Это сложные макроскопические системы, испытывающие чрезвычайно запутанный набор взаимодействий. Тем не менее, сочетание всех взаимодействий составляет нечто важное: то, что мы знаем как термодинамическую стрелу времени. Законы термодинамики гласят, что существует конечное число способов, которыми частицы в вашей системе могут быть расположены, и те системы, которые имеют максимальное количество возможных конфигураций, находятся в состоянии термодинамического равновесия. К такому состоянию будут стремиться все системы с течением времени. Ваша энтропия, которая является мерой того, насколько статистически вероятна определенная конфигурация (наиболее вероятно = самая высокая энтропия; очень маловероятно = низкая энтропия), всегда возрастает с течением времени. Только если вы уже находитесь в наиболее вероятной конфигурации с наивысшей энтропией, ваша энтропия останется неизменной; в любом другом состоянии она будет увеличиваться.
Насколько мы можем судить, время продолжает всегда идти вперед с той же скоростью, что и всегда: одна секунда в секунду.
Однако воспринимаемая стрела времени кажется в значительной степени независимой от чего-либо, что может сделать энтропия или термодинамика. Что произойдет, если вообще произойдет, если мы добавим в уравнение расширяющуюся Вселенную? Насколько мы понимаем, далекие галактики, которые не связаны с нами гравитационно, будут продолжать удаляться, с нашей точки зрения, все быстрее и быстрее.
Что, если, как в некоторых теоретических вариантах эволюции темной энергии, расширение будет замедляться, а, в конце концов, полностью остановится, и гравитация заставит Вселенную сжаться? Вселенная может закончиться Большим схлопыванием в далеком будущем.
Если вы возьмете расширяющуюся Вселенную и примените к ней симметрию обращения времени, то получите сжимающуюся Вселенную. Но внутри этой Вселенной гравитация по-прежнему является силой притяжения, и частицы по-прежнему обмениваются энергией и импульсом посредством упругих и неупругих столкновений. Частицы нормальной материи все равно будут терять угловой момент и коллапсировать. Они по-прежнему будут подвергаться атомным и молекулярным переходам и излучать свет и другие формы энергии.
Грубо говоря, все, что вызывает увеличение энтропии сегодня, будет вызывать увеличение энтропии и в сжимающейся Вселенной. Со временем энтропия увеличивается. Насколько нам известно, если бы расширение обратилось вспять, энтропия продолжала бы расти, а время продолжало бы течь вперед. Фактически, самым большим фактором энтропии в нашей Вселенной является существование сверхмассивных черных дыр. За всю историю Вселенной наша энтропия увеличилась примерно на 30 порядков; одна только сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути имеет больше энтропии, чем вся Вселенная всего через 1 секунду после Большого Взрыва!
Насколько нам известно, не только время будет продолжать идти вперед, но и момент, предшествующий Большому сжатию, будет иметь гораздо большую энтропию, чем Вселенная в начале Большого взрыва. Вещество и энергия в этих экстремальных условиях начнут сливаться вместе, поскольку горизонты событий всех сверхмассивных черных дыр начнут перекрываться.
Со всей материей и энергией, сжатыми в такой крошечный объем, наша Вселенная образовала бы сверхмассивную черную дыру с горизонтом событий в миллиарды световых лет. Извне черной дыры вся падающая материя будет излучать свет и всегда будет видна, в то время как из-под горизонта событий ничто не может выйти наружу. Но если бы вы упали в черную дыру, ваша энергия могла бы вновь возникнуть как часть Большого Взрыва в новорожденной Вселенной; связь между черными дырами и рождением новых Вселенных все еще спекулятивна
Часы идут по-другому, когда вы находитесь в сильном гравитационном поле: когда вы находитесь на достаточно малых расстояниях от достаточно большой массы. Если бы Вселенная снова сжалась, мы неизбежно обнаружили бы, что приближаемся к краю горизонта событий черной дыры, и при этом время для нас начало бы замедляться: растягивая наш последний момент до бесконечности.
Будет происходить своего рода гонка, когда мы попадем в центральную сингулярность черной дыры, и когда все сингулярности сольются, что приведет к окончательной гибели нашей Вселенной в Большом Сжатии.
Что произойдет после этого? Не исчезнет ли Вселенная? Приведет ли это к рождению новой Вселенной? Или сжатие остановится, прежде чем Вселенная достигнет сингулярности?
Это одни из передовых вопросов теоретической физики, и, хотя мы не знаем ответа, во всех сценариях верно одно: энтропия всей Вселенной по-прежнему увеличивается, а время всегда движется в прямом направлении. Если это окажется неверным, то потому, что есть что-то глубокое, оставшееся для нас неуловимым и все еще ждущее своего открытия.