Особенно интересны свойства времени в начале взрыва, приведшего к возникновению нашей Вселенной, когда время распадалось на отдельные кванты.
Важное значение для науки и будущей технологии имеют свойства времени в физике сверхвысоких энергий. А в последнее время появились работы, указывающие на возможность создания машины времени, позволяющей путешествовать в прошлое.
В книге рассказывается также о людях, создававших ранее и развивающих сейчас науку о времени. Уж очень часто великие мыслители прошлого или известные современные ученые представляются нам как некие бесплотные имена, известные только из учебников и книг (часто очень сухих). Их образы, по существу, не ассоциируются с живыми людьми, с их интересами, страстями и противоречиями. В этой книге, когда говорится о научном творчестве ученых, приводятся также некоторые штрихи, характеризующие их и как живых людей. Хотя ни в коей мере я не стремился дать их подробные биографии или перечисление научных заслуг.
Книга рассчитана на школьников старших классов, студентов, всех интересующихся загадками современной науки. У читателей не предполагается никаких специальных знаний, выходящих за пределы курса физики средней школы.
В книге я позволяю себе употреблять личные местоимения и говорить от первого лица, в особенности когда говорю об исследованиях, в которых сам принимал участие, или о моих встречах с физиками и астрономами. В связи с этим привожу слова В. Гинзбурга, сказанные им по поводу одного раздела своей научной статьи: «В научной литературе, особенно на русском языке, не принято употреблять личные местоимения — „я“, „мне“ и т. д. В целом это относится и к научно-популярной литературе, в согласии с чем автор выше тоже упоминал о себе лишь в третьем лице или использовал другие принятые в таких случаях обороты речи. Однако трудно, да и странно было бы придерживаться такого способа и в настоящем разделе статьи, носящем, можно сказать, автобиографический характер… Поэтому, как можно надеяться, несколько личных местоимений не вызовут у читателя сильных отрицательных эмоций».
Думаю, что читатель не осудит меня за эту «нескромность» при изложении собственных мыслей и впечатлений.
При создании книги пришлось воспользоваться более ранними популярными работами, в том числе и работами с соавторами, за что я приношу им свою благодарность.
В этой книге приводится достаточно много цитат. Как правило, это неизвестные и малоизвестные высказывания выдающихся ученых прошлого или специалистов — наших современников. Я уверен, что только непосредственно точные слова замечательных людей могут наиболее ясно донести до читателей их мысли (а часто и чувства).
Первые мысли о времени
С давних пор, когда я начал читать популярные книги по физике, мне казалось само собой очевидным, что время — это пустая длительность, текущая как река, увлекающая своим течением все события без исключения. Она неизменно и неотвратимо течет в одном направлении — от прошлого к будущему.
Казалось, такое понимание является неизбежным в наших представлениях об окружающем мире.
Только много лет спустя я узнал, что подобные интуитивные представления о времени были у людей далеко не всегда.
Древнегреческий философ Гераклит Эфесский, живший на рубеже VI и V веков до нашей эры, был, наверное, одним из первых мыслителей древности, который утверждал, что все существующее изменчиво, и эта изменчивость является высшим законом природы. Свое учение он изложил в книге «О природе», из которой дошли до нас лишь отдельные фрагменты.
Гераклит писал, что мир полон противоречий и изменчивости. Все вещи изменяются. Неизменно течет время, и неудержимо течет в этом потоке все сущее. Происходит движение неба, движение тел, движутся чувства человека и его сознание. «В одну и ту же реку нельзя войти дважды, — говорил он, — ибо воды в ней вечно новые». Одно приходит на смену другому. «Огонь живет смертью земли, воздух — смертью огня, вода — смертью воздуха, земля — смертью воды».
Мы, наверное, с высоты наших сегодняшних знаний, несколько иронично отнеслись бы к описанной Гераклитом цепочке рождений и уничтожений. Но, несомненно, им очень ярко описана общая изменчивость во времени всего сущего, «…все меняется во всеобщем круговороте в творческой игре Вечности».
В те далекие времена наука только зарождалась. В учениях мыслителей того времени не было еще понятия направленного поступательного развития. Люди неизменно наблюдали скорее циклический порядок явлений в окружающей их природе. День сменялся ночью, а затем снова наступал день. Один сезон года сменял другой, чтобы, завершив цикл, вернуться к прежнему. Циклическим было движение небесных светил.
Как следствие этих постоянно наблюдаемых явлений и время тогда еще не казалось всеобщим однонаправленным потоком — «рекой времени». Время представлялось скорее как циклическое чередование противоположностей. Так греческий математик и философ Анаксимандр (611–546 гг. до н. э.) учил, что первоначальная основа всякого бытия есть «бесконечность». В ее вечном движении рождаются противоположности: тепло и холод, сухость и влага, а затем все опять возвращается к исходному состоянию. Анаксимандр утверждал: «Первоначало существующих вещей есть и то, во что они при своей гибели возвращаются согласно необходимости. Ибо в установленное время они по справедливости выплачивают друг другу компенсацию за ущерб».
