Вопрос о времени в науке и в Библии

Поднятая автором тема чрезвычайно сложна, и публикуемая статья не столько дает ответ на вопрос о том, что же такое время, сколько очерчивает круг связанных с этим вопросом проблем и приглашает читателей к размышлениям и дискуссии.

« – Если вам нечего делать, – сказала Алиса с досадой, – придумали бы что-нибудь получше загадок без ответа. А так только попусту теряете время!

– Если бы ты знала Время так же хорошо, как я, – сказал Шляпник, – ты бы этого не сказала. Его не потеряешь! Не на такого напали!

– Не понимаю, – сказала Алиса.

– Еще бы! – презрительно встряхнул головой Шляпник. – Ты с ним небось никогда и не разговаривала!

– Может, и не разговаривала, – осторожно отвечала Алиса. – Зато не раз думала о том, как бы убить время!

– А-а! тогда все понятно, – сказал Шляпник. – Убить Время! Разве такое ему может понравиться! Если б ты с ним не ссорилась, могла бы просить у него все, что хочешь. Допустим, сейчас девять часов утра – пора идти на занятия. А ты шепнула ему словечко и – р-раз! – стрелка побежала вперед! Половина второго – обед!

– Конечно, это было бы прекрасно, – задумчиво сказала Алиса, – но ведь я не успею проголодаться.

– Сначала, может быть, и нет, – ответил Шляпник. – Но ведь ты можешь сколько хочешь держать стрелки на половине второго».

Льюис Кэрролл. «Алиса в стране чудес»

Льюис Кэрролл метафорически, конечно, представляет время живым существом: с ним можно разговаривать, его можно убедить, чтобы оно поспешило, замедлилось или даже остановилось. С точки зрения христианства, Живая Личность – это Бог. Он сотворил время, придав ему в Своей мудрости весьма причудливые свойства, некоторые из коих наука только начинает открывать, не будучи, однако, в состоянии осмыслить рационально саму природу времени.

***

Существуют два рода взглядов на время:

Сторонники первого из них считают, что оно не относится к какому-то реально существующему измерению, а представляет собой лишь интеллектуальную концепцию, которая позволяет людям прослеживать, сравнивать и упорядочивать события. Такую точку зрения высказывали философы-идеалисты (Августин, Кант, Мах), а в науке – Готтфрид Лейбниц, утверждавший, что физический мир, пространство и время являются субъективными восприятиями и несовершенным чувственным выражением истинного мира неделимых первоэлементов – монад^[1].

Согласно другой точке зрения, наиболее четко выраженной Ньютоном, пространство и время абсолютны, это объективные самостоятельные сущности, которые полностью независимы как друг от друга, так и от материи, расположенной и развивающейся в них. Пространство плоско (Евклидово), имеет 3 измерения, бесконечно, неподвижно и везде одинаково – гомогенно и изотропно^[2]. Оно существует даже тогда, когда в нем нет никаких физических объектов. По сути, оно представляет собой только пустое вместилище, где совершается движение тел (и изменение полей), от которых его свойства не меняются. Время бесконечно, течет равномерно и однонаправленно – от прошлого к настоящему и будущему – даже в отсутствие какой-либо материи. Во всей безбрежной Вселенной оно является одним и тем же. Оно гомогенно, идет постоянным ходом во всех точках мира и не зависит от каких бы то ни было физических процессов.

1. Время в теории относительности

При разработке своей теории относительности Эйнштейн пришел к выводу, что материя, пространство и время не могут существовать самостоятельно (абсолютно), а являются всего лишь относительными аспектами единого целого. Например, течение времени, размеры и масса тел зависят от их движения – при субсветовых скоростях время замедляется, размеры уменьшаются, а масса растет. Таким же образом и структура (т.е. геометрические свойства) четырехмерного пространственно-временного континуума^[3] меняется в зависимости от скопления массы вещества и порождаемого им гравитационного поля. Возле объектов с большой массой пространство искривляется, а время значительно замедляет свой ход. По его мнению, идея пространства и времени не может появиться, если нет материи и если она не развивается и не воспринимается человеком. В этом смысле можно сказать, что если бы не было материи, то не существовали бы и пространство и время. Материя находится в непрерывном движении, которое определяется лишь по отношению к различным точкам отсчета, и поэтому относительно.

