Существует ли время на самом деле?
Для физики время не делится на прошлое, настоящее и будущее. Но для людей все совершенно иначе. У нас есть воспоминания, ожидания и настоящие ощущения. Для нас ось времени движется только вперед и никак иначе. Но если для науки не существует будущего и прошлого, не значит ли это, что время, каким мы его воспринимаем, существует лишь в наших головах? Некоторые ученые действительно считают, что так оно и есть на самом деле. Об этом и пойдет речь прямо сейчас.
Но перед тем, как мы начнем, стоит оговориться: ни эта статья, ни тем более ученые, не отрицают существования времени в принципе – это занятие для адептов альтернативной науки. Цель, которая стоит перед нами сейчас, – порассуждать на тему того, существует ли время на самом деле таким, каким мы его воспринимаем, движется ли оно в том направлении, в котором мы его чувствуем.
Как работает время?
Как утверждают некоторые ученые, время – это следствие взаимодействия элементарных частиц. Пока они не контактируют друг с другом, оно на них не действует. Но как только начинается процесс их взаимодействия, они собираются в более крупный объект, который уже подчиняется законам классической механики и движется по временной оси.
Как работает время
Однако недавно появилась новая теория, которая говорит о том, что гравитация недостаточно сильна для того, чтобы все частицы во Вселенной, собранные в отдельные объекты, двигались в одну сторону во времени. Поэтому физики, которые выдвинули эту теорию, считают, что временную ось направляют для себя отдельные субъекты, наблюдатели. Проще говоря, нам кажется, что время направлено вперед, потому что мы его так воспринимаем.
Одна из главных проблем современной науки заключается в том, что квантовая и классическая механики никак не «подружатся». Например, в квантовом мире работает принцип суперпозиции – частица может одновременно существовать в нескольких состояниях и даже быть в разных местах, пока на нее не будет оказано какое-либо воздействие. Достаточно простого наблюдения на электрон, чтобы он принял одно конкретное состояние. Исходя из этого получается, что узнать, где частица действительно находится, можно лишь экспериментально и никак иначе.
Но все меняется, когда электрон начинает взаимодействовать с другими частицами. Здесь в игру вступает классическая физика, и это взаимодействие начинает подчиняться гравитации. То есть, как только атомы начинают собираться вместе, образуя более крупный объект, они перестают следовать своим законам квантовой механики. Их индивидуальные позиции уже не имеют никакого значения, они смешиваются, а вероятность суперпозиции существенно снижается. Поэтому атомы, собираясь в условную кружку на столе, всегда будут оставаться на месте. Вы никогда не увидите эту же кружку одновременно и на столе, и где-нибудь на полке.
Время
Понятие декогеренции
Декогеренция – точка взаимодействия квантовой и классической механик.
Физика говорит, что декогеренция появляется лишь тогда, когда направление временной оси становится математически значимым. Исходя из этого, некоторые ученые выдвинули предположение, что все направление стрелы времени существует только из-за декогеренции.
Объяснить это с научной точки зрения помогает нашумевшее в ученых кругах уравнение Уиллера-Девитта. Ученые как-то обсуждали различные теории, составляли уравнения, пока сидели в зале ожидания аэропорта. В итоге, просто убивая время, они вдруг вывели уравнение, которое, по мнению Уиллера позволяло увидеть точку соприкосновения физики элементарных частиц и классической.
Пусть уравнение и держалось на чистом энтузиазме, по итогу оно оказалось действительно значимым для науки. Многие ученые сошлись во мнении, что оно помогает понять странности декогеренции и разобраться в теории квантовой гравитации.
Понятие декогеренции
Особенно интересен в этом уравнении тот факт, что в нем в принципе отсутствует переменная времени, однако этот параметр все равно является основой всего. Объясняется это тем, что в физике время – это лишь переход от одного состояния к другому или перемещение между двумя точками пространства. Поэтому как таковая переменная времени здесь не понадобилась.
