Например, в растворе ионов натрия и хлора распределение, какой отдельный ион натрия соединится с отдельным ионом хлора, происходит во многом случайно. Но конечный результат в макромасштабе предсказуем. Ведь мы точно знаем, сколько в итоге получится хлорида натрия.
Случайность в микромире заметить проще, чем в космосе.
Квантовая случайность возникает только тогда, когда происходит взаимодействие. Такие взаимодействия включают, например, спонтанные процессы, такие как распад мюона (отрицательно заряженная частица с большей, чем электрон, массой).
Мюон распадается на электрон и нейтрино в случайный период времени с периодом полураспада 1,56 микросекунды.
В космосе же все процессы выглядят полностью детерминированными, потому что большинство квантовых объектов здесь (например, атомы водорода) были изолированы в течение длительного времени (плотность-то низкая). И они уже после распада достигли стабильного состояния.
Будучи изолированными, они не взаимодействуют друг с другом. Другими словами, детерминизм процессов в космосе возникает в первую очередь потому, что в космосе – по меркам квантовой механики – почти ничего не происходит. Это же не ускоритель типа адронного коллайдера, где мы можем сталкивать огромное количество частиц на высоких скоростях.
Какой урок мы можем извлечь из этих знаний? Чтобы чего-то достигать в этой жизни, надо прилагать усилия в определенном направлении. А дальше должно повезти. В одной из точек бифуркации случай рано или поздно может сыграть на вашей стороне. Если не работать над собой, то вероятность нужного вам события будет близка к нулю. Но если вы трудитесь над собой, а желаемого эффекта нет – просто подождите очередной «революции», и случай точно представится!
Лучше всего эту мысль высказал римский император и по совместительству философ-стоик Марк Аврелий:
«Делай что должно. И будь что будет!»
Глава 19
Стрела времени
В 1927 году британский физик Артур Эддингтон пришел к выводу, что рассеивание энергии говорит о стреле времени. То есть время движется в одну сторону – только вперед. Если соединить два предмета, горячий и холодный, их температура скоро станет одинаковой. Энергия рассеется. Но в обратную сторону этот эксперимент провести нельзя. Про такой процесс физики говорят «энтропия растет».
Мы понимаем, в какую сторону движется время, из-за принципа причинности. Он пришел из философии, но имеет ключевое значение для физики.
Человек помнит, какие события с ним происходили в прошлом. Но будущее остается загадкой. В физике считается, что «стрела времени» указывает в направлении увеличения энтропии во Вселенной. Или увеличения беспорядка.
На бытовом уровне мы это хорошо понимаем. Это так называемая психологическая стрела времени, мы знаем, куда она движется. Мы рождаемся, стареем и умираем. Железо ржавеет, здания ветшают, горячий чай остывает.
Замок, построенный из песка, со временем разносится ветром и водой. То есть из порядка переходит в состояние беспорядка. И не бывает такого, чтобы ветер и вода собрали замок из песка сами. И хотя с точки зрения физики в этом нет ничего невозможного, вероятность этого крайне мала.
Эйнштейн был ярым поклонником стрелы времени. Он очень опасался, что его уравнения можно решить так, что теоретически путешествия в прошлое станут возможны. Потому что это стало бы опровержением его теории.
Математик Курт Гедель предложил идею вращающейся Вселенной. И в ней уравнения Эйнштейна решаются таким образом, что возможны путешествия во времени, в том числе и в прошлое.
Но все-таки метрика Геделя – это больше искусственная, математическая игра ума, чем реальная возможность.
По какой-то, пока неизвестной, причине Вселенная находилась в состоянии низкой энтропии 13,8 миллиарда лет назад. Эта низкая энтропия привела к появлению стрелы времени, когда постепенно энтропия увеличивается.
Стивен Хокинг, вместе с Эйнштейном, был убежден, что время имеет направление и движется вперед. Хокинг предложил ряд интересных парадоксов.
Если бы можно было летать в прошлое, то мы бы увидели множество туристов из будущего. Они бы точно посещали важные исторические события, чтобы сделать селфи.
В 2009 году Хокинг даже провел один забавный эксперимент. Он организовал вечеринку, а через некоторое время разослал на нее приглашения. Вечеринку он провел в гордом одиночестве. А если бы путешествия во времени были возможны, приглашенные точно бы узнали и пришли, решил физик.
Конечно, в бытовом смысле эти факты не связаны. Люди вовсе не обязательно должны прийти на вечеринку, даже если получили приглашение.
Вопрос возможности путешествий в прошлое пока остается одним из нерешенных вопросов в физике. Есть эксперименты, которые ставят под сомнение понятие «стрела времени».
«Изобретение русских ученых из Физтеха отправляет частицы в прошлое», – такими заголовками пестрела западная пресса в 2019 году.
Тогда ученые из Лаборатории физики Московского физико-технического института (МФТИ) провели любопытный эксперимент. Исследовательская группа под руководством Гордея Лесовика проводила эксперименты со временем на квантовом компьютере. И создала своеобразную машину времени, которая смогла отправить микрочастицы в прошлое.
«Русские научились перемещать объекты размером меньше атома в направлении, противоположном стреле времени!» – написало издание Daily Mail по итогам этого открытия.
Ученые поставили эксперимент с электронами. Чтобы понять, как это работает, представьте бильярд, где шары разбросаны случайным образом из изначально собранного треугольника. Ученые повернули их вспять, собрав в красивый треугольник, в котором они были до случайного разброса.
То есть электроны вернулись назад не под действием каких-то сил, а просто пройдя путь во времени в обратном направлении.
В журнале Scientific Reports отметили, что русская машина времени – это простой квантовый компьютер, который состоит из так называемых электронных кубитов.
Кубиты – это главное отличие квантового компьютера от обычного. В обычном компьютере транзисторы программируются только по принципу 1 и 0 (есть ток – 1, нет тока – 0). Через комбинации этих цифр и запоминается вся информация. У кубита кроме 1 и 0 есть много позиций между.
Физики обычно приводят такую аналогию. Обычный компьютер функционирует по тому же принципу, что и выключатель, где только два состояния – «вкл.» и «выкл.». А квантовый – как ручка на плите. Есть «выкл.», есть максимальная мощность (1), а есть еще очень много состояний между ними.
Физики запустили «эволюцию», когда кубиты стали меняться случайным образом. После этого им удалось повернуть процесс вспять: кубиты прошли процесс во времени в обратном направлении и заняли изначальные позиции. С двумя кубитами система возвращалась в исходное состояние в 85 % случаев, с тремя – в 50 %.
Получается, частицы вернулись в прошлое – то самое исход-ное состояние, с которого все начиналось. «Для внешнего наблюдателя это выглядит так, будто время бежит вспять», – говорит Гордей Лесовик.
Пока вопрос о путешествиях в прошлое остается открытым.
