Что такое время?

Попытки определить время чаще всего быстро наталкиваются на препятствия, создающие порочный круг. Это то, что измеряют мои часы… Это то, что не позволяет всему происходить одновременно… Блаженный Августин, богослов, живший в IV в., так сформулировал это затруднение в своей «Исповеди»: «Что же такое время? Если никто меня об этом не спрашивает, я знаю, что такое время; если бы я захотел объяснить спрашивающему – нет, не знаю»[85].

Измерение времени, по сути, очень математический процесс. Он основывается на выявлении повторяющихся явлений, явлений, имеющих закономерности, таких как движение планет, или смена времен года, или движение маятника, или пульсация атома. Как сказал австрийский физик XIX в. Эрнст Мах, «время есть абстракция, к которой мы приходим через посредство изменения вещей».

Считается, что свидетельства первых попыток человека следить за временем находятся в пещерах Ласко. Эти пещеры, возраст которых равен 15 000 лет, были открыты в 1940 г. четырьмя французскими школьниками: их пес по имени Робо нашел в земле дыру, ведущую в пещеры. Пещеры знамениты необыкновенной живописью эпохи палеолита, изображающей животных, бегущих по их стенам, – бизонов, лошадей, оленей и туров.

Мне удалось побывать в этих пещерах, но в связи с хрупкостью рисунков, сделанных 15 000 лет назад, я смог попасть только в копию пещеры, сделанную рядом с настоящей. Их атмосфера все равно производит большое впечатление; в древних изображениях уловлена захватывающая энергия. Но их автор изображает не только животных. На рисунках также имеются странные узоры из точек, которые, по мнению некоторых археологов, являются свидетельством попыток измерения времени древним человеком.

Одну из таких групп точек обычно считают изображением звездного скопления Плеяды. Появление этого скопления в ночном небе отмечало во многих древних культурах начало года. Проходя по пещере, я подошел к последовательности из тринадцати точек, на одном конце которой нарисован прямоугольник. Выше прямоугольника находится огромное изображение оленя в период гона. Дальше по стене есть серия из 26 точек, в конце которой нарисована огромная стельная корова.

Некоторые археологи считают, что эти точки отмечают четверти лунного цикла, которые впоследствии превратились в семидневные недели. Такие четвертичные фазы Луны легко увидеть в ночном небе. В таком случае 13 четвертей Луны соответствуют четверти года, или сезону. Если отсчитать четверть года от момента появления Плеяд, получим время гона быков, в которое на них легче охотиться.

Тогда 26 точек можно истолковать как два набора по 13 точек, соответствующие двум сезонам, или половине года. Так мы получаем время года, в которое самки бизона беременны и опять же более уязвимы для охотников. Рисунки на стенах пещеры могли быть учебным пособием для молодых охотников, календарем, который говорил им, на какого зверя следует охотиться в той или иной точке годового цикла. Это раннее свидетельство измерения времени основывается на выявлении повторяющихся закономерностей. Обнаружение повторяющихся закономерностей так и осталось ключевым элементом понимания природы времени.

Циклы Солнца, Луны и звезд определяли наши методы измерения времени до 1967 г. То, как мы разделяем сутки на части, не было связано ничем в природных циклах. Сутками, разделенными на 24 единицы времени, каждая из которых делится еще на 60 частей, мы обязаны скорее математическим предпочтениям древних вавилонян и египтян. Выбор чисел 24 и 60 был основан на их высокой делимости. Наполеон попытался было сделать время десятичным, введя десятичасовые сутки, но именно в этом, практически единственном, случае ему не удалось заставить весь мир считать на десяти пальцах.

До 1967 г. секунда, основная единица измерения времени, определялась по-разному и была привязана ко времени оборота Земли вокруг собственной оси или обращения Земли вокруг Солнца. Ни та ни другая величина не постоянна с точки зрения современной концепции времени. Например, 600 миллионов лет назад Земля обращалась вокруг своей оси за 22 часа, а ее оборот вокруг Солнца занимал 400 суток. Но морские приливы обладают странной способностью передачи энергии вращения Земли Луне, в результате чего вращение Земли замедляется, а Луна постепенно удаляется от нас. Похожий эффект приводит и к увеличению расстояния между Землей и Солнцем, вызывающим изменение длительности орбитального периода Земли.

Учитывая такое непостоянство движения планет, начиная с 1967 г. метрологи стали ориентироваться для измерения времени не вовне, во Вселенную, а внутрь атома. Согласно современному определению,

секунда есть время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133, находящегося в покое при температуре 0 К.

Так сразу и не выговоришь. А видели бы вы часы, которые производят эти измерения. Я видел в Национальной физической лаборатории в юго-западном пригороде Лондона атомные часы, которые определяют, когда следует отбивать очередной час Биг-Бену и сигналам точного времени, передаваемым по радио. Они огромны. На руку точно не наденешь. В этих часах установлены шесть лазеров, которые захватывают атомы цезия и подбрасывают их вверх, в микроволновую камеру. Когда атомы в этом так называемом цезиевом фонтане падают вниз под действием гравитации, их облучают микроволнами, в результате чего они испускают излучение, частоты которого и используют для определения секунды.

Такие атомные часы, работающие в государственных лабораториях по всему миру, – одни из самых замечательных измерительных приборов, созданных человеком. Регулярность и универсальность поведения атомов такова, что если поставить рядом двое атомных часов, то через 138 миллионов лет их показания разойдутся не более чем на одну секунду. Измерения, производимые этими часами, – одни из самых точных среди всех, выполняемых человеком. Так что, вероятно, мы можем сказать, что знаем время. Проблема только в том, что время оказывается не столь постоянным, как мы надеялись. Как показало знаменитое открытие, сделанное в начале XX в. Эйнштейном, если двое часов движутся друг относительно друга, они вскоре начинают рассказывать о времени совершенно разные вещи.