Предел времени

Участники:

Ростислав Феофанович Полищук – доктор физико-математических наук

Юрий Васильевич Шалаев – кандидат физико-математических наук

Александр Гордон: …трудно понять, что такое время. А теперь нам приходится вообще отказываться от этого понятия. Что это за состояние такое, в котором даже о времени говорить нельзя?

Ростислав Полищук: Это не означает, что исчезают вообще всякие понятия, а означает то, что понятие времени имеет предел применимости. А когда мы пытаемся продолжать применять это понятие времени неограниченно, мы наталкиваемся на некоторые противоречия, разрешение которых означает переход к более глубоким фундаментальным понятиям.

Оказывается, нельзя о понятии времени говорить, не рассматривая понятия пространства. Между пространством и временем есть граница – световой конус, световые образы, которые и нужно положить в фундамент представления о мире. Здесь получается так: релятивистский коготок увяз, всей птичке пропасть. И вся картина мира переворачивается. Потом Юрий Васильевич скажет более конкретно, как это получается.

Другое ограничение на применимость понятия времени – это квантовая механика, которая не позволяет как угодно мелко делить интервалы пространства и времени. И оказывается, что наш мир в своем фундаменте – квантовый, а там нет прежних понятий пространства, времени и материи. Имеется просто временное состояние вакуума между двумя его фазовыми переходами: от рождения Вселенной, где еще нет этих понятий, где они только возникают, рождаются, и до следующего перехода, который пока физика не знает, как обозначить. Речь будет идти об этом.

Умственным взором мы проникаем дальше – за пределы применимости этих понятий, которые сами вытягивают на поверхность точного знания новые понятия. Так что речь идет о развитии понятия времени. Но можно уже сказать, что нет вечности, потому что она предполагает бесконечную применимость понятия деления времени, тогда как мир возникает вместе с пространством-временем. И при этом возникает более сложная и интересная картина мира. Вот о чем мы сегодня хотим поговорить.

Юрий Шалаев: Коль скоро мы рассматриваем проблемы, связанные со временем, то прежде всего, конечно, каждый из нас представляет, что есть понятие об обыденном, обычном времени, которое мы каким-то определенным образом ощущаем. И, естественно, мы понимаем, что время обладает некоторыми определенными свойствами. Например, такими как длительность, необратимость – оно течет из прошлого в будущее. Это обычные, привычные понятия.

Эти понятия, конечно, вполне естественны, и они нам помогают осознать течение времени, но надо сказать, что они не совпадают с теми представлениями, которые разработаны физиками.

Здесь надо сказать, что помогают нам осознать течение времени и произведения искусства, в том числе изобразительного искусства. Возьмем, скажем, импрессионистов. Это художники, которые стремились запечатлеть какие-то неповторимые моменты времени. Они пытались его остановить в своих картинах. И в результате получили такие замечательные образы, которые нам сейчас позволяют как бы вернуться в то самое время и ощутить эти неповторимые моменты времени, которые запечатлены в картинах импрессионистов. Но, как я уже сказал, наши обыденные представления не совпадают с научными представлениями, развитыми современной физикой. И поэтому мы в нашей беседе будем говорить о пределах применимости понятия времени, о связи необратимости времени с ростом энтропии.

Р.П. Здесь на слайде мы видим первые мифологические картины мира. Мы видим, что даже в самых первых картинах мира есть какие-то границы. Вот это картина мира у халдеев, следующий слайд – картина мира у индусов, здесь тоже мир ограничивается каким-то пределом.

И интересно, что, оказывается, миф схватывает истину о мире. Но наука создает иногда свои научные мифы, закрывая истину, которая интуитивно содержится в мифах. Например, бесконечное пространство-время Ньютона. Оно довольно скучное, это мертвая механическая картина мира. Вот в известной иллюстрации из книги Фламмариона вы видите, что человек достиг края мира, смотрит за этот край и видит там совершенно другие вещи. Так вот, современная наука тоже как бы возвращается к понятию границы привычного мира, в том числе к понятию границы применимости пространства-времени.

На следующей картинке мифологическое мировое древо древней Германии. Интересно, что древо познания, выросшее из единого семени, содержит и корни, которые во все стороны проникают, и разросшуюся крону. Но все это выросло из единого семени – знание едино. Наука есть развивающееся понятие. Миф сразу схватил эту истину, но по-своему, мифологически, а наука просто детализирует и уточняет эти картины.

Следующая картина, это Микеланджело, была создана тогда, когда уже была осознана роль человека в сотворении мира, и был открыт космос человека. А вот современная научная картина мира – картина Солнечной системы – более прозаическая. А перед этим была египетская картина мира, где созвездия считались какими-то животными. И это было очень красочно.

Но что говорит современная наука? Солнечная система гораздо более точно отображает наше представление о ближайшем космосе. Следующая картинка – это изображение Солнечной системы. Она не столь поэтична, но, тем не менее, она ближе к истине, и науке пришлось много поработать, чтобы наполнить новым богатым содержанием ту картину мира, которая была в мифах, которая была уловлена в мифологической форме.

