Как гравитация может объяснить, почему время идет только вперед?

9 Ноября 2014 в 15:00, Илья Хель 17 280 просмотров 33

Часы

Мы не можем остановить время. Даже в пробке, когда время, кажется, замирает и останавливается. Экономия света в дневное время тоже не помогает, время неизбежно стремится вперед. Почему не назад? Почему мы помним прошлое, а не будущее? Физики считают, что ответ на этот глубокий и сложный вопрос может скрываться в хорошо знакомой нам всем гравитации.

Основные законы физики совершенно не волнует, в каком направлении движется время. К примеру, правила, которые регулируют орбиты планет, работают вне зависимости от того, движетесь вы во времени вперед или назад. Вы можете просмотреть движения в Солнечной системе в обратном порядке и они будут выглядеть совершенно нормально, не нарушая ни один из законов физики. Что же отличает будущее от прошлого?

«Проблема стрелы времени всегда волновала людей», — говорит Флавио Меркати из Периметрического института теоретической физики в Ватерлоо, Канада.

Большинство людей, которые задумываются о стреле времени, говорят, что она определяется энтропией, количеством беспорядка (хаоса) в системе, будь то миска с кашей или вселенная. Согласно второму закону термодинамики, общая энтропия замкнутой системы всегда растет. Пока энтропия растет, время движется в том же направлении.

Когда кубик льда в вашем стакане тает и разбавляет ваш виски с колой, например, энтропия растет. Когда вы разбиваете яйцо, энтропия растет. Оба примера необратимы: вы не можете заморозить кубик льда в стакане с теплой колой или собрать яйцо заново. Последовательность событий — а значит и время — движется только в одном направлении.

Если стрела времени следует за ростом энтропии, и если энтропия во Вселенной всегда возрастает, значит, в какой-то момент в прошлом энтропия должна была быть низкой. Здесь и рождается загадка: почему энтропия Вселенной в начале была низкой?

По мнению Меркати и его коллег, не было никакого особенного начального состояния вообще. Вместо этого, состояние, которое указало времени двигаться вперед, появилось естественным путем во вселенной под диктовку гравитации. Этот аргумент ученые раскрыли в недавно опубликованной работе в Physical Review Letters.

Для проверки своей идеи ученые смоделировали Вселенную в виде собрания тысячи частиц, которые взаимодействуют друг с другом только посредством гравитации и представляют собой галактики и звезды, плавающие в космосе.

Ученые обнаружили, что независимо от стартовых позиций и скоростей в какой-то момент частицы неизбежно оказываются сгруппированными вместе в шар, прежде чем снова рассыпаться. Этот момент можно назвать эквивалентным Большому Взрыву, когда вся вселенная сжимается в бесконечно малую точку.

Вместо того чтобы использовать энтропию, ученые описывают свою систему с использованием величины, которую сами называют «запутанностью» (complexity), определяемую как грубое отношение расстояния между двумя частицами, которые находятся дальше друг от друга, чем от остальных, к расстоянию между двумя ближайшими частицами. Когда все частицы слипаются воедино, запутанность находится в наименьшем значении.

Стрела времени

Ключевая идея во всем этом, как объясняет Меркати, такова: этот момент наименьшей запутанности возникает естественным путем из группы гравитационно взаимодействующих частиц — никаких особых условий не требуется. Запутанность увеличивается по мере того, как частицы расходятся, представляя одновременно и расширение Вселенной, и движение времени вперед.

Если этого недостаточно, события, которые имели место до того, как сгруппировались частицы — то есть до Большого Взрыва — двигались во втором направлении времени. Если вы проиграете события с этого момента назад, частицы постепенно разлетятся из скопления. Поскольку в этом обратном направлении запутанность возрастает, эта вторая стрела времени тоже будет указывать в прошлое. Которое, исходя из второго направления времени, будет на самом деле «будущим» другой вселенной, которая существует по ту сторону Большого Взрыва. Весьма запутанно, согласитесь.

Эта идея похожа на ту, что 10 лет назад предложили физики Шон Кэрролл и Дженнифер Чен из Калифорнийского технологического института. Они связали стрелу времени с идеями, описывающими инфляцию, резкое и быстрое расширение Вселенной, которое произошло сразу после Большого Взрыва.

«Что интересно в этой идее, это то, что она вполне логично связана с нами, — говорил Кэрролл, описывая свою работу применимо к стреле времени. — Возможно, причина того, что мы помним вчерашний день и не помним завтрашний, заключается в условиях, связанных с Большим Взрывом».

Связь направления времени с простой системой из классической физики относительно нова, говорит физик Стив Карлип из Калифорнийского университета в Дэвисе. Новое в этом — отказаться от энтропии в пользу идеи запутанности. Проблема энтропии в том, что она определяется в терминах энергии и температуры, которые измеряются посредством внешнего механизма вроде термометра. В случае со вселенной нет никакого внешнего механизма, поэтому вам нужна величина, которая не опирается ни на одну из единиц измерения. Запутанность, в отличие от этого, является безразмерным отношением и отвечает всем требованиям.

