Еще Аристотель писал: «Мы не только измеряем движение временем, но и время движением… ибо время определяет движение, будучи его числом, а движение — время»[18]).
Сущность времени нельзя понять, не связывая его с поведением материальных объектов, с конкретными физическими явлениями. Каковы же те физические процессы, протекающие в реальном мире, которые могут определять однонаправленность времени?
Вообще говоря, для того чтобы доказать необратимость времени, в сущности, достаточно обнаружить в природе хотя бы один строго необратимый физический процесс. Его наличие сразу придало бы физический смысл направленности времени как для самого этого процесса, так и для всех других, связанных с ним, обратимых процессов, которые вследствие этого стали бы необратимыми.
Естественно прежде всего обратиться к механике. Любопытно, что в классической механике нет никаких запретов, препятствующих обращению времени. В ее уравнениях можно поменять знак времени на противоположный, и все процессы потекут в обратном направлении, проходя в обратном порядке те же самые состояния. Другими словами, уравнения механики, так же как и их решения, обратимы во времени.
Однако «теоретической» обратимости отнюдь не соответствует фактическая обратимость механических процессов в реальном мире. Это связано с тем, что идеальных чисто механических процессов в природе практически не бывает. В любой механической системе в результате взаимодействия составляющих ее объектов происходит неизбежное рассеяние энергии, ее диссипация. А при этом условии процесс становится необратимым.
Таким образом, возникает парадоксальное противоречие. Реальные механические процессы необратимы, а теория механических явлений допускает их полное обращение. Следовательно, оставаясь в рамках чистой механики, физического обоснования однонаправленности времени мы получить не можем.
Между тем для обоснования необратимости времени одних экспериментальных доказательств, как бы многочисленны они ни были, недостаточно. Необходимо, как принято говорить, иметь еще обоснования номологические — на уровне физических законов. Но такого обоснования однонаправленности времени, оставаясь в рамках «чистой» механики, мы, очевидно, получить не можем.
Нельзя ли, однако, использовать то обстоятельство, что из обратимых уравнений механики могут быть выведены необратимые уравнения, описывающие поведение статистических систем? Иначе говоря, нельзя ли воспользоваться тем, что все реальные процессы сопровождаются неизбежным рассеянием энергии?
Действительно, наиболее распространенным обоснованием односторонней направленности времени как раз и является обоснование, связанное с фактом возрастания энтропии (меры рассеяния энергии), вытекающим из второго качала термодинамики. То обстоятельство, что во всех природных процессах энтропия возрастает, может быть принято за физическую причину необратимости времени («термодинамическая стрела» времени).
Однако и на этом пути мы также сталкиваемся с определенными парадоксами. С точки зрения статистической физики в принципе возможны ситуации (вероятность их возникновения отлична от нуля), когда в той или иной системе происходит спонтанное, т. е. самопроизвольное, уменьшение энтропии.
И поэтому, хотя в нашем распоряжении нет ни одного экспериментального факта нарушения второго закона термодинамики, мы тем не менее не имеем права говорить о строгом обосновании необратимости времени на основании статистических и термодинамических закономерностей.
Чтобы обойти эти трудности, необходимо задать стрелу времени каким-то другим способом, независимым от свойств термодинамических систем.
Логично попытаться связать однонаправленность времени с фактом расширения Вселенной. Очевидно, каждому состоянию расширяющейся Метагалактики можно поставить в соответствие определенный момент времени, характеризующий временной интервал, отделяющий это состояние от начала расширения. И поскольку взаимные расстояния между галактиками непрерывно возрастают, этому соответствует и единое направление времени — «космологическая стрела».
Однако и в обосновании «космологической стрелы» времени мы также встречаемся с существенными трудностями. Дело в том, что нам неизвестен какой-либо общий закон или принцип, запрещающий «сбегание» космических объектов, т. е. сжатие Вселенной. Напротив, с точки зрения общей теории относительности возможность смены расширения сжатием зависит только от средней плотности материи во Вселенной.