УДК 115:530.1
Москвин С. Л., директор АНО ДО «Инноватор», Москва
Препринт, не проходил рецензирование · Версия 3 · CC BY 4.0 · Программа SRDP · Этап развития программы: статусы прежних утверждений
Предыдущие версии: v1 (03.08.2026, «Роль движения частиц в объяснении природы времени») — DOI 10.5281/zenodo.21772527; v2 (20.09.2026) — DOI 10.5281/zenodo.22855906 [2]. Все версии: концептуальный DOI 10.5281/zenodo.21772526. Статья — сопутствующая к приложению Д главной статьи программы SRDP [1] и к статье о моносреде [3].
Статья входит в программу SRDP (Self-Replicating Dark Particles, «саморепликация тёмных частиц») [1]. Версия 2 предлагала считать носителем стрелы времени полное число частиц N, растущее при саморепликации, а прошлое — равновесным, «вместо гипотезы прошлого» (допущения, что Вселенная началась с очень низкой энтропии). В этой версии мы отмечаем, что из прежней идеи сохранилось, что уточнено и что снято; новых расчётов, кроме одной короткой аналитической выкладки, нет. Сохраняется: при любом положительном темпе репликации r число частиц в сопутствующем объёме строго растёт (Ṅ/N = r), а параметр Хаббла выходит на плато; поэтому N годится как упорядочивающая переменная (внутренние часы). Направление при этом задаёт знак r > 0, принятый как постулат. Изменилось: «равновесное прошлое» теперь — вечная моносреда в покое (не расширялась и не сжималась), а начало — первая флуктуация, нарушившая неустойчивое равновесие [3; 4]. Главная поправка: такое прошлое не заменяет гипотезу прошлого, а является её частным случаем — если энтропию тяготения понимать по Пенроузу. Равновесие здесь механическое, а не термодинамическое: с учётом тяготения однородное состояние имеет низкую энтропию, поэтому противоречия нет, но нет и замены гипотезы. Опровергнуто: экспоненциальный закон N ∝ exp(Γt) с постоянным темпом (такой темп исключён данными) и прошлое «рождение = разбавление» (Γ = 3H). Для поздней репликации исключено и более сильное прочтение, которого версия 2 не утверждала: «темп необратимых процессов задаётся ростом N»; при рекомбинации N почти не меняется. Статус: N как упорядочивающая переменная — совместимо; N как единственный физический носитель стрелы и тождество «стрела = рост энтропии = рост N» — не доказано.
Ключевые слова: стрела времени, гипотеза прошлого, энтропия, гравитационная энтропия, гипотеза кривизны Вейля, моносреда, статическая Вселенная Эйнштейна, рождение частиц, программа SRDP
| Утверждение версии 2 | Статус сейчас | Где |
|---|---|---|
| Ṅ/N = Γ при любом законе расширения | сохранено (r вместо Γ); совместимо | раздел 1 |
| N(t) = N₀·exp(Γt), Γ постоянен | опровергнуто для космологии | [1, шаг 8] |
| Носитель стрелы должен быть монотонным и неограниченным; H выходит на плато, N — нет | сохранено | раздел 1 |
| Прошлое — равновесие Γ = 3H | опровергнуто | [4, раздел 4] |
| В равновесии направленности нет; стрела возникает с началом роста | сохранено в новой форме: до первой флуктуации | раздел 2 |
| Равновесное прошлое — «вместо гипотезы прошлого» | снято: частный случай гипотезы прошлого (по Пенроузу) | раздел 3 |
| Энтропийная стрела вторична по отношению к «репликативной» | не доказано | раздел 4 |
| В прошлом N было мало | уточнено: верно для числа частиц до разогрева; для N шага 8 N → 0,31 N₀ | раздел 1 |
| Локальные стрелы производны от космологической; механизма нет | не доказано (как и было) | раздел 5 |
| N — порядок состояний, а не функция заранее данного t | сохранено | раздел 1 |
Законы механики, электродинамики и квантовой теории симметричны по времени, а мир — нет [Price, 1996]. Стандартный ответ: стрела времени — направление роста энтропии, а для этого Вселенная должна была начаться в состоянии очень низкой энтропии. Это допущение Альберт назвал гипотезой прошлого [Albert, 2000]; оно не выводится из динамики и вводится как граничное условие [Carroll, 2010; Wald, 2006].
