Вечно ли время? Что было до Большого взрыва — мнение физика

Время ускользает от нас. У него непростые отношения с нашим субъективным опытом — иногда оно замедляется или тянется; а иногда ускоряется, и годы, кажется, пролетают всё быстрее по мере того, как мы стареем. Известно даже, что наши мозговые клетки искажают чувство времени, когда мы устаём.

В физике время становится ещё сложнее: оно включено в теории относительности — ощущение тиканья часов относительно наблюдателя и его положения в пространстве — и в концепцию энтропии, которая придаёт времени его однонаправленное течение. Meanwhile quantum mechanics indicates time can move both forwards and backwards, at least inside quantum systems. — Между тем квантовая механика указывает, что время может двигаться как вперёд, так и назад, по крайней мере внутри квантовых систем.

В этом отрывке из книги «О времени: физика, которая заставляет Вселенную тикать» (Princeton University Press, 2026) автор и физик-теоретик Джим Аль-Халили рассматривает возможность того, что время не началось с Большого взрыва — но если этот взрыв был всего лишь ещё одним моментом, что было до него?

Существует альтернативная космологическая теория, отличная от той, которая утверждает, что Большой взрыв ознаменовал начало самого времени, после чего последовал краткий период быстрого расширения пространства. Альтернатива известна как вечная инфляция. В этом сценарии наша Вселенная родилась как небольшой пузырь в бесконечном пространстве, которое инфляционно расширяется вечно.

Так что вместо того, чтобы время начиналось с нашего Большого взрыва, нам следует рассматривать Большой взрыв как событие, произошедшее в какой-то момент времени, в котором наша область этого бесконечного пространства внезапно перестала инфляционно расширяться и начала вместо этого расширяться более умеренными темпами.

Таким образом, вместо краткого периода инфляции сразу после Большого взрыва, в теории вечной инфляции всё наоборот: Большой взрыв знаменует конец инфляции в нашей части пространства, создавая нашу пузырьковую Вселенную, за пределами которой инфляция продолжается. Теория предсказывает, что в других местах будут происходить другие большие взрывы, порождающие другие вселенные — возможно, бесконечное их число — все навсегда отделённые друг от друга и все раздвигаемые всё расширяющимся, быстро инфляционным пространством вокруг них. Совокупность этого бесконечного пространства называется мультивселенной, чтобы отличать её от отдельных пузырьковых вселенных.

Некоторые физики утверждают, что такая идея выходит за рамки настоящей науки, поскольку у нас нет способа её проверить. Есть ещё две идеи, которые стоит упомянуть по вопросу о том, ознаменовал ли Большой взрыв начало времени или нет, и обе являются альтернативами теории инфляции. Первая — что наша Вселенная является частью повторяющегося процесса, называемого «конформной циклической космологией».

Эта идея, предложенная Роджером Пенроузом, предполагает, что наша Вселенная проходит бесконечную серию жизней, или эпох, каждая из которых начинается с Большого взрыва и заканчивается вселенной в состоянии теплового равновесия, заполненной только равномерно распределённым тепловым излучением. Идея здесь не в том, как можно было бы ожидать, что Вселенная достигает некоторого максимального расширения, прежде чем схлопнуться в «Большое сжатие», которое затем знаменует Большой взрыв следующей эпохи, а скорее в тонкой геометрической идее, называемой «конформным отображением», которая связывает совершенно разные концы одной вселенной (холодный и разреженный) с рождением следующей (горячей и плотной).

Другие предположения о времени до Большого взрыва включают зеркальную вселенную и вселенную, которая бесконечно циклически проходит через расширение и сжатие.

Я не буду больше говорить об этой теории, тем более что утверждается, что она страдает от нескольких недостатков, таких как проблема сохранения информации (аналогичная так называемому парадоксу информации чёрных дыр) и трудность согласования высокой энтропии в конце старой эпохи с низкой энтропией новой эпохи.

Родственная гипотеза, которая, признаюсь, кажется мне эстетически довольно привлекательной, известна как модель экпиротической вселенной. Название основано на греческом слове ekpyrosis (ἐκπύρωσις), означающем «вселенский пожар», которое относится к космологической модели, предложенной стоическими философами Древней Греции, в которой Вселенная бесконечно циклически проходит через огненное рождение, расширение и охлаждение, за которыми следуют сжатие, повторный нагрев и возрождение.

Название «экпиротическая вселенная» было придумано одним из создателей современной теории, Полом Стейнхардтом. Идея происходит из высокоматематического мира теории струн. По сути, всё наше трёхмерное пространство (которое, как мы знаем, на самом деле является частью 4D пространства-времени) образует так называемую 3D-брану (многомерное обобщение 2D-мембраны, или листа). Эта наша 3D-брана плавает в многомерном (4D) пространстве, и Большой взрыв происходит, когда она сталкивается с соседней браной (в некотором смысле это была бы другая вселенная). Это столкновение создаёт огромное тепло и излучение (Большой взрыв) и запускает расширение нашего пространства.

