Что было, когда ничего не было, или Парадокс времени

Конечно, наиболее продвинутые граждане уже догадались, от какой печки я сейчас пойду плясать. От сингулярной, конечно. С тех пор, как наука точно выяснила, что Вселенная имеет начало, все серьезные граждане теперь пляшут от этой печки. Мир просто перевернулся в наших глазах, когда ученые поняли, что он начален (антоним слову «конечен»).

А ведь сначала начала не было… Так во всяком случае полагала наука пару‑тройку веков назад. Да что там пару‑тройку! Так казалось физикам еще в начале XX века! В их понимании Вселенная бесконечно тянулась в пространстве и во времени. Она существовала всегда и везде. Это наполняло душу спокойной уверенностью, на фоне которой уже не особо замечались некоторые логические нестыковки. Например… Что значит – Вселенная будет существовать вечно? Это значит, что срок ее жизни никогда не пройдет. Другими словами, до своей смерти Вселенная не дотянет. Ясно и просто. Но при этом зависал вопрос о прошлом – как так могло случиться, что Вселенная существовала всегда? Это ведь означает, что в прошлом у нас тоже вечность! А вечность пройти не может по определению! Как же она умудрилась пройти и дотечь до наших дней? Почему мы вообще существуем, если до нашего существования – принципиально непроходимая бесконечность?

Ясно, что Вселенная даже теоретически может быть вечной только односторонне – не как математическая прямая, тянущаяся в обе стороны без конца, а как математический луч, уходящий из точки в бесконечность. Тогда, глядя в прошлое, мы всегда можем сказать: от начала мира прошло столько‑то биллионов лет, а глядя в будущее, увидим впереди вечность. Правда, уже несколько девальвированную отсутствием таковой в прошлом. А ну как и в будущем ее нет?

Хорошо было древним! Они не задумывались над подобными вопросами. Их Вселенная была отражением локального мира, земного. В котором лето сменялось осенью, день – ночью, и даже редкие затмения подчинялись четкой ритмике, которую наиболее хитрые и обладающие свободным временем особи (жрецы) умели рассчитывать и предсказывать. Таков Мир! Он цикличен! Все возвращается на круги своя, ничто не ново под Луной. И все, что мы видим вокруг и переживаем внутри себя, когда‑нибудь повторится в точности. Архимед снова будет сидеть и в задумчивости чертать на песке палочкой никому не понятные загогульки…

Древний мир язычников был цикличным. Эту цикличность убило христианство.

Христианство разорвало круг времени и остановило бессмысленное коловращение событий. Время стало направленным отрезком. Мир теперь имел начало (сотворение) и конец (Страшный суд). По обеим сторонам простиралась непостижимая бессобытийная вечность. Только «слева» от временного отрезка летал бесплотный дух Элохим, а «справа» толпы довольных праведников и безрадостных грешников пребывали кто в райской нирване, кто в огненной геенне, где испытывали кайф и душевные муки соответственно.

Когда развитие наук впервые поставило под вопрос существование христианского Бога, ученые‑позитивисты предположили, что Вселенная существовала всегда и будет существовать всегда. Это было первой научной моделью мироздания.

У этой модели были свои недостатки. Как логические, описанные выше, так и физические. Во‑первых, если Вселенная бесконечна во все стороны, то в ней бесконечное количество звезд, и в любой точке ночного неба должна быть звезда. То есть ночное небо должно светиться ВСЁ! Вместо черного неба с густотой звезд должно быть сплошное сияние! Этого не наблюдается. Может быть, число звезд хоть и огромно, но все же конечно?

Во‑вторых, Эйнштейн обратил внимание, что звезды в вечной и равномерной Вселенной под действием гравитации и благодаря случайной неравномерности должны были давным‑давно собраться в одну кучу и свалиться друг на друга. Звезды ведь не расположены в строго математическом объемно‑шахматном порядке, значит, всегда есть некоторые, пусть небольшие, звездные сгущения, которые неминуемо послужат концентраторами гравитации и вызовут сначала слабое, а потом все более нарастающее движение других звезд в сторону этих скоплений. А там уж и до беды недалеко!.. То есть стационарная Вселенная попросту неустойчива! А поскольку она вечна, то вечность назад уже должна была съежиться.

Почему же не произошло всеобщей катастрофы? Может быть, наряду с силами мирового тяготения действуют силы отталкивания? Чтобы придать Вселенной равновесие, Эйнштейн ввел в свои уравнения новый член – некую космологическую постоянную, обозначив ее греческим значком «лямбда». Эта самая лямбда и обеспечивала «расталкивание» звезд. Эйнштейн свою лямбду не любил. Потому что как физик прекрасно понимал, что высосал ее из пальца – только для того, чтобы уравнять члены в формуле. Ну, и заодно спасти свою модель Вселенной от «кучи‑малы».