Версия 2 предлагала иное основание: монотонный рост полного числа частиц N при саморепликации и «равновесное прошлое», в котором направленности нет. С тех пор программа SRDP изменилась: постоянный темп репликации исключён данными [1, шаг 8], а «равновесное прошлое» в форме «рождение = разбавление» опровергнуто и заменено вечной моносредой в покое [3; 4]. Эта версия сохраняет прежнюю идею как этап развития программы и отвечает на вопрос, который в версии 2 был решён слишком быстро: совместимо ли равновесное прошлое с гипотезой прошлого и может ли оно её заменить.
Плотность числа частиц n при рождении с темпом r подчиняется уравнению ṅ + 3Hn = rn (точка над буквой — производная по времени), где H — параметр Хаббла (темп расширения), а a — масштабный фактор (во сколько раз выросли расстояния; сегодня a = 1). Для числа частиц в сопутствующем объёме (объёме, который расширяется вместе со Вселенной) N = n·a³ член разбавления сокращается:
Ṅ/N = r. (1)
Это верно при любом законе расширения и, как отмечала уже версия 2, само по себе — учебный результат. Новым было предложение сделать N упорядочивающей переменной (внутренними часами; не путать с параметром порядка Ландау): из двух состояний раньше то, где N меньше. Такое прочтение не содержит t и потому не тавтологично; оно сохраняется. Оговорим: N задаёт порядок, а направление — какой конец считать прошлым — задаёт знак r > 0, то есть необратимость закона рождения, принятая как постулат (при обращении времени Ṅ/N = −r). Кроме того, любая строго монотонная величина (например, масштабный фактор a) годится как внутренние часы; N выделено не математикой, а физическим смыслом.
В версии 2 r = Γ = const и N = N₀·exp(Γt). В главной статье постоянный темп исключён. Если долю вещества взять из реликтового излучения, согласие с данными барионных акустических осцилляций (BAO) у постоянного темпа хуже, чем у космологической постоянной Λ, на Δχ² ≈ +42…+58, то есть на ≈ 6–7σ (σ — стандартное отклонение). По одним BAO, при свободной доле вещества, постоянный темп не хуже Λ. Рабочая частота — темп репликации, принятый в главной статье, — r = 3HΩ_Λ (Ω_Λ — доля тёмной энергии в данную эпоху) воспроизводит историю расширения стандартной модели [1, шаг 8]. Для неё уравнение (1) интегрируется точно (наш расчёт; проверяется подстановкой, излучение не учитывается):
N(a)/N₀ = Ω_m0 + Ω_Λ0·a³, (2)
где Ω_m0 ≈ 0,31 и Ω_Λ0 ≈ 0,69 — доли вещества и тёмной энергии. Здесь N — полное число частиц холодной «пыли» (частиц, давлением которых можно пренебречь) в эффективном описании главной статьи [1, шаг 8]: вещество вместе с рождёнными частицами, которые в сумме ведут себя как тёмная энергия («Λ-часть»). Темп r относится ко всему N (вещество служит затравкой), масса частицы постоянна, поэтому N ∝ ρa³, а при r = 3HΩ_Λ имеем ρa³ ∝ Ω_m0 + Ω_Λ0·a³. Это допущение эффективного описания; если считать только рождённые частицы, их число растёт как a³ и в прошлом стремится к нулю.
