ТАЙНА
ВРЕМЕНИ
Андрей ГАЛАКТИОНОВ
(доклад в ресторане) 

 

В начале двадцатого века Эйнштейн открыл теорию относительности. Газеты писали, что эту теорию никто не понимает, но она имеет одно важное следствие. Оказывается, чтобы медленнее стареть, нужно быстрее двигаться. Потому что в движущейся системе отсчета часы замедляют ход. 

Сегодня я расскажу Вам о новой теории. У нее тоже есть важное следствие. Оказывается, мы стареем в тот самый момент, когда делаем выбор. Поэтому чтобы не стареть, дама должна позаботится о том, чтобы за нее выбирал мужчина. Кроме того, становится понятным, почему хорошо зарабатывают только те, кто принимает решения. 

Моя теория касается знаменитой проблемы. Физики и философы спорят о ней полтора века. Это проблема времени. Дело в том, что фундаментальные законы природы не могут отличить прошлое от будущего. Они симметричны по времени. Эти законы прекрасно описывают движение планет, поведение атомов и элементарных частиц. С огромной точностью. Но где-то между привычным для нас миром и миром атомов происходит что-то непонятное. Собравшись вместе, атомы ведут себя совершенно иначе, чем по отдельности. Фундаментальные законы не могут объяснить, почему остывает Ваш чай. Он ведь состоит из атомов, движение каждого из которых обратимо. Неясно, почему тепло передается только от горячего тела к холодному, но не наоборот. Почему мы помним прошлое, но не помним будущего. Почему беспорядок возникает как-то сам собой, а на наведение порядка нужно тратить массу энергии. 


Мне повезло понять, в чем тут дело. Оказывается, все дело в структуре пространства-времени и в объективной случайности микромира. Моя теория основана на теории относительности и квантовой механике. Но нам не нужно разбираться в этих сложных науках. Основные принципы всегда очень просты. К счастью, даже в теории относительности есть кое-что абсолютное. Сейчас мы это изучим. За пару минут.

Эйнштейн открыл, что нельзя двигаться быстрее света. Поэтому с каждым событием в пространстве и времени связан световой конус. Конус называется световым, потому что он образован лучами света, летящими во всех направлениях, например, если Вы включили лампочку. Если мы вместо одной из координат пространства нарисуем время, то световой конус будет выглядеть как две воронки. 
 
Световой конус абсолютен. Он не меняется в любой системе отсчета. Световой конус делит все пространство-время на три части. Внизу лежит прошлое. Только события прошлого могут на нас повлиять. По бокам расположены абсолютно удаленные события. Мы никак не можем повлиять на них, а они не могут влиять на нас. Просто потому, что мы не успеем обменяться сигналами. Чтобы успеть сигналы должны бы были распространятся быстрее скорости света. И, наконец, вверху расположено будущее. Это область доступных альтернатив. Вот и все, что нам нужно знать из теории относительности. На плоскости конус выглядит как крест. На рисунке по горизонтальной оси мы расположили пространство, а по вертикальной - время. 
 

Эволюция светового конуса во времени

 С течением времени классическая частица, перемещаясь в пространстве, увлекает с собой свой световой конус. 
  В результате этого часть событий, доступных ранее, становятся принципиально недоступны для частицы. 
  Это и является причиной необратимых процессов в природе и технике.

Теперь предположим, что мы переместились из пункта А в пункт В. Наш путь может лежать только внутри конуса будущего. Ведь наша скорость ограничена скоростью света. Перемещаясь, мы берем с собой свой световой конус. На рисунке легко видеть, что, переместившись, мы потеряли часть доступного нам будущего. Причем для любого пути и в любой системе отсчета эти потери неизбежны. Не важно, движемся мы или покоимся. Движение относительно. Потеря части будущего абсолютна. Это и есть основная причина всех необратимых процессов, наблюдаемых в природе и технике. Помимо остывания к ним относится трение, электрическое сопротивление, старение и масса других. Все они приводят к потерям и неудобствам. Вот и все. Очень просто. Теория относительности вместилась в один крестик. Нам достаточно добавить второй. 