Так что же может сказать наука о времени? Наступление на понятие времени идет с двух сторон: со стороны теории относительности и со стороны квантовой механики. Я уже говорил, что время существует только вместе с пространством. Как известно, согласно Минковскому, и пространство, и время по отдельности – только «тени». Поэтому физика на самом деле – это физика событий. Юрий Васильевич скажет о том световом конусе, который мы видим на слайде. Это то, что говорит теория относительности о пространстве и времени.

Ю.Ш. На этой картинке показано двухмерное пространство по двум осям и еще показана ось времени. Ноль – это некоторая точка пространства в начальный момент времени, событие. Покоящаяся в пространстве точка изображается осью времени, цепочкой событий в данном месте пространства.

Что касается конуса, то этот конус можно представить себе, как образованный системой фотонов, которые вылетают в некоторый начальный момент времени из начальной точки. Эти фотоны являются образующими данного конуса. Характерной особенностью этих образующих является то, что в соответствии с теорией относительности с пространством Минковского, на конусе расстояние между двумя точками являются нулевыми – такова псевдоевклидова метрика этого пространства-времени. Область будущего для исходного события содержится внутри этого конуса: любая точка, причинно связанная с начальным событием, находится обязательно внутри этого конуса. Предельными границами будущего являются образующие конуса, и вот они-то и интересны с точки зрения пересмотра свойств пространства и времени.

Р.П. Ось времени – это мировая линия начальной точки пространства и находящегося в ней наблюдателя. Прожитое любой точкой пространства время – это длина её мировой линии. Ортогональные оси времени, – это оси пространства одновременности для этого наблюдателя.

Наблюдатель, движущийся с какой-то досветовой скоростью относительно исходного наблюдателя, изображается его мировой линией, наклонённой к исходной оси времени, и ортогональное его оси времени его новое пространство одновременных для него событий будет идти вдоль новых осей. В световом пределе ортогональное ему пространство выродится в световой конус, и его мировая линия будет идти вдоль светового конуса. В геометрии пространства-времени квадрат длины гипотенузы для пары разных событий равен разности квадратов длин пространственного и временного катетов – иначе нет разницы между пространством и временем. И для воображаемого светового наблюдателя являются одновременными такие события, как, скажем, начальный момент отправления на далекий квазар и момент прибытия туда – даже если в системе отсчета Земли расстояние до этого квазара равняется 10 миллиардам световых лет (то есть свет туда летит 10 миллиардов лет). Но длина этой мировой линии – это собственное время светового наблюдателя, и оно равно нулю. Для светового наблюдателя продольное направление пространства вообще «схлопывается» в нуль, пространство у него – двухмерное. И вместо привычного 1+3 расщепления на время и пространство преимущественным для него является 2+2 расщепление пространства-времени. Причем, равняется нулю расстояние не только до того объекта, куда он летит, скажем, квазара, но и для всех объектов, которые позади. В чем же тогда разница движения вперед и назад? В том, что изображение небесной сферы звезд в пределе стягивается в апекс движения, в точку, куда он движется, причем, стягивается с неограниченным голубым смещением. А вся задняя полусфера стягивается из-за релятивистской аберрации света в точку антиапекса с неограниченным красным смещением. И весь мир сзади как бы исчезает. И когда мы падаем в черную дыру и пересекаем горизонт событий, там тоже мир, который мы оставляем, схлопывается в антиапекс и как бы исчезает. Я делаю это замечание, потому что Роджер Пенроуз в своей новой прекрасной книге «Новый ум короля» не заметил этого факта, и говорит, что, когда мы падаем в черную дыру, мы не замечаем пересечения её горизонта событий.

Так вот эти предельные световые образы и являются ключом к новому пониманию пространству-времени, и это световое движение, на самом деле, не есть движение. Ну что же это за движение, где на преодоление нулевого пространства вы тратите собственное нулевое время?! Длина мировой линии вдоль светового луча от Земли до квазара и обратно равна нулю, а на Земле за время от момента отправления светового наблюдателя на квазар и до его возвращения на Землю с затратой нулевого мгновения собственного времени прошло 20 миллиардов лет. Это световое движение-состояние лучше назвать не динамикой, а релятивистской статикой. И теперь нам нужно объяснить как раз состояние покоя. Это очень просто. Состояние покоя – это два встречных световых движения, как бы «стоячая волна». И если мы строим мир из этих световых образов, из световых времен, то получается, что основным расщеплением является 2+2-расщепление, а когда этих расщеплений много, их суперпозиция и даёт обычное 1+3-расщепление.

