Парадокс времени. Необратимость времени – стрела времени.

2. Космологическая стрела времени. Расширение Вселенной имеет всеобщий, всемирный характер, и, казалось бы, лучшего процесса для обоснования направленности времени подобрать нельзя. Тем не менее, существуют серьезные препятствия для этого. Действительно, расширение Вселенной проявляется во взаимном удалении галактик и их скоплений друг от друга. Но это отнюдь не означает всеобщего растяжения всех расстояний и длин в мире. Размеры всех тел во Вселенной не возрастают со временем, - они никак не ощущают движения галактик. Общее космологическое расширение представляет собой далекий фон пространственно-временной метрики, который совершенно не сказывается на свойствах пространства и времени в масштабах звезд, планет или тел, находящихся на поверхности Земли. То, что это так, строго доказано А. Эйнштейном методами общей теории относительности в 1945 г. «Свойства мира планет такие же, как если бы не существовало ни космического расширения, ни кривизны», - заключает Эйнштейн. Эта теорема является опять-таки частным случаем принципа локальности физических явлений. Поэтому против космологической стрелы справедливы возражения того же рода, что и против термодинамической. Если бы космологическое расширение определяло стрелу времени, то должно было бы существовать какое-то физическое воздействие на часы в конкретной локальной области, которое непрерывно сообщало бы им, что происходит с Вселенной. Но такого воздействия, как показал Эйнштейн, не существует. Следовательно, можно сделать вывод, что космологическая стрела не может служить основанием для представления о направленности времени.

Опыт показывает, что в  настоящее время Вселенная расширяется. Однако отнюдь не обязательно, что это  расширение будет продолжаться всегда. В релятивистской космологии существуют модели, в которых расширение Вселенной в какой-то момент ее эволюции сменится сжатием. Что же, при этом стрела времени изменит свое направление и время потечет вспять? Конечно, нет. Сжатие будет происходить в том же времени, в каком происходило расширение. Здесь снова речь идет об изменении направления процесса эволюции Вселенной, но вовсе не времени, в котором происходит эта эволюция. «Если бы стрела времени сменила направление, то в сжимающейся Вселенной лучи света, например, вместо того чтобы излучаться звездами и уходить в мировое пространство, входили бы в звезды и т.д. Это явно бессмысленно» [2].

3. Волновая стрела времени. Эта стрела связывается с необратимым процессом испускания волн каким-либо источником. Это явление можно просмотреть на простом примере, предложенном Поппером: когда мы бросаем камень в воду, от него по поверхности водоема идут расходящиеся волны; но мы никогда не увидим, чтобы от берегов водоема пошли нарастающие волны, сомкнувшиеся в одной точке. Таким образом, распространение волн - это необратимый процесс, и с ним якобы можно связать стрелу времени. Ходячая интерпретация этих явлений заключается в том, что их связывают с диссипацией энергии³ и возрастанием энтропии⁴, что и объясняет их необратимость, которая не следует из законов механики или электродинамики, симметричных по отношению к изменению знака времени; поэтому испускание волн определяет стрелу времени, направление которой совпадает с термодинамической стрелой.

4. Эволюционная «стрела времени».  Имеются другие, нефизические явления, которые, казалось бы, с неоспоримостью указывают на существование стрелы времени. Рассмотрим для примера эволюционную стрелу времени, которая связана с эволюцией биологических организмов.

Явления жизни представляют собой истинно необратимый процесс. Живой организм рождается, развивается  и умирает, и никто никогда  не наблюдал, чтобы после смерти организм оживал, молодел и возвращался в семя или утробу. Когда говорят, что прошлое никогда не возвращается, то, конечно, имеют в виду в первую очередь эти жизненные явления. Молодость, увы, не возвращается, и это все очень хорошо знают. Поэтому кажется весьма убедительным, что развитие организмов задает положительное направление стрелы времени.

Однако и это рассуждение  столь же некорректно, как и все  предыдущие. В нем направленность времени снова связывается с  некоторым необратимым процессом, и здесь неважно, что необратимость  эволюции более очевидна, чем необратимость  некоторых других физических процессов. Да, неоспоримо, что жизнь протекает  в одном направлении. Да, здесь  особенно хорошо видно, что прошлое  никогда не возвращается. Но прошлое  никогда не возвращается и в обратимых  процессах, - этим свойством обладает не только жизнь, это свойство любого движения. Движение есть смена одного состояния системы другим, и эта  смена происходит всегда в одном  направлении для всех без исключения процессов: старые состояния сменяются  новыми состояниями, старые остаются в  прошлом, новые открывают будущее, причем прошлое и будущее - одно и  то же для всех процессов. Обратимость  движения (в обратимых процессах) - это лишь свойство симметрии данного  типа движения. Математически это  свойство выражается в инвариантности закона движения при обращении знака  переменной t, которой описывается время (его можно назвать номологической обратимостью). Истинно необратимые процессы не обладают такой номологической обратимостью. Но здесь всюду речь идет о свойствах тех или иных процессов, но не об обратимости времени. Аристотель удачно сказал, что «время есть нечто, исчисляемое в движении, когда мы в последнем обращаем внимание на «до» и «после»». И все дело в том, что во всех конкретных движениях эти «до» и «после» одинаково следуют друг за другом: все движения происходят в одном направлении.

