|
Гравитация может быть прародительницей Времени
|
|
|
|
У времени есть стрелка: кажется, что оно движется только в одном направлении. Будущее нам всегда неизвестно, в то время как прошлое навсегда остается закрытым и недоступным. И все же подавляющее большинство законов физики, похоже, вообще не обращают внимания на направление времени. Уравнения, которые управляют всем — от элементарных частиц до орбит планет, — не могут отличить движение вперед от движения назад во времени.
|
|
|
|
Итак, откуда берется стрела времени? Все больше физиков считают, что ее источником является сама сила притяжения. Но чтобы понять это, необходимо радикально изменить общую теорию относительности Эйнштейна. Новая идея называется динамикой формы, и она вполне может стать нашей будущей теорией гравитации.
|
|
|
|
На протяжении более ста лет большинство физиков полагали, что ключ к пониманию стрелы времени лежит в понятии энтропии, которое, в общем, является мерой беспорядка в системе. Второй закон термодинамики гласит, что в замкнутых системах энтропия всегда возрастает, что означает, что системы всегда переходят от упорядоченного состояния к неупорядоченному. Этот закон не только управляет физическими системами, но и согласуется с повседневным опытом: гораздо труднее навести порядок в комнате, чем навести в ней беспорядок.
|
|
|
|
|
|
|
Но эта связь порождает досадную проблему. Чтобы энтропия породила стрелу времени, наша вселенная должна была изначально находиться в исключительно низкоэнтропийном, высокоупорядоченном состоянии. Большинству физиков это кажется надуманным предположением, которое не согласуется с нашим пониманием беспорядочного, хаотичного Большого взрыва, нашей лучшей теории о том, как возникла наша Вселенная.
|
|
|
|
В 2014 году физик Джулиан Барбур и его коллеги предложили интригующее решение этого очевидного парадокса: гравитацию. Но не ту гравитацию, которую мы знаем из общей теории относительности, которая гласит, что пространство и время искривляются под воздействием материи и энергии. Вместо этого он переработал знаменитые уравнения Эйнштейна, используя другой язык, называемый динамикой формы. Динамика формы фокусируется на отношениях между объектами, а не на пространстве-времени, единой структуре пространства и времени, в которой они находятся. Используя эту схему, Барбур обнаружил, что если взять случайный набор частиц и позволить им взаимодействовать посредством взаимного притяжения, то естественным образом возникает стрела времени.
|
|
|
|
По мере взаимодействия частиц они образуют более сложные структуры с возрастающей энтропией, но не раньше, чем пройдут через период низкоэнтропийной, высокоупорядоченной организации. Во время эксперимента все это, казалось, происходило естественным образом. Несмотря на то, что гравитация не заботится о течении времени, стрела органично возникла благодаря гравитационной динамике частиц.
|
|
|
|
Но модель Барбура была очень упрощенной. Он утверждал, что Вселенная - это не что иное, как набор частиц, которые взаимодействуют только благодаря единой силе притяжения. Реальная вселенная намного богаче, поскольку множество различных видов частиц взаимодействуют с помощью четырех известных нам сегодня сил природы.
|
|
|
|
С момента первой публикации Барбура десять лет назад она встретила изрядную долю критики – и поддержки. Физики в целом признают, что наше нынешнее понимание течения времени и его связи с энтропией, вероятно, является неполным, но потребуется много работы, чтобы убедить их в альтернативной идее. Поэтому к такой идее, как у Барбура, нужно подходить со скептическим любопытством: рассматривать ее со всех сторон, чтобы понять, выдерживает ли она проверку.
|
|
|
|
Первый шаг - проверить, является ли динамика формы обоснованной теорией физики. В науке вы можете предложить любую математическую схему, какую захотите, но главное - убедиться, что она согласуется с наблюдениями за реальной Вселенной. Хотя динамика формы в целом согласуется с общей теорией относительности, у нее есть несколько важных отличий. В то время как в некоторых простых игрушечных моделях, похоже, нет никаких проблем, когда дело доходит до более серьезных проблем, таких как природа черных дыр, динамика формы предсказывает иное математическое поведение. Пока не совсем ясно, влияют ли эти различия на динамику формы. Эта работа продолжается, и пока она кажется многообещающей.
|
|
|
|
Следующий шаг - посмотреть, можно ли расширить эту гипотезу, чтобы включить в нее более реалистичный портрет Вселенной. Недавно исследователи обнаружили, что та же общая концепция, лежащая в основе динамики формы, — что физические взаимодействия естественным образом приводят к появлению стрелки без учета энтропии — может быть применена к субатомным системам. Другие исследователи смогли обнаружить поведение, напоминающее наше традиционное понимание Большого взрыва.
|
|
|
|
Но до сих пор никому не удавалось использовать динамику формы для создания полностью реалистичного портрета эволюции Вселенной с таким же уровнем детализации, с каким мы понимаем космос с помощью общей теории относительности. Однако, несмотря на то, что теории уже несколько десятилетий, над ней работает относительно небольшое число исследователей по всему миру, поэтому пока не стоит ожидать больших успехов. Тем не менее, это увлекательная идея: мы ощущаем течение времени, потому что это естественный результат действия основных законов физики. И это делает идею динамики формы стоящей дальнейшего изучения.
|
|
|
|
Источник
|
