Данный эффект получил название квантового испарения черных дыр. И хотя он не наблюдался в природе, имеет значение сама принципиальная возможность сильного влияния квантовых закономерностей на поведение пространства-времени. Квантовое испарение уничтожает черную дыру и вместе с этим устраняет причину замедления времени в данной области пространства. Если черная дыра является преградой на пути потока времени, то квантовые эффекты способны устранить этот барьер и освободить временной поток.
Квантовые эффекты имеют ключевое значение при малых масштабах времени и пространства. Именно такие условия сложились в первые мгновения расширения Вселенной, когда ее возраст составлял необычайно малые доли секунды. В таких обстоятельствах квантовые эффекты должны были проявляться в полную силу. А это означает, что начало Вселенной было значительно квантовым. Течение времени в момент зарождения Вселенной, вероятно, не было непрерывным. Оно было прерывистым, квантовым. То есть существовали мельчайшие отрезки времени, в пределах каждого из которых нельзя выделить отдельные последовательные части. Каждый отрезок времени появляется сразу как целое, наподобие кванта света, излучаемого атомом. Внутри такого «кванта времени» не имеют смысла понятия «раньше» и «позже».
Нетрудно предположить, насколько сильно данная ситуация размывает границы, установленные в физическом мире теорией относительности. Квантовая неопределенность вносится в причинность событий, но вместе с тем и в их одновременность, в порядок следования во времени. Даже в истории одной и той же частицы исчезает определенность в том, какое событие было раньше, а какое – позже. Такая обязательная, казалось бы, черта временного потока, как порядок смены событий, теряется в квантовых явлениях микромира.
Но в конце концов сильное отличие времени микромира от нашего обычного времени не является неожиданностью. Ведь различия между микромиром и макромиром столь значительны. Невозможно рассматривать время вне зависимости от явлений, описываемых с помощью времени. В свойствах времени отражаются свойства этих явлений.
На сегодняшний день теория относительности достаточно убедительно продемонстрировала свои возможности в изучении времени. Квантовая теория тоже помогла существенно продвинуться в изучении этого вопроса. Но в отличие от теории относительности, выводы квантовой теории, затрагивающие свойства времени, имеют пока в большей степени ориентировочный качественный характер.
Энтропия
Необратимое движение времени от прошлого к будущему, его однонаправленность называется «стрела времени». В пространстве мы можем двигаться в разных направлениях: мы можем поехать из Москвы в Барселону, а потом вернуться. Но время всегда движется только в одном направлении. Почему это так, нам не известно. А что нам известно о «стреле времени»?
Почему события не разворачиваются задом наперед? Как это ни странно, законы физики ничего не говорят о том, что события должны разворачиваться только в одном направлении. В соответствии с этими законами, все вполне может происходить в обратном порядке. Большая часть законов, используемых для описания явлений в окружающем нас мире, не учитывает концепцию «стрелы времени». Все эти законы могут действовать столь же успешно, если события начнут происходить в обратном порядке. Возникает противоречие между физикой, утверждающей, что процессы обратимы, и нашей жизнью, мгновения которой уносятся безвозвратно. И тем не менее физики утверждают, что подобные необычные явления теоретически возможны. Каким же образом?
Если, скажем, разбить кофейник, образуется беспорядок. Мысль о том, что возникший хаос способен возвратиться в упорядоченное состояние и вновь стать кофейником, видится нереалистичной. Однако законы физики такую возможность допускают. Необходимо всего-то навсего поменять направление движения всех осколков и капель, каждой молекулы стекла, жидкости, пола и воздуха на противоположное. И готово.
Отчего же мы не наблюдаем, как разбитые кофейники собираются сами по себе? Как увязать наш повседневный опыт с законами физики? В чем причина возникновения «стрелы времени»?
На венском кладбище, где покоятся Бетховен, Брамс, Шуберт и Штраус, похоронен Людвиг Больцман – австрийский физик, живший в девятнадцатом веке. На могильном камне высечена элегантная математическая формула: S = k · ln W, описывающая мощный процесс, известный как энтропия.
Больцман полагал, что время течет в том направлении, в котором происходят необратимые физические явления. Эти необратимые явления затрагивают все тела физического мира и всю Вселенную в целом; они вносят во Вселенную развитие, создавая тем самым время, задавая его ход и темп, определяя, в какую сторону ему течь. Так возникает непрерывное течение времени, уносящее события в прошлое, влекущее нас в будущее. По мнению Больцмана, стремление всей Вселенной как целого к тепловому равновесию (к тепловой смерти, как об этом говорили позже) есть единственное направление ее развития. И то, что мы называем временем, в действительности просто проявление этого неудержимого «старения» Вселенной, ее стремления к своему естественному концу.
Энтропия – это мера распада или стремления к хаосу. Это, безусловно, значительное явление, потому что все в нашей Вселенной имеет свойство двигаться от порядка к хаосу.
Стоит посмотреть вокруг – и всюду видны доказательства действия энтропии. И со временем энтропия только нарастает. Стекло разбивается, лед превращается в воду, дым рассеивается, приобретая крайне беспорядочную структуру. Хаос приходит на смену порядку. Вероятно, это и есть направление «стрелы времени».
Энтропия, по мнению Больцмана, одно из основных свойств времени.
Обратимся к Большому взрыву. Попытайтесь представить себе обратный путь от нынешнего состояния Вселенной до момента ее зарождения. Вы увидите, что наша Вселенная с множеством галактик, беспорядочно раскиданных в пространстве, сначала превратилась бы в облако газа, а после стала бы сжиматься до субстанции очень малого размера.
Теория Большого взрыва дает нам возможность представить, как могла выглядеть наша Вселенная в прошлом. Если верить этой теории, то на ранних стадиях своего существования Вселенная выглядела довольно упорядоченно.
Мы не знаем, почему энтропия была столь низкой тогда. По крайней мере, мы понимаем, что момент, когда энтропия в нашей Вселенной была низкой, существовал. Единственное, что мы можем сказать на сегодняшний день: Большой взрыв дал начало «стреле времени».
Наша Вселенная, словно часовой механизм, раскручивается с самого момента Большого взрыва, становясь все более беспорядочной. Мы еще не знаем, почему наша Вселенная началась с упорядоченного состояния. Но сам этот факт означает, что каждый раз, когда разбивается кофейник, в этом событии проявляется нечто, что случилось миллиарды лет назад. Разбитое стекло не может вернуться в упорядоченное состояние. Большой взрыв установил в нашей Вселенной такие правила.
Мы движемся только от прошлого к будущему. И все перемены вокруг – от образования звезд до мельчайших деталей наших жизней – это побочные явления беспрерывного процесса распада, определяющего разницу между прошлым и будущим в нашей Вселенной.
