Аннотация: Показано, что физической проблемы необратимости времени нет.
О необратимости времени
Иногда полагают, что 'роковое стечение обстоятельств создает необратимость времени', иначе говоря, время течет в одном направлении от прошлого к будущему потому, что в мире существуют случайные события.
Здесь будет показано, что, наоборот, время течет только в одну сторону благодаря существованию детерминированных (то есть причинно обусловленных) событий.
Вначале два замечания.
Первое. Не следует наделять понятие "время" разными смыслами при его употреблении в физике или философии, как это иногда делают. Ибо философия без физики, как и физика без философии, не могут в отдельности выработать сколько-нибудь объективное понятие времени. (Иногда полагают, что "физика учитывает только количественный аспект временных отношений физических систем, но не учитывает качественной их специфики" ([1], с.107). Но разве, например, разный темп течения времени в точках пространства с разным гравитационным потенциалом, обнаруженный физикой, не есть качественная характеристика времени?).
Второе. В литературе можно обнаружить различные представления о том, что означает словосочетание "обратное течение времени" ([1], c.98). В этой работе его смысл таков: порядок смены состояний Вселенной противоположен тому порядку, который наблюдается нынче, иначе говоря, время течет из будущего в прошлое. (Разумеется, мы не уточняем здесь понятия 'время' и 'состояния Вселенной', предполагая, что в данном случае достаточно интуитивных представлений об этих понятиях).
Необратимость времени давно стала "зубной болью" многих философов и физиков. Вот их некоторые идеи по этому поводу.
1. Направление времени задается возрастанием энтропии, беспорядка - считают сторонники статистического подхода к этому вопросу ([2], с.12; [3], с.132-133). Необратимость в этом случае есть результат взаимодействия большого числа обратимых элементарных процессов. Противники такого подхода полагают, что "ход времени есть нечто большее, чем переход от невероятных состояний к вероятным". ([3], c.142)
2. Направление времени (по крайней мере, "биологического и психологического") задается ростом информации. ([3], c.144-146 [4]; c.138). Нетрудно видеть, что эта идея противоречит первой, если только авторы идеи как-то увязывают "биологические и психологические" времена с физическим временем и если рост информации сопровождается уменьшением энтропии.
3. Необратимость времени задается необратимостью процессов на квантовом уровне, связанной с некоммутативностью измерений и невозможностью в связи с этим возврата в исходное состояние ([3], c.136).
4. Необратимость времени задается неповторяемостью граничных и начальных условий ([1]; c.106; [2]; c.16; [3], c.141-142; [4], c.133; [5]).
5. Необратимость времени связана со статистической природой времени ([6]).
6. Необратимость времени связана с процессами, протекающими в мегамире, например, с фактом разбегания галактик.
7. Необратимость времени есть следствие принципа причинности, так как причина должна предшествовать следствию. На эту не физическую, а логическую сторону вопроса обратили внимание уже в 1913 году (а, может быть, и раньше). ([7])
8. Необратимость времени есть следствие нарушения симметрии некоторых физических законов при перемене знака времени. Однако, эти идеи, как выяснилось позже, не имеют отношения к необратимости времени ([2], c.18).
9. Необратимость времени есть качественное "свойство времени как такового, имеющее много разных конкретных проявлений", в отличие от количественных его свойств, например, перемены знака. ([2], c.19) Необратимость времени - это просто физический принцип ([8]).
Отдавая должное усилиям ученых, прояснившим во многом суть необратимости времени, после знакомства с их многочисленными идеями по этому вопросу, начинаешь подозревать, что этот ряд идей еще не завершен. Следующие далее рассуждения являются материализацией этих подозрений.
Но вначале дадим два определения.
1. Случайное событие - это такое событие, которое не имеет предыстории. Такие события существуют ("Бог играет в кости"). Например, считается, что время жизни радиоактивного элемента не зависит от предыстории. Следовательно, никаких причин, определяющих распад, нет. То есть самопроизвольный распад ядра радиоактивного атома - чистый случай. Еще более убедительно случайное поведение элементарных частиц, попадание которых в конкретное место экрана является чистым случаем, и даже 'представление' о наличии какой-либо предыстории частицы (например, конкретной траектории) ведет к невозможности предсказания ее дальнейшего поведения ([9]).
2. Детерминированное событие (причинно обусловленное, не случайное) - это такое событие, которое имеет предысторию. Иначе говоря, существуют причины, вызвавшие это событие и позволяющие "восстановить историю", определить некоторое прошлое событие, являющееся причиной рассматриваемого. Например, нахождение Земли в определенный момент времени в определенной точке своей орбиты обусловлено ее нахождением в предыдущий момент времени в соседней точке орбиты, а также взаимным гравитационным притяжением Земли и Солнца и значениями их масс и скоростей.
В этих определениях молчаливо предполагается, что нам ясен смысл слова "предыстория". На самом деле уточнение этого термина привело бы к необходимости анализа понятий "память", "информация" и т.п. Понимая, что без такого анализа (в другом месте, возможно, мы его проведем), будет потеряна строгость дальнейших рассуждений, попытаемся пока составить себе общее представление о возможных подходах к решению физического аспекта "проблемы" необратимости времени.
Итак, если бы все события в мире были строго детерминированы, то
- в принципе было бы возможно установить всю цепочку причин, приведших объект из некоторого прошедшего состояния к нынешнему. То-есть в этом случае прошлое было бы восстановимо. На самом деле в полной мере прошлое невосстановимо ([4], c.127-130);
- будущее было бы полностью известным. На самом деле оно лишь статистически предсказуемо ([4], c.127).
