Poate timpul să se întoarcă?

Întrebări ca acestea ne duc cu mult dincolo de fizică și abordează probleme despre care nu știm mai mult decât știu peștii din Liffey despre orașul Dublin.

„... timp, timp întunecat, misterios
timpul, curgând mereu ca un râu…”
Thomas Wolf. „Țesătură și roată care se învârte”

Timpul a fost descris în multe metafore, dar niciuna nu este mai veche și mai intruzivă decât imaginea timpului ca râu. „Nu poți păși în același râu de două ori”, a spus filozoful grec Heraclit, „pentru că ape noi curg mereu în jurul tău”. „Nu poți să intri nici măcar o dată”, a adăugat studentul său Cratyl, „pentru că în timp ce intri în el, atât tu, cât și râul aveți deja timp să vă schimbați într-un fel”. Această idee, doar cu alte cuvinte, a fost exprimată de Ogden Nash în poemul său Time Goes On:

Atâta timp cât această doamnă poartă ciorapi
O alta va deveni doamna in acest scurt timp.

În Finnegans Wake de James Joyce, marele simbol al vremurilor este râul Liffey, care curge prin Dublin. „Apele ei rătăcitoare” care ajung în ocean în ultimele rânduri ale romanului apoi se întorc în „pat” pentru a începe din nou ciclul nesfârșit al schimbării. Cu toate acestea, râul este un simbol nu numai luminos, ci și confuz. La urma urmei, nu timpul curge, ci lumea. Ce unități ar trebui folosite pentru a măsura viteza curgerii timpului? întreabă filosoful australian J. Smart. „În câteva secunde pentru…?” A spune „timpul se mișcă” este același lucru cu a spune „lungimea se întinde”. În poezie, această idee s-a reflectat și în Austin Dobson, în poemul său „Paradoxul timpului”:

Vrei să spui că timpul se scurge?
Ah, din păcate nu.
Timpul s-a oprit, iată-ne
de-a lungul anilor.

Dar să revenim la comparația idioată. Dacă un pește poate înota într-un râu împotriva curentului, suntem neputincioși să pătrundem în trecut. Lumea în schimbare pare să fie mai mult ca un covor verde magic, care se derulează chiar sub picioarele tale și se rostogolește chiar în spatele tău. (Această imagine este preluată și din literatură, din lucrările scriitorului american de science fiction Frank Baum, în care Regina din Oz traversează Deșertul Morții, deplasându-se mereu în aceeași direcție de-a lungul cărării înguste de covor „acum”). Dar de ce covorul magic nu se întoarce niciodată înapoi? Care este baza fizică pentru această ciudată irezistibilă asimetrie a timpului? Cu privire la acest punct, există la fel de puțin acord între fizicieni ca și între filozofi. Și acum, ca urmare a experimentelor recente, confuzia este și mai mare decât înainte.

Până în 1964, toate legile fundamentale ale fizicii, inclusiv relativitatea și mecanica cuantică, erau „reversibile în timp”. Cu alte cuvinte, se poate înlocui t pe -tîn orice lege fundamentală și a rămas la fel de aplicabilă lumii ca înainte: indiferent de semnul de dinainte t, legea descria ceva ce se putea întâmpla în natură.

Dar fizicienii încă au căutat să găsească diferența dintre vârful și penajul „săgeții timpului”. Ei și-au îndreptat privirea către astfel de evenimente și sunt multe dintre ele, care, deși teoretic sunt posibile, de fapt nu au loc niciodată sau aproape niciodată. Razele unei stele, de exemplu, se răspândesc în toate direcțiile. Opusul nu se observă niciodată - ele nu provin din direcții diferite și nu converg într-o stea, nu există reacții nucleare de retur care ar face din stea un absorbitor de radiații, și nu sursa ei. Totuși, în legile fundamentale nu există nimic care să facă imposibilă în principiu o astfel de situație! Alte exemple sunt producerea de particule din degradarea radioactivă a nucleelor ​​și formarea undelor atunci când o piatră cade într-un iaz calm. Acestea sunt și evenimente unidirecționale, nu se întâmplă niciodată „divers”. Este absolut incredibil că condițiile de la „marginea” lumii ar putea fi de așa natură încât să ofere tipul necesar de energie concentrată, mai degrabă decât disipată. Într-adevăr, reversibilitatea dezintegrarii beta, de exemplu, ar însemna că un electron, un proton și un antineutrin sunt declanșați de la „periferia” lumii cu un scop atât de precis încât toate cele trei particule se ciocnesc în același punct și se formează. un neutron!