Это не означает, что от энтропии нужно отказаться совсем. Наш повседневный опыт — вроде вашего прохладного лимонада — полагается на энтропию. Но при рассмотрении вопроса времени в космических масштабах нужно оперировать термином запутанности, а не энтропии.

Одним из основных ограничений этой модели является то, что она исключительно сделана на базе классической физики, полностью игнорируя квантовую механику. Также она не включает в себя общую теорию относительности Эйнштейна. В ней нет темной энергии или чего-то еще, что нужно для создания точной модели Вселенной. Но исследователи думают о том, как включить более реалистичную физику в модель, что впоследствии могло бы дать возможность сделать проверяемые прогнозы.

«Для меня большой проблемой является то, что существует великое множество разных физических стрел времени», — говорит Карлип. Прямое направление времени чаще всего проявляет себя, совершенно не подключая гравитацию. К примеру, свет всегда излучается от лампы — и никогда по направлению к ней. Радиоактивные изотопы распадаются на более легкие атомы, никогда наоборот. Почему тогда стрела времени, появившаяся из гравитации, подталкивает другие стрелы времени в том же направлении?

«Это большой вопрос, который остается открытым. Думаю, пока ни у кого нет хорошего ответа на этот вопрос».

Как гравитация может объяснить, почему время идет только вперед?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

33 комментария

  1. arni_es

    Очередное бла бла бла. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  2. storm X

    Ахах, почему мы не помним будущее?! (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  3. RaiD

    Время не сушесвут как физ. объект
    Как вакуум, как цифра 0
    Поэтому оно относительно если все атомы в обьекте замедлить каким либо образом, большой гравитационной силой , то его время замедлится. Если представить что свет от лампы при свечении излучает фотоны.
    Фотоны распростроняясь , в среде попадает в атом и прикрепляеться к электрону или отскакивает. Но вот обратный процес , не может не нарушать законы физики.
    Электрон не как, просто так не отпустит фотон ,так как состояние атома стабильно.
    Шкаф не может взять и начать испускать фотоны без причины.
    Лично мое мнение. Спасибо. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • reaktor051

      Атома тоже нет. Если мне не веришь, ты попробуй найди доказательства атома, я лично искал, и везде натыкался на теории. После этого был в шоке чему нас учат в школе теориям,и догмам.
      На земле не существует науки которые несут полностью истинные знания. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  4. Kutcher

    В фильме Интерстеллар на дной из планет время идет медленней, такое возможно или это фантазия режиссера?

    • Аноним

      Возможно, если масса этой планеты во много раз больше какой то другой. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • Sam777

        Планеты с массой, способной изменить пространство-время, нет, т.к. такие массивные объекты относятся к классу звезд или более. В фильме пространство-время замедляла черная дыра. Хотя это тоже нереально, т. к. планеты должна была свалиться в эту черную дыру. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  5. sairon

    Почему не могут создать гравитационную машину? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Tor

      Может быть антигравитационную? Подобие гравитационной машины уже есть - центрифуга.

      • sairon

        Да, можно обе, только в более широком формате. Центрифуга -это не то, в ней нет искажение времени, она не может притягивать людей на космических кораблях, да и куча -куча всего, что может обычная гравитации. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • sairon

        Да, можно обе. Центрифуга -это не то, она не может искажать время, притягивать космонавтов на корабле, да и много чего другого, что может обычная гравитационную. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  6. Tor

    Ненавижу энтропию, особенно на своём столе. Время идёт и эта энтропия растёт, о чём и говорит, собственно, данная статья.

  7. soso

    " … до того, как сгруппировались частицы — то есть до Большого Взрыва — двигались во втором направлении времени. Если вы проиграете события с этого момента назад, частицы постепенно разлетятся из скопления. Поскольку в этом обратном направлении запутанность возрастает, эта вторая стрела времени тоже будет указывать в прошлое. Которое, исходя из второго направления времени, будет на самом деле «будущим» другой вселенной, которая существует по ту сторону Большого Взрыва. Весьма запутанно, согласитесь." ------- Не просто запутано, а самый настоящий бред. Утверждать, что стрела времени движется туда-сюда, то в будущее, то в прошлое - могут только пациенты палаты №6. ----- Наглядно это можно представить еслии смотреть на песочные часы - одна вселенная перетекает через ЧД и БД в вторую, затем процесс повторяется в обратном направлении. И так, эти вселенные перемещаются то в будущее, то в прошлое. Если качнуть маятник, то оказывается стрела времени периодически изменяет свое направление. Запутанность такая, что можно свихнуться пытаясь понять этих фриков. «Для меня большой проблемой является то, что существует великое множество разных физических стрел времени», — говорит Карлип. Дурдом однако.

