Пять лучших теорий на тему четвертого измерения

«Время — это то, что мешает тому, чтобы все происходило одновременно». Заявление физика Джона Уилера справедливо резюмирует то, что делает время, в отличие от чего-либо другого.  Особенно это выделяется на фоне того, что наша охота на самые базовые ингредиенты реальности не принесла нам ничего, что можно было бы связать со временем. Эйнштейну удалось больше других: он объединил время с пространством. Но еще до него было понятно, что законы физики работают одинаково, вне зависимости от того, движетесь вы вперед во времени или назад. И это просто никак не соответствует нашему опыту. Что же такое время? Вот пять наших лучших теорий на текущий момент.

Время… просто есть

Вслед за общей теорией относительности стремительно прибыла квантовая механика и утвердила привычное нам понятие времени. Гудение квантового мира соответствует авторитарному тиканью часиков, которые находятся за пределами любой описываемой системы частиц. Тем не менее квантово-механическое изображение времени не является убедительным. Взять уравнение Уилера — Де Витта, описывающее квантовое состояние всей Вселенной. Если эта система будет всем, что мы знаем, где тогда будут находиться тикающие квантовые часики?

Время… просто иллюзия

Физик Джулиан Барбур считает, что нам, возможно, потребуется убить время совершенно. По его мнению, пространство и время, объединенное общей теорией относительности Эйнштейна, нужно разъединить. Единственный способ определить пространство, по его мнению, это рассмотреть его как геометрическое соотношение между наблюдаемыми частицами, не обращая внимание на время. Каждую конфигурацию он называет «снимком», существующим в «пространстве возможностей». В концепции Барбура существуют только эти снимки. Время не реально, а лишь следствие нашего восприятия — иллюзия, которая появляется из-за того, что Вселенная постоянно меняется от одного снимка к другому.

Время… это стрела энтропии

Только вот схема Барбура не затрагивает более тонкий вопрос. Все наши физические законы симметричны во времени, что значит, математически говоря, все может протекать одинаково вперед и назад во времени. За одним исключением. Второй закон термодинамики гласит, что энтропия, или количество беспорядка, всегда возрастает с течением времени в отдельных собраниях частиц и энергии. Второй закон объясняет, почему горшок воды не может самостоятельно разогреться, например. Уникальная асимметрия этого закона заставила многих физиков задуматься, что исключительно одностороннее течение времени связано с энтропией. Есть также квантовая версия этой «энтропийной стрелы времени», разработанная физиком Санду Попеску из Бристольского университета в Великобритании. Попеску и его коллеги показали, что мы можем рассматривать растущую энтропию как результат роста квантовой запутанности.

Время… абсолютно реально, в конце концов

Возможно, стрела энтропии времени — это не вся история, считает Ли Смолин из Института Периметра в Ватерлоо, Канада. Он отмечает, что если энтропия постоянно растет, то Вселенная в момент Большого Взрыва должна была находиться в состоянии низкой энтропии (высокой упорядоченности). Но нет никакого объяснения, почему все должно быть именно так. Это возвращает нас к вопросу о том, почему наши физические законы симметричны во времени. Возможно, у нас просто неправильные законы, говорит Смолин. Вместе с коллегами он пытается найти альтернативные фундаментальные законы, в которых встроена направленность времени. Единственная проблема в том, что его странный подход приводит к тому, что законы меняются с течением времени.

Время… заслуживает равенства

Джон Ваккаро из Университета Гриффита в Австралии экспериментирует с тем, чтобы поставить время и пространство на равных. Квантовая механика позволяет частице существовать в одном месте, но не в другом. Возможно, говорит Ваккаро, она позволяет частице существовать в одном времени, но не в другом, не нуждаясь во взаимодействиях, которые создают или уничтожают ее.

Попытка поправить уравнения с учетом этого ни к чему не привела, поскольку нарушает краеугольный камень физики — закон сохранения массы. Но Ваккаро показывает, что из-под обломков этих уравнений можно восстановить квантовую механику в исправленном виде. Просто нужны экспериментальные доказательства, поддерживающие эту идею. В 2012 году эксперимент BaBar в Национальном ускорительном центре SLAC в Калифорнии показал, что распад частиц B-мезонов протекает по-разному в разное время. Возможно, в идеях Ваккаро есть нечто большее.