Expansiunea continuă a întregului cosmos este un alt exemplu de astfel de evenimente. Din nou, nu există niciun motiv pentru care acest proces nu ar putea, în principiu, să meargă în direcția opusă. Dacă distanța galaxiilor una de cealaltă ar fi înlocuită de convergența lor, deplasarea către roșu s-ar transforma într-o deplasare spre albastru, iar imaginea de ansamblu nu ar încălca nicio lege fizică cunoscută.

Și deși, după cum arată experiența noastră, aceste procese de expansiune și împrăștiere sunt întotdeauna unidirecționale, dar nu ne ajută să facem distincția între cele două capete ale săgeții timpului.

Mulți filozofi și chiar unii fizicieni credeau că explicația săgeții timpului poate fi găsită doar în conștiința umană, în activitatea unidirecțională a minții noastre. Cu toate acestea, argumentele lor nu erau convingătoare. De exemplu, Pământul a suferit o evoluție lungă înainte de a apărea orice viață pe el și toate argumentele sunt că evenimentele de pe Pământ au fost cândva la fel de unidirecționale ca și acum. În cele din urmă, majoritatea fizicienilor au ajuns la concluzia că toate evenimentele naturii sunt, în principiu, reversibile în timp. Toate, cu excepția celor care sunt asociate cu comportamentul statistic al unui număr mare de obiecte care interacționează.

Această idee are nevoie de o explicație.

Lasă lovitura de tac să distrugă triunghiul de 18 bile de pe masa de biliard. Bilele se vor împrăștia în toate direcțiile și, să zicem, 8 dintre ele vor cădea în găuri. Să presupunem că imediat după aceasta, mișcarea tuturor obiectelor care participă la eveniment ar începe să fie efectuată în direcția opusă cu aceleași viteze. Moleculele din găurile în care se lovesc bilele își concentrează energia termică primită atunci când mingea cădea astfel încât, ca urmare, bilele să fie împinse înapoi pe masa de biliard. Pe parcurs, moleculele care transportă căldura de frecare trebuie să își întoarcă energia mingii și să o împingă înapoi pe calea anterioară. Celelalte bile trebuie să se miște în același mod. Opt bile împinse din găuri și bile care se rostogolesc pe suprafața mesei se vor mișca în jurul mesei până când în cele din urmă formează un triunghi. În acest caz, nu se vor auzi sunete de impact, deoarece energia sonoră a moleculelor implicate în apariția vibrațiilor aerului în timpul distrugerii inițiale a triunghiului trebuie să revină la bile și, împreună cu energia mișcării acestora, să se asigure că bilele converg într-un triunghi și, de asemenea, resping tacul în poziția de pornire. Filmul oricărei molecule individuale care participă la acest eveniment nu ar fi absolut nimic neobișnuit. Aparent, nici o singură lege fundamentală a mecanicii nu ar fi încălcată. Dar dacă luăm în considerare miliardele de molecule „rătăcitoare” implicate în imaginea de ansamblu, atunci probabilitatea ca toate să se miște pe calea necesară pentru a recrea triunghiul original este prea mică.

Sau iată un alt caz - de data aceasta la scară cosmică.

Deoarece gravitația este o forță unidirecțională – întotdeauna atractivă și niciodată respingătoare – s-ar putea presupune că mișcarea corpurilor sub influența gravitației nu este capabilă să devină reversibilă în timp. Dar nu este. Înlocuiți doar direcțiile de mișcare ale planetelor cu cele inverse, iar acestea ar începe să se rotească în jurul Soarelui pe aceleași orbite.

Dar cum rămâne cu ciocnirea obiectelor care sunt atrase unele de altele - de exemplu, odată cu căderea meteoriților? Fără îndoială, acest eveniment nu este reversibil în timp. Dar acest lucru este adevărat! Când un meteorit mare lovește Pământul, are loc o explozie. Miliarde de molecule sunt împrăștiate în toate direcțiile. Inversați direcțiile de mișcare ale tuturor acestor molecule, iar ciocnirea lor la un moment dat va oferi exact suficientă energie pentru a lansa meteoritul înapoi pe orbită. Și, în același timp, nu s-ar încălca o singură lege fundamentală – cu excepția legilor statistice!