Неужели до этого не могли додуматься раньше? Откройте любой учебник физики или теории информации. Вы везде прочтете прямо противоположное. Необратимые процессы везде трактуют как процессы "забывания" начальных данных, потери информации, ослабления взаимосвязей. То есть как процессы "утраты прошлого". На самом деле все наоборот. 

Природа ничего не забывает! 

Старый конус прошлого лежит внутри нового конуса прошлого. Необратимость это утрата части доступных альтернатив. Если вы сейчас слушаете меня, Вы необратимо теряете возможность поиграть в футбол. Вас можно лишить будущего. Но никто не может отнять у вас ваше прошлое. 

Иными словами, если вы на своем жизненном пути встретили двух прекрасных девушек - Лену и Таню и обе дали понять, что согласны замуж, то, приняв волевое решение жениться на Лене, вы необратимо утрачиваете возможность жениться на Тане. Двоеженство запрещено законом - Семейным кодексом. Буриданов осел, проголодавшись между двумя одинаковыми стогами сена, по науке должен умереть с голоду. Но ослы не читают учебников. Любой осел реализует свою свободу выбора и пойдет есть к одному из стогов, утратив, однако, альтернативу наесться из другого стога. 

Почему же столь очевидная точка зрения не является общепринятой? На самом деле все далеко не так просто. Явления, которые предсказывает теория относительности, трудно наблюдать. Они проявляются, когда скорости частиц сопоставимы со скоростью света. Физикам приходится строить огромные ускорители, реакторы и телескопы, чтобы изучать эти эффекты. Лишь пару десятков лет назад точность измерения орбит планет увеличилась настолько, что возникла необходимость вносить поправки, которые дает теория относительности. А скорость нашей планеты - 30 километров в секунду в десять тысяч раз медленней скорости света. Релятивистская теория солнечной системы до сих пор не развита. Потому что она никому не нужна. 

Традиционный объект изучения физиков, занятых проблемой необратимости - разреженный газ. Это сравнительно простой объект, поскольку легко разделить столкновения отдельных атомов, которые обратимы, и поведение газа в целом, который необратимо стремится к равновесию. Средняя скорость атомов воздуха в нормальных условиях - 300 метров в секунду примерно равна скорости пули из пистолета Макарова. Это в миллион раз медленнее скорости света. Поэтому нет ничего удивительного в том, что никому не пришло в голову, что разгадку остывания газа следует искать в теории относительности. 

Парадоксально, но необратимость обратима. Если мы поменяем направление времени на противоположное (перевернем рисунок), то переменим прошлое и будущее. Мы будем двигаться из пункта B в пункт A, но по-прежнему будем терять часть будущего. Это и есть половина решения противоречия, которое мучило физиков полтора века. Вторая половина лежит в квантовой теории. 

Понять вторую половину немного сложнее. Квантовая теория парадоксальна, ее объекты трудно себе представить. Как вообразить объект, который одновременно является и волной и частицей? Есть только два квантовых явления сверхтекучесть и сверхпроводимость, которые сравнительно легко наблюдать. Оба они проявляются лишь при низких температурах. В жидком гелии пропадает вязкость, а в целом ряде веществ электрическое сопротивление. Сверхтекучий гелий ведет себя весьма удивительным образом. Например, если его налить в стоящую на блюдце чашку, то вопреки силе тяжести он будет "выползать" из чашки на блюдце (а затем и на стол) до тех пор, пока уровень жидкости в них не выровняется. Представляете, сколько было бы неудобств, если бы водка была сверхтекучей. Она бы самостоятельно выползала из рюмки. Это еще пол беды. Она выползала бы из живота. 

Так вот в квантовой теории отсутствует понятие траектории. Элементарная частица, например электрон, одновременно везде и негде. Если электрон находится в определенном месте, точке А, то согласно знаменитому соотношению неопределенностей, его скорость может быть любой. И ему доступен весь световой конус. Когда же происходит утрата будущего? В учебниках пишут - в процессе измерения, когда квантовый объект взаимодействует с классическим прибором. В этом таинственном процессе реализуется одна и альтернатив, вероятность которой и позволяет вычислить квантовая теория. Электрон, взаимодействуя со своим окружением, которое мы можем назвать прибором, сам выбирает одну из доступных ему альтернатив. 

