Kitabı oku: «Природа и свойства физического времени», sayfa 4

5.1. Всеобщность

В концепции абсолютного времени всеобщность принимается как интуитивно понятное свойство, поэтому не нуждающееся в толковании и объяснении. Поскольку считается, что вся материя «погружена» во время, «сцеплена» с ним и «движется» вместе с ним из прошлого в будущее, то всеобщность времени, пронизывающего собой любые процессы, подразумевается до тех границ, до которых простирается известная нам материя. Во всяком случае, до границ, если таковые отыщутся в нашей Вселенной.

И хотя сама по себе картина времени – псевдоматериального, ненаблюдаемого, неощутимого, но пронизывающего собой непонятным способом всю известную материю и, сверх того, приводящего ее в неодолимое однонаправленное движение – выглядит чудеснее, чем первый акт творения, содержание ее было принято исследователями на вооружение без малейшей критики и до сих пор не подвергалось сомнению.

Когда же, в соответствии с выведенной зависимостью, мы упраздняем абсолютное время как всеобщее, всеобщность для временного интервала тем не менее остается, причем в тех же границах. Там, где есть материя, существует и ее движение. Но каждый элемент этого движения, т. е. процесс, имеет свою, характерную только для него, продолжительность. Поэтому в пределах нашей Вселенной везде есть место временному интервалу, определяемому ранее представленным выражением.

Особо следует сказать о ходе часов в различных точках мирового пространства. То есть, как получается, что для классической механики все часы в любой точке мирового пространства показывают одно и то же время, хотя единого и всепроникающего «хода» времени не существует и «река времени» «течет» только в нашем воображении. Здесь может быть только один ответ на весьма непростой вопрос – это происходит потому, что все без исключения часы, которые мы себе воображаем или реально используем, мы сами заставляем отсчитывать одно и то же время. Во-первых, применяются одни и те же единицы масштаба, во-вторых, часы, использующиеся в одном и том же процессе, но в разных его отрезках, старательно синхронизируются. Точно так же синхронизируются часы, показания которых относятся к разным, независимым процессам, находящимся в отдалении друг от друга. В-третьих, погрешность хода с каждым новым поколением часов стремительно уменьшается, поэтому, несмотря на то, что все механизмы разные, отсчет времени они ведут практически одинаково, при этом любые отклонения от установленной синхронности немедленно устраняются. А в человеческом восприятии, даже если этот человек занимается разработкой физической теории, ситуация всеобщей синхронизации отражается в виде единого всепроникающего времени. Наиболее наглядным примером такой синхронизации можно считать настройку корабельного хронометра, который до эпохи спутников и глобальной связи синхронизировался с подобным же механизмом в порту отплытия со всей возможной тщательностью. В ту пору можно было бы сказать, что в любой точке мирового океана ход абсолютного времени одинаков, хотя приносил его туда запущенный в порту процесс.

И даже если в эксперименте или теоретическом исследовании мы вынуждены делать пересчет времени при сравнении процессов в разных и весьма отдаленных точках мирового пространства, этот пересчет мы все равно делаем по отношению к нашим часам, также тщательно синхронизированным с остальными существующими. Также заметим в скобках, что вся эта синхронизированная система отсчета времени, состоящая из миллиардов индивидуальных часов, по определению может функционировать автономно и независимо ни от каких внешних воздействий.

5.2. Бесконечность

Конечность времени предполагает завершение по ее осуществлению всех процессов, то есть пресловутый «конец света». Поэтому бесконечность его в наших глазах служит гарантией неуничтожимости материи, которая может, как полагают, лишь переходить из одного состояния в другое. Потому и абсолютное время может быть лишь бесконечным. Оно неизвестно, когда появилось, и неизвестно, когда закончится. Физическим основанием для подобной абстракции можно считать существование в реальности процессов, длительность которых несравнимо больше длительности человеческой жизни.

Локальный временной интервал в нашем понимании, напротив, может иметь любое значение: от нулевого до бесконечного. Тем самым всякие рассуждения о начале времени становятся несущественными, поскольку точку начала любого движения можно принять за начало временного интервала. Если энергия, вкладываемая в момент времени бесконечно велика, то, согласно полученной зависимости, время протекания процесса будет равно нулю. Если энергия, участвующая в процессе, равна нулю, время его будет равно бесконечности. В реальности же всегда есть какая-то, пусть весьма малая, энергия, движущая процесс, и, как бы велика вложенная энергия ни была, она всегда имеет конечное значение. Поэтому и реальный временной интервал всегда будет не равным нулю и не бесконечно большим.

