Легко представить себе, как сильно размывает такая ситуация жесткие границы, накладываемые теорией относительности в физическом мире. Квантовая неопределенность вносится в причинность, но вместе с тем и в одновременность событий, в порядок их следования во времени. Даже в истории одной и той же частицы исчезает определенность в том, какое событие было раньше, а какое — позже. Порядок смены событий — эта, казалось бы, обязательная черта временного потока — теряется в квантовых явлениях микромира.
Но в конечном итоге нет ничего неожиданного в том, что время микромира так сильно отличается от нашего обычного времени. Ведь и сам микромир существенно отличен от мира «обычных» тел. Время невозможно рассматривать независимо от тех явлений, которые мы описываем при помощи времени. В свойствах времени отражаются свойства этих явлений.
Теория относительности довольно полно выявила сейчас свои возможности в изучении времени. Квантовая теория тоже дала уже немало. Но если результаты теории относительности строги, доведены до полной количественной точности, то выводы квантовой теории, касающиеся свойств времени, имеют пока что по большей части предварительный, ориентировочный, качественный характер. Например, до сих пор нет строгой количественной формулировки того, что понимать под причинностью в области квантовых явлений. А с этим в физике связан целый комплекс сложных и глубоких проблем, которые еще ждут своего решения. Каждый новый шаг в этом направлении позволит, несомненно, узнать нечто важное и о свойствах времени в масштабах микромира.
Бег, необратимость, одномерность
Есть у времени такие свойства, которые ставят в тупик и теорию относительности и квантовую теорию. Эти теории многое сказали нам о времени, но они не способны ответить на первый и самый простой из всех вопросов: почему время идет?
Время неудержимо движется, и притом не где-то в глубинах Вселенной или в недрах микромира. Оно идет здесь, сейчас, можно сказать, у нас под рукой. Гипотезы, высказанные о природе этого бега, производят, скажем прямо, слабое впечатление. Требуется, как видно, совсем новый взгляд на вещи, далеко выходящий за рамки привычных представлений. Конечно, при этом нужно отталкиваться от теории относительности и квантовой теории. Теория относительности учит нас, что ход времени зависит от физических явлений. Квантовая теория указывает на то, что наблюдаемый временной поток состоит из отдельных мельчайших толчков.
Но чем вызывается само движение времени? Что задает его свободный, невозмущенный ход? Пусть мы смотрим на неподвижные часы вдали от полей тяготения и сами часы не квантовые, а «обычные». Чем же тогда отбивается ритм времени?
Свободный, без движения и тяготения, ритм времени является самым быстрым. Движение тел и их тяготение могут его только замедлить, но не ускорить. Не означает ли это, что причина бега времени не связана ни с движением, ни с тяготением? Скорее всего, она и вправду лежит вне их. Конечно, можно было бы сказать, что если не движение или тяготение, то само существование физических тел заставляет время бежать. Что это в действительности означает, еще предстоит выяснить, «перевести» на ясный и точный язык физической теории.
Бег времени необратим. Оно течет лишь в одном направлении, от прошлого к будущему, и никакое физическое воздействие не может повернуть его вспять. Откуда такая асимметрия? Ни в каких законах природы, известных нам в мире «обычных» тел, этого нет. Лишь удивительный пример К-мезонов, распад которых не безразличен к направлению времени, составляет исключение, природа которого и сама по себе остается неясной. Но может ли одно редчайшее явление из мира элементарных частиц контролировать движение всей махины «обычного» и даже космического времени?
И, наконец, еще один важнейший вопрос — число измерений времени.
Чтобы указать положение тела в пространстве, нужно на– назвать его координаты, три числа. Чтобы указать момент времени, достаточно назвать одно число. В этом выражается трехмерность пространства и одномерность времени. Реальный четырехмерный мир физических явлений имеет размерность 3 + 1.
Трехмерность пространства и одномерность времени представляют собою очевиднейшие свойства мира физических явлений. Но какова их природа? Почему пространство трехмерно, а время одномерно?
О трехмерности пространства рассуждали еще Платон и Аристотель. Но физический подход к проблеме был развит только в 20-е годы нашего века П. Эренфестом, замечательным физиком-теоретиком, работавшим одно время и в России. Эренфест выяснил, что трехмерность пространства исключительно важна для самого существования реального мира, в котором мы живем.
Если бы, например, число пространственных переменных было не 3, а 4, то, как оказывается, не существовало бы замкнутых орбит планет и Солнечная система не могла бы образоваться. Несколько лет назад советские физики-теоретики Л. Э. Гуревич и В. М. Мостепаненко доказали, что в таком случае не существовало бы и замкнутых орбит электронов в атомах, так что была бы невозможна атомная структура вещества.
Из этих примеров видно, что число пространственных переменных — исключительно важный факт природы. Несомненно, то же нужно сказать и о размерности времени. Его одномерность (осознанная людьми как таковая гораздо позже, чем трехмерность пространства) представляет собой факт фундаментальной важности.
Но этой констатацией и ограничивается, по существу, современное состояние проблемы. И можно лишь упомянуть смелую гипотезу Эддингтона о том, что одномерность времени — это свойство лишь близкой к нам области мира. Не исключено, говорил он, что в каких-то очень удаленных от нас областях мира время могло бы оказаться не одномерным, а, например, двумерным. Тогда для задания момента времени требовалось бы указать уже не одно, а два числа.
Идея различных областей мира с иными измерениями — как времени, так и пространства — в последние годы снова привлекла к себе внимание. Имеются высказывания о том, что размерность современного физического мира 3 + 1 есть результат развития Вселенной из состояний иных, высших размерностей пространства и времени. Изучается, например, модель мира с 10 измерениями…
В недавно найденных в Ленинграде рукописях И. Канта есть фраза, созвучная новейшим идеям: «Пространство и время возможны только как части еще большего количества».
Но здесь, кажется, пора остановиться и снова вспомнить Аристотеля. В 4-й книге своей «Физики» он обсуждает ту странность времени, что прошлое уже прошло, будущее не наступило, а настоящее не имеет длительности: что же тогда остается от времени? И вот как он заключает эти рассуждения.
«А что такое время и какова его природа, одинаково неясно как из того, что нам передано от других, так и из того, что нам пришлось разобрать раньше».
Но мы знаем о времени все же гораздо больше, чем Аристотель. И наши знания постоянно расширяются. Они будут возрастать и далее по мере проникновения физики во все более тонкие и глубокие свойства природы. Сама же природа многообразна, изменчива и неисчерпаема. Вместе с ней неисчерпаемо по своим проявлениям и время. Так что последнего и окончательного ответа на вопрос «что такое время?» не существует — и не может существовать.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