Красное смещение z связано с масштабным фактором: 1 + z = 1/a. Рекомбинация (z ≈ 1100) — образование нейтральных атомов, после которого Вселенная стала прозрачной для реликтового излучения.
| Эпоха | H/H₀ | N/N₀ |
|---|---|---|
| рекомбинация, z ≈ 1100 | ≈ 2·10⁴ (с излучением ≈ 2,3·10⁴) | 0,31 |
| z = 10 | 20 | 0,31 |
| z = 2 | 3,0 | 0,34 |
| сегодня | 1 | 1 |
| будущее, a = 10 | 0,83 | ≈ 690 |
Вывод версии 2 о плато подтверждается: H стремится к H∞ = √Ω_Λ0·H₀ ≈ 0,83 H₀ [1, шаг 8], а N растёт как a³ без предела. Но картина прошлого изменилась: N в описании шага 8 в прошлом не мало, а стремится к ≈ 0,31 N₀, и при z ≳ 3 почти не растёт (за всё время от z = 10 до z = 3 — на 3 %).
Строго монотонным N остаётся, однако при рекомбинации d ln N/d ln a ≈ 5·10⁻⁹ (относительный рост N на единицу относительного роста a): необратимый процесс завершается, пока N меняется лишь на несколько миллиардных долей. Поэтому сильная форма — «темп необратимых процессов задаётся темпом роста N» — для поздней репликации опровергнута стандартной историей; версия 2 так не утверждала, а её тезис о вторичности энтропийной стрелы остаётся недоказанным (раздел 4).
Малым было лишь число частиц до разогрева (эпохи сразу после инфляции — кратковременного сверхбыстрого расширения, — когда энергия поля перешла в горячие частицы), но это другая популяция, не «пыль» формулы (2): инфляция размножает объёмы, разогрев лавинно рождает частицы [1, шаги 2–4]. Между концом разогрева и z ≈ 3 заметного роста N от саморепликации нет, и стрела в эти эпохи держится на обычной энтропии.
В версии 2 «равновесное прошлое» — это равновесие Γ = 3H, где рождение уравновешено разбавлением. Это вечное расширение с постоянным темпом: его прошлое неполно по теореме Борде–Гута–Виленкина (если в среднем Вселенная в прошлом расширялась, её история не может быть бесконечной в прошлое), и эта форма опровергнута [4, раздел 4].
Мы принимаем следующую картину (статус — не доказано) [3; 4, раздел 3]. Вечно существовала моносреда — однородная непрерывная среда, не состоящая из частиц. Она находилась в равновесии: не расширялась и не сжималась (H = 0). Вечный покой теореме Борде–Гута–Виленкина не противоречит: средний темп расширения в прошлом стремится к нулю. В общей теории относительности такой покой — статическая Вселенная Эйнштейна: замкнутое пространство, в котором тяготение среды уравновешено космологической постоянной; это равновесие неустойчиво [Eddington, 1930; 4, раздел 3]. Расширение началось с первой флуктуации, которая нарушила неустойчивое равновесие: флуктуация — причина, нарушение равновесия — результат. Дальше на равных рассматриваются два продолжения (Ω_k — параметр кривизны пространства): А — сразу наша замкнутая Вселенная (Ω_k < 0); Б — размножение объёмов и вселенные-пузыри (области, расширение которых идёт независимо), наша — открытая или практически плоская (Ω_k ≥ 0) [3, раздел 3].
Что из этого следует для стрелы времени. Мысль версии 2 «в равновесии направленности нет» сохраняется: пока среда покоится, макроскопически ничего не меняется. Периодические процессы (часы) в равновесии возможны: они задают длительность и последовательность, но не направление. По физическим свойствам состояний покоя нельзя отличить «раньше» от «позже»: время как длительность есть, стрелы нет. Стрела начинается с первой флуктуации и направлена от неё. В моносреде частиц нет, поэтому от флуктуации до разогрева состояния упорядочивает не N, а масштабный фактор a (объём). Стрела, направленная от особой точки, есть и в других моделях, но сходство с ними лишь частичное. У Кэрролла и Чен энтропия растёт в обе стороны от «середины», и картина в целом симметрична во времени [Carroll, Chen, 2004]; у Барбура, Кословски и Меркати в задаче N тел есть особая точка, от которой мера сложности растёт в обе стороны [Barbour, Koslowski, Mercati, 2014]. В обеих моделях по другую сторону от особой точки стрела обращена, а в нашей картине её там нет: до первой флуктуации — вечный покой. В варианте Б стрелы разных пузырей независимы.
