Можно думать, что существование и вероятная структура пространственно-вpeменных сингулярностей содержат ключ к решению одной из самых древних загадок физики: откуда берется стрела времени?
Главный вопрос всем хорошо знаком. Локальные физические законы, известные и понятные нам, все симметричны по времени. И все-таки на макроскопическом уровне наблюдается явная асимметрия по времени. Действительно, можно указать ряд на первый взгляд различных макроскопических стрел времени. К ним можно добавить единственную асимметрию по времени, наблюдающуюся в физике фундаментальных частиц, - она проявляется в распаде К°-мезона. Кроме того, сюда же относится вопрос об интерпретации квантовой механики; мне кажется, что его не следует неосмотрительно упускать из виду. Установилось мнение, что в аппарате квантовой механики на самом деле нет никакой стрелы времени, хотя на первый взгляд кажется, что она там есть. Итак, я позволю себе перечислить семь, по-видимому, независимых стрел (иные из них являются лишь возможными), которые обсуждаются в литературе: распад К°-мезона квантовомеханические наблюдения, общий рост энтропии, запаздывание излучения, психологическое время, расширение Вселенной и соотношение черных и белых дыр.
(Пенроуз Р. Сингулярности и асимметрия во времени. С. 233-234).
Осуществление наблюдения, по всей видимости, связано с каким-то необратимым процессом и предполагает существенный рост энтропии. Вовсе не очевидно, что недостающим (или непонятным) звеном в квантовой механике не является некий фундаментальный, но асимметричный по времени закон. Поэтому демонстрация симметрии по времени формализма квантовой механики на самом деле не закрывает вопроса об (а)симметрии по времени в квантово механических измерениях...
В своем отношении к квантовой механике я намерен придерживаться вполне стандартного взгляда: в квантовой механике нет явной стрелы времени, и решение проблемы макроскопической асимметрии по времени следует искать где-то в другом месте.
(Пенроуз Р. Сингулярности и асимметрия во времени. С. 238).
Для обсуждения асимметрии по времени ключевым является, конечно, статистическое понимание энтропии, И если все (важнейшие) локальные законы симметричны по времени, то источник статистической асимметрий следует искать в граничных условиях. При этом форма локальных законов предполагается такой, чтобы они, подобно ньютоновской теории, обычной теории Максвелла-Лоренца, гамильтоновой теории, уравнению Шредингера и т.д., определяли эволюцию системы, коль скоро заданы граничные условия, и, кроме того, чтобы эти граничные условия было достаточно задать либо в прошлом, либо в будущем. Тогда появление статистической стрелы времени могло быть обусловлено тем фактом, что начальные граничные условия непременно имеют на много меньшую энтропию, чем конечные граничные условия…
И стрела энтропии, и стрела запаздывающего излучения, и, возможно, стрела психологического времени могут быть объяснены, если будет найдена причина для того, чтобы энтропия начального состояния вселенной (сингулярности "большого взрыва") была сравнительно мала, а энтропия конечного состояния – велика.
(Пенроуз Р. Сингулярности и асимметрия во времени. С. 238, 263).
Энтропия – это понятие, которым можно жонглировать самым бесцеремонным образом.
(Пенроуз Р. Сингулярности и асимметрия во времени. С. 240).
Вместо того чтобы изыскать какой-то тонкий ход к тому, чтобы во Вселенной, основанной на симметричных по времени законах, могла тем не менее наблюдаться явная асимметрия по времени, я попросту утверждаю, что некоторые из этих законов в действительности несимметричны по времени, и, хуже того, утверждаю, что эти асимметричные законы пока еще неизвестны! Но на самом деле все не так плохо, как может показаться. В частности, из всего этого следует, что стоит поискать такие асимметрии и в других областях физики. Где именно? Так или иначе, некоторая связь с гравитацией при этом должна быть, поскольку именно тензор Вейля описывает гравитационные степени свободы, Классическая общая теория относительности симметрична по времени, но можно поставить вопрос: сохранится ли эта симметрия, когда в конце концов теория гравитации будет должным образом "сшита" с квантовой механикой? В самом деле, если считать, что виртуальные черные дыры при планковской длине играют существенную роль, … вакуум может быть асимметричным по времени в рамках сугубо квантового описания гравитации.
(Пенроуз Р. Сингулярности и асимметрия во времени. С. 289).
Какая бы нелинейная физика ни заменила в конечном счете нынешнюю теорию с мгновенно редуцируемой волновой функцией, она вполне может оказаться существенно асимметричной по времени.
На нынешнем уровне знаний такие рассуждения в высшей степени спекулятивны. Все же мы знаем, что некий физический закон, асимметричный по времени, реально существует! За более привычными симметричным по времени силами Природы где-то скрыта одна (а возможно, и не одна) асимметричная сила, ничтожное действие которой почти полностью замаскировано остальными и остается незамеченным во всех процессах, кроме одного: хитро умного распада К°-мезона… очевидно, что в числе нерушимых правил Природы нет требования непременной симметрии по времени!
(Пенроуз Р. Сингулярности и асимметрия во времени. С. 290-291).
Возникает вопрос: для чего Природе понадобилось запрятать асимметрию по времени столь тщательно? Поскольку мы пока не знаем тех принципов, которыми руководствуется Природа при отборе физических законов, мы не можем ответить и на этот вопрос. Все же нам, по-видимому, не следует слишком уж удивляться тому, что фундаментальная асимметрия глубоко скрыта за внешностью видимой симметрии. Обладает же фауна нашей Земли, за редкими исключениями, внешней симметрией между правым и левым, Можно ли было догадаться, что в ядре каждой воспроизводящей клетки заложена спираль, структура которой определяет рост и развитие этих великолепных симметричных созданий, но при том каждая такая спираль все-таки только правая?
(Пенроуз Р. Сингулярности и асимметрия во времени. С. 292).