Что такое время — простыми словами
Для подавляющего большинства людей время — это интуитивно понятная величина, характеризующая прошлое, настоящее и будущее. Пока единого определения времени в научном пространстве нет. Более того, представители разных ответвлений науки имеют чуть ли не противоположные мнения на этот счет.
Например, в классической физике время — это абсолютная и неизменная величина, основанная на некой последовательности событий, которые происходят через равные промежутки времени. Именно на этом принципе периодичности и основаны часы. В то же время теория относительности Эйнштейна говорит об обратном: время может меняться в зависимости от наблюдателя и системы координат. В этом контексте можно говорить о расширении и даже замедлении времени.
В философии время — это всеобщая форма бытия и протекания всех механических, органических и психических процессов. Время является условием для движения, изменения и развития, причем только в одном направлении — вперед.
Некоторые ученые утверждают, что то, как мы воспринимаем время, всего лишь иллюзия, артефакт нашего сознания. По словам американского физика Шона Кэрролла, то, что мы ощущаем как поток времени, является побочным продуктом работы нашего мозга, когда мы обрабатываем сенсорную информацию из окружающей среды.
О том, что такое время, размышлял еще Аристотель почти два с половиной тысячелетия назад. «Время — самое неизвестное из всех неизвестных вещей», — говорил греческий философ. С тех пор мало что изменилось, ученые продолжают ставить эксперименты и проводить расчеты, чтобы ухватить время за хвост, подчинив его рациональному объяснению.
Как устроено течение времени
Физические уравнения из классической механики работают одинаково хорошо вне зависимости от того, движется ли время в будущее или в прошлое. Однако в реальности секунды идут только в одном направлении, заданном термодинамической стрелой времени, и эта стрела ведет исключительно вперед. Разбираемся, почему повернуть время вспять нереально и что все-таки можно сделать, чтобы изменить течение времени.
Линейность времени
Причина необратимости времени состоит в том, что мир природы подчиняется законам термодинамики, согласно которым все процессы в мире стремятся из упорядоченной системы к хаосу, то есть к увеличению энтропии. Другими словами, опавший листок никогда не прирастет обратно к ветке, труха не соберется в бумагу, а Вселенная никогда не сможет вернуться точно в то же состояние, в каком находилась в предыдущий момент.
Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени» пишет:
«Законы науки не делают различия между направлением вперед и назад во времени. Но существует по крайней мере три стрелы времени, которые отличают будущее от прошлого. Это термодинамическая стрела, то есть направление времени, в котором возрастает беспорядок; психологическая стрела — направление времени, в котором мы помним прошлое, а не будущее; космологическая стрела — направление времени, в котором Вселенная не сжимается, а расширяется. Я показал, что психологическая стрела практически эквивалентна термодинамической стреле, так что обе они должны быть направлены одинаково».
Теория относительности Эйнштейна
В классической механике время абсолютно, однородно и неизменно, а все синхронные часы идут одинаково. Однако из теории относительности Эйнштейна мы знаем, что время зависит от положения наблюдателя — другими словами, часы идут с разной скоростью в зависимости от того, кто их носит. Например, если наблюдатель принимает большое ускорение или находится неподалеку от черной дыры с сильными гравитационными силами, время может измениться, замедлиться, остановиться и даже повернуть вспять. Но есть и более реальные подтверждения тому, что время можно заставить идти чуть медленнее.
Можно ли замедлить время
В 1971 году два ученых, физик Джозеф Хафели и астроном Ричард Китинг, засекли разницу во времени на суперточных цезиевых атомных часах, которые пролетели вокруг света на реактивном самолете, и других часах, которые остались на поверхности земли. Выяснилось, что часы на летящем самолете шли медленнее, чем покоящиеся внизу. Спустя 25 лет эксперимент повторили с еще более точным оборудованием и снова доказали теорию относительности Эйнштейна.