Но формулировка версии 2 «стрела не задаётся граничным условием» снимается. В основной картине есть первое событие, а до него — особое состояние: однородный покой. Это и есть граничное условие, разговор о котором продолжает раздел 3.
Проблема. В термодинамике равновесие изолированной системы — это максимум энтропии. Если прошлое равновесно, его энтропия максимальна; тогда наш мир с низкой энтропией должен был возникнуть как редкая флуктуация, а малые флуктуации вероятнее больших. В космологии этот довод приводит к известным парадоксам: для вечного пространства де Ситтера (вечного расширения с постоянным темпом) их описали Дайсон, Клебан и Сасскинд [Dyson, Kleban, Susskind, 2002] (см. также [Albrecht, Sorbo, 2004]). Равновесие Γ = 3H версии 2 было именно де Ситтером, так что эта трудность была у неё в полной мере.
Как она снимается для моносреды в покое. Приведём три довода разной силы.
Вывод: противоречия нет, но и замены нет. Равновесное прошлое моносреды с гипотезой прошлого совместимо именно потому, что является её частным случаем: однородный покой — это состояние с низкой гравитационной энтропией в смысле Пенроуза (общего определения гравитационной энтропии нет). Особость начального состояния не исчезает, а получает физическую форму — «однородное неустойчивое равновесие». Почему среда была однородной, а не скученной или анизотропной, программа не объясняет. Кроме того, вечное пребывание в неустойчивой точке — состояние меры нуль: особость начала переходит в особость самого покоя, то есть в бесконечно точную настройку. Отсутствие частиц в моносреде этого не решает: гравитационные степени свободы (анизотропия, гравитационные волны) есть и без частиц, а однородные анизотропные моды статическую Вселенную разрушают [Barrow et al., 2003]. Остаётся открытым и вопрос «почему не раньше» [3, раздел 2; 4, раздел 3.5].
Гипотеза 1 (прил. Д(8) главной статьи). Стрелу времени задают течение среды и необратимый рост числа частиц. Под течением мы понимаем расширение среды; его мера, не зависящая от выбора координат, — темп расширения H для сопутствующих наблюдателей (движущихся вместе с расширением). Пока среда покоится (H = 0) и ничего не растёт, время как длительность идёт (часы возможны), но направления — физического различия между прошлым и будущим — нет: нет течения — нет стрелы времени. Обратное не следует само собой: знак H, как и знак r, направления не выделяет — при обращении времени расширение становится сжатием; течение отличает изменение от покоя, а связь его направления с энтропийной стрелой и составляет содержание гипотезы. Образ взят из «речной» модели чёрной дыры, где пространство втекает в дыру со второй космической скоростью и на горизонте достигает скорости света [Hamilton, Lisle, 2008]. Оговорки: «скорость потока» там — свойство выбранных координат (Гульстранда–Пенлеве), а не инвариант; в сопутствующих координатах расширяющейся Вселенной такой скорости нет, поэтому мерой течения служит H, а не скорость. Часы неподвижного наблюдателя в речной модели идут тем медленнее, чем быстрее поток (множитель √(1 − v²/c²)), а при нулевом потоке идут нормально. Поэтому речная модель иллюстрирует темп хода часов, но не обосновывает стрелу. Не доказано.