Световая скорость в этом смысле не есть скорость. Что же это за скорость движения, если вы уже там, и весь мир стал двумерным, потому что поперечная двумерная геометрия не затронута, а продольная геометрия «схлопнулась» в нуль в пределе световой скорости. Значит, это уже не скорость, это вырожденное релятивистское состояние. Значит, в фундаменте мира (если перевернуть картину и опираться на световые образы) нет скорости, а стало быть, нет ускорения. И, таким образом, граница мира событий – этот световой конус, как граница пространственных и временных направлений, – на самом деле втягивает в себя вообще весь мир.

Но как же тогда получить обычное пространство-время? Возьмем тот фотон, который летит вперед, и тот, который летит назад. Комбинация их световых времён дает обычное временное и пространственное измерения.

Теперь обратимся к квантовой механике. Она тоже принципом неопределенности ведет наступление на понятие времени. Возьмем мгновенное пространство, трехмерное, искривленное. Его можно задать точкой бесконечномерного пространства трехмерных пространств. И уравнение Шредингера (в гравитации оно даёт уравнение Уилера-Девитта) описывает эволюцию этого трехмерного пространства, кривую в этом бесконечномерном пространстве мгновенных 3-проcтранств. Но согласно принципу неопределенности, если мы точно задали момент времени и в этот момент времени точно задали мгновенное пространство, то неопределенность импульса – не ограничена. Куда скакнет наше мгновенное пространство, неизвестно. А в физике, вопреки мнению некоторых физиков, реально существует только то, что можно измерить.

Если мы не можем измерить следующее состояние нашей Вселенной, нашего мгновенного пространства, то этого следующего момента времени просто нет. А стало быть – вообще времени нет! Джон Арчибальд Уилер уже несколько десятилетий говорит о том, что в квантовой механике нет привычного пространства-времени. А что же есть? Есть только пространство таких трехмерных пространств, и статус времени на самом деле понижается – есть как бы только кинокадры пространств. Так в кино или на телевидении то, что кажется движением, на самом деле является набором статических кадров. И вместо размерности четыре для лоренц-сигнатуры метрики пространства-времени (минус для временного измерения, три плюса – для трёх пространственных измерений) четырехмерного пространства-времени истинным измерениям отвечают только три плюса, то есть только пространство реально в квантовом мире.

Но, к сожалению, после этого революционного пересмотра истинной размерности нашего мира Уилер не учел, что у него возникает асимметрия неопределенностей в принципе неопределённостей Гейзенберга. Мы точно задали координату, а импульса нет, то есть мы «зарезали» время, спасая пространство. Но это противоречит духу релятивизма – пространство и время должны рассматриваться вместе и во многих отношениях равноправно. Так давайте разрежем трехмерное пространство на пленки с двухмерной геометрией. Теперь можно проследить эволюцию одной отдельной пленки, но за это мы платим тем, что не знаем геометрии соседних двухмерных пленок. Значит, если мы возрождаем снова время t, то нет одного пространственного измерения х, нумерующего плёнки. Значит, есть не t и x (t – временное, x – пространственное измерения), а есть t или x. Если у нас на равных правах есть и t, и x, то есть и два световых времени t + x и t - x. Значит, реализуется только суперпозиция этих двух световых времен, а не оба они одновременно.

Но квантовая механика заставляет нас прибегать также к образам флуктуирования и дискретизации почти всего, что имеется. Например, воздух непрерывно колеблется, вакуум колеблется, все кипит, все как бы возникает и перевозникает: на мгновение возникают виртуальные частицы и так далее. Будем считать, что знак при одном из световых времен тоже флуктуирует и меняется с планковской тактовой частотой порядка 10 в степени 43 циклов в секунду. Тогда получается, что в комбинации световых времён возникает то время, то пространство, чередуясь с той же планковской частотой. В этом смысл нашей гипотезы флуктуирующей сигнатуры пространства-времени, которую можно легко принять, идя по следам революционных идей Уилера.

Такую же вещь можно сделать с пространственными координатами, если считать, что они тоже не коммутируют и что есть два комплексных световых измерения. Таким образом мы даже снизим размерность пространства-времени с трех, как у Уилера, до двух и получим, что сильно ломаная двумерная геометрическая поверхность или одномерная комплексная линия (что эквивалентно) и создает образ этого пространства-времени. Как маломерие рождает многомерие – об этом говорят фракталы. Например, можно кривую Пеано провести так, что она проходит через все точки квадрата и куба. То есть, сама она одномерна, но работает как площадь или объем. Сейчас теория суперструн пересматривает размерность мира так, что нульмерным точкам-событиям Эйнштейна приписываются дополнительные внутренние измерения. Наверняка в ваших передачах был разговор о суперструнных теориях.

А.Г. Да, был.

Р.П. Там появляются критические размерности для того, чтобы геометризовать остальные (сверх гравитационного, как у Эйнштейна) физические взаимодействия. А мы сейчас пересматриваем возможные внешние размерности пространства-времени. Таким образом, мы приходим к другой картине мира, где такие сильно флуктуирующие образы иной даже размерности рождают на нашем уровне картину пространства-времени.

