Классические концепции времени

Такое понимание появилось впервые в ранних исследованиях по квантовой гравитации в 60-ых годах XX века, а в общем виде оно было сформулировано в 1983 году Доном Пейджем и Вильямом Вутерсом.

В отличие от времени классической физики мультиверс не состоит из взаимно определяющих слоев. Мультиверс является сложной многомерной мозаикой. Эта мозаичная вселенная не разрешает ни последовательности моментов времени, ни течения времени.

Космология.

Космология. Начало и конец времени, границы и безграничность пространства. Эти проблемы пытаются обходить в различных вариантах квантовой космологии. В этом месте связаны в узел, перепутаны физические и мировоззренческие представления настолько, что и исследователи, и их “читатели” не могут добиться ясного, спокойного, не заинтересованного взгляда на эти вопросы. Здесь - проблемное поле, современная область исследований, где происходит разведение смыслов понятий. И снова особое внимание привлекает к себе вопрос о начале и конце времени. Многие ведущие теоретики настойчиво призывают в процессе разговора о физических конструкциях мира и времени забыть привычное человеку чувство течения времени, ибо не идет в этих конструкциях речи ни о каком потоке, или течении, времени. Именно привязанность человеческой жизни к потоку времени, с этой точки зрения, является причиной неоправданно горячей заинтересованности многих людей в современных космологических гипотезах. Здесь переплетены наука, мировоззрение, религия, философия.

Термодинамика

Термодинамика впервые ввела в физику историю, а вместе с ней и возможность другого взгляда на время. Это была, так сказать, негативная история - история, творимая разрушительными процессами, необратимыми процессами деградации. Второе начало термодинамики в формулировке Р. Клаузиуса (1822 – 1888) утверждает, что неравновесные процессы в изолированной системе сопровождаются ростом энтропии, они приближают систему к состоянию равновесия, в котором энтропия максимальна. Понятие энтропии было введено в 1865 году Клаузиусом.

Энтропия замкнутой системы, т. е. системы, которая не обменивается с окружением ни энергией ни веществом, постоянно возрастает.

Эта формулировка обобщается на системы, обменивающиеся энергией и веществом с внешним миром. При этом вклад в производство энтропии дают только необратимые процессы, такие как, например, теплопроводность или диффузия. Таким образом, второе начало термодинамики говорит о том, что необратимые процессы приводят к асимметрии времени, к выделенности одного из направлений временного порядка, к направленности временного порядка: второе начало связывает направленность времени с возрастанием энтропии. Причем, направленность времени, связываемая со вторым началом, является фундаментальной, а не локальной. Она не может быть включена в схему симметричного динамического описания, как это можно сделать, например, с направленным временем в случае сверхслабого взаимодействия: распада К-ноль мезона.

Второй закон термодинамики сразу же приобрел огромную популярность, какой в те времена (1850 – 1865 годы) еще никогда не знала физика. В 1852 году У.Томсон выдвинул идею тепловой смерти Вселенной. К такому же выводу пришел и Р.Клаузиус. В работах, посвященных второму началу термодинамики, как правило, яркими красками была нарисована картина тепловой смерти вселенной. В них доступно и убедительно описывали переход механической энергии в тепловую, деградацию механической энергии, физическую эволюцию мира к тепловому равновесному состоянию, к хаосу и смерти. С ростом энтропии стали связывать направленность времени. Появилась термодинамическая стрела времени.

Концептуальная инновация, введенная термодинамикой, заключается в том, что она ввела в теоретическое описание необратимость, которой мы не находим ни в классической, ни даже в квантовой физике на уровне фундаментальных (основополагающих) законов. Появление необратимости в физической теоретической картине мира вошло в конфликт с классической динамикой. Ведь для нее необратимость была лишь иллюзией, за которой теоретическая физика должна увидеть фундаментальные обратимые законы.

Конечно, устранение направленности времени из теоретического описания не означало грубого, непосредственного игнорирования темпоральности в мире. Оно находило свое выражение в стремлении выразить время через пространство, полностью погрузить его в геометрию, закрыв глаза на невыразимый в ней остаток. Это стремление стали называть геометризацией времени.