Гипотеза 2 (прил. Д(9)). Каждый акт копирования увеличивает число объектов и число их возможных расположений, поэтому энтропия S = k ln W (k — постоянная Больцмана, W — число микроскопических расположений) растёт вместе с N. Известная опора: в термодинамике космологического рождения материи Пригожина и соавторов при постоянной энтропии на частицу S растёт пропорционально N, рождение необратимо, а обратный процесс второе начало запрещает [Prigogine et al., 1988]. Самовоспроизводящаяся система обязана производить тепло, и тем больше, чем быстрее она копирует и чем долговечнее копии [England, 2013]. Оговорки: постоянная энтропия на частицу — допущение, а не вывод; почти вся энтропия Вселенной создана разогревом и скучиванием в чёрные дыры [Egan, Lineweaver, 2010], а не поздним рождением; число частиц в искривлённом пространстве-времени зависит от выбора наблюдателя [Parker, 1969]. Тождество «стрела = рост энтропии = рост N» не доказано.
| Утверждение | Статус |
|---|---|
| Ṅ/N = r > 0 (знак r — постулат): N строго растёт; N — упорядочивающая переменная | совместимо (учебная выкладка) |
| N(t) = N₀·exp(Γt) при постоянном Γ | опровергнуто для космологии [1, шаг 8] |
| Прошлое — равновесие Γ = 3H | опровергнуто [4, раздел 4] |
| Прошлое — моносреда в покое; стрела — с первой флуктуации | не доказано [3; 4] |
| Равновесное прошлое не противоречит гипотезе прошлого | совместимо: частный случай гипотезы (по Пенроузу; раздел 3) |
| Равновесное прошлое «вместо» гипотезы прошлого | снято |
| Стрела = рост энтропии = рост N | не доказано |
| Темп необратимых процессов задаётся ростом N (сильная форма) | опровергнуто для поздней репликации (раздел 1) |
| Локальные стрелы производны от роста N | не доказано: механизма нет |
Что проверяемо. Собственного наблюдаемого предсказания у этой статьи нет. Проверяемое наследуется: знак кривизны различает варианты А и Б [3, раздел 3]; рабочая частота неотличима от космологической постоянной [1, шаг 8]. Условие опровержения версии 2 («мера необратимости не связана с темпом расширения») остаётся концептуальным: меры необратимости, измеримой на разных красных смещениях, нет. Ограничения. Модели моносреды нет; связь роста N с локальной необратимостью не построена; доводы раздела 3 качественные.
Идея версии 2 — монотонная величина, которая задаёт порядок состояний, — сохраняется: при любом положительном темпе репликации N строго растёт, а H выходит на плато. Закон с постоянным темпом и прошлое «рождение = разбавление» опровергнуты; рост N поздней репликации не может задавать темп ранних необратимых процессов. Равновесное прошлое теперь — вечная моносреда в покое и первая флуктуация, нарушившая неустойчивое равновесие. Гипотезе прошлого оно не противоречит, потому что механическое равновесие однородной среды с учётом тяготения — состояние низкой энтропии в смысле Пенроуза. Но и не заменяет её: особость начала получает физическую форму, а не объяснение. Статус: ядро совместимо; физический носитель стрелы не доказан.
Выкладка, её проверка и проверка литературы выполнены с помощью ИИ-ассистента (Claude) под руководством автора. Чат с ИИ предоставляется по запросу. Единственная новая выкладка — формула (2) и таблица раздела 1. Идеи — число частиц как носитель стрелы времени, равновесное прошлое, течение среды и энтропия на языке саморепликации (прил. Д(8), Д(9) главной статьи) — авторские; ИИ не является соавтором, ответственность за содержание несёт автор.
Связь с серией SRDP. Статья — сопутствующая к приложению Д главной статьи программы SRDP [1] и к статье о моносреде (№10) [3]. Рабочая частота и H∞ — в шаге 8 главной статьи; теорема Борде–Гута–Виленкина, покой и его неустойчивость — в статье №12 [4]; первая флуктуация и варианты А/Б — в статье №10 [3].