А сейчас мы перейдем к проблеме необратимости времени, которая связана с энтропией. Юрий Васильевич может, наверное, сказать сейчас про 13 миллиардов лет?

Ю.Ш. Я хотел бы немножко пояснить тот момент, о котором уже говорилось. Итак, световой наблюдатель вылетает с Земли и летит на некий квазар. Представим себе, что этот квазар находится где-то на расстоянии 10 миллиардов световых лет. В системе координат Земли такой квазар, в принципе, может существовать, потому что возраст Вселенной где-то около 13 миллиардов лет, а квазары и первые звезды появились где-то на уровне ста миллионов лет от Большого взрыва, который образовал нашу Метагалактику. Так вот, световой наблюдатель за нуль своего времени добирается от Земли до этого далекого квазара и затем за нуль собственного времени он же возвращается на Землю. Когда он возвращается на Землю, на Земле уже прошло 20 миллиардов лет. И что произошло с Землей? Надо сказать, что за время, равное примерно 7.5 миллиардов лет, с Солнцем произойдут довольно значительные изменения. А именно: в силу того, что ежесекундно Солнце теряет примерно 5 мегатонн своей массы–энергии в виде излучения, то через 7.5 лет Солнце прогорит…

А.Г. Миллиардов лет – наверное?

Ю.Ш. Извините, конечно – миллиардов лет.

А.Г. Не пугайте аудиторию…

Ю.Ш. Итак, через 7.5 миллиардов лет Солнце прогорит, взорвется, и раскаленный шар, как показано на этой картинке, расширяясь, поглотит Меркурий и Венеру, как показывают расчеты. Не останется в стороне и Земля. Скажем, она будет раскалена и, более того, у нее исчезнет гидросфера. То есть, тот самый световой наблюдатель, который двигался со световой скоростью до квазара и обратно, вернувшись через 20 миллиардов лет, может эту самую Землю и не застать.

Р.П. Световой наблюдатель двигался нуль собственного времени. То есть, за одно мгновение он слетал туда и обратно, а здесь прошло время, сравнимое с возрастом Вселенной.

Здесь показано Солнце, где водородное ядро перегорает в гелий. Солнце – это слабенькая звезда, желтый карлик. Вещество, из которого мы образованы, рождено не Солнцем, а вспышками сверхновых звезд. Следующая картинка может нам это показать. Вот то, что остается от сверхновой звезды – там происходит столь мощная ядерная реакция, что звезда взрывается и рассеивает вокруг себя тяжелую термоядерную золу, и после гравитационной конденсации возникают новые солнца, новые уже звезды. Так что Солнце – звезда второго поколения. Наше с вами существование и наличие таблицы Менделеева в наших телах – доказательство того астрономического факта, что Солнце – звезда второго поколения, или даже третьего. Его возраст – 5 миллиардов лет. А то вещество, из которого мы состоим, возникло в недрах сверхновых звезд примерно 10 миллиардов лет назад. То есть, мы – дети звезд, мы – космические существа и представляем собой живую память космоса в этом смысле. Это по поводу эволюции Вселенной.

Теперь стоит поговорить о начале эволюции Вселенной. Она возникла в результате сверхмощного взрыва, когда еще не было ничего. Это было какое-то состояние вакуума. У него была сильно анизотропная неоднородная метрика, были столь сильные флуктуации метрики, что нельзя было говорить о длине, углах – метрики и обычного светового конуса вообще не было, там все колебалось. И вещества не было. Это было какое-то новое состояние вакуума. Наложение всех этих флуктуаций создало очень однородные образования, которые сопутствовали этому взрывчатому началу эволюции нашей Метагалактики. Что было «раньше» – наука пока не знает. Она ведь уже зрелая, она уже видит пределы своей применимости.

И энергетически выгодно было вакууму распасться и родить вещество и излучение, которые переходили друг в друга, происходили фазовые переходы вакуума – подобно тому, как вода при нагревании превращается в пар, а пар при остывании превращается в воду. Так вот, что было «до» начального состояния, что было раньше планковского момента времени 10 в степени минус 43 доли секунды, мы не знаем – просто даже самого времени, очевидно, ещё не было. Могла быть даже мера необычная, не архимедова. Архимедова мера – это когда большое есть результат повторение малого. А там, в начале мира, могли быть какие-то совершенно другие меры, какие-то совершенно другие понятия – может быть, квантовая теория гравитации уточнит эти неопределённые представления.

Итак, энергетически выгодно было родить вещество и излучение, а при расширении они стали остывать. И в начале электрон не имел массы покоя. Это тоже говорит в пользу световых образов, о которых мы упоминали, начиная с теории относительности. Это, конечно, некоторая интуиция, но эти световые образы работают уже потому, что собственное значение квантового оператора скорости – в точности плюс-минус скорость света, и никакое другое. Для того чтобы получить досветовые скорости, берут только четную компоненту оператора скорости, что как бы включает встречную световую волну и создает состояние покоя. То есть световые образы даже с точки зрения квантовой механики лежат в фундаменте нашего мира.