Начало этой тенденции положил основоположник современного естествознания Г.Галилей, когда начертил прямую ось как наглядный пространственный образ времени. Как показано выше, эта тенденция была развита и в классической, и в релятивистской физике. Такое направление развития соответствовало стилю мышления классической науки, убеждению, что за изменчивыми явлениями кажущейся сложной реальности стоят универсальные и вечные законы. Сложившийся статический взгляд на природу времени, который не замечал различия между прошлым и будущим, начал вызывать возражения с развитием термодинамики, а также эволюционных идей в других науках.

Найти в конкретном процессе причину асимметрии времени, показать, что направление времени является производным понятием “невременн’ого” происхождения, оказалось очень заманчивой перспективой для многих ученых. Начало этому движению практически положил Л.Больцман (1844 – 1906). Л.Больцман полагал, что он нашел ключ к пониманию стрелы времени, что он доказал, что асимметрия времени определяется возрастанием энтропии изолированной системы, эволюционирующей от менее вероятных состояний к более вероятным со все большим молекулярным беспорядком (7). Концепция Больцмана встретилась с трудностями и породила дискуссию, которая не умолкла и сейчас. В 1872 году Больцман опубликовал Н – теорему, которая вместе с его же статистической интерпретацией второго начала термодинамики (т.е. закона о поведении энтропии в изолированных системах) была положена в основу теории необратимых процессов. Она породила острую дискуссию, связанную с ее принципиальной необратимостью, что не согласовывалось с обратимостью механики Ньютона – Гамильтона.

Настойчивые попытки согласовать термодинамическое описание природы с классической динамикой, связанные с осознанием роли необратимости, привело к формированию новой концепции времени. Оно во многом связано с работами Брюссельской школы неравновесной термодинамики во главе с И.Р. Пригожиным (р. 1917 г.).

Развитие теорий состояний, далеких от равновесия, показывает, что для диссипативных систем с необходимостью возникают нелинейные уравнения, а с ними естественным образом возникает необратимость процессов, с которой связывают необратимость времени. В таком случае необратимость времени оказывается тесно связанной с неустойчивостями в открытых системах.

И.Р.Пригожин вводит два времени: динамическое и внутреннее. Динамическое время – это время, позволяющее задать описание движение точки в классической механике или изменение волновой функции в квантовой механике. Внутреннее время – это время, которое существует только для неустойчивых динамических систем. Оно характеризует состояние системы, связанное с энтропией. (11; 14)

Описание внутреннего времени сильно отличается от традиционного представления о времени как о величине, изоморфной прямой, идущей из далекого прошлого (t стремится к минус бесконечности) в далекое будущее (t стремится к плюс бесконечности) “Настоящее в таком представлении соответствует единственной точке, отделяющей прошлое рт будущего. Настоящее возникает ниоткуда и исчезает в никуда. Стянутое в точку, оно бесконечно близко и прошлому и будущему. В нашем представлении,- пишет И.Р.Пригожин,- прошлое отделено от будущего интервалом, длина которого определяется характерным временем тау, и настоящее обретает продолжительность” (11, с.238 – 239). При этом происходит, по выражению Пригожина, овременивание пространства, поскольку его характеристики связаны с характерным временем тау.

Принятие второго начала термодинамики в качестве фундаментального динамического принципа приводит к далеко идущим следствиям в наших представлениях о пространстве, времени и динамике. Применение второго начала позволяет определить внутреннее время Т, которое дает возможность сформулировать нарушение симметрии, лежащее в основе второго начала. Важно, что внутреннее время существует только для неустойчивых динамических систем. Необратимость и неустойчивость тесно связаны между собой: “необратимое, ориентированное время может появиться только потому, что будущее не содержится в настоящем. … мы приходим к выводу, что нарушенная временная симметрия является существенным элементом нашего понимания природы” (11, с.252).

Наш мир – это мир неопределенности. Стало понятно, что много интересных явлений есть в нелинейных процессах. Появились альтернативные стратегии развития исследований в этой области науки.