что такое эта самая «теплота?»

В древние времена тепло представляли субстанцией, примерно, как жидкость или эмульсию.

В реальности же теплота – это взаимодействие молекул между собой, их возбуждение на микроуровне. Если мы возьмем горячий объект, то заметим, что его молекулы движутся быстрее чем молекулы любого другого холодного объекта. Молекулы в более тёплом объекте имеют больший беспорядок в своём построении, в свете чего мы можем сделать вывод, что данные молекулы менее склонны к контролируемым и предсказуемым ситуациям.

Если мы изучим историю космоса, то поймем, что вся его история построена на увеличении теплоты тех или иных тел. В случае, если вдруг мы вернемся в прошлое, мы вернемся в космос с очень низкой, буквально экстремальной энтропией. Именно этими показателями и характеризуется разница между прошлым и будущим.

Но почему процесс не может повернуться вспять? Почему передача тепла от холодного объекта к горячему невозможна?

Австрийский физик Людвиг Больцман нашел ответ на этот вопрос. Он понял, что тепло способно переходить от горячих объектов к холодным по причине большей вероятности такого события, потому как атом горячего вещества передает атому холодного вещества свою энергию с большей вероятностью, а не наоборот. Теоретически, разумеется, может случиться и обратный процесс, в таком случае при столкновении горячего и холодного тела первое станет ещё горячее, но такая ситуация просто маловероятна.

Почему же мы не можем ответить на этот вопрос абсолютно точно?
Дело в том, что наше восприятие ограничено строгим набором критериев, выступить за пределы которых мы не может в данный момент времени ни физически, ни технически, а потому суждения имеют строго вероятностный характер.

Если бы мы имели полный контроль над измерением всех возможных показателей конкретного тела, мы бы могли дать точный ответ на этот вопрос, но на нашем этапе развития человечества мы просто не можем этого сделать.

Вселенная для людей – это неясное, очень размытое пятно, изменения в котором мы можем предугадывать только с помощью вероятностей и слепых догадок.

Но что бы было, если бы мы могли иметь контроль над всеми состояниями всего в целом мире, и при этом имели бы доступ ко всем показателям каждого предмета во вселенной? В таком случае, понятия прошлого и будущего просто перестали бы существовать для человеческой цивилизации, исчезло бы само время.

Течение времени – это всего лишь восприятие данной величины нашими не всемогущими организмами, то есть всего лишь следствие сугубо человеческой перспективы, которая крайне ограничена в своих возможностях.

Часть четвертая: «Время не независимо»

Даже из нашего жизненного опыта мы можем понять, что время течет для нас с разной скоростью. Иногда оно буквально тянется, словно раскаленная резина, а иногда летит так, что мы и не замечаем, как оно уходит из нашей жизни. На ощущения временного потока влияет множество психоэмоциональных и физических факторов нашего тела, а также того процесса деятельности, в который мы погружены.

Люди не всегда знали точный ответ на вопрос: «А который сейчас час?»

Только в 16 веке люди начали сверять время по механическим часам, и то – далеко не все люди, а только лишь те, кто имел на это средства. В 19 веке, вместе с развитием коммуникаций и телеграфа стандартизация и точность измерения времени приобрела обороты удивительного масштаба, так как без этого человек уже не представлял себе нормальной жизни.

Вопрос о том, что же такое вообще это загадочное время, волновал ещё философов древнего мира. Для Аристотеля время не существовало без событий, время для него было характеристикой изменений. Исаак Ньютон придерживался другой точки зрения, для него время было независимым атрибутом, вне какой-либо связи с изменениями реальностью. Разумеется, здесь совершенно легко понять, что современному человеку куда ближе трактовка понятия «время» именно по Ньютону.

Что удивительно, многим позже Альберт Эйнштейн доказал, что оба этих человека были как правы, так и неправы.
Мысли самого Эйнштейна были консенсусом между мыслями Аристотеля и Ньютона. Ньютон был прав в том, что пространство и время существуют как независимые категории, но он ошибался, считая, что они кардинально отличаются от всего остального во Вселенной. Пространство-время — это поле, одно из многих — то, из чего соткана наша Вселенная. Как и другие поля, это поле не является фиксированным — оно может растягиваться, сжиматься, взаимодействовать с другими полями.

