У часу є стріла: він завжди рухається лише в одному напрямку. Майбутнє для нас завжди невідоме, а минуле назавжди залишається закритим і недоступним. І все ж, переважна більшість законів фізики, здається, зовсім не дбає про напрямок часу. Рівняння, які керують усім — від субатомних частинок до орбіт планет — не можуть розрізнити рух вперед і назад у часі.
Про це ідеться у статті на сайті “Популярна механіка”, пише Третє око.
Отже, звідки береться стріла часу? Зростаюча група фізиків вважає, що він походить від самої сили тяжіння. Але щоб досягти цього, потрібно радикально змінити Загальну теорію відносності Ейнштейна. Нова ідея називається Shape Dynamics, і це може бути нашою майбутньою теорією гравітації.
Більше століття більшість фізиків вважали, що ключ до стріли часу лежить в понятті ентропії, яка дуже грубо є мірою невпорядкованості системи. Другий закон термодинаміки стверджує, що в закритих системах ентропія завжди зростає, тобто системи завжди переходять від упорядкованої до невпорядкованої. Цей закон не тільки керує фізичними системами, але й узгоджується з повсякденним досвідом: набагато важче прибрати кімнату, ніж зробити її брудною.
Але цей зв’язок породжує неприємну проблему. Щоб ентропія створювала стрілу часу, наш Всесвіт мав початися у надзвичайно низькоентропійному та високовпорядкованому стані. Більшості фізиків це здається надуманим припущенням, яке не узгоджується з нашим розумінням безладного, хаотичного Великого вибуху, нашої найкращої теорії виникнення нашого Всесвіту .
У 2014 році фізик Джуліан Барбур і його колеги запропонували інтригуюче рішення цього очевидного парадоксу: гравітацію. Але не гравітація, яку ми знаємо через загальну теорію відносності, яка говорить, що простір і час викривляються під впливом матерії та енергії. Замість цього він переробив відомі рівняння Ейнштейна, використовуючи іншу мову під назвою Shape Dynamics. Shape Dynamics зосереджується на взаємозв’язках між об’єктами, а не на просторі-часі, єдиній структурі простору й часу, в якій вони знаходяться. Використовуючи цю структуру, Барбур виявив, що якщо взяти випадкову колекцію частинок і дозволити їм взаємодіяти через взаємну гравітацію, природним чином з’явиться стріла часу.
Коли частинки взаємодіють, вони будують складніші механізми зі збільшенням ентропії, але не раніше, ніж пройдуть через період низькоентропійної високовпорядкованої організації. Під час експерименту все це відбувалося природним чином. Незважаючи на те, що гравітація не піклується про потік часу, через гравітаційну динаміку частинок органічно виникла стріла.
Але модель Барбора була дуже спрощеною. Він вдавав, що Всесвіт — це не що інше, як сукупність частинок, які взаємодіють лише через єдину силу тяжіння. Реальний Всесвіт набагато багатший, ніж цей, з багатьма різними видами частинок, які взаємодіють через чотири сили природи, які ми знаємо сьогодні.
З моменту першої публікації Барбора десять років тому вона зустріла неабияку частку критики та підтримки. Фізики здебільшого визнають, що наше поточне розуміння потоку часу та його зв’язки з ентропією, ймовірно, є неповним, але знадобиться багато роботи, щоб переконати їх в альтернативній ідеї. Отже, підхід до ідеї, подібної до ідеї Барбора, полягає у скептичній цікавості: тикаючи в неї з усіх боків, щоб побачити, чи витримає вона перевірку.
Перший крок — перевірити, чи є динаміка форми дійсною теорією фізики. У науці ви можете придумати будь-яку математичну структуру, яку забажаєте, але справжня хитрість полягає в тому, щоб переконатися, що вона відповідає спостереженням реального Всесвіту.
Наступним кроком буде перевірити, чи можна цю гіпотезу розширити, щоб включити більш реалістичний портрет Всесвіту. Нещодавно дослідники виявили, що та сама загальна концепція Shape Dynamics — що фізичні взаємодії природним чином призводять до стрілки без звернення до ентропії — може бути застосована до субатомних систем. Інші змогли знайти поведінку, яка нагадує наше традиційне розуміння Великого вибуху.
Але досі ніхто не зміг використати Shape Dynamics, щоб побудувати повністю реалістичний портрет еволюції Всесвіту з таким самим рівнем деталізації, з яким ми розуміємо космос через загальну теорію відносності. Однак, незважаючи на те, що теорія існує десятиліттями, над нею працює порівняно небагато дослідників у всьому світі, тож поки що не слід очікувати великих успіхів. І все ж це захоплююча ідея: ми відчуваємо плин часу, тому що це природний наслідок основних законів фізики. І це робить ідею Shape Dynamics вартою подальшого розвитку.