Вакуум распался на частицы света, а весомые частицы – это как бы сцепленный свет. Это, конечно, чисто эвристические, гипотетические рассуждения. Может быть, это не подтвердится, но ясно, что прежние понятия не выживут. Дальше вещество описывается уже так называемой фридмановской эволюцией, оно гравитирует, оно немножечко тормозит расширение. Но оно разрежается, и все в большей степени начинает определять эволюцию вселенной, плотность энергии-импульса, плотность массы-энергии вакуума, которая представлена так называемой космологической постоянной. И при этом характеристикой вакуума является постоянное отрицательное давление. И Вселенная, оказывается, не замедленно расширяется, а даже ускоренно. Современная физика не знает, чем же кончится это расширение, очевидно только, что будет какой-то новый фазовый переход. И мы видим, более-менее правильно описываем, только современное состояние, которое является временным состоянием между двумя фазовыми переходами вакуума.

Теперь, что же может сказать наука о необратимости времени? Здесь нужно сказать о том, что такое энтропия. Покажите новую картинку, пожалуйста.

Итак, что такое энтропия? Энтропия – это логарифм объема области фазового пространства, который содержит все точки, представляющие данное состояние физической системы. Одно и то же состояние может быть представлено множеством точек фазового пространства. Точка фазового пространства – это состояние физической системы. И одному и тому же состоянию, например, термодинамического равновесия соответствует очень много таких возможных состояний. И очень упорядоченные состояния физической системы занимают меньшие области фазового пространства. Что такое термодинамическое равновесие? Допустим, что мы бросили кусочек сахара в чай. Когда он растворился, то чай перешел в более равновесное, высокоэнтропийное состояние. И уже если состояние перешло в состояние равновесия, оно практически всегда будет там находиться. Юрий Васильевич может уточнить на конкретном примере соотношение энтропии для различных физических систем.

Ю.Ш. Да, действительно, можно рассмотреть такой пример, когда мы имеем два объема. Скажем, один кубический метр газа и тот же газ, сжатый до одного кубического сантиметра. Энтропию газа можно посчитать, и оказывается, что отличие энтропии здесь составляет 10 в 26-ой степени. То есть такое огромное отличие энтропии.

А.Г. То есть разряженный газ обладает более высокой энтропией.

Ю.Ш. Да, конечно. Так вот, если мы возьмем маленький кубик, один кубический сантиметр, и запустим этот газ в объем, равный одному кубическому метру, то газ начнет расширяться, займет всю область пространства, достигнет теплового равновесия и останется в таком состоянии практически навсегда.

Конечно, есть так называемая теорема Пуанкаре о возвращении. Можно посчитать время, за которое газ из этого большого объема сожмется снова в маленький прежний объём. Но оказывается, что время такого возвращения газа из большого объема в маленький в нашем примере составляет 10 в степени 10 в 26-й степени лет. А Вселенная имеет возраст всего 10 в 10-ой лет.

А.Г. Это на 26 порядков больше?

Ю.Ш. Нет, больше даже на 10 в степени 25 порядков.

Р.П. Никогда не дождаться…

А.Г. То есть увеличение энтропии необратимо так же, как и ход времени.

Р.П. Если представить, что Вселенная сначала расширяется, а потом сжимается, то все повторяется. Если энтропия для газа растет, когда он распределяется равномерно, то поскольку энергия статического гравитационного поля отрицательна, гравитация, наоборот, конденсирует материю и этим увеличивает её энтропию. В конце концов, большая звезда с массой, скажем, в три массы Солнца кончает свою эволюцию черной дырой, где еще больше энтропии. Таким образом, энтропия растет именно в сгустках. Это один из механизмов необратимости времени.

Необратимость еще идет и от квантовой механики, поскольку все физические уравнения, включая уравнение Шредингера, описывающее квантовую эволюцию системы, симметричны по времени, не говоря уже об уравнениях Дирака, Эйнштейна, Янга-Миллса. А моменты измерения не симметричны во времени. Есть сочетание симметрии возможностей, которые могут реализоваться, с асимметрией реализации только одной из возможностей. И есть запомненный выбор. Когда выбран один вариант, энтропия должна как бы уменьшиться – происходит некий скачок. Дело здесь в том, что при описании хаотизации квантовой системы следует переходить от хаотически и фрактально деформирующегося, но сохраняющегося её лиувиллевского объёма в фазовом пространстве, к выпуклой оболочке этого объёма, который растёт при хаотизации. Так вот, уравнение Шредингера не описывает этот скачок роста фазового объёма, который связывается с редукцией волновой функции при возмущении, вызванном измерением.