Оно может быть как плоским (и это его состояние будет максимально близким к тому, что определял Ньютон), так и колыхаться, создавая гравитационные волны. Гравитационное поле сужается у массивных объектов и растягивается в отдалении от них, поэтому время у массивных объектов будет течь медленнее, чем в отдалении от них. Аристотель был прав в том, что категории времени и пространства можно рассматривать только в относительных терминах. Время оказалось не независимой категорий, как и догадался Аристотель.

Разумеется, все свои рассуждения Эйнштейн подтвердил математически. В 1915 году он вывел уравнение, что описывало искривления пространства-времени, а достоверность этих уравнений была неоднократно подтверждена.

Часть пятая: «Квантовая механика и концепция времени»

Рассматривая картину нашей реальности с точки зрения автора, что уже была описана выше, становится не по себе, но ещё больше «не по себе» становится в тот момент, когда при всём этом мы обращаем своё внимание на квантовую физику.

Существует три важнейших открытия квантовой механики, которые непосредственно описывают то, что мы с вами называем «время». Этот раздел физики даёт нам три новые характеристики времени, имеющие название зернистость, неопределенность и относительность.

Первая характеристика – это зернистость.

Мир дискретен, он может дробиться : вещество на молекулы, молекулы на атомы, атомы на нуклеотиды и частицы орбиталей и так далее.

Теми же самыми характеристиками обладает и время. Согласно квантовой механике, для любого феномена так или иначе, но существует минимальный размер. Минимальный размер гравитационного поля – планковский масштаб. Минимальная единица времени – планковское время. Данная величина обозначает время, за которое волна или частица, что не имеет массы, двигаясь со скоростью света, преодолевает планковскую длину (это также минимальное значение длины, после которого дальнейшее измерение длины становится бессмысленным).

Планковское время — это минимальный интервал времени, и он намного меньше того, что мы в состоянии измерить даже с учетом наших технологий. При таком масштабе понятие времени утрачивает привычный смысл, оно становится зернистым, оно течет не непрерывно, а скачкообразно, хоть эти скачки и очень малы.

Вторая характеристика — квантовая суперпозиция.

Невозможно предвидеть точное положение элементарной частицы через определенный промежуток времени. Между текущим положением и следующим, например, у электрона, нет точной позиции — он находится в суперпозиции — облаке возможностей. Можно лишь предсказать вероятность его появления в определенном месте. Популярный пример этого парадокса — кот Шредингера, который находится в суперпозиции живого и мертвого кота одновременно. У пространства-времени тоже есть суперпозиция различных возможных конфигураций.

Третья характеристика — неопределенность.

Согласно принципу неопределенности квантовой механики, чем точнее измеряется одна характеристика частицы, тем менее точно можно измерить другую. При взаимодействиях электрон материализуется в конкретной точке, но его материализация конкретна только в отношении тех физических объектов, с которыми он взаимодействует. Частицы будто колеблются между существованием и несуществованием. Пространство-время так же, как и электроны, появляется из облака возможностей, и у него нет четкого состояния до тех пор, пока оно не начнет с чем-то взаимодействовать.

Так же и отрезки времени становятся определенными для того, с чем они взаимодействуют, но они остаются неопределенными для остальной Вселенной. Уравнения квантовой механики описывают то, как взаимодействуют разные физические системы, но не описывают принципиальную сущность системы. В книге «Семь этюдов по физике» Карло Ровелли предполагает, что, возможно, нам стоит смириться с тем, что реальность — это лишь взаимодействие.

Что же из всего этого следует?

А то, что время – это самая настоящая сеть взаимодействий. Она представляет собой условное «пространство вариантов развития событий», а не неделимое единое полотно.

Часть шестая: «Мир без времени»

В том случае, если для всех существующих систем нет одинакового времени, а течет оно по-разному в зависимости от массы и скорости, у него нет направления и нет позиции «настоящее», то совершенно разумным будет вопрос о том, что же вообще есть у времени?