Но давайте вернемся к той самой новой теории времени. Согласно ей, в уравнении Уиллера гравитация не такая сильная, чтобы заставить все частицы принять одно состояние и двигаться вперед во времени. Поэтому ее нельзя считать единственной верной временной осью.
Один из главных популяризаторов данной теории, биолог Роберт Ланза, задается вопросом, почему Уиллер не говорит о том, как именно происходит выбор направленности времени. Интересный вопрос от биолога и сторонника биоцентризма, но все же он не лишен смысла.
Ланза утверждает, что частицы остаются в суперпозиции ровно до того, как начнется процесс их декогеренции, во время которого они соберутся в один большой объект. Тогда они начнут подчиняться силе гравитации, которая должна быть очень сильной, чтобы заставить каждую частицу принять одно и то же положение и двигаться в одном направлении. Если гравитация будет слишком слабой, то этого не произойдет.
Гравитация способна вызывать декогеренцию больших квантовых систем
Так существует ли время?
Если физика и математика не способны решить эту проблему, может никакой проблемы и нет вовсе? Что если направленность времени зависит не от гравитации, а от конкретного субъекта, то есть наблюдателя? Вряд ли будет корректно заявить о том, что мы «придумали» ось времени. Просто мы так устроены, что можем воспринимать время, текущее лишь в одном направлении. Исходя из этой теории, где-то на другом конце Вселенной время может течь в обратном направлении. Проблема лишь в том, что мы не сможем этого уловить. Даже если мы посмотрим в очень мощный телескоп на другой край Вселенной, мы все равно увидим, как время там движется в привычном нам направлении. Потому что по-другому мы просто не способны его воспринимать.
Ланза также приводит пример того, что еще Эйнштейн показал, что все в этом мире относительно, даже время. Эта теория не является чем-то кардинально новым. Над этим вопросом задумывались и раньше, но единого решения нет до сих пор, потому что в ней все еще куча противоречий и несостыковок. Самый большой вопрос: имеет ли все это хоть какой-то смысл? Возможно, время действительно течет так, как мы его чувствуем. А если нет, то как узнать его истинный ход?
Время относительно
Ученые говорят, что наблюдателя нельзя исключать ни из одного уравнения хотя бы потому, что именно он их выводит и анализирует. Не поспоришь. Также сторонники этой идеи утверждают, что другие теории почему-то забывают о том, что Вселенная – это уже декогерированная система. Физика все еще не до конца сформированная наука, нам многое неизвестно. Поэтому любая интерпретация хоть чего-либо в этом мире относительна.
Как бы там ни было, никто сейчас не способен точно ответить на вопрос «на самом ли деле время такое, каким мы его ощущаем». Но рассуждать на такие темы все еще интересно.
Источник
В нашей Вселенной медленно исчезает время
Что, если временную часть в уравнении пространственно-временного континуума буквально исключить? Одно из последних исследований, возможно, свидетельствует о том, что время медленно и постепенно исчезает из нашей Вселенной и в один прекрасный день испарится совсем. Новая радикальная теория может объяснить космологическую загадку, которая морочила голову ученым в течение многих лет.
Ранее ученые измеряли свет далеких взрывающихся звезд, чтобы показать, что Вселенная расширяется, и темп этого расширения постоянно растет. Ученые предположили, что эти сверхновые разлетаются на части быстрее, чем стареет Вселенная. Физики также сделали вывод, что некая антигравитационная сила должна разводить галактики в стороны, и стали называть эту неизвестную силу «темной энергией».
Идея того, что само время может исчезнуть через миллиарды лет — и все остановится — была предложена еще в 2009 году профессорами Хосе Сеньовилла, Марком Марсом и Раулем Вера из Университета Баска Кантри в Бильбао и Университета Саламанки в Испании. Следствием этого кардинального движения самого времени к концу является альтернативное объяснение «темной энергии» — таинственной антигравитационной силы, которая была предложена для объяснения некоторых космических явлений.