Возьмем новую иллюстрацию. Здесь энтропия растет. И вдруг происходит процесс измерения. И она снова скачком меняется, она снова (по Р. Пенроузу, у которого мы взяли эту картинку) уменьшается. Если мы повернем все назад во времени, то получается, наоборот, что сначала энтропия убывает, а потом скачком увеличивается. Но это процесс неестественный, потому что естественным является (когда нет ограничений на систему) постоянный рост энтропии. И наоборот, если мы повернем время назад, она опять-таки должна расти. Так вот проблема здесь в источниках низкой энтропии. Каковы могут быть источники низкой энтропии?

Источником энергии на Земле является Солнце. Юрий Васильевич, вы как астроном можете конкретнее описать эту ситуацию.

Ю.Ш. Хорошо. На этой картинке мы видим Солнце, Землю с растительностью и даже с людьми. От Солнца Земля получает фотоны видимого спектра и переизлучает множество фотонов низкой энергии в инфракрасном диапазоне. Часть фотонов от Солнца поглощается, а часть отражается. При этом, поскольку энергия фотонов зависит от частоты, то фотоны оптического диапазона более энергичны, чем фотоны инфракрасного излучения. Фотонов инфракрасного излучения больше. Кроме того, они рассеиваются по разным направлениям. Кроме того, низкоэнтропийная энергия Солнца путем фотосинтеза растений преобразуется в более высокоэнтропийную форму, давая начало земной жизни, увеличивающей энтропию дальше.

Р.П. И при этом растение становится для нас источником низкой энтропии, поскольку запускает пищевые цепи.

А.Г. Всякая живая система понижает энтропию, за счет этого мы и живы.

Р.П. Да, да. Так, что жизнь есть поток негэнтропии, обеспечиваемый самокоррекцией наследственного кода при условии притока свободной энергии. Это такое рабочее и работающее определение, физическое определение жизни.

Энтропию нельзя уничтожить, ее можно вытеснить. И нужен непрерывный приток энергии, чтобы поддерживать низкую энтропию. Так вот, Солнце является источником этой низкоэнтропийной энергии, которую Земля переизлучает в высокоэнтропийной форме. Благодаря Солнцу на Земле накопилась углеводородное топливо, которое в машинах тоже перерабатывается в высокоэнтропийную тепловую форму. И уран – это тоже низкоэнотропийное вещество, который на атомных станциях перерабатывается в свою высокоэнтропийную форму.

Сама жизнь, казалось бы, является опровержением второго начала термодинамики, потому что живые организмы – сложные, а биосфера очень многообразна. А ведь внутри биосферы еще возникает человеческое общество, разум – это тоже начало упорядочения, уничтожения энтропии. И социальные мифы даже абсолютизируют это начало в духе теократии или марксизма, государства Платона или учения коммунизма, где считают, что социальную энтропию можно полностью уничтожить. На самом деле, ее уничтожить нельзя, можно только вытеснять.

А вытеснение это происходит с помощью этих пищевых цепей. Причем, в биологии известно, что биосфера не может существовать без хищников, иначе травоядные, являясь хищниками по отношению к растениям, уничтожат все растения и сами умрут с голода. На ресурс хищников замкнут ресурс их жертв: если они уничтожат все жертвы, то сами погибнут. То есть здесь присутствует обратная связь.

А в социуме обновление социокультурного наследственного кода происходит через поляризацию мировоззренческих установок, но потом эти установки обязательно должны снова встретиться, чтобы обновиться. Страны Юго-Восточной Азии дают нам пример взаимооплодотворения западного техноцентризма и восточного культуроцентризма. За техническую революцию Запад заплатил высокую цену – это бездуховность, голый прагматизм. Культуроцентризм Востока – это застойность. Но оказывается, что именно восточная мировоззренческая установка более всего годится для наиболее высоких технологий, которые являются продуктом западного техноцентризма. Информационные технологии, телевидение в том числе, следствие того, что сначала происходит отталкивание резкое этих начал, а потом встреча.

В биологии – это половой диморфизм, половое различие, начиная с растений. Клонирование не имеет большой перспективы, потому что оно копирует оригинал вместе с генетическими опечатками и мутациями. Поэтому здесь пригодно только естественное обновление. А в культуре – это смена отцов и детей, это отталкивание предыдущего, а потом его возвращение. В общем, это сложная динамика.

Таким образом, физика и здесь питает нас новыми интуициями и предотвращает догматизацию, возникновение утопий, которые сами собой возникают в тех мифах, которые господствуют в обществе. В этих условиях одни люди нуждаются как бы в социальном успокоении, чтобы выдержать тот уровень жизни, на котором они находятся. А другие должны как раз сбрасывать иллюзии и отказываться от них, трезво подходить даже к анализу социальной системы – если физика способна математически моделировать поведение сложных динамических систем типа человечества. Но, конечно, только в общих (типа термодинамических или гидродинамических) параметрах, без акцента на индивидуальности, чем занимаются психология, экзистенциализм и т.д. Но физика уже позволяет не абсолютизировать те начала, которые нам рисуют социальные мифы, и показывает, что, может быть, если сейчас происходит отталкивание различных мировоззрений, например, конфессий, то когда-нибудь, возможно, они встретятся в какой-то новой форме, чтобы удержаться в обществе. Они тоже должны все время напрягаться и обновляться, тоже должны искать какие-то новые интуиции.