Можно сказать, что если бы не было материи, то не существовали бы и пространство и время

Теория предсказывает, что время в неподвижной системе и в системе, которая движется равномерно по отношению к наблюдателю, протекает по-разному. Эксперименты, проведенные в последние несколько десятилетий, подтвердили, что нестабильные частицы живут дольше, когда движутся с более высокой скоростью, а при скоростях, близких к скорости света, время их жизни возрастает неограниченно. Замедление времени измерялось и цезиевыми атомными часами, поставленными на борту самолетов и предварительно синхронизированными с такими же хронометрами в наземной лаборатории. После завершения полета ученые установили, что разница в измерении времени точно соответствовала сделанным расчетам.

Сила гравитационного поля ведет к искривлению пространства-времени, которое приводит к растяжению событий. Оказывается, что часы на берегу моря идут медленнее, чем часы, расположенные в высоких горах, так как первые находятся ближе к гравитационному центру Земли. А в окрестностях какой-нибудь черной дыры отставание времени будет весьма значительным. Давайте представим себе, что с помощью мощного телескопа мы наблюдаем космонавта, находящегося на орбитальной станции, в непосредственной близости к горизонту событий черной дыры^[4]. Нам будет казаться, что он движется как в замедленной съемке, а ему (космонавт тоже наблюдает за нами) покажется, что мы движемся с молниеносной быстротой, как на быстро перематывающейся ленте. Парадоксально то, что на космической станции время для космонавта будет протекать так же, как и у нас, но он будет видеть, что звезды и планеты движутся с очень высокой скоростью по своим орбитам, из-за чего Вселенная перед его глазами будет головокружительно стареть.

Если мы спросим, какие из двух часов – наши или космонавта – отсчитывают время правильно, то получим ответ: «И те, и другие – в рамках собственного времени отсчета». Нельзя определить «точный уровень» протекания времени – все зависит от того, где мы находимся по отношению к гравитационному полю.

2. Путешествие во времени

Время в классической физике Ньютона является как бы стрелой, несущейся равномерно и однонаправленно от прошедшего к настоящему и будущему. В теории Эйнштейна время превращается в реку, которая ускоряет или замедляет свой ход, огибая свои излучины в искривленном пространстве Вселенной. Великий ученый, однако, беспокоился, что в ней могут скрываться тайные водовороты и разветвления, которые могут нарушить ее однонаправленное течение. Его кошмар оправдался, когда в 1937-м году Виллем Якоб ван Стокум нашел решение уравнений Общей теории относительности, которое позволяет возврат в прошлое. Позже такие ученые, как Курт Гедель, Кип Торн, Джон Ричард Готт и другие продолжили развивать идею путешествия во времени. Но их проекты все еще неосуществимы – для их реализации необходимы огромные количества отрицательной материи и энергии, «космические струны» с колоссальной массой и скоростью, близкой к скорости света, и т.д.^[5].

Время в физике Ньютона является стрелой, несущейся от прошедшего к настоящему и будущему. В теории Эйнштейна время превращается в реку, которая ускоряет или замедляет свой ход

С точки зрения науки «возвращение в будущее» возможно, и это подтверждалось экспериментально тысячи раз. В своей «Популярной физике»^[6] Джей Орир дает следующий релятивистический пример. Один из двух двадцатилетних братьев отправляется на космическом корабле к недалекой звезде (т.н. «парадокс близнецов»). Если корабль движется со скоростью, близкой к скорости света, то он может достичь этой звезды и вернуться, допустим, за 10 лет собственного времени. Когда он возвращается на Землю, выясняется, что там прошло 80 лет и его брат-близнец уже находится в преклонном столетнем возрасте, в то время как ему только 30. Таким образом, он продвинулся на целых 70 лет в будущее. (Наши космонавты действительно делают короткое путешествие в будущее – каждый раз, когда они возвращаются из полета, бортовые часы показывают, что они на несколько долей секунды моложе, чем если бы оставались дома).