Происходит все так потому, что большинство реальных процессов состоит не только из детерминированных событий, но и из случайных, которые при переходе из прошлого в будущее прерывают причинную цепь, так как не имеют предыстории. Поэтому текущее состояние мира позволяет оценить прошедшие (как и будущие) события только на вероятностной основе, опираясь на память и аналогии. Например, если бы не было представлений о динозаврах, то обнаруженный "здесь" и "теперь" след динозавра интерпретировался бы нами как игра природы. Короче говоря, речь всегда идет просто о более или менее вероятных оценках как прошлого, так и будущего.
Существование случайных событий означает также, что возврат в прошлое не имеет ничего общего с обратимостью времени. Действительно, если бы вдруг все во Вселенной изменилось так, что ее состояние совпало бы с состоянием, имевшим место быть в какой то момент 19 века, то происходившие в то время случайные события не могли бы в точности повторяться вновь (иначе они не были бы случайными, а имели бы предысторию), и Александр Сергеевич Пушкин, возможно, не был бы убит, и время текло бы в том же направлении, что и сейчас.
Обратимость времени, как уже отмечалось, - это возможность прохождения Вселенной своих состояний в обратном порядке, возможность времени течь из будущего в прошлое. Чем же характеризуется будущее?
Если прошлое благодаря детерминированным процессам оставляет следы в памяти (прошлую информацию), то главная характеристика будущего - это, во-первых, отсутствие какой бы то ни было памяти о будущих событиях, отсутствие "будущей" истории. Во-вторых, это "новизна", появление новой информации благодаря существованию случайных событий (детерминированные события не несут в себе никакой новизны, так как они полностью предсказуемы). Собственно, эта новизна и определяет самое течение времени, так как в противном случае прошлое, настоящее и будущее были бы однозначно заданы.
При обратном ходе времени Вселенная проходит свои состояния в обратном порядке. В этом случае 'будущая' история превращается в 'предысторию'. То есть все события, которые при прямом течении времени были 'будущими', становятся 'прошлыми', сохраняя свойство 'будущих событий': не оставлять никаких следов в структуре объектов. Отсюда следует, что при обратном течении времени все прошлые события должны быть случайными. (Это необходимо, но не достаточно для возможности обратного течения времени).
Но поскольку мир устроен так, что не все события случайны, что действуют законы природы, определяющие причинные ряды событий, постольку обратный ход времени невозможен. И поэтому вопрос о том, почему время не течет вспять, может быть сведен, например, к вопросу о том, почему одноименные электрические заряды отталкиваются. Наука, к счастью, не занимается поиском ответов на подобные вопросы.
Таким образом, с физической точки зрения необратимость времени есть результат наличия в мире определенных свойств материи (например, гравитационного притяжения), определяющих существование не случайных событий. И если определение случайного события, данное нами, отражает физическую реальность, то физической проблемы необратимости времени нет. (Не все так считают, см. [1]; [4], c.125).
Итак, течение времени определяется существованием случайных событий, а его необратимость - существованием детерминированных событий. (Обратите внимание на то, что это утверждение не совпадает с мнением некоторых авторов, которые полагают, что не дерминированные процессы, а, наоборот, "роковое стечение обстоятельств создает необратимость времени" ([10]).)
Говорить об обратном течении времени можно не только с физической точки зрения.
Например, можно вести речь о логическом аспекте вопроса. Если, например, нет информации о последовательности смены состояний Вселенной при прямом порядке течения времени, то разговор об обратном течении лишен всякого смысла. Ведь "обратную" упорядоченность можно обнаружить только тогда, когда есть возможность сравнивать ее с "прямой" упорядоченностью.
Можно также рассматривать вопросы обратимости времени в свете их связи с обратимостью пространства (речь идет не о перемене направления движения!). Ведь пространство-время представляет собой единый континуум, и поэтому при совместном анализе пространства и времени обнаруживается их сходное поведение. Однако, это уже другая тема.
Литература
1. Казарян В.П. Относительно представления об обратном течении времени. Вопросы философии, ?3 1970.
2. Франк-Каменецкий Д. А. Предисловие к русск. изд. кн. "Время и современная физика". М., Мир, 1970.
3. Кузнецов Б. Необратимость времени и детерминизм. В кн. Эйнштейновский сборник 1978-1979, М., Наука, 1983.
4. Оливье Коста де Борегар. Второй принцип науки о времени., В кн.: Время и современная физика. М., Мир, 1970.
5. Пригожин И. Эйнштейн: триумфы и коллизии. В кн. Эйнштейновский сборник 1978-1979. М., Наука, 1983, c.117.
6. Ленюйле Р. Время в новейшей физике., В кн.: Время и современная физика. М., Мир, 1970, c.152.
7. Фриштейзен-Кёлер. Проблема времени. "Новые идеи в математике", сб.3, Спб, 1913, с.133.
8. Время и современная физика. М., Мир, 1970, с.123.
9. Р.Фейнман, Р.Лейтон, М.Сэндс. Фенмановские лекции по физике. М., Мир, 1976, т. 3-4, c.211.
10. Von H. Sachsse. Uber die Richtung der Naturprozesse. "Philosophia Naturalis". Bd. IX, Hf, 4, 1966, S. 427-457.