Однако по сей день никто не знает, чем является темная энергия на самом деле и откуда берется. Профессор Сеньовилла и его коллеги предложили невероятную альтернативу. Ученые предложили исключить такое понятие, как темная энергия, вообще и еще раз пересмотреть наши взгляды. По мнению Сеньовиллы, мы обманываем сами себя, думая, что Вселенная расширяется, когда на самом деле это время замедляется. На бытовом повседневном уровне это замедление будет незаметно. Но если отслеживать ход Вселенной в течение миллиардов лет, то на космических масштабах все станет очевидно. Это изменение будет бесконечно медленным с человеческой точки зрения, но с точки зрения космологии, в силах которой изучать свет древних солнц, светивших миллиарды лет назад, его можно с легкостью измерить.
Предложение группы ученых, опубликованное в журнале Physical Review D, исключает темную энергию как вымысел. Вместо этого Сеньовилла объясняет появление ускорения постепенным замедлением самого времени.
«Мы не говорим, что расширение Вселенной само по себе является иллюзией, — объясняет физик. — Мы считаем, что иллюзией может быть ускорение этого расширения — это, в свою очередь, не отменяет наличие расширения, которое [для нас] наращивает свой темп».
Если время постепенно замедляется, «а мы наивно продолжаем использовать свои уравнения для определения изменений скорости расширения относительно обычного течения времени, то простая модель, продемонстрированная в нашей работе, показывает эффективное ускорение этого расширения».
В настоящее время астрономы могут определить скорость расширения Вселенной, используя так называемый метод «красного смещения». В основе этой техники лежит понимание того, что звезды, которые движутся от нас, краснее тех, что движутся в нашем направлении. Ученые ищут сверхновые определенного рода, которые стали эталоном в этом плане. Тем не менее точность этих измерений предполагает инвариантность времени по всей Вселенной. Если время замедляется, согласно новой теории, наше одинокое временное измерение медленно превращается в новое пространственное измерение. Таким образом, далекие древние звезды, за которыми наблюдают космологи из нашей перспективы, кажутся ускоряющимися.
«Наши расчеты показывают, что мы можем подумать, будто расширение вселенной ускоряется», — говорит Сеньовилла. В основе теории лежит один из вариантов теории суперструн, согласно которому наша Вселенная ограничена поверхностью мембраны, или браны, плавающей в многомерном пространстве. Спустя миллиарды лет время вообще перестанет быть временем.
«Тогда все замерзнет, словно снимок одного момента, навсегда. Нашей планеты к тому времени уже не будет».
Несмотря на всю свою радикальность и беспрецедентность, эти идеи не остаются без поддержки. Гэри Гиббонс, космолог Кембриджского университета, говорит, что у такой концепции есть свои плюсы. «Мы считаем, что время появилось в процессе Большого Взрыва, и если время может появляться, значит оно может и исчезать — это всего лишь обратный эффект».
Существует ли время?
В двух статьях, опубликованных в Physics Essays, Амрит Сорли, Дэвид Фискалетти и Дюшан Клинар предприняли попытку объяснить, что то, что мы имеем в виду под временем, на самом деле является абсолютной физической величиной, играющей роль независимой переменной (время, t, часто является осью X в системе координат, демонстрирующей эволюцию физической системы). Но, как отмечают ученые, мы никогда не измеряем t. Мы измеряем частоту и скорость объекта. Само по себе время является сугубо математической величиной и не существует физически.
Эта точка зрения означает не то, что время не существует, а то, что время имеет больше общего с пространством, нежели с идеей абсолютного времени. Таким образом, хотя четырехмерное пространство-время, как зачастую предполагают, состоит из трех измерений пространства и одного измерения времени, взгляд ученых предполагает, что было бы более корректно представлять пространство-время в виде четырех измерений пространства. Другими словами, Вселенная «безвременна».
«Пространство Минковского — не три измерения плюс время, а четыре измерения, — писали ученые. Точка зрения, согласно которой время представлено физической сущностью, в которой происходят материальные изменения, заменяется более удобной точкой зрения, в которой время будет просто числовым порядком материального изменения. Этот взгляд лучше отвечает физическому миру и лучше объясняет мгновенные физические явления: гравитацию, электростатическое взаимодействие, передачу информации в ходе эксперимента ЭПР и другие».