Коротко перечислим несколько парадоксов, до которых можно дойти, если отправиться в прошлое и нарушить причинно-следственную связь в хронологии:

• а) «Убийство дедушки». Вы возвращаетесь на 40–50 лет назад и случайно наезжаете машиной на мальчика, который должен стать вашим дедом. Из-за его смерти рождение одного из ваших родителей становится невозможным, а ваше существование – абсурдным.
• б) «Знание из будущего» (информационный парадокс). Оксфордский философ Майкл Даммит предлагает историю бездарного художника, который видит свои еще не написанные картины в альбоме, принесенном ценителем искусства из будущего. Художнику удается украсть альбом с репродукциями и просто скопировать их, создавая, таким образом, шедевры для будущих поколений. Получается, что в данном случае информация о картинах не имеет происхождения.
• в) «Парадокс обманщика». Вы изобретаете машину времени, которая уносит вас в будущее. Там вы узнаете, что женаты на женщине по имени Кристина. Но вы уже знаете, что именно ожидает вас в этом случае, и, вернувшись, решаете жениться на другой. Так вы «обманываете» нежелательное будущее, которое уже не имеет шансов осуществиться.

В 1992-м году Стивен Хокинг высказал гипотезу о «защищенности хронологии», согласно которой прогулка во времени невозможна, так как нарушает определенные физические принципы. Его аргументы, однако, были отвергнуты Сергеем Красниковым и Ли-Синем Ли, утверждавшими, что «не существует физического закона, который запрещал бы появление замкнутых времениподобных кривых»^[7]. И все же такие защитники хронологии, как Игорь Новиков и Мэтью Виссер, утверждают, что такой закон будет открыт, когда будет разработана «целостная теория квантовой гравитации».

Стивен Хокинг высказал гипотезу о «защищенности хронологии», согласно которой прогулка во времени невозможна

Упомянем еще два (или даже три) возражения против путешествий во времени. Представим, что некий далекий пра-пра-пра-правнук Эйнштейна решает посетить его. После смерти гениального ученого атомы его организма рассеялись в природе – в почве, воде, воздухе, живых существах и т.д. Но по какому-то благоприятному стечению обстоятельств при круговороте веществ спустя тысячи лет именно они образовали тело его потомка. При их встрече, однако, одни и те же атомы должны находиться одновременно в двух разных местах^[8], и таким образом оказывается, что путешествие в прошлое нарушает закон сохранения массы/энергии (что явно и есть тот самый искомый запрет на путешествия во времени!).

Когда правнук займет свое место в машине времени и решит тронуться, он одновременно поедет не только в прошлое, но и в будущее (поскольку каждый момент после старта, несомненно, является частью будущего). Получается логический абсурд, а столь значительное внутреннее противоречие в теории не есть хороший аттестат ее качества^[9].

Если же рассматривать вещи буквально, то не должна ли лента его жизни перематываться в обратном направлении? То есть путешественник должен вернуться в момент перед началом путешествия, а затем к своему юношеству, детству, рождению и т.д. Другими словами, приключение закончится сразу же после своего начала.

3. Другие странности времени

Из-за ограниченной скорости света одно и то же событие для одного наблюдателя может быть в прошлом, для другого – в настоящем, а для третьего – даже в будущем. Предположим, что мы живем в 2175-м году и что наша цивилизация сумела колонизовать планету Марс и крупнейший спутник Юпитера – Ганимед. На Земле играется интересный футбольный матч, который через спутник передается и жителям поселений в космосе. Сигнал приходит на Марс примерно за 4 минуты, а на Ганимед – приблизительно за полчаса^[10]. На стадионе идет уже 15-я минута матча, а на 11-й был забит гол. Радость на трибунах Земли уже утихла, когда болельщики с Марса «взрываются», а болельщики Ганимеда подождут еще целых 27 минут, чтобы насладиться красивым попаданием.

В физике существует феномен, известный как «квантовая сцепленность (корреляция)»^[11]. Две частицы могут обмениваться «сигналами», которые, возможно, движутся с бесконечно высокой скоростью^[12]. Если через какое-то время мы сможем передавать события с такой скоростью, то все зрители, не только на Марсе и Ганимеде, но и где бы то ни было во Вселенной, смогут наблюдать футбольные матчи одновременно с публикой на стадионе^[13]. Но даже и тогда мы не сможем заглянуть в будущее, то есть узнать о чем-то, что еще не совершилось. Вряд ли, например, кто-нибудь сможет предвидеть, что на 43-й минуте одна из полицейских собак, охраняющих стадион, сорвется с поводка и бросится гонять мяч вместе с футболистами.