Aici, în legile probabilității, cei mai mulți fizicieni ai secolului al XIX-lea au căutat rațiunea săgeții timpului. Probabilitatea explică procese ireversibile precum dizolvarea cafelei, topirea înghețatei, explozia unei bombe și toate celelalte evenimente familiare unidirecționale care implică un număr mare de molecule. Ele sunt explicate prin a doua lege a termodinamicii, conform căreia căldura este întotdeauna transferată de la un corp mai fierbinte la un corp mai rece, crescând entropia - o măsură a dezordinei sistemului. Această lege explică de ce amestecarea face un pachet de cărți dezordonat.

„Fără vreo chemare mistică la conștiință”, a declarat Arthur Eddington (în prelegerea în care a introdus pentru prima dată imaginea „săgeții timpului”), „este posibil să găsim direcția timpului... Direcționează în mod arbitrar săgeata. Dacă, urmând săgeata, găsim din ce în ce mai multă dezordine în starea lumii, atunci săgeata indică viitorul; dacă, dimpotrivă, tulburarea scade, atunci săgeata indică trecutul. Aceasta este singura diferență dintre trecut și viitor cunoscută de fizică.”

Dar până acum a devenit clar că există o justificare mai fundamentală pentru săgeata timpului decât cu ajutorul legilor statistice. În 1964, un grup de fizicieni de la Universitatea Princeton a descoperit ireversibilitatea aparent în timp a anumitor interacțiuni cu particule slabe. „Aparent” – deoarece datele sunt indirecte și controversate. Din ele rezultă doar că, dacă anumite premise sunt adevărate, atunci se încalcă simetria timpului.

Cea mai importantă premisă este cunoscută sub numele de teorema CPT. C - corespunde sarcinii electrice (plus sau minus), P - paritate (imagine în oglindă stânga sau dreapta) și T - timp (înainte sau înapoi). În urmă cu un deceniu, fizicienii credeau că fiecare dintre aceste trei simetrii de bază era adevărată în întreaga natură. Dacă inversați sarcinile particulelor de piatră, astfel încât sarcinile pozitive devin negative, iar sarcinile negative devin pozitive, piatra va rămâne totuși o piatră. Mai exact, piatra se va transforma în piatră din antimaterie, dar nu există niciun motiv pentru care antimateria nu poate exista. O aitistone de pe Pământ ar exploda instantaneu (materia și antimateria se anihilează reciproc la contact), dar fizicienii își pot imagina o galaxie de antimaterie exact ca propria noastră galaxie - cu excepția semnului C.

Se credea că aceeași simetrie universală este valabilă în raport cu P (paritatea). Dacă schimbați o piatră sau o galaxie la paritatea opusă - sau, ceea ce este același, reflectați în oglindă întreaga lor structură până la ultima undă și particulă - rezultatul va fi exact aceeași piatră sau galaxie. Dar în 1957 C. Yang și T. Lee au câștigat Premiul Nobel pentru Fizică pentru munca teoretică care a dus la descoperirea neconservarii parității. Există evenimente în lumea particulelor elementare, inclusiv unele interacțiuni slabe, care nu pot avea loc atunci când sunt reflectate într-o oglindă!

Descoperirea a fost neașteptată și îngrijorătoare, dar fizicienii și-au făcut rapid rostul. Au fost efectuate experimente, din care a rezultat că dacă aceste evenimente asimetrice și încălcătoare. reflectat într-o oglindă CP imaginară, apoi simetria este restabilită. Cu alte cuvinte, dacă, pe lângă reflexia speculară obișnuită, există și o schimbare în sarcină, atunci obiectul rezultat poate avea loc în natură. Poate că există galaxii făcute din antimaterie, care este și materie reflectată în oglindă. În astfel de galaxii, recunosc fizicienii, oamenii de știință ar putea replica fiecare experiment cu particule care poate fi făcut aici. Dacă ar fi să comunicăm cu oamenii de știință dintr-o astfel de galaxie inversată de CP, nu ar exista nicio modalitate de a detecta dacă trăiesc într-o lume ca a noastră sau într-o lume reflectată de CP. (Desigur, dacă am merge acolo și nava noastră ar exploda la sosire, am ști că am intrat într-o regiune de antimaterie.)

