Как возникает «стрела времени»
Доктор физико-математических наук М. Е. ГЕРЦЕНШТЕЙН
В статье В.Е.Жвирблиса «Почему летит «стрела времени»?» (см. «Химию и жизнь», 1993, № 12) в популярной форме ставятся фундаментальные проблемы современной физики. Или, более точно, современной науки вообще. В связи с этим я хотел бы рассказать о том, как, на мой взгляд, можно было бы сегодня решить эти проблемы, не выходя далеко за рамки общепринятых представлений.
ЧТО ТАКОЕ ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ
Все живые существа прекрасно ориентируются в пространстве и времени. Способность к этому — практически врожденное чувство, оно, как говорил И.Кант, дано нам априорно.
Почему так получилось? Правильное отображение окружающего мира — необходимое условие выживание вида. В течение сотен миллионов лет эволюции те виды животных, которые ориентировались в окружающем мире хуже других, погибли.
Понятия «пространство» и «время» — первичные понятия, свести их к чему-то еще более первичному мы не можем. А если и попытаемся это сделать, то попадем в положение сороконожки, которая пыталась объяснить, в каком порядке следует переставлять ноги, и в результате не смогла сделать ни шагу.
Представление о пространстве и времени заложено не в сознании, а в подсознании. А перевод представлений из подсознания в сознание — процедура трудная и неоднозначная. Так что желание изложить фундаментальные проблемы естествознания на строгом языке науки, а не в популярном виде, иногда ничего не дает. В новых областях знания, на переднем фронте науки, язык еще не сформировался.
ЖИЗНЬ, УВЫ, ПРОЦЕСС НЕОБРАТИМЫЙ
С этим утверждением — нравится ли оно нам или нет — согласится всякий. Безжалостная биологическая «стрела времени» влечет нас из прошлого с его упущенными возможностями в неведомое будущее. Но почему жизнь оказывается необратимым процессом? Я думаю, это следствие того, что поток тепла всегда направлен от горячего тела к холодному.
В самом деле, Земля имеет температуру в среднем около 300К. Она получает энергию от Солнца, температура поверхности которого составляет примерно 6000К. Поток энергии от Солнца (в основном, видимый свет) попадает на Землю и частично ею поглощается, а частично отражается, сбрасывается в космическое пространство в форме инфракрасного излучения. Это, в свою очередь, возможно потому, что температура Космоса составляет примерно ЗК. И такая ситуация сохраняется уже на протяжении нескольких миллиардов лет.
Таким образом, существует направленный поток энергии: Солнце -» Земля -» Космос. Именно в этих условиях возникла и существует жизнь. В термостате, в котором нет потоков энергии, не могут возникать процессы самоорганизации вещества, не может происходить возникновение порядка из хаоса. Об этом как раз и писал И.Р.Пригожин.
То, что температура Солнца и звезд велика, объясняется происходящими в их недрах реакциями ядерных превращений, а то, что температура Космоса мала, — расширением Вселенной, поскольку при этом излучение остывает быстрее вещества. Вопрос, следовательно, заключается в том, будет ли такая благоприятная для жизни ситуация сохраняться вечно или же через много миллиардов лет нас ожидает «конец света».
НЕИЗМЕННОСТЬ, РАСШИРЕНИЕ, КОЛЕБАНИЯ
У всех народов мира в религии и мифологии царят представления о неизменности неба как противоположности бренности всего земного. Первоначальная модель Вселенной А.Эйнштейна тоже была стационарной, но А.Фридман пришел к выводу, что Вселенная нестационарна — либо расширяется, либо сжимается. Это было настолько непривычно, что Эйнштейн принял вывод Фридмана лишь спустя много лет — после того, как Э.Хаббл обнаружил, что спектральные линии удаленных галактик смещены в красную область (из чего следовало, что наша Вселенная действительно расширяется).
Настационарность характерна не только для Вселенной в целом, но и для отдельных звезд. Согласно современным представлениям, источником энергии звезд служат реакции превращения легких элементов в тяжелые. Но какой бы длинной ни была цепочка подобных превращений, ядерное горючее должно рано или поздно кончиться. Что будет тогда?
Звезда достаточно большой массы похожа на шарик, надутый излучением. Если звезда израсходует все свое термоядерное топливо, она перестанет излучать и ее вещество станет падать в гравитационном поле — начнется так называемый гравитационный коллапс. А что дальше?
Считалось, что в результате гравитационного коллапса должна возникнуть так называемая черная дыра — по образному выражению академика Я.Б.Зельдовича, «гравитационная могила для вещества и энергии», поглощающая все, что в нее попадает. Но в действительности наблюдается противоположное явление: конечная стадия эволюции звезды завершается выделением огромной энергии, выбросами вещества из ядер галактик, взрывами сверхновых. Противоречие между предсказаниями теории и наблюдениями были налицо, и академик В.А.Амбарцумян даже пришел к выводу, что в связи с этим необходим пересмотр самих основ физики.
Однако при математически корректном обращении с общей теорией относительности
