[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Траектории мяча, находящегося в середине отскока, определяются законами физики, но время для нас течет только в будущее.

Итак, понятие, что «время относительно», не достаточно, чтобы утверждать, что время не существует. Но может ли быть так, что, возможно, мы только воспринимаем время как существующее, и что оно на самом деле не является реальным?
Мы можем рассмотреть это с определённой точки зрения: глядя на понятия симметрий в физике. В конце концов, законы физики, по крайней мере так, как мы их знаем, симметричны относительно времени. Если вы наблюдаете за падающим под влиянием гравитации шаром, вы не знаете, происходит ли:
- вы наблюдаете за временем, идущим вперёд, поскольку гравитация тянет шар вниз из поднятого положения выше того места, где вы сейчас смотрите,
- или вы наблюдаете за временем, идущим назад, поскольку шар, брошенный вверх с более низкой позиции, поднимается всё выше и выше, пока сила гравитации сопротивляется его движению.
На самом деле почти все законы физики — включая движение, гравитацию, электромагнетизм и даже сильное ядерное взаимодействие — полностью обратимы во времени. Они одинаковы вперёд и назад во времени, и вы не можете определить, просто наблюдая за разворачивающейся физической системой, что происходит на самом деле.


Тяжёлые, нестабильные элементы будут радиоактивно распадаться, обычно с испусканием альфа-частицы (ядра гелия) или путём бета-распада, как показано здесь, где нейтрон превращается в протон, электрон и анти-электронное нейтрино. Оба эти типа распадов изменяют атомный номер элемента, дают новый элемент, отличный от исходного, и приводят к меньшей массе продуктов по сравнению с реагентами.

Но есть два способа, которыми мы можем определить физический способ, которым продвижение вперёд во времени отличается от продвижения назад во времени. Первый — это изучение реакций, протекающих через слабое ядерное взаимодействие, такие как радиоактивные распады.
Давайте представим, что у вас есть тяжёлый атомное ядро, полное протонов и нейтронов. Если в этом ядре большое количество нейтронов по отношению к данному количеству протонов, есть шанс, что ядро претерпит конкретный тип радиоактивного распада: бета-распад. Бета-распад происходит, когда один из нейтронов в ядре распадается на протон, электрон и анти-электронное нейтрино, и это даже может произойти для свободных (несвязанных) нейтронов, которые не являются частью какого-либо большего атомного ядра.
Часто бывает, что нейтрон распадается на протон, электрон и анти-электронное нейтрино. Но никогда не случается, чтобы протон, электрон и анти-электронное нейтрино спонтанно реагировали вместе, образуя нейтрон. Фактически, в разнообразных отношениях слабое взаимодействие является эталоном для асимметричных реакций в физике во времени.


Когда лёд кладут в жидкую воду, лёд тает, и вода понижает свою температуру. Конечное состояние, полностью растаявшего льда, приближает нас не только к термодинамическому равновесию, чем исходное состояние, но и из него можно извлечь меньше энергии, чем из исходного состояния.

Второй способ, однако, ещё более знаком большинству из нас. Каждый раз, когда вы: взбалтываете яйцо, готовите яичницу-болтунью, роняете полный стакан воды на землю и наблюдаете, как он разбивается, или просто открываете дверь между горячей и холодной комнатами, вы создаёте ситуацию, в которой будет существовать термодинамическая стрела времени.
Вы, возможно, слышали о понятии энтропии ранее, которое часто неправильно определяется как «мера беспорядка» вашей системы. Но на самом деле происходит следующее: любая физическая система, которую вы можете взять, будет иметь внутри себя какой-то уровень энергетических градиентов. Если у вас есть не взбитое яйцо, существует энергетический градиент между белком (белой частью) и желтком; барьер вокруг желтка предотвращает равномерное смешивание. В сыром яйце есть химическая потенциальная энергия, которая будет высвобождена — и образуются новые связи — если вы приготовите яйцо. Есть потенциальная энергия в структуре стекла, и разрушение его высвободит её.
Но, возможно, из всех примеров, рассмотрение горячей и холодной комнаты, находящихся рядом друг с другом, является самым умным способом говорить об энтропии.


Эта иллюстрация показывает две стороны комнаты: горячую и холодную, с демоном между ними, способным открывать и закрывать перегородку между ними. Если перегородку открыть, газы смешаются.