Как нам сейчас кажется, это очень оригинальная трактовка времени и изменчивости, связывавшая их с понятием справедливости и равновесия.
Однако идея только временных циклических изменений в мире и неизменности в целом всего сущего, вероятно, прочно владела умами мыслителей на протяжении веков. Людям казалось, что любые явления, меняясь по циклу, возвращаются на «круги своя».
Интересные и глубокие для той эпохи идеи о времени высказывались знаменитым греческим философом-идеалистом Платоном (427–347 гг. до н. э.).
Платон был учеником Сократа, которого называли «мудрейшим из эллинов». Семья Платона принадлежала к богатому и очень знатному роду, восходящему к последнему афинскому царю Кодру. Жизнь Платона, как и жизнь большинства философов тех времен, известна плохо. Достоверные факты здесь перемежаются с легендами и даже анекдотами. Известно, что Платон под руководством лучших учителей прошел полный курс воспитания. Этот курс сводился к изучению грамматики, музыки, гимнастики. Затем он занялся стихами. Но в 407 году в 20-летнем возрасте встретился с Сократом и целиком посвятил себя философии.
Метод обучения Сократа состоял в свободной беседе со всеми, кто его хотел слушать. Правители запретили ему вести эти разговоры с юношеством, но философ, отличавшийся принципиальностью и патриотизмом, не последовал этому приказу. Его свободные беседы с учениками закончились весьма трагически. Как известно, Сократ был обвинен в безбожии и развращении юношества. Его друзья предлагали ему бежать из темницы, а ученики, среди которых был и Платон, предлагали за него денежное поручительство. Но Сократ вел себя гордо: он отклонил бегство, был осужден и принужден выпить чашу с ядом.
После гибели учителя Платон переселился в Мегару, где продолжал заниматься философией. Он очень много путешествовал, пытался влиять на тогдашних правителей с целью создать «идеальное государство», в котором бы царствовали философы. Эти попытки кончились полным крахом. По некоторым (недостоверным) свидетельствам, его даже продали в рабство, от которого он, однако, освободился. Вернувшись в 386 году в Афины, Платон основал свою философскую школу, названную Академией.
Согласно его учению тот мир, который мы видим и исследуем, не является «настоящим миром», а только представляется нам, является внешним проявлением истинного мира. Небесные тела и тела на Земле — это согласно Платону как бы «бледные тени» некоторых идеальных прообразов, составляющих действительный мир. «Тени эти несовершенны и изменчивы». «Истинный мир», по Платону, — это абстрактные сущности (он их называл идеями). Идеи — «духовные сущности» — полностью совершенны, не могут никак меняться. Они существуют не в нашей материальной Вселенной, не в пространстве и времени, а в идеальном мире полного совершенства и вечности.
Подлинное бытие, говорил Платон, — это идеальное бытие. Например, в таком абстрактном мире существует не конкретная вещь, скажем, стол из дерева, вполне определенной формы, цвета и т. д., а есть абстрактное понятие «стол». Это и есть «идея стола».
Конечно, такое понятие никак не изменяется. Такие свойства понятий — их вечность, неизменчивость напоминают свойства геометрических фигур — треугольников, кругов, пирамид. Свойства фигур тоже не меняются, и эти идеальные фигуры существуют в абстрактном воображаемом мире. Но Платон такой воображаемый мир и считал реальным.
Видимый мир, по Платону, сотворен Создателем по этим высшим прообразам. Каждое тело стремится походить на свой прообраз, но в отличие от него — изменчиво, имеет свое начало и свой конец. Это не позволяет «бледным теням» полностью походить на свои идеалы. В идеалах — вечность, в видимом нами мире — постоянная изменчивость. Чтобы навести порядок и сгладить противоречие, Создатель сотворил время. «Он замыслил сотворить некоторое движущееся подобие вечности; устрояя небо, он вместе с ним творит для вечности, пребывающей в едином, вечный же образ, движущийся от числа к числу, который мы и называем временем».
Таким образом, подобно тому, как согласно Платону окружающие нас тела в видимом и осязаемом мире являются несовершенными копиями их идеальных прообразов в мире идей, так и время является несовершенной «моделью», образом идеальной вечности. Время вечно течет, подражая неизменной совершенной абстрактной вечности из абстрактного мира сущностей.
Звучало все это очень красиво. Платон придумал и то, как конкретно время возникает в сотворенном богом мире. Оно возникает в движении небесных тел, в постоянном вечном и неизменном круж