«Идея того, что время представляет собой четвертое измерение пространства, не принесла особого прогресса физике и находится в противоречии с формализмом специальной теории относительности. Сейчас мы разрабатываем формализм трехмерного квантового пространства на основе работ Планка. Похоже на то, что вселенная трехмерна на макро- и микроуровнях в планковских объемах. В таком трехмерном пространстве нет «сокращения длины», нет «замедления времени». А что есть, так это скорость материальных изменений, которая «относительна» в эйнштейновском смысле».
Ученые приводят пример этой концепции времени, изображая фотон, который перемещается между двумя точками в пространстве. Пространство между ними полностью состоит из планковских длин, то есть из мельчайших дистанций, которые может преодолеть фотон в момент времени. Когда фотон перемещается на планковскую длину, он описывается как передвигающийся исключительно в пространстве и не в абсолютном времени. Фотон можно рассматривать как движущийся из точки 1 в точку 2, и его позиция в точке 1 — это «перед» позицией в точке 2, в буквальном смысле, поскольку цифра 1 идет перед цифрой 2 в числовом ряде. Числовой порядок не эквивалентен временному порядку, то есть цифра 1 во времени не существует перед цифрой 2, только численно.
Без использования времени как четвертого измерения пространства-времени, физический мир можно было бы описать более точно. Как отмечал физик Энрико Прати в недавнем исследовании, гамильтонова динамика (уравнения в классической механике) крайне четко определяется без понятия абсолютного времени.
Другие ученые отмечали, что математическая модель пространства-времени не соответствует физической реальности, и предложили использовать вневременное «состояние пространства», которое обеспечило бы более точные рамки. Также ученые отмечали фальсифицируемость двух понятий времени. К примеру, понятие времени как четвертого измерения пространства — как фундаментальной физической емкости, в которой происходит эксперимент — может быть сфальсифицировано экспериментом, в котором время не существует.
«Теория абсолютного времени Ньютона не фальсифицируема; вы не можете доказать ее или опровергнуть — вы должны поверить ей, — говорит Сорли. — Теория времени как четвертого измерения пространства фальсифицируема, и своей последней работой мы показали, что вероятность такой фальсификации весьма высока. Экспериментальные данные показывают, что время — это то, что мы измеряем часами. А часами мы измеряем численный порядок материальных изменений, то есть движение в пространстве».
Ахиллес и черепаха
В дополнение к обеспечению более точного описания природы физической реальности, понятие времени как количественного порядка изменений может разрешить парадокс Зенона «Ахиллес и черепаха». В этом парадоксе Ахиллес пытается догнать черепаху в беге наперегонки. Но хотя Ахиллес может бежать в 10 раз быстрее черепахи, он никогда не обгонит черепаху, потому что всякий раз, когда Ахиллес пробегает определенное расстояние, черепаха проходит одну десятую этого расстояния. Таким образом, когда бы Ахиллес не достигал пункта, в котором была черепаха, она все равно будет немного впереди. Хотя вывод, что Ахиллес никогда не сможет обогнать черепаху, очевидно ложный, есть много других объяснений этого парадокса.
Парадокс можно разрешить, если переопределить скорость, так что скорость обоих бегунов будет определяться численным порядком их движений, а не перемещением и направлением во времени. С этой точки зрения Ахиллес и черепаха будут двигаться только через пространство, и Ахиллес точно обгонит соперника в пространстве, хотя и не в абсолютном времени.
Некоторые из последних исследований поставили под вопрос теорию, что мозг представляет время как внутренние «часы», испускающие нейронные тики, и предположили, что мозг представляет время в виде пространственного распределения, регистрируя активацию разных нейронных узлов. Хотя мы воспринимаем события как случающиеся в прошлом, настоящем или в будущем, эти понятия могут быть просто частью психологических рамок, в которых мы испытываем материальные изменения в пространстве.
В любом случае, если эту теорию и можно рассмотреть математически (в виде решения проблемы стрелы времени), остается еще один вопрос без ответа: что такое время?
Источник