Înainte ca fizicienii să aibă timp să se obișnuiască cu această nouă simetrie, experimentatorii de la Princeton au descoperit câteva interacțiuni slabe în care simetria CP, aparent, a fost încălcată. Cu alte cuvinte, au găsit mai multe evenimente care au necesitat încălcarea semnului T pentru a le explica, pe lângă inversarea C și P.

La începutul anului 1966, Paolo Franchini și soția sa, în timp ce lucrau la sincrotron la Brookhaven National Laboratory, au găsit o altă dovadă pentru încălcarea CP, de data aceasta în evenimente care implică interacțiuni electromagnetice. (Cu toate acestea, munca lor a fost contestată de un grup de fizicieni de la CERN din Geneva).

Deși dovezile sunt încă indirecte și parțial discutabile, mulți fizicieni sunt acum convinși că există evenimente în lumea particulelor elementare care merg în timp într-o singură direcție. Dacă acest lucru este adevărat în tot universul, atunci prin stabilirea unei conexiuni cu oamenii de știință dintr-o galaxie îndepărtată, putem afla acum dacă ei trăiesc într-o lume a materiei sau a antimateriei. Tot ce trebuie să faci este să le spui să execute unul dintre experimentele de încălcare a CP. Dacă descrierea lor se potrivește exact cu propria noastră descriere a aceluiași experiment, atunci nu vom exploda când vom zbura către ei. Se poate întâmpla ca în Univers să nu existe galaxii de antimaterie. Dar fizicienilor le place să echilibreze totul în lume, iar dacă în univers există atâta antimaterie câtă materie, atunci pot exista regiuni ale spațiului în care toate cele trei simetrii își schimbă semnul. Evenimentele din lumea noastră, fără ambiguitate în ceea ce privește CPT, vor merge toate în sens invers într-o galaxie inversată cu CPT. Materia unei astfel de galaxii ar trebui să fie o imagine în oglindă, opusă în sarcină și care se mișcă înapoi în timp.

Dar ce înseamnă să spui că evenimentele din galaxie merg înapoi în timp? Nimeni nu știe cu adevărat despre asta. Noile experimente indică doar direcția preferată a timpului pentru unele interacțiuni cu particule. Totuși, are această „săgeată” vreo legătură cu alte „săgeți ale timpului” precum cele determinate de procesele de radiație, legea creșterii entropiei și timpul psihologic al organismelor vii? Aceste săgeți indică toate în aceeași direcție sau pot indica în mod independent în direcții diferite?

Cea mai populară modalitate de a da un sentiment de „timp invers” a fost de mult să-ți imaginezi o lume în care procesele de „amestecare” merg invers – de la dezordine la ordine. Ludwig Boltzmann, un fizician austriac al secolului trecut, unul dintre fondatorii termodinamicii statistice, era conștient că, după ce moleculele de gaz dintr-un vas izolat închis ajung la o stare de echilibru termic - adică se mișcă în dezordine completă, ceea ce înseamnă cu entropia maximă - totul în ea Cu toate acestea, vor exista întotdeauna regiuni mici în care entropia scade pentru o perioadă scurtă de timp. Aceste zone trebuie echilibrate de alte zone în care entropia crește, astfel încât entropia medie să rămână aceeași.

Boltzmann și-a imaginat un cosmos de dimensiuni enorme, posibil infinit în spațiu și timp, a cărui entropie medie este maximă - adică în el domnește dezordinea completă. Dar în același spațiu există zone în care uneori entropia scade. („Regiunea” se poate întinde pe miliarde de galaxii, iar „uneori” se poate întinde pe miliarde de ani.) Poate că valurile în retragere ale părții noastre din oceanul infinit al spațiu-timpului reprezintă regiunea în care a avut loc o astfel de abatere: cândva în trecut, poate în timpul „big bang-ului” original, entropia a scăzut brusc; acum este in crestere. O bucată de ordine s-a ridicat în șuvoiul etern și nesfârșit; acum această ordine se prăbușește din nou și săgeata noastră a timpului zboară în direcția obișnuită de creștere a entropiei. Există și alte regiuni ale spațiu-timp, a întrebat Boltzmann, în care săgeata entropiei indică în sens invers? Și dacă sunt, atunci este corect să spunem că timpul în astfel de zone curge înapoi sau ar trebui pur și simplu să presupunem că entropia scade acolo, în timp ce zona în sine continuă să se dezvolte înainte în timp?

