Дыбала Сергей Леонидович. Время в физике и природе

Предисловие.

Эта статья первоначально мыслилась как четвёртое издание эссе "Пространство, движение, время", но переделывать пришлось столько, что получилась совсем другая работа. К тому же здесь применён несколько другой подход. Дело в том, что дальнейшие размышления над проблемой времени привели меня к выводу, что параметра, который используется в физике под названием "время", обладающего определённым набором свойств, в природе не существует. (Это нисколько не умаляет значение времени, как величайшего изобретения человечества). Физическая основа этого параметра - дление движения, раньше мыслилась как время движения.

Однако, современное понимание термина "время" как внешнего "мерила" применяемого к объектам, движениям и событиям, хотя и допускает выражение "время движения", но вкладывает в него совершенно другой смысл, а именно - время, прошедшее, пока было движение. Время не принадлежит движению, оно является внешним фоном ему.

Осмысление того факта, что существует физическое явление "дление движения" привело к необходимости разделения терминов. Прежде всего, такая необходимость возникла из-за отношения времени и дления к движению. Время не принадлежит движению, является для него внешним фактором, а дление движению принадлежит, является неотъемлемой его частью и обусловлено физикой самого движения. Кроме того, время имеет целый набор свойств, а дление только одно - это продолжительность существования движения.

Надеюсь, читатель извинит меня за обильное цитирование - полагаю, что при обсуждении взглядов столь великих авторитетов, как Ньютон и Эйнштейн, это просто необходимо.

Время в физике и природе.

Введение.

Время - мера существования материальных живых существ, неживой материи и взаимоотношений между ними.

Время - объективная реальность, форма бытия

Время - форма последовательной смены явлений и состояний материи

Время - мера изменчивости окружающего мира.

Время есть независимая переменная бытия.

Время - мера движения.

Время - число движения.

Большинство приведённых определений носит достаточно расплывчатый общефилософский характер и только два последних можно назвать физическими.

Однако предпоследнее определение, взятое из википедии, нельзя считать верным, поскольку мерой движения в физике принято считать количество движения (импульс) или кинетическую энергию.

Последнее определение, принадлежащее Аристотелю, как ни странно, наиболее полно отражает физическую сущность времени, того времени, которое используется сейчас в физике (читателю это станет понятно после ознакомления с содержимым настоящей работы).

Cписок определений времени можно продолжать и продолжать. Большое количество этих определений говорит о том, что время ещё мало изучено, и до сих пор никто толком не знает, что это такое.

Подавляющее большинство людей могут также как святой Августин, сказать, что знают, что такое время, но стоит только попробовать выразить это словами, как они не знают, что такое время. И действительно, с понятием "время" мы сталкиваемся на каждом шагу, постоянно пользуемся им. Время пронизывает всю нашу реальность, но мы очень редко задумываемся, что же это такое.

Как ни странно, даже физики, широко использующие понятие "время" для изучения природы и построения теорий, не очень далеко продвинулись в понимании природы феномена времени. Похоже, их устраивают трёхсотлетние представления Ньютона (классическая механика) и столетние представления Эйнштейна (релятивистская механика). Именно комбинация этих двух концепций времени и царит сейчас в физике.

С таким положением можно было бы смириться, если бы эти концепции достаточно полно определяли, что же такое время, его природу и его место в природе. Однако ничего подобного они не содержат (в чём уважаемый читатель сможет убедиться уже в первой главе настоящей работы). Вызывает удивление, как, пользуясь такими неполными умозрительными представлениями о времени, физики строят свои космогонические теории зарождения, развития и строения вселенной, как, не зная толком, что такое время, объединяют его с пространством и с серьезным видом убеждают нас, что это не только теоретические построения, но и физическая реальность.

Далее мы попытаемся проанализировать концепции времени Ньютона и Эйнштейна и сделать выводы о реальности существования времени в природе. (Мы намеренно сужаем круг только этими двумя концепциями, поскольку на них базируется представление о времени в современной физике.) Затем мы рассмотрим природное явление, положенное в основу представлениям человека о времени и определим настоящее место времени в нашей жизни.

Естественно, существует множество концепций времени предшествовавших и последующих указанным выше. Интересующимся этим вопросом читателям предлагаю обратиться к литературе по этой теме, например [3] и [4].