А.Г. Здесь механизм вытеснения энтропии более-менее понятен. А в неживой природе какие могут быть механизмы вытеснения энтропии? Она же растет непрерывно, с течением времени. И скорее всего, в соединении, и никакого схлопывания не произойдет.

Р.П. Как это происходит в неживой природе, например, во Вселенной? Если у нас имеется большой взрыв, то после остается более-менее однородное вещество. И энтропия непрерывно растет. Все не кончается большим коллапсом, а кончается множеством черных дыр. Не может энтропия уменьшаться, потому что вытеснение энтропии в системе происходит за счет увеличения энтропии в окружающей системе. Она только выталкивается вовне, чтобы здесь она могла уменьшиться.

Поэтому новое состояние науки может быть только пересмотром и уточнением таких понятий, как время и его необратимость (согласно второму началу термодинамики), поскольку оно будет иметь дело с той новой физической субстанцией, которая будет понята на новом уровне как сложнейшая теория вакуума. И тогда уже понятия энтропии и времени будут наполнены новым содержанием.

Но сегодняшняя картина нашей Вселенной такова, что гравитация – это кривизна пространства-времени, а у кривизны есть различные компоненты. Вещество, значит, – кривизна описывается тензором Римана, набором 20 компонент, который делится пополам. Тензор Риччи описывает вещество, определяющее деформацию трехмерных объёмов, их растяжение. Свободное поле, которое отрывается от источников, описывается тензором Вейля, который описывает приливные трансформации с неизменным объемом. Сначала рождается много вещества. Тензор Вейля почти равен нулю, а тензор Риччи очень большой, расходится. А в конце все схлопывается в чёрные дыры, вещество исчезает. И пространство, и время в них исчезают. Исчезает тензор Риччи, но возникает очень большая кривизна. Меняются эти компоненты в эволюции Вселенной – в начале и в конце. В начале – Большой взрыв. А если есть большой коллапс, то там очень много черных дыр. К этим сингулярным черным дырам, может быть, с какой-то другой стороны прикрепляются какие-то другие пространства-времена. Физика пока не может пройти этот барьер, рассказать, что там дальше находится.

А.Г. Простите, я все-таки задам вопрос на понимание. Количество черных дыр будет непрерывно увеличиваться, поскольку, раз появившись, черная дыра начинает поглощать материю, тем самым увеличивая свой гравитационный радиус, и еще больше поглощая материю. Но при этом Вселенная непрерывно расширяется, да еще и – как доказано – с ускорением. Хватит ли гравитации отдельно взятых черных дыр, поглотивших в себя всю видимую материю (подчеркиваю, видимую материю Вселенной) для того, чтобы схлопнуться потом в большом коллапсе? И какую роль здесь играет физический вакуум и темная материя?

Р.П. Та картина, которая здесь нарисована, отвечает тем представлениям, когда не было еще известно, что Вселенная расширяется с ускорением. Именно вакуум определяет ее дальнейшую динамику.

Черные дыры образуются коллапсированием вещества, но вещество разжижается и его роль становится все меньше. И именно вакуум, сколько бы он ни был слабым, определяет основной вклад в материю мира: семь десятых от так называемой критической плотности материи определяются массой-энергией вакуума, три десятых – неизвестной пока темной материей, и только три сотых доли критической плотности определяются видимой материей.

Каково будет следующее состояние Вселенной, мы пока сказать не можем. Просто наука настолько зрелая, что, как зрелый человек, она тоже задумывается о своих пределах, о смерти. Мы пока только видим, что старые понятия не работают, мы подходим к пределу их применимости, пересматриваем размерность пространства-времени, возможность сочетания его внешних и внутренних измерений. Мир можно представить на этом новом уровне, как иерархию мгновений, и при этом оказывается, что не только человек живет одно человеческое мгновение времени (два миллиарда секунд – длительность человеческой жизни), но и космос, даже космос живет одно космическое мгновение.

И человек внутри своего мгновения причастен к космосу. Я уже говорил, что человек – космическое существо. Он и во времени тоже занимает какое-то особое место, он – смысловой центр. Не географический – как было в предыдущей космогонии, в предыдущих системах мира, – а смысловой центр Вселенной. И он видит границы своей науки, видит, что старые понятия не выживают. Это бросает вызов человеку, и человек способен принять этот вызов. Для этого нужно шатать эти привычные понятия, в том числе понятия времени, его необратимости. Нет пока окончательного ответа на ваш вопрос. Но это показывает, что, говоря словами Гегеля, испанский сапог необходимости вынуждает науку пересматривать эти понятия, которые считались коренными, основными, фундаментальными в диалектическом материализме.