Cu toate acestea, când se discută despre săgeata timpului, care își schimbă ușor direcția pe perioade uriașe de timp, Boltzmann a avut un predecesor care a trăit cu multe secole înaintea lui - Platon.

În prima carte a dialogului lui Platon, Politicianul, străinul îi spune lui Socrate teoria sa că lumea trece prin cicluri vaste de timp „pulsat”. La sfârșitul fiecărui ciclu, timpul se oprește, se întoarce și apoi merge în direcția opusă. Iată cum descrie Străinul momentul schimbării timpului, care, potrivit lui, a avut loc în memoria omenirii vii:

„Și atunci cea mai mare distrugere se găsește inevitabil atât asupra altor ființe vii, cât și asupra rasei umane, care în acest caz nu este cu mult în urmă lor. Și trebuie să experimentăm multe alte dezastre minunate și noi, dar mai ales pe aceasta, cea mai mare, care are loc în legătură cu transformarea Universului în momentul în care are loc întoarcerea cosmosului, opus celui prezent. Vârsta la care era fiecare animal, s-a oprit mai întâi pentru toată lumea, și totul, oricât de mulți muritori, a încetat să se îndrepte spre bătrânețe, dar s-a întors din nou în direcția opusă, parcă ar crește spre tinerețe și pruncie. Și acum, părul cărunt al bătrânilor s-a înnegrit, oamenii, năpădiți de barbă, și-au netezit din nou obrajii și au readus pe toți la vârsta experimentată a tinereții; organisme care înfloresc odată cu tinerețea, scăzând în dimensiuni în fiecare zi și noapte, au primit din nou natura unui nou-născut și au devenit asemenea lui atât la suflet, cât și la trup, dar din acel moment, extrem de uscate, au dispărut complet.

Străinul lui Platon se pare că a căzut într-o capcană. Dacă lucrurile se opresc în timp și „apoi” revin, atunci ce semnificație capătă cuvântul „atunci”? Are sens doar dacă presupunem un timp mai general care continuă să meargă înainte, indiferent de modul în care se mișcă lucrurile în univers. În raport cu acest meta-timp - timpul unei observații ipotetice, de undeva privind imaginea - cosmosul se mișcă de fapt înapoi. Dar dacă nu există meta-timp – nu există nici un observator care să poată ieși din spațiu și să-l privească întors – devine greu de înțeles ce sens poate fi dat afirmației că cosmosul „s-a „oprit” și „apoi” a început să se miște. înapoi.

Este mult mai ușor, fără nicio dificultate logică, să ne imaginăm două părți ale universului, de exemplu două galaxii, în fiecare din care timpul curge în direcții opuse. Filosoful Hans Reichenbach, în cartea sa The Direction of Time, sugerează că acesta ar putea fi cazul și că ființele inteligente din fiecare galaxie ar considera că timpul lor este „înainte” și timpul din cealaltă galaxie ca „invers”. Ambele galaxii ar semăna cu două imagini în oglindă: fiecare ar părea o galaxie „în sens invers” pentru locuitorii celeilalte. Din acest punct de vedere, direcția timpului este un concept relativ, precum sus și jos, dreapta și stânga, mare și mic. Ar fi aproape la fel de absurd să spunem că întregul cosmos și-a schimbat direcția timpului, precum ar fi absurd să spunem că s-a întors cu susul în jos sau a devenit dintr-o dată propria sa imagine în oglindă. Acest lucru ar fi lipsit de sens deoarece, în afara spațiului, nu există o săgeată a timpului absolută sau fixă ​​prin care să se determine o astfel de viraj. Numai atunci când o parte a cosmosului își schimbă direcția timpului în raport cu o altă parte, o astfel de întorsătură are sens.