И многие физики тоже не любили эйнштейновскую лямбду. По той же причине: если силы всемирного тяготения наблюдались ими постоянно невооруженным глазом (шел, поскользнулся, упал, очнулся – гипс), то никаких сил всемирного отталкивания и в помине не было! Гениальный Ландау запрещал своим студентам даже упоминать об этой тухлой лямбде.

В общем, физикам нужно было какое‑то иное объяснение существования Вселенной. И они это объяснение нашли. В 1923 году питерский профессор Александр Фридман нашел нестационарное решение уравнений Эйнштейна. Он показал, что если Вселенная расширяется, то это расширение с успехом может заменить придуманную Эйнштейном «лямбду расталкивания». Звездные скопления потому не сваливаются друг на друга под действием гравитации, понял Фридман, что галактики просто активно разлетаются друг от друга, словно вылетели все из одного центра после некоего мощного первотолчка. Позже это было подтверждено экспериментально. В 30‑х годах американский астроном Хаббл проанализировал данные астрономических наблюдений и пришел к выводу, что Фридман абсолютно прав.

Было открыто так называемое «красное смещение» (говорящее, что галактики действительно удаляются от Земли, причем чем они дальше, тем быстрее) и обнаружена фоновая температура Вселенной, равная 3 градусам по Кельвину (минус 270 градусов по Цельсию). В какую сторону ни направь радиотелескоп, отовсюду к нам доходит равномерное фоновое излучение частотой Зּ10^11 Гц, не имеющее никакого конкретного источника. Это тепловой шум Вселенной, остатки великих температур, бушевавших в момент ее рождения.

Так возникла теория, которой сейчас придерживаются все физики и космологи – теория Большого взрыва. Сегодня наука представляет себе рождение мироздания следующим образом…

Мир появился из сингулярности. Сингулярность, как известно ныне каждому юноше, обдумывающему житье, – это точка бесконечно малого радиуса с бесконечно большой плотностью и бесконечно большой температурой. Ее мгновенный разлет, называемый Большим взрывом, и сотворил материю, время и пространство. Случилось это, по последним данным, 13,7 миллиардов лет тому назад.

А что было до сингулярности? И откуда она вообще взялась? И где она взялась, если не было пространства?..

Хорошие вопросы. Их всегда задают физикам. И физики начинают честно отвечать, употребляя такие выражения, как «первичный вакуум», «хиггсово поле», после чего ясности у спросившего не прибавляется, а желание спрашивать пропадает само собой.

Поэтому я нахожусь в затруднении. Но раз уж взялся за гуж, не говори, что пупок надорвал. Начнем, пожалуй. Тем более что на первый, самый естественный вопрос я в своей жизни отвечал неоднократно. Как вы понимаете, случалось это чаще всего в столовой нашей редакции где‑то между вторым и компотом.

– А что же было ДО сингулярности? – на голубом глазу спрашивали меня редакционные девушки, любившие прислушиваться к нашим с Валерием застольным беседам.

Вопрос некорректно поставлен. Здесь некорректность того же рода, как в знаменитом вопросе «вы уже перестали пить коньяк по утрам?» Кратко ответить невозможно, потому что в вопросе уже содержится утверждение о том, что вы пьете коньяк по утрам. И вопрос касается только одного – перестали или продолжаете. А если я не пью? Или не коньяк? Или не по утрам? Или весьма эпизодически?

Так и в вопросе о том, что было до сингулярности. В нем ведь стоит словечко «до». А оно предполагает шкалу времени, на которой относительно любой произвольной точки можно выбрать состояние «до» (слева) и состояние «после» (справа). А если эта шкала – не прямая линия, а луч? Левее начальной точки у луча нет ничего. Соответственно, вопрос о том, что было «до» сингулярности, лишен смысла. Потому что времени не было.

А почему физики говорят, что времени не было? А потому, что не было событий.

Услышьте, что я сказал! Это очень важное замечание – про события. Доверчивый мой друг Валера Чумаков, который верит не только в существование Бога, но и в разные другие глупости, всерьез утверждает, что в далеком светлом будущем люди изобретут машину времени и начнут вовсю путешествовать туда‑сюда. Как эта вера в машину времени сочетается у него с верой в христианского Бога, я не совсем представляю. Впрочем, может быть чудесное воскрешение Христа – дело рук пришельцев из будущего? Не будем фантазировать. Мы‑то знаем, что времени нет.

Времени нет. Есть движение материи в пространстве, которое воспринимается нами как время.