Случай же, когда энергия точно равна нулю, следует рассмотреть особо. Такой случай имеет двойственную природу. Когда энергия не вкладывается, но и не расходуется, то есть некое движение, равносильное покою (движение по инерции), не получает дополнительной сторонней энергии (то есть именно эта энергия для идущего процесса точно равна нулю), а сопротивления движению нет, временной интервал равен бесконечности и процесс длится вечно. То есть для возникновения процесса, конечно, необходимо было вложение энергии. И сопротивление изменениям в нем тоже при этом присутствовало, что соответствовало определенному временному интервалу. Но если в некоторых случаях вложенная энергия заканчивается, становится равной нулю при одновременном исчезновении сопротивления движению, то движение продолжается уже как движение по инерции. Что соответствует бесконечному временному интервалу. Приближенным к этому случаю будет движение некрупного астероида в пространстве между звездами, т. е. вдалеке от тяготеющих масс. Или вращение планет вокруг звезды. Такое движение если не вечно, то продолжается сравнительно долго без всяких изменений. Ньютон, как известно, в своем главном сочинении рассматривал в основном именно такие движения. Отсюда становится понятным, почему Ньютоново абсолютное время не только бесконечно, но и ни от чего не зависит.

Аналогичная ситуация наблюдается и в том случае, когда вкладываемая в процесс энергия точно равна работе сил сопротивления, что можно условно считать за отсутствие вкладываемой в движение сторонней энергии, хотя она реально и тратится на обеспечение движения. Движение в этом случае продолжается до тех пор, пока энергия вкладывается. И если она вкладывается практически бесконечно, то и движение может продолжаться в той же степени бесконечно.

Во втором случае вложенная энергия равна нулю, потому что данный процесс еще не начинался. Значит, соответствующий временной интервал также не начинался и потому может условно считаться равным нулю. Сколько времени такая ситуация продлится, зависит не от величины самой энергии, а от сопутствующих процессу обстоятельств. То есть зависит от длительности других процессов. Так, например, придет ли в движение камень, лежащий на склоне горы, зависит от той подготовительной работы, которую должны проделать изменения температуры, вода и ветер, и, хотя камень уже обладает потенциальной энергией, она окажется вложенной в процесс лишь тогда, когда указанные факторы смогут его запустить. Аналогично выглядит ситуация со спонтанной радиоактивностью. Сторонняя энергия уже вложена в ядро радиоактивного элемента, но процесс самопроизвольного распада начнется лишь тогда, когда для этого созреют условия внутри ядра. Что это за условия, и какие факторы запускают процесс, мы пока не знаем. Но несомненно, что при развитии процесса сторонняя энергия некоторой своей частью будет потрачена непосредственно в самом процессе, а некоторую ее часть унесут с собой продукты распада ядра.

Что касается кванта времени, то этот вопрос будет обсужден позже, в соответствующем разделе.

Но не только энергия определяет длительность (конечность или бесконечность) временного интервала. Сопротивление изменениям в процессе (инерция) равно влияет на нее. При бесконечно большой инерции время протекания процесса также будет бесконечно большим. При нулевой – равно нулю. Таким образом, возможно любое значение временного интервала, то есть конечность и бесконечность (в ограниченном, конечно, смысле) существуют рядом, дополняя и поддерживая одна другую, что мы и наблюдаем в действительности. В общем смысле время протекания единичных процессов будет существовать, пока существует та форма Вселенной, которую мы наблюдаем.

5.3. Неуничтожимость

Под неуничтожимостью времени в Ньютоновой концепции понималась наша неспособность повлиять на равномерный и всеобщий ход времени. Но, кроме этого, существует еще одна сторона неуничтожимости, вытекающая из его псевдоматериальности. Если время вечно и вечно «течет» в сторону больших значений, то что происходит с прошедшими его периодами? Если они уничтожаются, то каким образом? Если они остаются неизменными, то значит ли это, что все прошедшие с начала времен события остаются навечно зафиксированными в прошлом как реальности? Иными словами, куда исчезает уже прошедшее время? Если время – река, то где ее истоки и куда она «течет»?

Вразумительно ответить на эти и другие аналогичные вопросы нет никакой возможности. Противоречивая сущность Ньютоновой концепции не позволяет этого сделать.