Aici, totuși, întâlnim din nou o diferență semnificativă între reflexia în oglindă și inversarea timpului. Este ușor să observi lumea inversată din oglindă - doar uită-te în oglindă. Dar cum poate un observator dintr-o galaxie „să vadă” o altă galaxie - inversată în timp? Memoria observatorilor din ambele galaxii ar fi îndreptată în direcții opuse. Dacă am fi cumva capabili să stabilim o legătură cu locuitorul lumii inversate în timp, el ar uita imediat totul, deoarece fiecare eveniment ar deveni instantaneu parte din viitorul său, și nu din trecut. „Memoria care privește doar înapoi este proastă”, a spus Regina Albă din cartea lui Lewis Carroll în regatul ei în oglindă și în timp inversat (PT-inversat!). Din păcate, cu excepția lumii fantastice a lui Carroll, memoria este îndreptată peste tot într-o singură direcție. Norbert Wiener, discutând astfel de întrebări în cartea sa Cybernetics, a concluzionat că nicio comunicare nu ar fi posibilă între ființele inteligente din regiuni cu direcții opuse ale timpului.

Fizicianul englez F. Stennard a mers chiar mai departe decât Wiener. El a concluzionat (dar nu toți fizicienii sunt de acord cu el) că nicio interacțiune nu ar trebui să fie posibilă chiar și între particulele de materie din două lumi ale căror axe ale timpului sunt îndreptate una față de cealaltă. Dacă universul în ansamblu rămâne simetric în raport cu timpul, particulele cu două direcții temporale vor fi „non-comunale” și cele două lumi nu ar trebui să fie vizibile una pentru cealaltă. „Cealaltă” lume va consta din galaxii care absoarbe mai degrabă decât să emită radiațiile lor, organismele vii vor deveni mai tinere, neutronul se va forma într-o triplă coliziune între un proton, un electron și un antineutrino etc. În loc de un Univers cu un pulsator. timp, ca în povestea Platonic Foreigner, conceptul lui Stennard bifurcă cosmosul în regiuni coexistente una lângă alta, fiecare dintre ele desfășurând simultan covorul magic al poveștii sale.

Și acum - o altă întrebare curioasă din aceeași serie: este posibil să ne imaginăm o persoană care trăiește „înapoi” într-o lume cu o direcție normală a timpului? Un contemporan mai tânăr al lui Platon, istoricul grec Teopompius din Chios, a scris despre un fel de măr, care este suficient de mâncat, astfel încât o persoană să înceapă să devină din ce în ce mai tânără. Aceasta, desigur, nu este exact la fel cu inversarea completă a timpului individual. Există mai multe romane science-fiction despre oameni care au crescut invers în acest fel, inclusiv nuvela distractivă „The Curious Case of Benjamin Button” scrisă de Scott Fitzgerald în 1922. Benjamin s-a născut în 1860 ca un bătrân de șaptezeci de ani, cu părul gri și o barbă lungă. A mers la grădiniță până la 65 de ani, a absolvit liceul și s-a căsătorit până la cincizeci de ani. Treizeci de ani mai târziu, a decis să meargă la Harvard și a absolvit în 1914, când avea șaisprezece ani. În armată, Benjamin a fost avansat la gradul de general de brigadă pentru că, chiar mai în vârstă biologic, a servit ca prim-locotenent în războiul hispano-american. Dar când a ajuns în armată când era mic, a fost trimis acasă. S-a făcut din ce în ce mai mic până când în cele din urmă nu a mai putut să meargă sau să vorbească. „Atunci totul a început să se întunece”, își încheie povestea Fitzgerald, „și pătuțul lui alb, și fețele vagi aplecate asupra lui și mirosul dulce al laptelui matern, toate acestea s-au încețoșat treptat în mintea lui.”

Cu excepția înălțimii lui înapoiate, domnul Button a trăit normal în timpul înainte. O descriere și mai amuzantă a unei situații în care săgețile timpului, personalității și lumii indică în direcții opuse este conținută în romanul lui Lewis Carroll Sylvia and Bruno. Profesorul german îi trimite naratorului un ceas de peste mări cu o „înfășurare inversă” care face ca lumea exterioară să se inverseze timp de patru ore. Carroll povestește amuzant despre o cină pe vremea înapoi, când „o furculiță goală i-a fost ridicată la buze, aici ea a luat cu dibăcie o bucată de miel și a pus-o repede pe o farfurie, unde această bucată a crescut instantaneu până la carnea care zăcea deja acolo. " Cu toate acestea, detaliile nu sunt de acord cu cursul invers al timpului. Ordinea conversației la masa de cină este inversată, dar cuvintele sunt pronunțate corect, de parcă timpul ar curge normal.

