Онлайн журнал
Чи можна зрозуміти стрілу часу, не вдаючись до гіпотези минулого? Деякі фізики стверджують, що гравітація — а не термодинаміка — направляє стрілу часу. З цієї точки зору, гравітація призводить до згуртування матерії, визначаючи стрілу часу, напрямок якої задає збільшення складності, як каже Тім Козловські (Tim Koslowski), фізик Національного незалежного університету міста Мехіко (він описав цю ідею в статті 2014 року, написаній у співавторстві з британським фізиком Джуліаном Барбура (Julian Barbour) і Флавіо Меркато (Flavio Mercati), фізиком з Периметра). Козловські і його колеги розробили прості моделі всесвітів, зроблених з 1000 точкових частинок, які відчувають дію тільки Ньютонского закону всесвітнього тяжіння, і з’ясували, що завжди буде точка найбільшої щільності і мінімальної складності. Як тільки ви сходите з цієї точки — в будь-якому напрямку, — складність збільшується. Природно, ми — складні істоти, здатні робити спостереження, — можемо розвиватися лише на деякій відстані від мінімуму. Однак, де б ми не виявили себе в історії Всесвіту, ми можемо вказати еру меншої складності і назвати її минулим, — каже Козловські. Моделі глобально симетричні в часі, але кожен спостерігач взаємодіє з локальною стрілою часу. Важливо, що низький стартовий рівень ентропії — це не прибавляемая до моделі величина. Швидше, це її природне слідство. «Гравітація, по суті, знищує необхідність в гіпотезі минулого», — каже Козловські.
Подання, що час рухається більш ніж в одному напрямку і що ми населяє частину космосу з єдиною, локально певної стрілою часу, не ново. Ще в 2004 році Керролл і його випускниця Дженніфер Чен (Jennifer Chen) висували схоже припущення, засноване на хаотичної теорії інфляції, щодо відомої моделі зародження Всесвіту. Керролл бачить в роботі Козловські і його колег корисний крок, зокрема тому, що вони розробили математичні деталі своєї моделі (а вони з Чен цього не робили). І все ж у нього є деякі сумніви. Наприклад, він зазначає, що неясно, чи грає гравітація настільки важливу роль, як стверджується в їхній статті. «При наявності частинок у відкритому космосі ви отримуєте ті ж якісні характеристики», — говорить він.
Збільшення складності, каже Козловські, тягне за собою один побічний ефект: воно призводить до формування певних утворень матерії, які зберігають свою структуру в часі. Ці структури здатні зберігати інформацію, Козловські називає їх «спогади». Гравітація — це перша і первинна сила, яка визначає можливість формування спогадів; інші процеси дають поштовх до розвитку всього іншого, від скам’янілостей і деревних кілець до письмових документів. Спільного у всіх цих явищ — то, що вони містять інформацію про якомусь попередньому стані Всесвіту. Я запитав у Козловські, чи є пам’ять, що зберігається в мозку, іншим типом спогадів. Він погодився. «В ідеалі ми могли б створювати більш складні моделі і дійти до пам’яті в телефоні, пам’яті мозку, пам’яті історичних книг». Складніша всесвіт береже більше спогадів, чим простіша, і тому, каже Козловські, ми пам’ятаємо минуле, а не майбутнє.
Але, можливо, час грає ще більш важливу роль. На думку Джорджа Елліса (George Ellis), космолога з Університету Кейптауна в ПАР, час — це скоріше базову освіту, яке можна зрозуміти, представляючи блокову Всесвіт як розвивається. У його моделі «розвивається блокової Всесвіту» Всесвіт — це зростаючий обсяг простору-часу. Поверхня цього обсягу можна уявити як зараз. Поверхня являє собою мить, в якому «невизначеність майбутнього стає визначеністю минулого», як він це описує. «Простір-час саме зростає з плином часу». Напрямок часу можна визначити, дивлячись, з якого боку Всесвіт незмінна (минуле), а з якою — мінлива (майбутнє). І хоча деякі його колеги з ним не згодні, Елліс підкреслює, що модель — це модифікація, а не радикальний перегляд стандартної точки зору. «Це блокова Всесвіт з динамікою, прихованої рівняннями поля загальної теорії відносності — зовсім стандартно — але з визначенням кордону майбутнього як вічно мінливого сьогодення», — говорить він. З цієї точки зору, в той час як минуле стійко і незмінно, що майбутнє є відкритим. Ця модель, очевидно, «являє собою хід часу більш задовільно, ніж звичайна блокова Всесвіт», — говорить учений.
На відміну від традиційної блокової точки зору, картина Елліса представляє Всесвіт з відкритим майбутнім, що, на перший погляд, вступає в конфлікт з поданням про Всесвіт, що підкоряється законам, в якій минулі фізичні стану визначають майбутні. (Хоча квантової невизначеності, як підкреслює Елліс, може бути достатньо, щоб оскаржити цей детермінізм). На конференції Еллісу поставили запитання: чи можна було б передбачити результат Брексіта при наявності достатньої кількості інформації про фізику сфери певного радіуса, розташованої в центральних графствах Великобританії на початку червня. «Тільки не за допомогою фізики», — відповів Елліс. Для цього, сказав він, нам потрібно краще розуміти, як функціонує мозок.
Інший підхід, який прагне примирити рух часу з блокової Всесвіту, називається теорією причинного ряду. Вперше розроблена в 1980-і роки як підхід до квантумной гравітації фізиком Рафаелем Соркіним (Rafael Sorkin), який був присутній, до речі, на конференції, ця теорія заснована на уявленні, що простір і час швидше дискретні, ніж безперервні. З цієї точки зору, хоча Всесвіт на макроскопічному рівні представляється безперервної, якби ми могли поглянути на так звану шкалу Планка (відстані, рівні приблизно 10-35 метрів), ми б побачили, що Всесвіт складається з елементарних одиниць або «атомів» простору і часу. Атоми утворюють те, що математики називають «частково впорядкованим безліччю», ряд, в якому кожен елемент пов’язаний з прилеглим до нього елементом в певній послідовності. Кількість цих атомів (розцінювати ні багато ні мало як 10240 у видимому Всесвіті) тягне за собою збільшення обсягу простору і часу, в той час як їх послідовність дає розвиток часу. В рамках цієї теорії, у Всесвіті постійно виникають нові атоми простору і часу. Фей Доукер (Fay Dowker), фізик з Імперського коледжу Лондона, назвала це на конференції «розростається часом». Вона попросила всіх уявити простір і час як нарощують свої нові атоми, аналогічно тому, як дно океану з часом постійно нарощує нові шари осаду. Загальна теорія відносності дає тільки блок, а теорія причинного ряду дозволяє представити її «становлення», — говорить вона. «Блокова Всесвіт статична, це статична картина світу, в той час як сам процес становлення — динамічний». З цієї точки зору, хід часу — це фундаментальна, а не змінна характеристика космосу. (Теорія причинного ряду дозволила зробити одне успішне передбачення щодо Всесвіту, підкреслила Доукер: її використовували, щоб оцінити гідність космологічної константи, грунтуючись лише на обсязі простору і часу Всесвіту).
