Что такое время и как оно работает

Что такое время и как оно работает

29 Ноября 2021 286

Путешествие во времени — отдельная и очень интересная тема, которой увлечены не только фантасты, но и физики.

Ориентироваться во времени нам помогают часы, и устройств, «следящих» за ним, сегодня великое множество. Однако если поинтересоваться у среднестатистического человека, что такое время, он окажется в крайне затруднительном положении. И это еще мягко сказано. Не верите — попробуйте сами дать определение. Это что-то, что течет, меняется и его невозможно остановить? То, что порой тянется очень медленно, а иногда несется стремглав и его катастрофически не хватает? Самое интересное, что по поводу природы времени нет четкого представления даже у науки. Каждая из них — от физики до философии — предлагает свою трактовку, рассказывает СБ.

Руками не потрогаешь
Самая главная проблема в исследовании времени — то, что оно, несомненно, есть (фраза «Времени не существует!», приписываемая Альберту Эйнштейну, — весьма вольная интерпретация его рассуждений). Но у времени нет абсолютно никаких материальных воплощений. Час, минута, секунда, микросекунда — все это чисто умозрительные, неосязаемые и невидимые глазу вещи. Не говоря уже о том, что сама эта система счета придумана людьми и вовсе не факт, что она правильная.

Современная наука может описать даже такие зубодробительные понятия, как очарованные кварки, недавно обнаружили «частицу Бога» — пресловутый бозон Хиггса. Мы можем разобрать и собрать спираль ДНК, синтезируем вирусы, экспериментируем с бактериями и даже рассуждаем о возможности путешествий во времени туда и обратно. В физических формулах время учитывается и обозначается знаком t (от латинского tempus — «время»). В математике дифференцирование по времени обозначается точкой над конкретной переменной. То есть точные науки безоговорочно признают существование времени как физического объекта. Но при этом никто и никогда не видел частиц времени — ни больших, ни малых. Вообще никаких. Согласитесь, ситуация более чем странная.

Понятно, что ничего не понятно
Еще более странным является тот факт, что единой общепризнанной теории, объясняющей и описывающей такое понятие, как время, в настоящее время (простите за тавтологию) в науке не существует. Зато есть множество теорий. Самое простое определение предлагает психология, которая говорит, что время — это субъективное ощущение, целиком и полностью зависящее от наблюдателя. Физика (конкретно — термодинамика) уже оперирует понятием ось, или стрела, времени. Эта концепция описывает время как математически одномерный объект, прямую, протянутую из прошлого в будущее. При этом выделяют три основные стрелы времени (об этом довольно подробно говорил Стивен Хокинг): термодинамическую, космологическую и волновую.

Любопытно, что по поводу того, «откуда есть пошло» время, высказывается только космологическая гипотеза. Она предполагает, что время возникло в результате или одновременно с Большим взрывом 13,8 миллиарда лет назад. И его течение напрямую зависит от процесса расширения Вселенной. Прекратит свое существование Вселенная — исчезнет и время.

Классическая физика не предлагает гипотез о происхождении времени, но констатирует: время — понятие абсолютное. Это означает, что никакие внешние и внутренние мировые и физические процессы не имеют никакого влияния на его ход и не могут его изменить, повернуть или исказить.

Привет от черной дыры
В то же время Общая теория относительности (если совсем ее упрощать для «чайников») допускает, что время все же может изменяться. Например, замедляться в условиях низкой гравитации. Самый простой пример: чем ближе к массивному телу находятся часы, тем медленнее они отсчитывают время. Это подтверждает и ряд опытов на крыше небоскреба и у его «подножия». Хотя тут возникает справедливый вопрос: может, все зависит от воздействия гравитации на часовой механизм? На самом деле все очень серьезно, и пример с небоскребом отражает только малую часть теории под названием гравитационное (релятивистское, эйнштейновское) замедление времени. Грубо говоря, время для нас — это то время, которое есть на Земле. А если мы начнем путешествовать в пространстве дальше ближайших планет и будем перемещаться со скоростью света или окажемся рядом с сильным источником гравитационных волн, например рядом с черной дырой, время для нас пойдет иначе. Возможно, вообще остановится. Обычно для иллюстрации первой идеи приводят в пример вымышленную ситуацию (мысленный эксперимент) с братьями-близнецами. Если один из них отправится в дальний космос, а другой останется на Земле, они будут стариться неравномерно.

Эйнштейн утверждал, что пространство и время представляют собой единое целое — гибкую четырехмерную ткань, на которой происходят все события Вселенной. Он так и назвал это — ткань пространства-времени. Согласитесь, такое весьма сложно представить. Причем научный мир исключением не стал: многие коллеги Эйнштейна посчитали, что молодой человек (а автору ОТО и СТО тогда было всего-то 26 лет), мягко говоря, переработался. Должно было пройти немало времени, чтобы Теории относительности наработали мировое признание. Ученые постоянно тестируют их на прочность, и стоит отметить, что все эти опыты заканчиваются успехом. Недавнее открытие гравитационных волн говорит о том, что знаменитый физик был прав и в отношении времени.

Сегодня гравитационное замедление времени — еще и практический инструмент. Благодаря открытию Эйнштейна у нас есть GPS-навигация, которая не смогла бы работать, если бы не была учтена разница между ходом времени на поверхности Земли и околоземной орбите. Кроме того, гравитационное замедление времени помогает физикам-теоретикам и астрофизикам строить точные теории о том, что происходит в космосе вблизи объектов, к которым мы пока не можем подобраться физически (например, черные дыры и нейтронные звезды).

КСТАТИ
Путешествие во времени — отдельная и очень интересная тема, которой увлечены не только фантасты, но и физики. И что интересно, препятствия им только придают азарта. Например, Второй закон термодинамики гласит, что энтропия замкнутой системы либо остается постоянной, либо увеличивается. Энтропия (степень беспорядка) космоса никогда не может уменьшиться, если считать его закрытой системой. Другими словами, Вселенная не может вернуться в точно такое же состояние, в котором она находилась в более ранний момент. Исходя из этого постулата, время просто по определению не может двигаться назад.
Получается, тема закрыта? Как бы не так, парируют энтузиасты. Возможно, по оси времени в обратную строну может двигаться конкретный объект. Например, человек — почему бы и нет? И пока не доказано обратное, эта гипотеза, как и любая другая, имеет право на существование.

В ТЕМУ
Еще в начале Средневековья философ Аврелий Августин Иппонийский (он же святой Августин) предложил концепцию субъективного времени и выделил три его части: настоящее, прошлое и будущее. Современная наука сходится на том, что прошлое более или менее статично, будущее — вариативно, а настоящего фактически не существует. Звучит дико, но имеется в виду, что каждая секунда происходящих событий моментально становится прошлым. При этом минуты, секунды, часы и тому подобные составные части времени — это так называемые внесистемные единицы измерения (физическая величина фиксированного размера, которой условно по соглашению присвоено числовое значение, равное 1). То есть люди их придумали исключительно для собственного удобства, пытаясь как-то упорядочить свои представления о хронологии времени. В науке гипотетический квант (неделимая часть какой-либо величины) времени называется хронон. А самая большая единица измерения времени — кальпа (в индуизме — день Брахмы) — равна 4,32 миллиарда лет.

СБ