Другими словами, микромир устроен очень похоже на привычный для нас мир. Элементарные частицы свободны в своем выборе, который они реализуют в рамках фундаментальных законов природы. Точно также мы идем туда, куда сами пожелаем, подчинясь при этом закону всемирного тяготения. 

Выбор, это самое тяжелое, что человек делает каждодневно, взаимодействуя с окружающими его людьми и предметами. Наш выбор и порождает необратимую утрату части доступных нам альтернатив. Образно говоря, необходимость выбирать и приводит к старению. 

Мои рассуждения были бы досужим философствованием, если бы они не вели к экспериментально проверяемым фактам. К счастью, они есть. Самым простым следствием является существование минимальной скорость передачи тепла. 

Скорость переноса энергии - поток тепла через квадратный метр слоя материала пропорционален разности температур и обратно пропорционален толщине слоя. 
  Количество энергии
 --------------------         = Поток тепла =
  Промежуток времени

                                                                  Перепад температур 
= Коэффициент теплопроводности Х --------------------
                                                                    Толщина слоя

Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом теплопроводности. Чем он больше, тем быстрее происходит остывание или нагрев. У металла большой коэффициент теплопроводности, а у пенопласта маленький. Так вот существует его минимальное значение. Из чего бы мы ни делали материал, меньше оно быть не может. Это новый фундаментальный результат. 

Минимальная теплопроводность пропорциональна квадрату абсолютной температуры. Она обращается в ноль при абсолютном нуле. Абсолютный ноль это примерно минус 273 градуса Цельсия. При комнатной температуре минимальная теплопроводность примерно в две тысячи раз меньше, чем теплопроводность обычных теплоизоляторов вроде стекловаты и пенопласта. Эти значения вполне доступны современной экспериментальной технике. 

Наличие минимальной теплопроводности означает, что принципиально невозможно отделить часть от целого. Это большая неприятность для многих физических теорий. Это естественно. Чтобы изучать какое-либо физическое явление эксперименты стараются ставить так, чтобы все остальные явления слабо влияли на результат. Для этого изучаемый объект надо изолировать от всего остального. Раньше считалось, что это практически сложно, теперь ясно, что это принципиально неосуществимо. 

В формулу для минимальной теплопроводности входит две фундаментальных константы. Они были введены в науку в начале 20 века. Это скорость света и квантовая постоянная, известная как постоянная Планка. Это и является указанием на то, что необратимость является релятивистским квантовым эффектом. Кстати, Планк ввел в физику свою константу, чтобы объяснить законы теплового излучения. Он предположил, что энергия может выделяться только порциями - квантами. Тридцать лет спустя, на основе этой идеи была построена квантовая теория. Сейчас мы увидим, что история повторяется. 

Довольно просто сообразить, как можно меня проверить. Казалось бы, минимальной теплопроводностью должен был бы обладать вакуум. Когда ничего нет, то и тепло проводить нечему. Однако в вакууме тепло передается тепловым излучением. Тем самым, изучая которое Планк сделал свое открытие. Оно переносит энергию от горячей поверхности к холодной точно так же, как солнце греет землю (видимый свет это тепловое излучение солнца) или электрокамин с рефлектором греет ваши ноги. Если вы загляните в обычный термос, то увидите, что он блестит как зеркало. Стенки стеклянной колбы изнутри покрыты слоем металла. Это делают для того, чтобы сократить теплообмен излучением. Зеркало почти все отражает, а значит и слабо излучает. Теплообмен в зазоре между двумя металлами позволяет проверить наличие минимальной теплопроводности. Ее существование означает, что поток тепла должен возрастать при уменьшении зазора обратно пропорционально его ширине. 

Так и происходит в эксперименте. Однако три группы экспериментаторов в США, Голландии и России получили разные данные относительно расстояния, начиная с которого происходит рост теплового потока. Так что вопрос пока остается открытым. Построить установку для проверки теории сегодня могут даже два грамотных инженера в гараже. Но и на это сегодня не находится денег.