Наше интуитивное понимание времени сильно отличается от понимания времени физиком. Как примирить эти взгляды?
Содержание
“Время не остановить”. Мы все так говорим (и чувствуем), но почти никогда не задумываемся о смысле времени и его течении. Время – одна из тех глубоко волнующих тем, которые мы стараемся отодвинуть на второй план и предпочитаем забыть. В конце концов, размышления о времени и о том, как быстро оно проходит, быстро приводят к мыслям о смерти. В этом и заключается суть человеческих страданий – осознавать течение времени, знать, что наши дни на этой планете и в этой жизни сочтены.
Прошлое, настоящее, будущее
И все же некоторые из нас задумываются о природе времени, и физики, отнюдь не страдающие неизлечимой болезнью, делают это очень часто. Мы склонны делить время на три сегмента: прошлое, настоящее и будущее. Как всем известно, прошлое – это то, что было до настоящего момента, а будущее – это то, что будет потом. Даже если такое разделение кажется очевидным, это не так. Это скорее операциональное определение, которое при дальнейшем анализе становится довольно туманным. Нам нужно настоящее, чтобы определить прошлое и будущее. Но что же такое настоящее?
Все, что определяется во времени, должно иметь продолжительность. Мы можем оглянуться на свою жизнь и назвать этот отрезок времени прошлым. Мы можем смотреть вперед и называть то, что нас ждет, будущим. Но что же является промежуточной точкой? Настоящее настолько тонкое, насколько это вообще возможно. Фактически, с математической точки зрения, мы определяем настоящее как единственную точку во времени. Эта точка – абстракция, и, будучи точкой, она не имеет длительности. Следовательно, с математической точки зрения, настоящее – это точка во времени, не имеющая длительности: настоящего не существует, или, по крайней мере, оно не имеет длительности в математическом определении времени.
С другой стороны, у нас есть ощущение настоящего. Наш разум создаёт ощущение длительности, чтобы мы могли ассоциировать реальность с тем, что мы называем “сейчас”.
Время – это, по сути, мера изменений. Когда все остается неизменным, время не нужно. Вот почему в Раю нет времени: нет изменений – нет времени. Но если нам нужно описать движение автомобиля, или Луны вокруг Земли, или химическую реакцию, или взросление ребенка, то нам нужно время.
Взгляд Эйнштейна на время
В конце XVII века Исаак Ньютон определил то, что мы называем абсолютным временем, – время, которое течет стабильно, как полноводная река, и одинаково для всех наблюдателей, то есть людей или приборов, производящих измерения движущихся объектов. В начале XX века Альберт Эйнштейн утверждал, что такое представление о времени является грубым обобщением того, что происходит на самом деле. Время и длительность, говорил он, зависят от относительного движения между наблюдателями.
Известный пример – определение одновременности, когда говорят, что два или более событий происходят в одно и то же время. Эйнштейн объяснил, что два события, которые происходят одновременно для наблюдателя A, происходят в разное время для наблюдателя Б, находящегося в движении относительно A.
Вдохновленный железнодорожной станцией перед своим домом в Берне, Эйнштейн использовал поезда для иллюстрации своей революционной идеи. Представьте, что А стоит на вокзале, а мимо проезжает поезд. Когда поезд проходит ровно половину пути, в его переднюю и заднюю части ударяют две молнии. Наблюдатель А измеряет время, за которое свет от обоих ударов доходит до него, и приходит к выводу, что они появились в одно и то же время: они произошли одновременно.
Наблюдатель Б находился внутри движущегося поезда. Для него разряд молнии, ударивший в переднюю часть поезда, дошел до него раньше, чем тот, что ударил в заднюю часть. Причина проста, предположил Эйнштейн: поскольку свет движется с постоянной скоростью независимо от направления (это было его революционное предположение), а поезд движется вперед, то молния, ударившая спереди, должна была пройти меньшее расстояние и, следовательно, прибыть к наблюдателю Б раньше, чем молния, ударившая сзади, которая должна была догнать удаляющийся поезд.
Конечно же, при обычной скорости поезда эта разница до смешного мала. Именно поэтому мы не замечаем таких вещей в повседневной жизни. И именно поэтому ньютоновское приближение абсолютного времени, не зависящего от движения наблюдателя, работает для повседневных вещей. Но когда скорости увеличиваются и приближаются к скорости света, различия становятся заметными. Этот эффект был бесчисленное количество раз измерен в лаборатории и в других экспериментах, что подтверждает специальную теорию относительности Эйнштейна. Время и его восприятие действительно весьма тонки.
Но на этом Эйнштейн не остановился. Десять лет спустя, в 1915 году, он опубликовал общую теорию относительности, показав, что, если включить в нее ускоренные движения, мы должны переосмыслить гравитацию и природу пространства и времени в целом. Впечатляющим образом проявив интуицию, Эйнштейн понял, что гравитация имитирует ускорение (например, когда вы поднимаетесь или опускаетесь в скоростном лифте и чувствуете, как меняется ваш “вес”). Он понял, что понимание ускоренного движения с постоянной скоростью света эквивалентно описанию гравитации как искривления пространства и времени. (“искривление” времени означает, что гравитация влияет на течение времени).
Очень грубо говоря, когда существует гравитационное притяжение, удаляться от него становится все труднее. Даже свет подвержен влиянию, но не в плане скорости, а в плане волновых свойств: он растягивается, пытаясь удалиться от области с сильной гравитацией, например, вблизи звезды или, что еще хуже, вблизи черной дыры. Если представить себе световую волну как своего рода часы (например, можно подсчитать, сколько гребней волны проходит мимо вас в секунду), то можно увидеть, что гравитация уменьшает количество проходящих гребней. Чем сильнее гравитация, тем меньше гребней вы насчитаете. Подобные рассуждения применимы к любому виду хронометража, и это означает, что гравитация замедляет время.
Значение течения времени
Итак, как в том, что мы можем назвать когнитивным временем (субъективное ощущение, что время идет), так и во времени физиков существует множество тонкостей. В 1922 году состоялась знаменитая дискуссия между философом Анри Бергсоном и Эйнштейном, в которой обсуждались эти два, казалось бы, противоречивых представления о времени. В итоге дискуссия привела к выводу, что пропасть между естественными и гуманитарными науками выросла еще больше. Возможно, полезный компромисс заключается в том, чтобы не загонять время в рамки какого-то одного определения, а рассматривать его контекстуально, поскольку оно служит разным целям.
Все становится еще более туманным, когда мы задумываемся о происхождении Вселенной. Слово “происхождение” уже говорит о многом: это момент времени, когда возникла Вселенная в том виде, в котором мы ее знаем; по сути, когда часы начали тикать. Как это произошло, остается загадкой, которая порождает целый ряд концептуальных трудностей.
Таким образом, существует еще один вид часов – универсальные, или космические, часы, которые начали тикать во время Большого взрыва примерно 13,8 миллиарда лет назад и, если верить тому, что мы знаем о Вселенной и ее материальном содержимом, похоже, будут идти так долго, как мы можем себе представить. Однако, что еще более интересно, учитывая, что то, что мы можем сказать о далеком будущем, зависит от того, что мы знаем о свойствах Вселенной в далеком будущем. А знаем мы очень мало, поэтому столько же мы можем и сказать о свойствах Вселенной будущего. Существование, от космического до человеческого, с обеих сторон окружено тайной, которую мы раскрыть пока не в состоянии.
Марсело Глейзер – профессор естественной философии, физики и астрономии в Дартмутском колледже.
Читайте также: Время двигалось в 5 раз медленнее в течение 1-го миллиарда лет после Большого взрыва