De fapt, de îndată ce încercăm să ne imaginăm o persoană în care toate procesele fiziologice și mentale merg în direcția opusă, vom întâmpina imediat dificultăți de netrecut. De exemplu, un om nu poate experimenta din nou evenimentele din viața sa anterioară, deoarece aceste evenimente sunt strâns legate de lumea lui exterioară, iar această lume avansează în timp. Să nu-l vedem pe acest om într-un dans nebun al morții, ca cel executat de un automat când motorul său se întoarce în sens invers? Sau, poate, din punctul său de vedere, va considera că gândește corect, în timp ce lumea i se va părea că merge înapoi? Dacă da, atunci el nu ar trebui să vadă sau să audă nimic în această lume, pentru că toate undele de sunet și lumină se vor deplasa către sursele lor.

VIII

Evident, nu vom întâlni paradoxuri absurde decât dacă vom încerca să aplicăm diferitele săgeți ale timpului omului și lumii în care trăiește. Dar nu este rezonabil să vorbim despre o parte a universului care se mișcă pe o cale neobișnuită în timp la nivelul micro al teoriei cuantice? Se dovedește că poți. În 1948, Richard Feynman, care a primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1965, a dezvoltat o abordare matematică a teoriei cuantice în care antiparticula era privită ca o particulă care se mișcă înapoi în timp în fracțiuni de microsecundă. Când se formează o pereche dintr-un electron și antiparticula acestuia - un pozitron (un electron încărcat pozitiv), pozitronul trăiește pentru un timp extrem de scurt. Aproape imediat se ciocnește cu un alt electron, ambii se anihilează, iar cuante gamma rămân. Este ca și cum trei particule diferite sunt implicate în acest proces - un pozitron și doi electroni. Dar, conform teoriei lui Feynman, aici există o singură particulă - electronul. Ceea ce observăm ca pozitron este de fapt doar un electron care se mișcă înapoi în timp pentru un scurt moment. Pe măsură ce timpul nostru merge înainte uniform, vedem electronul inversat ca un pozitron. Credem că pozitronul dispare atunci când lovește un alt electron, dar de fapt – conform lui Feynman – este același electron original, reluându-și mișcarea înainte în timp. Electronul, așa cum spune, efectuează un microdans în zig-zag în spațiu-timp, alergând fie în viitor, fie în trecut, uneori sărind în trecut atât de departe încât îi putem observa traiectoria în camera cu bule și considerăm că am văzut un pozitron. înaintând în timp.

Feynman a venit cu ideea sa de bază când era student la Princeton, în timpul unei conversații telefonice cu profesorul său de fizică, John Wheeler. În discursul său de acceptare a Premiului Nobel, Feynman relatează povestea după cum urmează:

„Feynman”, a spus Wheeler, „știu de ce toți electronii au aceeași sarcină și aceeași masă”. "De ce?" întrebă Feynman. „Pentru că”, a răspuns Wheeler, „toți sunt același electron!”