  8. Sam777

    Проблема энтропии решается по-другому - энтропия говорит нам лишь о том, что любая связь в нашей Вселенной разрушается без приложения внешней силы, без вливания в любую систему энергии она замедляется и распадается. Поэтому для того, чтобы любые структуры существовали и физические законы работа у Вселенной должен быть внешний наблюдатель, передающей энергию и устанавливающий ее законы. Кто этот наблюдатель - Бог или он сам или коллективное бессознательное, каждый пусть решит сам.
    Поэтому никаких стрел у времени нет, есть только разное восприятие наблюдателями (разумными) происходящих во Вселенной изменений. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  9. eugenebox

    Попробуйте доказать что время движется именно вперёд. Что такое вообще "вперёд"? Это то, куда носки ваших ног попадают раньше пяток когда вы идёте или то, куда смотрите глазами, или то, куда думаете, что смотрите? Попробуйте обьяснить (себе) почему именно туда, а не в другую сторону. Скорее всего, кто-то принял это на веру. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  10. Аноним

    И почему я всегда думал, что понятие времени условно и служит лишь определенной стандартизации человеческой жизни... По-моему эти рассуждения о "не помним завтрашний день" это какой-то научный ананизм. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  11. VVPimenov

    Никакого "времени" как самостоятельной физической сущности НЕТ. "Время" - это всего лишь МЕРА ЛОКАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ. Причём Мера в философском смысле... А впрочем и в "математическом" тоже - как некий "базис системы измерений".
    Подробности в 6-й главе моей книги: http://moscow-polit.info/Docs/Pimenov_book_RUS_2011.doc

  12. reaktor051

    Какие бы идеи у ученых не были... Какие бы не были теории о времени... Ответ один,и он очень простой.Времени нет, есть часы.Всё что мы наблюдаем называя времене,это физическое явление название которому циклы. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  13. reaktor051

    Времени не существует, есть часы,время придуманное человеком единица.
    Это легко доказуемо. Всё что происходящее вокруг вас,это физическое явление. Допустим, положите кубик льда в теплое место, он растает не от времени,а от физического явления,или пожарьте яйцо на сковороде,яйцо зажарится не от времени от физического явления, старение человека также происходит не от времени,а от физического явления. Земля крутится вокруг своей оси,и вокруг солнца,не от времени,а от физического явления,день,и ночь наступает от физического явления,что называется циклом.
    И все что говорят про время это наглая ложь! Вокруг одни теории,и предположения.
    На земле не существует науки которые несут полностью истинные знания. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  14. reaktor051

    Как вообще можно рассуждать? И поддерживать чью-то теорию ? Когда это всего лишь теория... Грубо говоря,философия, чьи-то рассуждения. Выдвинуты,и записаны. Но теория всегда остается теорией. Глупость чьих-то рассуждение,и убеждений. Времени не существует, есть часы,время придуманное человеком единица.
    Это легко доказуемо. Всё что происходящее вокруг вас,это физическое явление. Допустим, положите кубик льда в теплое место, он растает не от времени,а от физического явления,или пожарьте яйцо на сковороде,яйцо зажарится не от времени от физического явления, старение человека также происходит не от времени,а от физического явления. Земля крутится вокруг своей оси,и вокруг солнца,не от времени,а от физического явления,день,и ночь наступает от физического явления,что называется циклом.
    И все что говорят про время это наглая ложь! Вокруг одни теории,и предположения.
    На земле не существует науки которые несут полностью истинные знания. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • lagresse

      Нет времени? Ну да, а как ты объяснишь реальное доказательство ОТО,то есть существования пространства-времени на примере спутниковой навигации? Если бы релятивистские эффекты не были приняты в расчет, то координаты, вычисленные на основе облака GPS-спутников, были бы неверными уже через две минуты, а ошибки в глобальных местоположениях продолжали бы накапливаться со скоростью примерно 10 километров в день! (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  15. storm X

    А насчет энтропии - я ее по большому счету обожаю... Например, видеть, как раз за разом выходят новые айфоны и устаревают, а у меня тем временем на столике лежит мой самый первый SonyEricsson (и еще рабочий!) и порой даже уделывает их по функционалу и держанию заряда, как старый Нокиа-кирпич (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  16. inna68

    Вопрос в принципе поставлен неверно. ЧТО конкретно идет вперед или назад?
    Я тоже считаю, что времени, как первичного элемента, не существует. Время - это ПРОЦЕСС. Ведь когда мы говорим, что время идет вперед, то подразумеваем, что такие-то события случатся в будущем, т.е. пока их нет. Случатся они в определенной точке пространсвта и будут обладать определенными силовыми характеристиками.
    Так вот это и есть материальный процесс, который занимает определенное место в пространсвте и имеет определенную протяженность - период времени.
    Но если бы не было процесса (например, возникновения Вселенной), то не появилось бы и время под него.
    Мы, люди, условно ощущаем "время" только потому, что есть один общий глобальный процесс - создание и существование нашей Вселенной (ну или как там это правильно называется..). А внутри этого процесса есть более мелкие - наши жизни, наши движения, движения и жизнь планет и т.д. И мы все существуем в рамках этого глобального процесса Вселенной, под которой и "растянулось" "большое" время.
    Но его самого, как первичного элемента (такого как пространство, материя, энергия) не существует, оно опосредовано материальным процессом.
    Поэтому, ЧТО идет и куда?
    Если процесс, то он просто разворачивается, событийно и согласно энергетическим показателям составляющих его объектов. Куда - никуда, разворачивается в пространстве, создавая своим существование протяженность - время.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.