Если же взять анализируемое выражение для временного интервала, то легко увидеть, что такое время может быть, как неуничтожимым, так и уничтожимым. Все зависит от того, какой именно процесс мы рассматриваем. С нашей точки зрения, совокупное движение во Вселенной – процесс неуничтожимый, во всяком случае, до тех пор, пока существует сама Вселенная. Поэтому время во Вселенной также неуничтожимо. Но вот движение поезда и соответствующий ему временной интервал вполне уничтожимы одним движением руки машиниста. Следует только обратить внимание на то обстоятельство, что уже прошедшая часть временного интервала уничтожению не поддается, во-первых, так как она прежде уже была осуществлена и, следовательно, уже принципиально не наблюдаема, а во-вторых, так как она оставила изменения в самом процессе и в среде, где он происходил. И лишь в нашем сознании она остается неизменной и сохраненной на любое потребное для нас время.

5.4. Неощутимость

Для абсолютного времени неощутимость является таинственным, но, несомненно, генетически принадлежащим ему качеством, поскольку оно находится в том же ряду, что и бесконечность, неуничтожимость, независимость, неизменность. Это качество прямо соответствует всеобщности и независимости абсолютного времени, и лишь дополняет их как обязательное проявление идеальности. Кажется совершенно естественным, что «другая материя», хотя и взаимодействующая с материей нашего мира в любой его точке, не должна обнаруживать свое присутствие в силу своей полной независимости от любых процессов, которые она «увлекает» в неизвестное будущее своим неотвратимым односторонним движением.

Когда же мы рассматриваем временной интервал, то становится ясно, что неощутимость обусловливается нематериальностью самого времени. Поскольку наблюдаемым, ощутимым является исключительно сам единичный процесс, то само по себе свойство этого процесса, заключающееся в его продолжительности, не ощущается нами изолированно, а лишь через изменения, создаваемые, во-первых, самим исследуемым процессом, и, во-вторых, через изменения, происходящие в процессах, формирующих и поддерживающих существование нашего тела. Пресловутое «ощущение времени», присущее некоторым представителям рода человеческого, как раз и основывается на изменениях, создаваемых процессами, происходящими в центральной нервной системе и сопутствующих им процессах в периферийных органах. Таким образом, хотя времени самого по себе мы не ощущаем, изменения, происходящие в нас самих и окружающем нас мире, позволяют опосредованно судить о его «течении» с достаточной долей определенности.

5.5. Подвижность

Всеобщее абсолютное время, по Ньютону, «протекает». Почему оно «течет», из самого определения времени, как мы уже отмечали, понять невозможно. Это свойство принимается аксиоматически лишь потому, что в окружающей нас действительности всегда происходят одни и те же изменения – рождение, развитие, смерть. Этот порядок остаётся неизменным на протяжении тысячелетий, и ни разу за всю историю наблюдений последовательность стадий не была нарушена. Поэтому наблюдаемая последовательность событий, их течение, трансформировались в нашем сознании в непреодолимое и непрерываемое «течение» времени. Стало общепринятым считать, что это время заставляет все явления и материальные сущности развиваться так.

Когда же мы рассматриваем временной интервал, то становится понятным, что «течение» времени есть не что иное, как развитие процесса. Именно из-за того, что вложенная в процесс сторонняя энергия побуждает его к развитию, а сопротивление этому развитию не дает процессу развиться мгновенно, появляется время, которое «течет» из-за того, что протекает генерирующий время процесс.

Таким образом, мы выяснили, что в действительности не время «пронизывает» материю и влечет ее в неизвестное будущее, а материя (процесс), развиваясь, генерирует время.

5.6. Однонаправленность

Всеобщее абсолютное время, как принято считать, не просто «течет», а «течет» строго в одну сторону: из прошлого в будущее. Почему оно так «течет», из самого определения времени также понять невозможно. Это свойство принимается аксиоматически тоже лишь потому, что всякое развитие в природе происходит в смысле времени лишь в сторону его больших значений. И направленность событий на протяжении тысячелетий наблюдения также ни разу не была нарушена.

Однако в физических законах, опирающихся на концепцию абсолютного времени, как уже отмечалось выше, на его однонаправленность ничто не указывает. Множество законов, если не все, оказываются Т-инвариантными. Между тем при попытке представить обратный ход физических процессов, исследователи сразу натыкаются на парадоксы. Например, никто никогда не видел, чтобы теплая вода в стакане самостоятельно разделилась на две части – горячую и холодную, хотя законы движения это не запрещают. То есть физические законы предполагают изотропность времени, хотя из практики точно известно, что время анизотропно. Способ обойти это противоречие, когда ненаблюдаемые события относят к статистически маловероятным, сам по себе неубедителен и теоретически малосостоятелен. Поэтому вопрос о том, почему в реальных условиях время однонаправленно, а выведенные с его использованием законы Т-инвариантны, остается невыясненным.

Перейдем теперь к интерпретации времени в виде временного интервала. В этом случае двойной знак перед квадратным корнем в выражении для временного интервала показывает, что в природе, то есть в известной нам Вселенной, до тех границ, где мы можем определить применимость второго закона Ньютона, существуют два направления процессов и соответствующих им временных интервалов. То есть процессы могут идти как из нашего прошлого в наше будущее, так и из нашего будущего в наше прошлое.

Во многих рассуждениях о Т-инвариантности физических законов предполагается, что по течению времени в соответствии с формулировками этих законов можно передвигаться с равным успехом как из прошлого в будущее, так и из будущего в прошлое. Причем в первом случае процесс протекает нормально, а во втором – инверсно. Потом рассматриваются различные парадоксы, возникающие именно в этом случае. Но знак минус перед значением временного интервала ничего не меняет в самой структуре зависимости. Значит, процесс принципиально не может идти инверсно. Когда процесс движется по другой временной ветви, он сохраняет свое нормальное строение и протекает как обычно, с той только разницей, что развивается из нашего будущего в наше прошлое. Таким образом, парадоксы обратного хода процесса устраняются, но появляются свойства, пока непонятные наблюдателю, время которого течет из нашего прошлого в наше будущее, при наблюдении процессов, идущих во встречном времени. Вопрос заключается также и в том, можем ли мы хотя бы в принципе наблюдать из нашего времени встречное течение процессов?

Что касается самой однонаправленности, то в случае единичного процесса отсутствие в его течении скачков в противоположных временных направлениях вполне согласуется со вторым началом термодинамики, причем как для плюс-, так и для минус-времени. При этом не возникает никаких парадоксов, так как согласно закономерности для временного интервала, в нашей Вселенной существует два независимых встречных направления возрастания энтропии. Отсюда появляется возможность ответить и на вопрос: почему известные физические законы, в целом правильно описывающие реальный мир, находятся в абсолютном противоречии с реальностью, когда речь заходит о Т-инвариантности.

Реальное физическое время (продолжительность реальных процессов) действительно однонаправленно и двигаться по нему вспять невозможно. А Т-инвариантность физических законов вытекает из существования во Вселенной двух независимых ветвей развития процессов, направленных во времени навстречу друг другу.

Эти ветви объединены только в абстракции, в физических законах. Эти законы не различают временные направления потому, что они сформулированы не только для нашего мира, а сразу для всей Вселенной, которая состоит из двух самостоятельно существующих, но взаимосвязанных и взаимодействующих образований. На практике же каждая временная ветвь в реальности и по отдельности однонаправленна, и лишь совместно обе они обеспечивают Т-инвариантность физических законов.

5.7. Необратимость

Необратимость абсолютного всеобщего времени есть частный случай его неуничтожимости. То есть равномерный непрерывный «ход» его мы не можем ни остановить, ни повернуть вспять.

Когда же мы рассматриваем свойства временного интервала в нашем понимании, то на первый взгляд это свойство упраздняется, а существование двух встречных Т-ветвей подтверждает возможность обратного хода процесса. Кажется, что процесс легко обратить вспять, поскольку существующие физические законы этого не запрещают, а зависимость для временного интервала прямо предоставляет возможность для обратного «хода» времени.

Но на самом деле необратимость присутствует и в нашем случае – она определяется вторым началом термодинамики: обратить реальный процесс, не вкладывая в него дополнительной энергии, из-за неизбежных энергетических потерь при его протекании невозможно. Поэтому, когда мы обращаем процесс вспять, мы просто прекращаем первоначальный процесс и начинаем новый, вкладывая в него эту дополнительную энергию. Но оба процесса будут в смысле времени протекать в одном направлении. Когда же мы переходим на другую ветвь протекания процессов (теоретически, конечно), с другим направлением движения к возрастанию энтропии, необратимость временного интервала сохраняется и там. Все происходит точно так же, как и в первом случае, несмотря на то, что направление «хода» времени (протекания процесса) меняется на обратное.

5.8. Определенность

В случае абсолютного времени определенность есть возможность измерения временной длительности. Следует уточнить, что в этом случае означает выражение «измерить время». Если придерживаться концепции всеобщего, абсолютного времени, которое пронизывает собой все процессы и приводит их в движение, то нужно признать возможной абсурдную ситуацию, когда стрелки часов движет не вкладываемая в механизм энергия часовой пружины, а, наоборот, часовая пружина имеет возможность раскручиваться только потому, что «ход» времени увлекает за собой весь часовой механизм, приводя его в движение. Ситуация, напоминающая Птолемееву систему, когда Солнце вращается вокруг Земли, потому что ангелы катят его по орбите.

Измерить время в этом случае значит определить, насколько «ход» времени раскрутил предварительно заведенную пружину, подсчитав количество оборотов стрелок часов.

Но если мы переходим к временному интервалу в нашем понимании, то ситуация ставится с головы на ноги. В самом деле, существует некий единичный процесс; пусть это будет прямолинейное движение тела. Измерить его длительность внутри самого процесса, как известно, невозможно. Единственная возможность сделать это – сравнить его с другим процессом. То же самое, что измерить расстояние между двумя точками, например, на плоскости. Берется посторонний предмет, длина которого принимается за единицу масштаба, и прикладывается к измеряемому объекту.

Когда мы измеряем длительность временного интервала, таким «предметом» чаще всего является равномерный и непрерывный (в ограниченном, конечно, смысле) процесс. А поскольку нам необходимо иметь еще и единицу измерения продолжительности процесса, то для ее создания приходится чаще всего выбирать процесс периодический, принимая за такую единицу один период или его часть. Вид применяемого процесса при этом не играет никакой роли. Важно лишь удобство его использования при счете времени. Поэтому раннее развитие механики решило эту задачу с помощью создания часового механизма. Поскольку равномерное и непрерывное движение есть простейший вид движения, то воспроизвести его с помощью механизма значительно проще, чем какой-нибудь более сложный вид. Периодичность же процесса позволяет значительно упростить создание единицы масштаба. Линейный процесс тоже можно приспособить для измерения времени, если каким-то образом уметь поделить его на части. В Античности таким процессом служило истечение жидкости из сосуда через небольшое отверстие, а в Средние века для этого наносили на свечи полоски-метки через равные расстояния.

Следует также заметить, что время генерируется любым процессом, то есть движением. С этой точки зрения нет никакой разницы между, скажем, движением поезда и движением шестеренок часового механизма. И тот и другой процесс равно генерируют время. И сами по себе в отсутствие наблюдателя эти процессы как факты генерации времени совершенно равноценны. Другое дело, когда наблюдатель выделяет некий процесс и хочет изучить его или хотя бы определить, каким именно образом можно его использовать. То есть встает вопрос об измерении времени. И тогда какой именно процесс принять за измеряемый, а какой – за измеряющий, зависит исключительно от произвола наблюдателя. Можно измерять время движения поезда при помощи движения стрелок часов, но можно и наоборот: измерять время движения часовых стрелок при помощи движения поезда, что в принципе одно и то же. В подобном случае на первый план выступает лишь удобство применения процесса для счета времени с точки зрения наблюдателя. И хотя разные по характеру процессы будут по-разному генерировать или измерять время, использование того или иного из них для временного счета всегда определяется его – наблюдателя – произволом.

Но для наблюдателя, в силу направленности его интереса, между понятиями «генерировать время» и «измерять время» существует определенное отличие. С точки зрения генерации любой процесс, чья длительность не равна нулю, время генерирует. Но генерирует его в виде безликой неопределенной и неотличимой от характеристик других процессов продолжительности. Пока в безбрежный океан различных продолжительностей не вмешивается наблюдатель, все они равноценны между собой как источники длительностей. Неравноценными они становятся лишь внутри определенной совокупности процессов, в результате протекания которых происходят изменения в окружающей нас реальности, но сами по себе, безотносительно к исходу развития этой совокупности, они ничем не отличаются друг от друга. И лишь когда наблюдатель вмешивается в ход исследуемого процесса, измеряя продолжительность его путем сравнения с продолжительностью эталонного, лишь тогда эта продолжительность превращается в известное нам, «постигаемое чувствами» время, как меру этой продолжительности. Измерив время течения конкретного процесса, мы извлекаем временной интервал из необозримой общности безликих продолжительностей и превращаем его в доступное восприятию время.

Итак, стрелки часов под действием часовой пружины равномерно и периодически обходят циферблат, который, в свою очередь, поделен на части, и тем самым позволяют «прикладывать» один такой оборот или его часть к процессу движения тела. Считая число оборотов стрелок, мы измеряем время протекания исследуемого процесса в заранее обусловленных нами единицах. Никакой мистики и никаких ангелов для этого не требуется.

С повышением точности часов неопределенность, которая присутствует в каждом реальном измерении, может быть сделана сколь угодно малой.

Несмотря на некоторое количество условностей, сопровождающих измерение времени, зависимость для временного интервала позволяет сделать вывод о его определенности, не прибегая к внешним способам измерения, так как в нашем случае определить его величину можно измерением других величин: массы, расстояния между двумя точками в пространстве, приложенной силы либо энергии в целом.

Поэтому можно считать, что определенность временного интервала в нашем понимании внутренне присуща ему, так как она присуща самому единичному процессу.