Iar Wheeler a continuat să explice în continuare la telefon ideea minunată care îi venise în minte. În relativitate, fizicienii folosesc așa-numitele grafice Minkowski pentru a ilustra mișcarea obiectelor în spațiu-timp. Traiectoria unui obiect pe un astfel de grafic se numește „linia lumii”. Wheeler și-a imaginat că un singur electron se deplasează înainte și înapoi prin spațiu-timp și a trasat o linie continuă a lumii. Această linie mondială este ca o minge gigantică încâlcită de sfoară cu miliarde de miliarde de noduri, umplând întregul cosmos într-o clipă extra-temporal. Dacă desenați o secțiune transversală prin spațiu-timp în unghi drept față de axa timpului, obțineți o imagine a spațiului tridimensional la un moment dat în timp. Această secțiune transversală tridimensională se mișcă înainte de-a lungul axei timpului și tocmai pe această fâșie de „acum” care se mișcă înainte, evenimentele lumii își îndeplinesc dansul etern. În această secțiune transversală, linia lumii electronice se împarte în miliarde și miliarde de puncte dansante și fiecare punct corespunde unei intersecțiuni cu linia lumii electronice. Dacă secțiunea transversală taie linia lumii pe segmentul în care particula se mișcă înainte în timp, atunci punctul corespunde unui electron. Dacă linia lumii este tăiată la segmentul în care particula se mișcă înapoi în timp, atunci intersecția corespunde celei posterioare. Toți electronii și pozitronii cosmosului, conform ipotezei fantastice a lui Wheeler, reprezintă secțiuni transversale ale traiectoriei încurcate a acestei particule. Deoarece toate sunt secțiuni ale aceleiași linii mondiale, au în mod natural aceleași mase și sarcini. Sarcinile lor negative și pozitive nu sunt altceva decât un indicator al direcțiilor timpului de-a lungul cărora particula își face drum în acest moment prin spațiu-timp.

Există multe capcane în toate aceste lucruri. Numărul de electroni și pozitroni din univers trebuie să fie același. Puteți verifica acest lucru desenând o analogie bidimensională a raționamentului lui Wheeler pe o bucată de hârtie. Doar desenați o curbă solidă pe pagină care arată ca o minge încâlcită și umple întreaga pagină. Traversează-l cu o linie dreaptă. Această linie dreaptă face o secțiune transversală unidimensională a lumii bidimensionale (o axă a spațiului și o axă a timpului) la un moment dat în timp. În punctul în care bobina este străbătută de o linie dreaptă, obținem electroni dacă mișcarea are loc în direcția săgeții timpului și pozitroni dacă mișcarea are loc în sens opus. Este ușor de observat că numărul de electroni trebuie fie să fie egal cu numărul de pozitroni, fie să difere cu unul. De aceea, când Wheeler și-a descris ipoteza, Feynman l-a întrebat imediat:

„Dar profesore, nu sunt atât de mulți pozitroni în jurul nostru cât sunt electroni.”

„Ei bine”, a replicat Wheeler, „poate se ascund în protoni sau așa ceva”.

Wheeler nu a prezentat o teorie riguroasă, dar sugestia că pozitronul ar putea fi considerat ca un electron care se mișcă înapoi în timp pentru scurte momente i-a prins imaginația lui Feynman. S-a gândit mult timp la cuvintele profesorului său, până când a descoperit că este posibil să se dezvolte o formă matematică a acestei ipoteze care să satisfacă pe deplin atât logica, cât și toate legile mecanicii cuantice. Aparatul matematic dezvoltat de Feynman a devenit piatra de temelie a faimoasei sale „interpretări spațiu-timp” a mecanicii cuantice, pentru care a fost distins cu Premiul Nobel. Dansul în zig-zag al particulelor Feynman deschide o nouă modalitate de a trata unele calcule și le simplifică foarte mult. Înseamnă asta că pozitronii sunt „cu adevărat” electroni care se deplasează înapoi în timp? Nu, aceasta este doar una dintre interpretările fizice ale „grafurilor Feynman”. Cu toate acestea, în noi experimente care au descoperit relația misterioasă a sarcinii, parității și direcției timpului, dansul în zig-zag al electronului Feynman, în timp ce își urmărește linia lumii prin spațiu-timp, nu mai pare o interpretare la fel de neobișnuită ca înainte.

Astăzi, nimeni nu poate prezice ce vor duce în cele din urmă noile date la faptul că pentru unele dintre multele interacțiuni ale particulelor elementare există o săgeată a timpului. Vom ști care dintre cele două posibilități este adevărată? Sau, așa cum credea Platon, fluxul existenței ne poartă în viitor, care într-un anumit sens există deja. Cu alte cuvinte, istoria este un film deja filmat, proiectat pe ecranul 4D al spațiu-timpului nostru pentru distracția sau edificarea unui public de neînțeles. Sau viitorul este deschis și nedeterminat și nu există în niciun fel până când nu vine efectiv? Întrebări ca acestea ne duc cu mult dincolo de fizică și abordează probleme despre care nu știm mai mult decât știu peștii din Liffey despre orașul Dublin.

Traducere de V. Skurlatov