Определим некоторые понятия, используемые в дальнейшем изложении, что необходимо для однозначного толкования текста.

Материя - вещество и поле (здесь используется общепринятое понимание слова "материя", чтобы не отвлекаться от главного предмета исследования - времени; моё понимание этого термина приводится в работе "Пространство, движение, время").

Материальный объект, или просто объект - физическое тело, элементарная частица, фотон, т.е. любой объект, состоящий из материи, "кусок материи".

Движение - изменение состояния материи. Движение можно разделить на две группы: 1. процессы - это движение, при котором изменяются характеристики материи, например, температура, плотность, заряд и т.д.;

2.механическое движение - движение, при котором изменяется положение объекта в пространстве, т.е. по отношению к другим объектам.

1.Время.

1.1. Время Ньютона.

Безусловно, Ньютон не мог не задумываться о том, существует ли время в природе и каково его место в жизни человека, хотя вопрос о природе самого времени им не ставился. Он не сомневался в существовании времени, как такового, для него было важно другое. Ньютон разделял "истинное", оно же "абсолютное" или "математическое" время и время "кажущееся", оно же "относительное" или "обыденное". Вот что он писал по этому поводу:

"Время, пространство, место и движение составляют понятия общеизвестные. Однако, необходимо заметить, что эти понятия обыкновенно относятся к тому, что постигается нашими чувствами. Отсюда происходят некоторые неправильные наши суждения, для устранения которых необходимо вышеприведённые понятия разделить на абсолютные и относительные, истинные и кажущиеся, математические и обыденные." [1] стр.30.

Не приводя никаких доказательств, Ньютон постулировал существование в природе абсолютного времени:

"Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью." [1] стр.30.

Первое свойство ньютоновского "абсолютного времени", отражённое в этом определении, - это независимость его от любых внешних условий и явлений (безотносительность к чему-либо внешнему). Время существует только само по себе и на него ничто не влияет, т.е. ничто не может его уничтожить, остановить и изменить его свойства (например, ускорить или замедлить его, обратить вспять).

Второе свойство "абсолютного времени", упомянутое Ньютоном, - равномерность протекания. Это означает, что секунда, только что прошедшая, в точности равна секунде, прошедшей сколько угодно времени назад, или же которая пройдёт через сколько угодно времени в будущем, т.е. временные интервалы конгруэнтны (равные, совпадающие друг с другом). Другими словами скорость "течения" времени постоянна.

Только эти два свойства и характеризуют "абсолютное время" в ньютоновском определении.

Работы Ньютона, в своё время, были огромным шагом вперёд и обозначали отрыв от схоластической науки. Чёткость определений времени, пространства и движения была необычайной и оригинальной, без всяких ссылок на авторитеты. Однако, полностью освободится от наследия схоластов Ньютон не смог не только в смысле преемственности взглядов, но и методов. Так в его определении "абсолютного времени" не хватает многих свойств, используемых в его работах в явном или неявном виде, которые подразумеваются как общеизвестные или просто понятные на интуитивном уровне.

Главнейшее из таких свойств - единство "абсолютного времени" во всём пространстве. В определении Ньютона ничего об этом не говорится, тем не менее, постоянно подразумевается (особенно при рассмотрении им задач о движении небесных тел), что во всём пространстве вселенной течёт одно и то же время. Такое представление, возможно, основано на допущении о том, что некоторые сигналы могут распространяться бесконечно быстро, поэтому часы, расположенные в начале координат, измеряют время во всём пространстве системы.

Поясним это свойство времени, поскольку оно не такое простое, как кажется на первый взгляд. Единое (общее) время во всём пространстве предполагает, что секунда, протёкшая где-то на Земле, предположим в Лондоне, протекла и на Марсе, и на альфа Центавра и в галактике туманность Андромеды и вообще во всей вселенной. Причём это не такая же секунда, протёкшая через час, или миллион лет, а именно ТА ЖЕ СЕКУНДА, протекающая ОДНОВРЕМЕННО (синхронно) во всём бесконечном пространстве вселенной. Этот факт хорошо иллюстрируется декартовой системой координат, где время отображается осью t, а пространство (в данном случае одномерное) осью Х (см. рис.1).

Рис.1. Декартова система координат (t,X). Ось одномерного пространства Х целиком движется по оси времени t, таким образом, во всём пространстве Х постоянно наблюдается единое время (каждый момент времени один и тот же для всего пространства Х).

Как видно из рис.1 для всего пространства 0Х начальный (нулевой) момент времени один и тот же. Поскольку время t непрерывно "течёт", то через секунду пространство Х займёт положение 1Х. Момент времени, соответствующий на графике одной секунде, также относится ко всему пространству 1Х и промежуток времени между 0 и 1, соответствующий протеканию одной секунды, преодолён всем пространством Х.

По сравнению с пространственным измерением Х, время t постоянно "течёт", это "течение" не остановить, "течение" времени невозможно повернуть вспять, поэтому координаты t и X в системе (t,X) неравнозначны, имеют резко различные свойства. Именно поэтому многие учёные не признают время, как самостоятельное измерение, в котором существует материя и весь мир.

Предлагается читателям самостоятельно построить декартову систему координат двумерного пространства (X,Y) во времени t и убедиться в том, что каждый момент времени единый (общий) для всего двумерного пространства. Затем читатель может вообразить четырёхмерную декартову систему координат (X,Y,Z,t), где трехмерное пространство (X,Y,Z) "движется" во времени t. Каждый момент времени, соответствующий точке на оси t, будет единым (общим) для всего трёхмерного пространства, а промежуток между определёнными моментами будет иметь равную длительность во всём пространстве. Это и будет геометрическая модель реального пространства в "абсолютном времени" по Ньютону и именно так представляют время, в большинстве случаев, современные физики.

Следующим свойством абсолютного времени, которое подразумевается в работах Ньютона, является однородность. Это свойство означает, что во всём пространстве вселенной время течёт с одинаковой скоростью. Впрочем, это свойство можно вывести из свойств равномерности и единства времени.

Изотропность времени предполагает течение его с одной скоростью по разным направлениям пространства.

Кроме того, Ньютоном подразумевается, что абсолютное время непрерывно, одномерно, безгранично и бесконечно.

Какую же роль отводит Ньютон "абсолютному времени"? Вспомним, что другое название "абсолютного времени" (синоним) по Ньютону - это длительность. Вот какой смысл придавал он этому термину:

"...Все движения могут ускоряться и замедляться, течение же абсолютного времени измениться не может. Длительность, или продолжительность существования вещей, одна и та же, быстры ли движения (по которым измеряется время), медленны ли или их совсем нет...". [1] стр.32.

Значит, длительность по Ньютону - это продолжительность существования вещей, т.е. физических тел. Эта продолжительность не зависит от способа измерения, т.е. движения, с помощью которого измеряется время - то ли это секундный маятник, то ли атомные часы, не зависит она и от движения тел. Движется тело или покоится продолжительность его существования одна и та же.

Обратимся к рис.1. Одномерный объект "А", находясь в некоторой точке одномерного пространства Х, покоится. В этом случае через одну секунду он займёт положение А1, т.е. в пространстве его положение не измениться, а во времени продолжительность его существования увеличилась на одну секунду. Если же объект движется в пространстве Х, то через секунду он займёт положение А2. как видно, продолжительность его существования увеличилась также на одну секунду, т.е. движение не повлияло на эту величину. Если объект будет двигаться с большей скоростью, то через секунду он займёт положение А3, продолжительность же его существования увеличилась также на 1 секунду. Здесь мы видим, что время безотносительно к движению и его скорости, время для движения внешнее, текущее само по себе, время не принадлежит движению.

"Абсолютное время" Ньютона - это некая сущность, недоступная нашим чувствам, которая не зависит от тел и событий, более того, определяет их свойства и является условием их существования. "Абсолютное время" не принадлежит телам, движениям и событиям, оно является внешним, по отношению к этим вещам. "Абсолютное время" - это не просто длительность, а сложная сущность, имеющая множество свойств. Главные свойства "абсолютного времени":

независимость ни от чего внешнего (безотносительность к чему-либо внешнему), равномерность, единство, однородность, изотропность, непрерывность, одномерность, безграничность, бесконечность.

Как видим, Ньютон недостаточно полно определил понятие "абсолютное время" - он явно обозначил только два главных свойства из девяти. Возможно, это связано с тем, что остальные свойства он считал общеизвестными или интуитивно понятными. Некоторые исследователи считают, что Ньютон ввёл "абсолютное пространство" и "абсолютное время" как фиктивную причину физических явлений. На мой взгляд, Ньютон считал, что "абсолютное время" проявляет себя в законах природы, поэтому в формулах, выражающих эти законы, уравнениях движения и теоретических изысканиях фигурирует именно "абсолютное время".

Впрочем, Ньютон нигде не приводит доказательств существования в природе "абсолютного времени" и не настаивает на этом. Более того, всё дальнейшее развитие классической физики не предоставило таких доказательств. Новая физика вообще отказалась от понятия "абсолютное время" и, хотя некоторые исследователи продолжали работать над природой времени, никаких новых открытий в этом направлении за последние 300 лет не было сделано.

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод, что "абсолютного времени" в природе не существует. Будем считать, что "абсолютное время" - это просто искусственный, фиктивный параметр, созданный Ньютоном для удобства теоретического анализа движений.

Кроме "абсолютного времени" Ньютон рассматривает ещё время, которое физики используют в практических экспериментальных работах, а мы в повседневной жизни.

"Относительное, кажущееся или обыденное время есть или точная или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя, совершаемая при посредстве какого либо движения, мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как-то: час, день, месяц, год." [1] стр.30.

Другими словами, "обыденное время" - это внешний искусственный параметр, образованный при помощи какого-либо движения (эталонного), распространённого на всё пространство и отражающий более или менее точно течение "абсолютного времени", но не существующий в природе. Этот искусственный параметр является внешним "мерилом", "прикладываемым" к телам, движениям, явлениям, событиям, чтобы измерить их длительность ("продолжительность существования", "абсолютное время") и упорядочивать события в отношении "раньше - позже".

Длительность эталонного движения разбивается на части (фазы), точкам разделения придаётся значение моментов времени. С помощью этой "конструкции" измеряется длительности движений и времена событий в рассматриваемом пространстве. Самое распространённое эталонное движение - это движение земного шара - его и имеет в виду Ньютон в своём определении.

"Обыденному времени" приписываются все те же свойства, что и "абсолютному" - оно независимо от движений (кроме эталонного), равномерно (насколько равномерно эталонное движение), единое для всего рассматриваемого пространства (длительность эталонного движения распространяется на всё пространство), однородно, изотропно, непрерывно, одномерно, безгранично, бесконечно. "Относительное, кажущееся или обыденное время" также не принадлежит телам, движениям и событиям, как и "абсолютное время".

Резюме:

1. Ньютон постулировал существование в природе особой сущности - "абсолютное время".

2. Эта сущность имеет 9 основных свойств: независимость (безотносительность к чему-либо внешнему), равномерность, единство, однородность, изотропность, непрерывность, одномерность, безграничность, бесконечность.

3. "Абсолютное время" не принадлежит телам, движениям и событиям, оно внешнее по отношению к этим вещам.

4. Никаких доказательств существования "абсолютного времени" в природе Ньютон не приводит, не существует их, и по сей день.

5. Считаем "абсолютное время" искусственным, фиктивным параметром, созданным для теоретических исследований.

6. "Относительное, кажущееся или обыденное время" Ньютона - это искусственный параметр, служащий для измерения длительностей в повседневной жизни и науке. Этому параметру присвоены те же свойства, что и "абсолютному времени" и он также не принадлежит телам, движениям и событиям, а является внешним "мерилом" по отношению к этим вещам.

1.2. Время Эйнштейна

Если Ньютон постулировал существование в природе "абсолютного времени", которое недоступно нашим чувствам, а его "копией", отражением является "обыденное время", используемое людьми, то Эйнштейн поставил задачу "сконструировать" инструмент, позволяющий физику измерять время и использовать этот параметр в теоретических исследованиях.

"...система координат, как её понимают в теоретической физике, представляет собой не что иное, как жёсткое измерительное устройство...Мы должны теперь ещё задать вопрос, какой физический смысл имеют значения времени, которые в физике обычно всегда указываются вместе со значениями координат". [2] Т.1. стр. 416 (Работа "Теория относительности, 1915г").

"...мы должны попытаться определить время так, чтобы на основе нашего определения были возможны измерения времени". [2] Т.1. стр180 (Работа "Теория относительности, 1910г").

Эйнштейн "конструирует" время системы отсчёта, мысленно расставляя в пространстве системы одинаковые часы и синхронизируя их, пользуясь специальной процедурой.

Обратимся к первой, основополагающей работе Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел", положившей начало специальной теории относительности (СТО). Процедура "конструирования" времени системы отсчёта, приведённая в этой работе, практически без изменений повторяется во всех последующих работах Эйнштейна, касающихся этой темы. Места, в которых этапы "конструирования" описаны удачнее, чем в первой работе, приводятся из этих, более поздних работ.

"Пусть имеется координатная система, в которой справедливы уравнения механики Ньютона. Для отличия от вводимых позже координатных систем и для уточнения терминологии, назовём эту координатную систему "покоящейся системой"". [2] Т.1 стр.8.

Можно предположить, что время в этой системе "абсолютное время" Ньютона, поскольку в ней справедливы уравнения его механики.

"Желая описать движение какой-нибудь материальной точки, мы задаём значение её координат, как функций времени. При этом следует иметь в виду, что подобное математическое описание имеет физический смысл только тогда, когда предварительно выяснено, что подразумевается здесь под временем". [2] Т.1 стр.8.

Очень существенное замечание, к сожалению редко встречающееся в научных работах, использующих время. Действительно, слово "время" может иметь совершенно различные значения, в зависимости от смысла текста, в котором оно употреблено. Например:

"время - форма смены состояний материи" - здесь время имеет значение природного феномена, философской категории;

"время движения поезда составляет 2 часа" - значение: длительность;

"время прибытия поезда два часа" - значение: момент времени, временная координата;

"время прибытия поезда на два часа позже его отправления" - значение: упорядочение событий по принципу "раньше" - "позже";

"период времени" - значение: определённый отрезок в непрерывно текущем времени;

"время года" - значение: период времени;

"время Ньютона" - значение: период времени, когда жил Ньютон;

"время Ньютона" - значение: время в понимании Ньютона.

Можно привести ещё множество примеров многозначности слова "время". Какое же значение придавал этому слову Эйнштейн? Читаем дальше:

"Мы должны обратить внимание на то, что все наши суждения, в которых время играет какую-либо роль, всегда являются суждениями об одновременных событиях. Если я, например, говорю: "этот поезд прибывает сюда в 7 часов" - то это означает примерно следующее: "указание маленькой стрелки моих часов на 7 часов и прибытие поезда суть одновременные события".

Может показаться, что все трудности, касающиеся определения "времени", могут быть преодолены тем, что вместо слова "время" я напишу "положение маленькой стрелки моих часов". Такое определение, действительно, достаточно в случае, когда речь идёт о том, чтобы определить время лишь для того самого места, в котором как раз находятся часы;..."[2] Т.1. стр.8,9.

"...однако, это определение уже недостаточно, как только речь будет идти о том, чтобы связать друг с другом во времени (выделено мной С.Д.) ряды событий, протекающих в различных местах, или, что сводится к тому же, установить время для тех событий, которые происходят в местах, удалённых от часов." [2] Т.1 стр.9.

Итак, для установления одновременности Эйнштейн сравнивает два движения - движение маленькой стрелки его часов (эталонное) и движение поезда. Эталонное движение отражает, моделирует течение времени (времени - в значении некого параметра, переменной).

Здесь мы видим, что слову "время" Эйнштейн придаёт значение "временная координата". Однако, если есть координата, значит должна существовать переменная, а ей соответствовать некий параметр, одним из значений которого и является эта координата. Эта переменная и параметр тоже обозначаются словом "время" и, как мы увидим в дальнейшем, Эйнштейну, к сожалению, неоднократно не удастся соблюсти заявленную однозначность слова "время" (да и возможно ли это вообще?). Пример этому в последней цитате, где значение первого (выделенного мною) слова "время" - это параметр, сущность. Значение второго соответствует заявленному Эйнштейном - временная координата.