Рассмотрим типичный номологически  обратимый процесс - колебание маятника в пренебрежении трением, т.е. идеальные  часы. Характер движения здесь симметричен  относительно прошлого и будущего. Но тот факт, что характер движения не изменяется при обращении времени (точнее, при замене t на -t, которую можно произвести только на бумаге или в уме), не означает, что можно заставить часы тикать назад, - число тиканий часов всегда увеличивается. Разумеется, если бы во Вселенной существовали только одни часы, то понятия «до» и «после» были бы относительными. Но кроме нашего маятника существуют и другие объекты, находящиеся в движении. Пока тикают часы, живые организмы растут и умирают. Протекание жизненных процессов, равно как и движение любых объектов (обратимое или необратимое), - все происходит в том направлении, в котором растет число тиканий часов. Точнее, понятия «до» и «после» одинаковы для всех движений во Вселенной; невозможно поменять их местами для одного из движений, оставив прежний порядок для других. Это свойство движения и делает возможным введение универсальной категории времени, в котором исчисляются все движения, имеющие место во Вселенной. В этом смысле во Вселенной действительно есть универсальный поток: все изменяется, все течет в едином потоке движения. Но протекает именно все, протекают субъекты движения, а не время, которое есть универсальный язык для исчисления движения.

Заключение

Время - это такая форма  существования, которая позволяет  различать «раньше» и «позже», прошлое  и будущее. Как количественная величина время есть число движения, причем число, которым выражается время, может  только увеличиваться. В этом и заключается  основное свойство времени - его однонаправленность, которую в обиходе неудачно называют «потоком» или «течением» времени. Бессмысленно спрашивать о направлении «потока» времени, ибо время - в силу своей однонаправленности - «течет» всегда в одну сторону и это направление невозможно изменить. Поэтому ни один из физических, биологических или иных процессов не может указать направление «течения» времени (которое вообще не существует).

Время - это просто скорость равномерного периодического процесса принятая в качестве эталона сравнения. Направление числовой оси времени связано с линией эволюции, причинно-следственная последовательность, которой предопределена необратимостью процессов протекающих в диссипативных средах.

Выделение нескольких стрел  времени, связанных с некоторыми физическими процессами, не должно создавать ложного впечатления, что имеется лишь несколько отдельных  примеров временных асимметрий, тогда  как общий «фон» характеризуется отсутствием темпоральной стрелы. На самом деле все обстоит как раз наоборот - в качестве «фоновой» ситуации в обыденном человеческом сознании выступает именно наличие стрелы времени, благодаря тому, что определяющим элементом организации самого сознания является психологическая стрела времени, проникающая вследствие этого во все сферы деятельности человека.

Вопрос о взаимной независимости  различных стрел времени, о возможном  детерминировании одних стрел другими  и, следовательно, о редукции первых к последним, имеет большое философское  значение.

Список литературы

1. Барвинский А.О., Каменщик А.Ю., Пономарёв В.Н. Фундаментальные проблемы интерпретации квантовой механики. Современный подход – М.: Изд-во МГПИ, 2008 г.
2. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. - М.: Наука, 2005 г.
3. Кирчанов В.С., Концепции современного естествознания: учеб. пособия / В. С. Кирчанов, А. И. Цаплин / под общ. ред. А. И. Цаплина. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. Ун-та, 2008. – 305 с.
4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т.3, Квантовая механика. Нерелятивистская теория – М.: Наука, 2000 г.
5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т.5, Статистическая физика. Часть 1 – М.: Наука, 2008 г.
6. Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант – М.: Прогресс, 2004 г.
7. Эйнштейн А. Собрание сочинений в четырёх томах, т.3 – ст. Испускание и поглощение излучения по квантовой теории – М.: Наука, 2006 г.

¹ с=3*10⁸ м/с.

² Коллапс – крах, разрушение общества в результате наступившего системного кризиса.

³ Диссипация энергии – (лат. Dissipation – рассеяние) – переход части энергии упорядоченных процессов в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счете – в теплоту.

⁴ Энтропия – (от греч. Entropia – поворот, превращение) – понятие впервые введенное в термодинамике для определения меры необратимого рассеяния энергии.