Автор книги отмечает, что мир – это сеть постоянно меняющихся независимых событий, и именно аспект изменчивости и есть у времени. Разумеется, сейчас можно было сделать вывод о том, что время – это застывшая масса, которая никак не меняется, но по факту это не так. Здесь существуют повсеместные единовременные изменения, но они не подчинены никакому порядку и разворачиваются абсолютно хаотично. Автор книги говорит своим читателям, что существующий мир нужно воспринимать как совокупность процессов и событий, а не как что-то, что состоит из материй и субстанций.

Горы – результат событий тектонических сдвигов, человек – результат событий в ходе многих лет беспрерывной эволюции. Никто и ничто в мире не является статичным, ни к чему в мире нельзя применить слово «навсегда», потому как любое вещество, предмет, живой организм или энергия находятся в постоянном беспрерывном изменении.

Именно по этой причине в фундаментальных уравнениях квантовой гравитации не существует параметров времени. Квантовая теория описывает не то, как именно меняются вещи во времени, а то, как они меняются относительно самих себя.

Презентизм — это философское направление, адепты которого считают, что только настоящее существует, а прошлого и будущего нет. Но открытия физики XX века показали нам, что не существует единого для всех настоящего, что наше восприятие настоящего — лишь следствие нашего замутненного восприятия мира.

Противоположностью презентизму выступает этернализм. Этернализм - это убеждение, что изменения иллюзорны, а прошлое, настоящее и будущее — одинаково реальны и существуют одновременно. Реальность постоянна и в ней нет ничего по-настоящему меняющегося, все во Вселенной неподвижно. По мнению автора, эта идея так же ошибочна, как и презентизм.

Да, не существует единого для всех времени, изменения не подчиняются одному порядку, одной последовательности, но это не значит, что ничего не меняется. Временная структура мира является более сложной, чем единая линейная последовательность моментов. Временные отношения между событиями являются более сложными, чем мы можем судить из своего непосредственного и ограниченного опыта на Земле.

В заключении своей мысли автор приходит к общему выводу о том, что время – это всего лишь результат нашего незнания, а на фундаментальном уровне его не существует как такового.

Часть седьмая: «Что же даёт нам правдивое представление о времени?»

Правильное представление о времени даёт нам в первую очередь правильное представление о самих себе. Ведь действительно, правильно ли мы делаем, воспринимая себя как сущности, если мир в общем и целом – это целиком и полностью события?

Мы сами – не единое целое, а всего лишь комбинация ингредиентов, которые составляют, словно кусочки мозаики, нашу идентичность.

Личность – это уникальная сборная солянка информации о мире, уникальный набор представлений и событий, которые привели к развитию конкретного человека. В процессе жизни мы упорядочиваем и пытаемся объяснить для себя всё, что мы видим, потому что так работает наш мозг, но наша идентичность и восприятия не рождают себя сами, ведь являются следствием взаимодействия со всем окружающим нас миром.

Наше нормальное восприятие времени – это условность нашего мозга, которая позволяет нам попросту не сойти с ума, ведь помимо действий и взаимодействий, в нашей жизни также есть истории, факты, легенды и знания, которые меняются с течением времени. Наш мозг упорядочивает данные о нашей жизни, обо всём услышанном и рассказанном, в результате чего и формируется наше представление о времени как об отрезке, ведущем нас из прошлого в будущее. Основная суть этого процесса – это улучшение нашей подготовки к будущему на основании прошлого опыта, именно так эволюционно мы и научились учиться, выживать и улучшать то, что творим целые сотни лет на планете Земля.

Да, наука стремиться к объективности всего происходящего, стремиться объяснить всё и всюду, но вполне вероятно, что придёт тот момент, когда мы уже не сможет никуда деться от того факта, что смотрим на мир сугубо субъективно. Нужно признать, что на данном этапе единственное, что мы действительно можем – это смотреть на мир изнутри, являясь при этом его неотъемлемой частью.