Если один из близнецов отправится в путешествие на космическом корабле и несколько лет будет двигаться со скоростью, близкой к скорости света, то по возвращении на Землю он будет моложе своего брата-землянина. Так, астронавт NASA Скотт Келли действительно прожил на несколько миллисекунд меньше времени, чем его близнец Марк, благодаря тому, что провел больше времени в космосе, путешествуя со скоростью около 28,1 тыс. км/ч.
Возможны ли путешествия во времени
Путешествия во времени не только плод воображения любителей сай-фай, но и реальный объект научных исследований. Правда, ученые понимают под машиной времени не совсем то, что мы видели в фильмах «Назад в будущее» или «Звездный путь». Наиболее близкими к научным представлениям оказались создатели фильма «Интерстеллар», описав движение через черные дыры. Эйнштейн утверждал, что сверхмассивные объекты, такие как черные дыры, действительно как бы искривляют время вокруг себя. Поэтому вблизи дыры время движется медленнее, а то и вовсе останавливается.
Существует гипотеза, что во времени можно путешествовать через «червоточины», или «кротовые норы», пространства-времени. Они похожи на туннели, пройдя через которые человек может попасть в другое измерение. Однако такие «червоточины» моментально схлопываются, и предполагается, что пройти через них могут только сверхмалые частицы.
Еще одна гипотеза путешествий во времени — «бесконечный цилиндр Типлера». Астроном Фрэнк Типлер предложил механизм, внутри которого вещество величиной в десять масс Солнца, свернутое в бесконечно длинный и очень плотный цилиндр, вращается со скоростью 1 млрд оборотов в минуту. Космический корабль, пройдя по спирали, попадет внутрь цилиндра и окажется в «замкнутой времениподобной кривой» — мировой линии, где все возвращается в исходную пространственно-временную точку.
Все эти гипотезы пока обречены лишь на существование в теории, так как человек не может ни приблизиться к черной дыре, ни достичь скорости света, ни обрести сверхмассу. Кроме того, путешествия во времени могут привести к большим проблемам — от выброса радиации, смертельного для всего живого, до «парадокса убитого дедушки». Его суть в том, что путешественник во времени возвращается в прошлое, убивает своего дедушку в юности и в результате исчезает — потому что никогда не рождался. Однако у этой теории есть и противники. Они утверждают, что отправиться в прошлое можно только по замкнутой кривой, внутри которой все события закольцованы друг с другом и одни не могут помешать другим.
Как живые организмы воспринимают время
Человеческий мозг научился сам отслеживать время, подстраивая свои биологические ритмы под время суток. На восприятие времени влияет уровень дофамина в организме. Этот гормон-нейромедиатор отвечает за хорошее настроение и вырабатывается, когда человек предвкушает что-то приятное. Чем выше уровень дофамина, тем медленнее для человека течет время. У людей с некоторыми психическими расстройствами чувство времени нарушается: для особо импульсивных время идет слишком быстро, а при шизофрении оно значительно замедляется.
С возрастом выработка дофамина снижается, мозг не так активно реагирует на раздражители. Этим можно объяснить, почему пожилые люди жалуются на слишком быстрое течение времени.
Животные тоже по-разному воспринимают время. Ученые из Ирландского национального университета в Голуэе сравнили, как быстро животные более 100 видов реагируют на изменения, происходящие вокруг, и обрабатывают полученную информацию. Оказалось, что быстрее всего время воспринимали мясные мухи и стрекозы. Их зрение позволяет обрабатывать изменения с частотой 300 Гц, то есть фиксировать 300 раз в секунду. Человек, для сравнения, воспринимает мир с частотой всего 65 Гц, собаки — 75 Гц, а самые «медленные» глаза принадлежат морской звезде — всего 0,7 Гц.
Есть ли у времени начало и конец
Началом всего, и времени в том числе, считается Большой взрыв: 13,8 млрд лет назад наблюдаемая Вселенная начала расширяться и продолжает расти с постоянным ускорением — никто не знает, когда оно достигнет предела. Если Вселенная будет расширяться вечно, то и время будет продолжаться вместе с ней. Но если произойдет новый Большой взрыв или другой сценарий конца света, наша временная линия закончится и начнется новая.
Читайте также: