Лекция шестая Направление времени
В своем романе «Посредник» Лесли Поулз Хартли пишет: «Прошлое — это другая страна. Там все иначе. Но почему прошлое так отличается от будущего? Почему мы помним прошлое и не помним будущее?» Иными словами, почему время течет вперед? Связано ли это с расширением Вселенной?
Операции C, P, T
Законы физики не делают различия между прошлым и будущим. Точнее, законы физики не меняются при сочетании операций, обозначаемых C, P и Т. (C означает замену частиц античастицами. P — зеркальное отражение, когда право и лево меняются местами. T означает изменение направления движения всех частиц на противоположное — обращение движения вспять.) Законы физики, управляющие поведением материи при нормальных условиях, не изменяются при операциях C и Р. Иными словами, жизнь обитателей другой планеты, являющихся нашими зеркальными отражениями и состоящих из антиматерии, ничем не отличалась бы от нашей. Если вы встретите инопланетянина и он протянет вам левую руку, не пожимайте ее. Он может состоять из антиматерии. Вы оба исчезнете в грандиозной вспышке света. Если законы физики не изменяются при комбинации операций С и P, а также операций С, P и T, они должны оставаться неизменными и при операции T. И все же в обычной жизни существует большая разница между прямым и обратным направлениями времени. Представьте себе чашку воды, которая падает со стола и разбивается на мелкие осколки. Если снять об этом фильм, то вы сможете легко определить, когда его показывают в прямом направлении, а когда — в обратном. Если показывать его в обратном направлении, то вы увидите, как осколки внезапно собираются вместе и «запрыгивают» с пола обратно на стол, образуя целую чашку. Вы понимаете, что фильм показывают в обратном направлении, поскольку в обычной жизни такое никогда не случается. В противном случае производители посуды давно бы разорились.
|
|
|
Жизнь обитателей другой планеты, являющихся нашими зеркальными отражениями и состоящих из антиматерии, ничем не отличалась бы от нашей.
Стрелы времени
Обычно тот факт, что мы не видим, как разбитая чашка «запрыгивает» обратно на стол, объясняют тем, что это запрещено вторым законом термодинамики. Он гласит, что беспорядок, или энтропия, всегда возрастает с течением времени. Иными словами, это закон Мерфи: события имеют тенденцию развиваться в худшую сторону. Целая чашка на столе — это высокоупорядоченное состояние, а разбитая чашка на полу — неупорядоченное. Поэтому события могут развиваться от состояния целой чашки на столе в прошлом к состоянию разбитой чашки на полу в будущем, а не наоборот.
|
|
|
Стрела времени — нечто, что указывает направление времени и позволяет различать прошлое и будущее.
Возрастание беспорядка, или энтропии, с течением времени является одним из примеров того, что называется стрелой времени — того, что указывает направление времени и позволяет различать прошлое и будущее. Существуют по крайней мере три различные стрелы времени. Во-первых, термодинамическая стрела времени — направление времени, в котором возрастает беспорядок, или энтропия. Во-вторых, психологическая стрела времени. Это направление течения времени, как мы его ощущаем, — то направление времени, в котором мы помним прошлое, но не помним будущее. В-третьих, космологическая стрела времени. Это направление времени, в котором Вселенная расширяется, а не сжимается.
В обычной жизни существует большая разница между прямым и обратным направлениями времени.
Я покажу, что психологическая стрела времени определяется термодинамической и что обе эти стрелы всегда указывают в одном направлении. Если предположить, что Вселенная не имеет границы, обе эти стрелы связаны с космологической стрелой времени, хотя они могут и не указывать в том же направлении. Впрочем, я покажу, что только когда они совпадают с космологической стрелой времени, могут появиться разумные существа, способные задать вопрос: почему беспорядок возрастает в том же направлении времени, в котором Вселенная расширяется?
|
|
|
Термодинамическая стрела
Сначала я расскажу о термодинамической стреле времени. Второй закон термодинамики опирается на тот факт, что неупорядоченных состояний намного больше, чем упорядоченных. Например, рассмотрим фрагменты пазла в коробке. Существует одна и только одна комбинация, при которой эти фрагменты образуют завершенную картинку. С другой стороны, существует много комбинаций, при которых фрагменты не упорядочены и не образуют картинки.
Предположим, что система сначала находится в одном из небольшого числа упорядоченных состояний. С течением времени она будет развиваться по законам физики и ее состояние изменится. Впоследствии она с высокой вероятностью окажется в более неупорядоченном состоянии просто потому, что таких состояний гораздо больше. Таким образом, беспорядок имеет тенденцию возрастать с течением времени, если система удовлетворяет начальному условию, требующему, чтобы ее исходное состояние было высокоупорядоченным.
|
|
|
Беспорядок будет возрастать с течением времени, если система удовлетворяет начальному условию, требующему, чтобы ее исходное состояние было высокоупорядоченным.
Предположим, что изначально фрагменты пазла были упорядочены, то есть составлены таким образом, что получалась картинка. Если встряхнуть коробку, комбинация фрагментов окажется другой. Вероятно, это будет неупорядоченное сочетание, в котором фрагменты не образуют целостную картинку, так случится просто потому, что неупорядоченных сочетаний гораздо больше. Некоторые группы фрагментов могут по-прежнему образовывать части картинки, но чем больше трясти коробку, тем более вероятно, что эти группы распадутся. Фрагменты совсем перепутаются и не будут составлять никакой картинки. Таким образом, с течением времени неупорядоченность фрагментов, вероятно, будет возрастать, если изначально они находились в упорядоченном состоянии.
Однако предположим, что Бог решил, что Вселенная должна закончить свое существование в состоянии высокой упорядоченности независимо от того, в каком состоянии она пребывала изначально. В этом случае в более ранние времена Вселенная, скорее всего, находилась в неупорядоченном состоянии, и беспорядок с течением времени становился меньше. Осколки разбитых чашек собирались, образуя целые чашки, которые снова оказывались на столе. Однако любой человек, наблюдающий за этими чашками, жил бы во Вселенной, в которой беспорядок убывает с течением времени. Я покажу, что психологическая стрела времени у таких людей указывала бы в обратном направлении. То есть они бы помнили события, происходящие позднее, и не помнили события, происходившие ранее.
Психологическая стрела
Рассуждать о человеческой памяти весьма непросто, поскольку нам неизвестны все подробности работы нашего мозга. Однако мы знаем все о том, как работает память компьютера. Поэтому я буду рассуждать о психологической стреле времени для компьютеров. Думаю, что разумным будет предположить, что стрела времени одинакова для компьютеров и для людей. В противном случае кто-нибудь мог бы получать колоссальные прибыли на фондовой бирже с помощью компьютера, который помнит завтрашние цены.
Память компьютера — это по существу некое устройство, которое может находиться в одном из двух состояний. Примером может служить сверхпроводящая петля из проволоки. Если в ней есть электрический ток, он будет продолжать течь, поскольку сопротивление отсутствует. С другой стороны, если тока нет, петля будет существовать без него. Можно обозначить эти два состояния памяти как «единица» и «ноль».
Прежде чем элемент записан в память, она имеет неупорядоченное состояние с равной вероятностью принять значение 1 или 0. После взаимодействия с системой, которую необходимо запомнить, память окажется в одном из этих двух состояний в зависимости от состояния системы. Таким образом, память переходит из неупорядоченного состояния в упорядоченное. Однако чтобы убедиться, что память находится в правильном состоянии, необходимо использовать определенное количество энергии. Эта энергия рассеивается в виде тепла и увеличивает степень неупорядоченности во Вселенной. Можно показать, что этот рост неупорядоченности превышает рост упорядоченности памяти. Таким образом, когда компьютер записывает элемент в память, общее количество неупорядоченности во Вселенной возрастает.
Прежде чем элемент записан в память, она имеет неупорядоченное состояние с равной вероятностью принять значение 1 или 0.
Направление времени, в котором компьютер помнит прошлое, совпадает с направлением времени, в котором растет беспорядок. Это означает, что наше субъективное ощущение направления времени (психологическая стрела времени) определяется термодинамической стрелой времени. Это делает второй закон термодинамики почти тривиальным. Беспорядок растет с течением времени, поскольку мы отсчитываем время в направлении, в котором нарастает беспорядок. Это — беспроигрышное пари.
Наше субъективное ощущение направления времени (психологическая стрела времени) определяется термодинамической стрелой времени.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 286; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!