В то же время она удаляется от другой браны, с которой столкнулась, но в конечном итоге достигнет максимального разделения с ней, прежде чем они будут притянуты обратно вместе, снова столкнувшись в новом Большом взрыве. Здесь я просто хочу подчеркнуть, что если эта теория верна, то начала времени могло и не быть, и уж точно не в Большом взрыве.

Что, если бы существовала зеркальная вселенная с другой временной стороны Большого взрыва, эволюционирующая в направлении, которое мы считали бы направлением в прошлое?

Другая космологическая модель, которая также устраняет необходимость в инфляции и предполагает, что Большой взрыв не был началом времени, была предложена ещё одним из создателей идеи экпиротической вселенной, Нилом Туроком. Но эта идея, известная как теория «зеркальной вселенной», довольно иная. Это красивая идея, и она, безусловно, решает парадокс Лошмидта относительно конфликта между симметрией времени и вторым законом термодинамики. Из-за времени-симметричных фундаментальных уравнений физики запуск системы в любой произвольный момент означает, что её энтропия должна увеличиваться одинаково как в прошлое, так и в будущее.

Но это просто не имеет смысла. Если система во все моменты до нашего выбранного произвольного момента имеет более высокую энтропию, то, начиная с любого из этих более ранних моментов, система должна уменьшать энтропию, чтобы достичь своего состояния в исходный произвольный момент. Следовательно, он не может быть произвольным; система должна была находиться в специально подготовленном состоянии в этот момент, в момент Большого взрыва. Не было бы увеличения энтропии при движении назад во времени, если бы время тогда началось.

Но что, если бы существовала зеркальная вселенная с другой временной стороны Большого взрыва, эволюционирующая в направлении, которое мы считали бы направлением в прошлое? Именно это и предполагает Турок. Что удобно (или удачно, в зависимости от того, насколько вам нравится эта теория), так это то, что обе стороны Большого взрыва полностью отделены друг от друга, и каждая видит время, указывающее в направлении увеличения энтропии. Если такая зеркальная вселенная существует и содержит разумную жизнь, которая также наткнулась на идею зеркальной вселенной, то они подумали бы, что наша сторона была той, что была до Большого взрыва, точно так же, как мы думаем, что их сторона была до него. Помимо устранения инфляции, эта идея также удобно объясняет, почему в нашей Вселенной больше материи, чем антиматерии, потому что, угадайте что, в зеркальной вселенной всё было бы наоборот: то, что они называют обычной материей, — это наша антиматерия.

Насколько серьёзно нам следует относиться к этим космологическим теориям? Являются ли они вообще настоящей наукой? Их сторонники знают, что им требуются эмпирические доказательства в поддержку своих гипотез, например, какой-то отпечаток реальности до Большого взрыва, замороженный в нашем космическом микроволновом фоне. Ибо без наблюдательных данных эти идеи останутся просто теоретическими курьёзами.

О времени: физика, которая заставляет Вселенную тикать

В этой меняющей сознание книге Джим Аль-Халили берётся за извечные проблемы времени, тщательно исследуя их через три центральных столпа физики — квантовую механику, общую теорию относительности и термодинамику.

Аль-Халили убедительно доказывает, что время реально, а не иллюзорно, и что главная стрела времени — не просто трюк наших чувств, а фундаментальная особенность реальности, встроенная в структуру нашей Вселенной с самого начала.

Но если время не началось с Большого взрыва, а существовало всегда — в той или иной форме, — то что это означает для нашего понимания реальности? Возможно, нам придётся отказаться от интуитивного представления о времени как о реке, у которой есть исток. Вместо этого время может быть подобно бесконечному океану, в котором отдельные «волны» — наши локальные вселенные — возникают, эволюционируют и исчезают, но сам океан не имеет ни начала, ни конца.

Философски это возвращает нас к древним дебатам: является ли время свойством мира или же формой нашего восприятия? Кант считал время априорной формой чувственности, без которой опыт невозможен. Современная физика, кажется, склоняется к тому, что время — это реальная физическая сущность, но его природа гораздо страннее, чем мы привыкли думать.

Одно можно сказать наверняка: вопрос о том, что было до Большого взрыва, — если вообще было «до» — остаётся одним из самых захватывающих и нерешённых в науке. И, возможно, именно в этом заключается его ценность: он напоминает нам, что Вселенная не обязана быть понятной в рамках нашего повседневного опыта. Как писал Витгенштейн, «не то, как мир есть, является мистическим, а то, что он есть». Время, возможно, и есть та самая граница, где физика встречается с философией, а наука — с тайной.