Можно еще поговорить о черных дырах. Всё кончается черными дырами. Если мы время повернем назад, тогда вместо черных дыр получаются белые дыры. И если пространство-время исчезает в этих черных дырах, то оно возникает из белых дыр. Но белые дыры квантово подавляются.

А о необратимости времени говорит ещё такой простой эксперимент. Вот лампочка роняет фотон на полупосеребренное зеркало. Фотон или пройдет насквозь, или отразится. Теперь повернем всю картину назад. Тогда то место, куда упал фотон, становится его источником. Но часть фотонов, которые идут отсюда, пройдут обратно, а часть отразится, но уже в другую сторону. Уже здесь из-за того, что возможности расщепляются, есть необратимость времени. Я говорил о симметрии возможностей и об асимметрии их реализаций. Значит, мир многообразен, потому что существует много возможностей и какие-то из них реализуются. Так простая сущность физического мира сочетается с необыкновенным многообразием их непростых проявлений.

Мы настолько обобщаем картину мира, что пересматриваем через теорию относительности и квантовую механику даже само понятие времени. И когда будет построена единая теория физических взаимодействий, тогда мы увидим более детально, как природа нащупывает размерность нашего пространства-времени, какова же природа времени и что за нею стоит.

Ясно только, что это картина будет удивительно необычной. Актуальной бесконечности и вечности нет, потому что они получаются в результате бесконечного повторения конечного правила. Это обедняет картину мира, потому что на самом деле нужно пересматривать сами правила. И поэтому мир все время обещает нам какие-то удивительно глубокие смысловые преображения всего мировидения, которые на самом деле есть детализация, пересмотр того, что было уже схвачено в мифе. Но как человека можно просветить рентгеновскими лучами, и мы увидим другие срезы, так и наука дает нам все более глубокие срезы реальности.

В фундаменте мира нет времени, даже пространство-время тоже возникает как временное состояние вакуума. Я не говорю о материи с ненулевой массой и полях Хиггса, но я думаю, что эти темы тоже затрагивались здесь – как безмассовая частица обретает массу. А масса – это физическая материя, так что понятие самой материи тоже причастно к понятиям пространства и времени.

Мы сейчас наблюдаем вакуум физических полей в форме пространства, времени и материи. Но наш умственный взор уже проникает за границу применимости этих понятий. И новая картина будет совершенно удивительна, но это будет четкая математическая картина, богатство которой соревнуется с теплыми, красивыми живописными произведениями. Юрий Васильевич, поскольку он, кроме всего прочего, и художник – прекрасно понимает эту эстетическую сторону. Наука имеет и эстетическую ценность, потому что ее строгие картины настолько обгоняют возможности обыденного воображения, что мы останавливаемся потрясенными перед тем миром, который нам открывается. И это неудержимо влечет и двигает науку вперед.

А.Г. Позвольте напоследок задать вам вопрос на засыпку. Мы здесь говорили о квантовой природе гравитации, о квантовой гравитации, о предпринимаемых сейчас попытках детектирования гравитационных волн, о возможности с помощью изучения этих волн заглянуть за горизонт событий реликтового излучения, увидеть тот самый момент зарождения Вселенной. Меня убеждали в том, что образование вселенной в результате флуктуации первичного вакуума, либо по другим причинам – это квантовое явление. Говоря «квантовая Вселенная», меня убеждали в том, что появление видимой нами Вселенной из вакуума – это результат барьерного перехода частицы. Тогда встает такой вопрос: кто наблюдатель? Если, конечно, верить в то, что наблюдатель необходим.

Р.П. Здесь у каждого физика своя точка зрения. Физики, когда пытаются об это говорить, часто пускаются в некоторые спекуляции, что мол «Творец посмотрел», «наблюдение создает мир». Мир, конечно, квантовый, и никакой другой. Классический мир – это просто макроскопическое видение квантового в своём фундаменте мира. Именно атомы определяют размеры звезд. Прочность атомов определяет то, что гора не может быть 10 км высотой, она расплывется.

А.Г. Но если мы исходим из гипотезы Творца, тогда что?

Р.П. Наблюдение на самом деле есть специфическое внутреннее взаимодействие в этой физической системе. Потому что наблюдатель сам квантовый, хоть он и макроскопический и немножко иначе, чем просто элементарные квантовые частицы, вступает в это физическое взаимодействие. Это специфическое взаимодействие, которое создает редукцию волновой функции. Но она сама происходит и без наблюдения. Эти реализации и сами происходят. Например, вакуум флуктуирует, возникают виртуальные пары частица-античастица, потом они снова схлопываются, и вакуум кипит. Но если этот процесс происходит на границе черной дыры, одна из частиц может туда упасть, а другая – излучиться. Это будет испарением черной дыры. Может произойти разное – пара может и схлопнуться, и вся упасть в дыру. Мир – это целый океан возможностей, где возникают какие-то реализации, исключая тем самым все другие возможные реализации. Так что феномен наблюдения можно перевести на объективный язык, где субъективный момент не требуется.

А.Г. Всё. Спасибо.