Если у вас большое количество частиц на горячей стороне комнаты, они все будут находиться в том, что мы называем термодинамическим равновесием друг с другом. По мере того как они сталкиваются друг с другом и взаимодействуют, ни одна часть горячей стороны не будет нагреваться или охлаждаться; нет энергетического градиента, по которому тепло могло бы течь от одной части этой комнаты к другой. (Холодная сторона имеет точно такие же свойства, за исключением того, что термодинамическое равновесие происходит при гораздо более низкой температуре.)
Но теперь, что если вы уберёте перегородку, которая разделяет горячую сторону комнаты от холодной? Что произойдет?
Ответ заключается в том, что горячие и холодные частицы смешаются и создадут комнату промежуточной температуры, где все частицы придут к одной и той же температуре равновесия. До достижения равновесия из системы можно извлечь энергию; после этого — нет. Когда мы говорим о состоянии максимальной энтропии, мы имеем в виду состояние, из которого больше нельзя извлечь энергию; система максимальной энтропии не может выполнять работу, как говорят в физике.


Система, настроенная в исходных условиях слева, с разделёнными горячей и холодной комнатами, приведёт к тому, что каждая комната достигнет своего собственного термодинамического равновесия. Если перегородка, разделяющая две комнаты, откроется, газы в комнатах смешаются, увеличивая энтропию в процессе.

Работа физически реальна; энтропия физически реальна; термодинамика физически реальна. Время, как измеримая и наблюдаемая и количественно оценимая величина, ничем не отличается от любой из этих.
Тем не менее, есть два важных оговорки в этом обсуждении. Хотя время действительно реально, важно помнить следующие факты.
Мы не знаем, что вызывает наше воспринимаемое направление времени. Мы всегда наблюдаем, как время течёт вперёд, а не назад; мы признаём течение времени и подчиняемся законам физики, движущимся вперёд во времени, так же как все физические объекты и величины. Но независимо от того, остаётся ли энтропия вашей системы постоянной, увеличивается медленно, увеличивается быстро или даже искусственно уменьшается за счёт ввода энергии в неё, воспринимаемое направление времени никогда не перестаёт течь и не меняет направления на обратное. Хотя время определённо реально, оно может быть или не быть фундаментальным. В нашем нынешнем способе взгляда на Вселенную мы рассматриваем что-то вроде энтропии как производную величину и рассматриваем время как будто оно фундаментально. Однако математически возможно рассматривать энтропию как будто она фундаментальная величина, а затем время ведёт себя так, как будто оно может быть производной величиной. Мы пока не знаем достаточно о Вселенной, чтобы много говорить о потенциальной действительности этого подхода.


Когда квантовая частица приближается к барьеру, она чаще всего взаимодействует с ним. Но существует конечная вероятность не только отражения от барьера, но и прохождения через него. Фактическое развитие частицы определяется только измерением и наблюдением, и интерпретация волновой функции применяется только к неизмеренной системе; как только её траектория будет определена, «прошлое» будет полностью классическим в своём поведении.

Несмотря на популярную тенденцию ставить под вопрос природу времени, его физическая «реальность» не вызывает сомнений. Время является неотъемлемой частью Вселенной, и граница между событиями, которые были наблюдены или измерены с определённым исходом, и теми, чей исход ещё не решён, является лучшим способом, которым мы можем точно определить, что мы подразумеваем под моментом «сейчас». Как выдающийся физик Ли Смолин сказал в эксклюзивном интервью с ним:
«в копенгагенской версии квантовой механики существует квантовый мир и классический мир, и граница между ними: когда вещи становятся определёнными. Когда вещи, которые неопределены в квантовом мире, становятся определёнными. И то, что они пытаются сказать, это то, что это фундаментальное событие, происходящее в природе, когда вещи, которые неопределены, становятся определёнными. И вот что такое «сейчас». Момент сейчас, настоящий момент, который, как говорят все эти люди, отсутствует в науке и отсутствует в физике, это переход от неопределённого к определённому».
Время может быть или не быть фундаментальным, и наше воспринимаемое направление времени может быть или не быть (моё предположение — «не быть») связанным с термодинамическим направлением времени. Но тот факт, что мы можем его измерить, наблюдать и количественно оценить, должен развеять любые сомнения в его несуществовании.