Программа SRDP
Другие источники
Albert, 2000 – Albert D. Z. Time and Chance. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2000
Albrecht, Sorbo, 2004 – Albrecht A., Sorbo L. Can the universe afford inflation? // Physical Review D. 2004. Vol. 70. Art. 063528. DOI: 10.1103/PhysRevD.70.063528. arXiv:hep-th/0405270
Barbour, Koslowski, Mercati, 2014 – Barbour J., Koslowski T., Mercati F. Identification of a gravitational arrow of time // Physical Review Letters. 2014. Vol. 113. Art. 181101. DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.181101. arXiv:1409.0917
Barrow et al., 2003 – Barrow J. D., Ellis G. F. R., Maartens R., Tsagas C. G. On the stability of the Einstein static universe // Classical and Quantum Gravity. 2003. Vol. 20, No. 11. P. L155–L164. DOI: 10.1088/0264-9381/20/11/102. arXiv:gr-qc/0302094
Carroll, 2010 – Carroll S. M. From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time. New York: Dutton, 2010
Carroll, Chen, 2004 – Carroll S. M., Chen J. Spontaneous inflation and the origin of the arrow of time. 2004. arXiv:hep-th/0410270
Dyson, Kleban, Susskind, 2002 – Dyson L., Kleban M., Susskind L. Disturbing implications of a cosmological constant // Journal of High Energy Physics. 2002. No. 10. Art. 011. DOI: 10.1088/1126-6708/2002/10/011. arXiv:hep-th/0208013
Eddington, 1930 – Eddington A. S. On the Instability of Einstein’s Spherical World // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1930. Vol. 90, No. 7. P. 668–678. DOI: 10.1093/mnras/90.7.668
Egan, Lineweaver, 2010 – Egan C. A., Lineweaver C. H. A larger estimate of the entropy of the universe // The Astrophysical Journal. 2010. Vol. 710. P. 1825–1834. DOI: 10.1088/0004-637X/710/2/1825. arXiv:0909.3983
England, 2013 – England J. L. Statistical physics of self-replication // Journal of Chemical Physics. 2013. Vol. 139. Art. 121923. DOI: 10.1063/1.4818538. arXiv:1209.1179
Frautschi, 1982 – Frautschi S. Entropy in an expanding universe // Science. 1982. Vol. 217, No. 4560. P. 593–599. DOI: 10.1126/science.217.4560.593
Hamilton, Lisle, 2008 – Hamilton A. J. S., Lisle J. P. The river model of black holes // American Journal of Physics. 2008. Vol. 76. P. 519. DOI: 10.1119/1.2830526. arXiv:gr-qc/0411060
Layzer, 1975 – Layzer D. The arrow of time // Scientific American. 1975. Vol. 233, No. 6. P. 56–69. DOI: 10.1038/scientificamerican1275-56
Parker, 1969 – Parker L. Quantized fields and particle creation in expanding universes. I // Physical Review. 1969. Vol. 183. P. 1057. DOI: 10.1103/PhysRev.183.1057
Penrose, 1979 – Penrose R. Singularities and time-asymmetry // General Relativity: An Einstein Centenary Survey / Eds. S. W. Hawking, W. Israel. Cambridge: Cambridge University Press, 1979. P. 581–638
Price, 1996 – Price H. Time’s Arrow and Archimedes’ Point: New Directions for the Physics of Time. New York: Oxford University Press, 1996
Prigogine et al., 1988 – Prigogine I., Géhéniau J., Gunzig E., Nardone P. Thermodynamics of cosmological matter creation // Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 1988. Vol. 85, No. 20. P. 7428–7432. DOI: 10.1073/pnas.85.20.7428
Stoica, 2013 – Stoica O. C. On the Weyl curvature hypothesis // Annals of Physics. 2013. Vol. 338. P. 186–194. DOI: 10.1016/j.aop.2013.08.002. arXiv:1203.3382
Wald, 2006 – Wald R. M. The arrow of time and the initial conditions of the universe // Studies in History and Philosophy of Modern Physics. 2006. Vol. 37, No. 3. P. 394–398. DOI: 10.1016/j.shpsb.2006.03.005. arXiv:gr-qc/0507094