Я пытался объяснить это Валере. Но порой простые вещи воспринимаются людьми очень тяжело…

– Валера! Для того, чтобы попасть в прошлое, нужно «всего лишь», чтобы все атомы, все излучения, все элементарные частицы во Вселенной были расположены так, как они были расположены в тот момент времени, в который ты хочешь попасть – в тех же пространственных координатах и с теми же импульсами. Ну, кроме тех молекул и атомов, разумеется, которые составляют тебя, ведь ты же хочешь погулять по прошлому, а не превратиться в младенца или исчезнуть… Как ты понимаешь, Валера, это невозможно. По многим причинам. Нет такой энергии во Вселенной, чтобы переставить все ее частицы в нужное положение и запустить. Нет такого механизма, чтобы заставить их это сделать. Нет полной информации, где и как располагались все частицы Вселенной, допустим, 25 октября 1917 года. (А уж если учесть принцип Гейзенберга, который иначе называют принципом неопределенности, задача представляется совсем туманной… Принцип Гейзенберга гласит, что мы принципиально никогда не можем знать одновременно и импульс (скорость) и координату частицы. Но о Гейзенберге ниже.)

Время – такая же искусственная придумка физиков, как энергия. Ведь энергии тоже не существует! Энергии не существует «в чистом виде». Есть движение, воспринимаемое как мера кинетической энергии. Есть высота подъема тела, воспринимаемая как потенциальная энергия. Есть электромагнитное излучение, которое физики иногда действительно обзывают энергией. Но это лишь фигура речи. Такая же как «чайник закипел». Чайник ведь не кипит, кипит вода в чайнике. Просто после того, как Эйнштейн написал свою великую формулу Е=mc2, стали говорить, будто наука установила связь между энергией и массой. На самом деле с помощью эйнштейновской формулы стало возможно выразить любую энергию в единицах массы (килограммах), а любую массу в единицах энергии (джоулях). Не более. А в физическом смысле формула установила связь между веществом и излучением. Излучение – это не энергия. Излучение – это материя. Материя имеет три ипостаси – вещество, поле, вакуум. А фикцию энергии физики придумали для обсчета процессов. И так к ней привыкли, что стали уже воспринимать как нечто самостоятельно существующее.

Вот и время есть лишь некая придуманная величина, удобная для расчетов. В мире нет энергии. В мире нет времени, есть только движущаяся материя. Собственно, время всегда и измеряется по равномерному движению – ходом стрелки в часах, пересыпанием песка в стеклянной колбе, оборотами Земли вокруг Солнца.

А вот почему время направленно? Действительно, в пространстве можно двигаться как направо, так и налево, как вперед, так и назад, а во времени – только вперед. Почему существует стрела времени? По той же самой причине: времени нет. Время проявляется через законы движения материи. А они таковы, что некоторые процессы идут направленно. Это, собственно, и воспринимается нами, как стрела времени.

Например, тепло от горячего тела передается менее нагретому. Почему? А чисто статистически. Ведь тепло – мера скорости частичек тела. Горячие, то есть быстрые частицы, стукаясь с холодными, передают им часть своего импульса, скорости уравниваются. Конечно, теоретически возможен вариант, когда медленная частичка так удачно стукнет быструю, что скорость быстрой еще больше увеличится, а медленная совсем остановится. Но это крайне маловероятное пространственное сочетание скоростей и направлений движения (медленный атом «догнал» сзади быстрый и подтолкнул под определенным углом). Чаще всего происходят обычные хаотичные соударения, выравнивающие скорости. Так что знаменитое Второе начало термодинамики, запрещающее передачу тепла от холодных тел горячим, носит чисто статистический характер. И тепловая смерть Вселенной, предсказанная Клаузиусом – дитя статистической физики… Это – термодинамическая составляющая стрелы времени. Есть и иные составляющие.

При столкновении двух протонов получается ядро «тяжелого водорода», позитрон и нейтрино:

Это одна из тех реакций, которые идут в недрах звезд небольшой массы. Теоретически все реакции в природе обратимы. Но! После столкновения нейтрино улетело прочь из звезды со скоростью света – и поминай, как звали. Теоретически можно представить себе встречу тяжелого водорода, позитрона и шального нейтрино. Однако вероятность этой встречи, во‑первых, чрезвычайна мала. А во‑вторых, нейтрино практически не взаимодействует с веществом. Эта шальная частичка может легко прошить свинцовую плиту толщиной от Земли до Солнца. Так что и по этой причине вероятность обратной реакции ничтожна. Потому звезды и светят, что идут в них направленные (необратимые) реакции.

Потому и существует то, что мы воспринимаем, как направление времени, как необратимость. Которая на самом деле – лишь направленные реакции.