Тайны пространства и времени - Комаров Виктор Ноевич (читаем книги онлайн бесплатно TXT) 📗
Стрела – электромагнитная
Можно попытаться связать необратимость времени с процессом рассеяния электромагнитного излучения, которое, как известно, распространяется в виде сферической волны, неограниченно расширяющейся в пространстве и никогда не возвращающейся назад. Речь, разумеется, идет не об отраженных сигналах, а о возвращении всей излученной энергии обратно в источник. Но таких случаев, когда какой-либо объект «всасывал» бы в себя электромагнитное излучение, самопроизвольно возвращающееся из окружающего пространства, никто никогда не наблюдал.
Для сравнения можно привести расходящиеся круговые волны на поверхности воды. Каждый не раз наблюдал их возникновение при падении в воду какого-либо предмета. Но никто никогда не видел, чтобы на водной поверхности самопроизвольно возникали круговые волны, сходящиеся в одну точку и выталкивающие вверх какие-либо предметы.
Однако в отличие от термодинамики с ее вторым началом, в теоретической электродинамике никакого всеобщего принципа расходимости и затухания электромагнитных волн не существует. Более того, признается полное равноправие волновых процессов, расходящихся и сходящихся, затухающих и самовозбуждающихся. Это нашло отражение в теоретическом равноправии уравнений с так называемыми запаздывающими и опережающими потенциалами.
Однако течение природных процессов обуславливается не только законами и уравнениями, но и так называемыми начальными условиями. Чтобы возникла расходящаяся затухающая волна, необходимо и достаточно наличие всего одного точечного источника излучения. А для того, чтобы образовалась самовозбуждающаяся когерентная сходящаяся волна, в природе должны реализоваться условия неизмеримо более сложные. Необходимо наличие множества источников, расположенных в определенных местах и синхронизированных таким образом, чтобы они в совокупности порождали сходящееся в одну точку излучение. Согласно расчетам К. Поппера, вероятность самопроизвольного возникновения подобной ситуации практически равна нулю.
Вряд ли, однако, ее удалось бы осуществить и искусственным путем, поскольку задача синхронизации источников, расположенных на огромных расстояниях друг от друга, практически неразрешима из-за конечной скорости распространения физических взаимодействий.
Но если бы даже подобную ситуацию и можно было сконструировать, надо было бы обеспечить еще одно условие: чтобы интенсивность волновых процессов усиливалась по мере приближения к точке схода, то есть по мере удаления от своего источника. А это вряд ли осуществимо…
Видимо, не столько расходимость волновых процессов, сколько затухание является главным признаком их необратимости. Именно тем признаком, с которым можно попытаться связать необратимость времени.
Поэтому контрпримером расходящемуся затухающему волновому процессу должен служить не процесс «всасывания» неким источником когерентного электромагнитного излучения, притекающего из глубин Вселенной, а процесс расходящегося из одного центра волнового излучения, интенсивность которого возрастает по мере удаления от источника.
Нетрудно понять, что невозможность реализации подобного процесса обусловлена отнюдь не отсутствием соответствующих начальных условий, а более фундаментальными свойствами природы, в частности, законами сохранения. Ведь в таких процессах энергия должна была бы либо черпаться из ничего, либо концентрироваться из окружающей среды путем самопроизвольного повышения ее организации, что опять-таки противоречит второму началу термодинамики и закону возрастания «энтропии».
Но поскольку универсальный принцип, запрещающий обращение волновых процессов, нам еще неизвестен, электромагнитная стрела времени также не может считаться теоретически строго обоснованной.
Стрела – космологическая
Можно предпринять еще одну попытку – связать однонаправленность времени с фактом расширения Вселенной.
Очевидно, с каждым состоянием расширяющейся Метагалактики можно сопоставить определенный момент времени, характеризующий временной интервал, отделяющий это состояние от начала расширения. И поскольку взаимные расстояния между галактиками непрерывно изменяются только в сторону увеличения – этому соответствует и единое направление времени – «космологическая стрела времени».
Однако и при обосновании космологической стрелы времени мы также сталкиваемся с серьезными трудностями. Дело в том, что нам неизвестен какой-либо общий закон или принцип, запрещающий «сбегание» космических объектов, то есть сжатие Вселенной.
С точки зрения общей теории относительности, возможность смены расширения сжатием зависит от средней плотности материи во Вселенной, а ее точное значение нам пока неизвестно.
Все же некоторые исследователи считают определяющей именно космологическую стрелу времени, поскольку существующее направление статистических и электродинамических процессов является следствием расширения Вселенной. Подобная точка зрения имеет довольно веские основания. В самом деле, как по пространственным, так и по энергетическим масштабам разбегание галактик – процесс неизмеримо более мощный, чем мелкомасштабные статистические и электродинамические процессы…
Но все это только предположения. Ни взаимосвязь трех упомянутых стрел времени, ни определяющая роль космологических процессов пока не доказаны. Поэтому можно предположить, что и космологический фактор не является тем главным фактором, который определяет необратимость времени.
В пользу такой точки зрения говорят по меньшей мере два обстоятельства. Во-первых, представление о необратимости времени сформировалось задолго до обнаружения расширения Вселенной, а во-вторых, если бы расширение Вселенной сменилось сжатием, а направление статистических и электродинамических процессов оказалось прежним, наши представления о направлении времени остались бы неизменными.
Но если бы в сжимающейся Вселенной потекли вспять термодинамические и электродинамические процессы, то эти представления, видимо, изменились бы самым коренным образом.
Однако рассуждения рассуждениями, а поскольку существуют хотя бы и не строго обоснованные на уровне всеобщих принципов, но подтвержденные фактическими наблюдениями три различные стрелы времени – между ними должна существовать какая-то связь или хотя бы какая-то корреляция. В том, разумеется, случае, если эти стрелы действительно отражают реальное положение вещей.
В этом направлении идут интенсивные теоретические поиски. Не исключено, что в результате будет найдено единое фундаментальное обоснование однонаправленности времени, а три стрелы времени окажутся его частными проявлениями.
Но может случиться и так, что никакого единого закона подобного рода не существует, а необратимость времени связана со всей совокупностью природных процессов.
Следует упомянуть и о том, что в связи с открытием нарушения Т-инвариантности при распаде Кё-мезона были попытки построить так называемую каонную стрелу времени и установить зависимость между нею и тремя другими стрелами. Однако эти теоретические поиски пока что только начинаются.
Но вернемся к электродинамике и ее уравнениям с запаздывающими и опережающими потенциалами. Обычно в классической электродинамике уравнения с опережающими потенциалами отбрасываются на том основании, что они не имеют физического смысла. Если исходить из того, что причина любого явления не может располагаться в будущем, то эти уравнения описывают процессы, обращенные во времени. Примером такого процесса как раз и может служить сферическая электромагнитная волна, сходящаяся в точку. Но в реальном мире такие процессы не происходят.
В квантовой электродинамике дело обстоит значительно сложнее. Еще в 1945 году Дж. Уилер и Р. Фейнман показали, что если исходить из предположения о том, что действие заряженных частиц друг на друга распространяется со скоростью света, то приходится учитывать как запаздывающие, так и опережающие действия. В противном случае оказался бы нарушенный 3-й закон Ньютона – закон действия и противодействия.