Ученые утверждают, что виртуальные частицы^[14] движутся «перпендикулярно» к времени, то есть могут менять свое положение, даже если время остановилось. Более того, в квантовой механике причинно-следственные связи невозможно точно установить, а согласно некоторым положениям теории относительности, следствие может опережать причину. Ричард Фейнман объясняет противоположность свойств античастиц и частиц, допуская, что они путешествуют обратно друг другу во времени. Например, позитрон рассматривается как эквивалент электрона, который приходит из будущего^[15].

Согласно некоторым положениям теории относительности, следствие может опережать причину

Физические законы темпорально симметричны, т.е. не существует запрета на возврат в прошлое из будущего. Поэтому все еще невозможно сказать, чем объясняется однонаправленное движение «стрелы времени». Самый серьезный (но недостаточный!) претендент на объяснение проблемы – это второй принцип термодинамики^[16].

Авторы книги «Высший замысел» не выражают ясного мнения по проблемам происхождения времени и начала Вселенной.

До настоящего момента ни один из столпов современной физики – ни Общая теория относительности, ни квантовая механика, ни даже Теория струн – не в состоянии объяснить существование пространства и времени.

Что касается второй проблемы, Стивен Хокинг и Джим Хартл в одной своей разработке (сделанной еще в 1982-м году и повторенной в «Высшем замысле»), вводят т.н. «виртуальное время», при котором «разница между пространством и временем полностью исчезает». Таким образом, согласно их теории, возможно, что пространство-время конечно по протяженности, и при этом Вселенная не имеет начала и конца, поскольку исчезают сингулярности в эти моменты. (В 2015-м году в совместной научной публикации А. Ф. Али и С. Даса тоже была заявлена подобная позиция, основанная на уравнениях из квантовой физики^[17]).

Как, однако, признает сам Хокинг, это утверждение очень спекулятивно:

«Должен отметить, что идея о том, что время и пространство конечны, но не имеют границ, – только предположение: ее невозможно вывести из какого-либо иного принципа».

Поэтому нетрудно догадаться, что он пользуется этим подходом только для того, чтобы дойти в конце концов до вывода:

«Если у Вселенной есть начало, то можно предположить, что у нее есть Создатель. Но если Вселенная совершенно самостоятельна, без границы или предела, то она не имеет ни начала, ни конца: она просто существует. Где же тогда место Создателя?»^[18]

Совсем недавно, однако, коллектив под руководством Жана-Люка Лехнерса, в который входят Джоб Фельбрудж и Нейл Турок, с помощью значительно более мощных математических методов и средств сумел доказать, что модель «без границ» Хокинга и Хартла несостоятельна (кроме того, был опровергнут и т.н. «туннельный переход» Виленкина, который тоже исключает начало времени)^[19]!

4. Возраст Земли, Солнечной системы и Вселенной

Геологи используют несколько основных методов для определения абсолютного возраста скальных пород посредством радиоактивного датирования. В зависимости от способа распада и полученных конечных продуктов эти методы суть: уран-свинцовый; рубидий-стронциевый; калий-аргоновый. Период полураспада составляет:

• уран (U235) → гелий (He) + свинец (Pb207) = 700 млн. лет.
• калий (K40) → аргон (Ar40) = 1,3 млрд. лет.
• уран (U238) → гелий (He) + свинец (Pb206) = 4,5 млрд. лет.
• рубидий (Rb87) → стронций (Sr87) = 48,8 млрд. лет.

Радиоактивный исходный элемент распадается до стабильного конечного продукта, что позволяет создать математическое выражение для вычисления геологического времени. По последним данным вычислено, что Земля существует по меньшей мере 4,54 млрд. лет.

Современное соотношение двух долгоживущих изотопов урана (U235 и U238) и измеренные соотношения продуктов их распада позволяет определить возраст Солнечной системы – около 5 млрд. лет. Сравнивая массу и яркость Солнца с такими же характеристиками остальных звезд, можно заключить, что возраст Солнечной системы действительно таков. Богатые кальцием и алюминием включения – старейшие известные компоненты метеоритов, образованных вместе с Солнечной системой – имеют возраст около 4,56 млрд. лет. Это считается действительным возрастом Солнечной системы и одновременно верхней границей возраста Земли.

На основании данных об ускоренном расширении Вселенной посредством наблюдений сверхновых типа Іа и измерений спектра и анизотропии реликтового излучения, сделанных спутником WMAP, вычислено, что возраст Вселенной составляет 13,7 ± 0,2 миллиардов лет.

Часть II.