В последней цитате, мы видим так же, обоснование необходимости установления единого времени в рассматриваемом пространстве. То, как Эйнштейн его вводит, лучше описано в другой его работе:

"Представим себе, что во многих точках расположены покоящиеся относительно системы координат часы. Пусть все они равноценны, т.е. разность показаний двух таких часов не изменяется. Если представить себе, что эти часы каким-то образом синхронизированы, то совокупность часов, расположенных на достаточно малых расстояниях, позволяет определить время любого точечного события при помощи ближайших часов". [2] Т.1. стр.68 (О принципе относительности и его следствиях).

Однако, пользоваться таким временем, как измерительным инструментом, пока ещё невозможно, необходимо выполнить ещё какие-то условия.

Вот как Эйнштейн ставит задачу в работе "Теория относительности,1915г":

"...очевидно, что для определения времени необходимо ещё физическое определение одновременности. Как только оно будет дано, искомое физическое определение времени будет полным. Другими словами, требуется ещё правило, по которому часы U₁ можно синхронизировать с часами U₀".[2]Т.1. стр.417 (Теория относительности, 1915г).

Если у Ньютона единое время подразумевалось, то Эйнштейн разработал процедуру как физически его ввести, расставляя в пространстве часы и синхронизируя их с помощью световых лучей. Эта процедура вытекает из необходимости реального определения времени события экспериментатором, что до Эйнштейна предполагало определённый произвол.

Процедура сверки часов системы описывается в работе "О принципе относительности и его следствиях" так:

"Предположим, что часы могут быть сверены так, что скорость распространения каждого светового луча в вакууме, измеренная с помощью этих часов, везде равна универсальной постоянной с при условии, что система координат является неускоренной". [2] Т.1. стр. 68.

"Сконструировав" таким образом единое время покоящейся системы, Эйнштейн формулирует определение:

""Время" события - это одновременное с событием показание покоящихся часов, которые находятся в месте события и которые идут синхронно с некоторыми определёнными покоящимися часами, причём с одними и теми же часами при всех определениях времени". [2]Т.1. стр.10.

Обратим внимание, что в определении идёт речь о времени события, т.е. координате события в заданной системе. Но что же такое время заданной системы? Как его понимает Эйнштейн?

"Существенным является то, что мы определили время с помощью покоящихся часов в покоящейся системе; будем называть это время, принадлежащее к покоящейся системе, "временем покоящейся системы"". [2]Т1. стр. 10.

Здесь уже начинают проступать черты времени, как некого общего для всего пространства системы параметра. Более точно эта мысль выражена в работе Эйнштейна "О принципе относительности и его следствиях":

"Совокупность показаний всех сверенных указанным образом часов, которые можно представить себе покоящимися относительно системы координат и расположенными в заданных точках пространства, мы назовём временем, принадлежащим используемой системе координат, или, коротко, временем этой системы". [2] Т.1. стр. 69.

Итак, время Эйнштейн понимает как показания расставленных в пространстве и синхронизированных световыми лучами часов.

Практически такое понимание времени Эйнштейном мы встречаем в дальнейших его работах: "О принципе относительности и его следствиях", "Принцип относительности и его следствия в современной физике", "Теория относительности"(1910 и 1915гг), "О специальной и общей теории относительности", "Сущность теории относительности", "Основные идеи и проблемы теории относительности", "Пространство-время", "Относительность: сущность теории относительности", "Время, пространство и тяготение".

Параметр "время системы" предполагает наличие определённых свойств, которые Эйнштейном нигде явно не обозначаются (кроме однородности). Об однородности времени говориться только в одном месте:

"Прежде всего ясно, что эти уравнения (преобразования координат) должны быть линейными в силу свойства однородности, которое мы приписываем пространству и времени". [2] Т1. стр. 14. (курсив мой).

Очевидно, здесь имеется в виду, так называемое, "общепринятое" понимание пространства и времени, свойства которых всеми подразумеваются, но нигде чётко не сформулированы. Нам опять, как и у Ньютона, приходится догадываться, какие же свойства приписывал времени, как параметру, Эйнштейн, поскольку ни до, ни после этого места, мы не встречаем у него чёткого указания свойств времени. Попробуем установить эти свойства на основе второстепенных фактов, встречающихся в его работах.

Поскольку время Эйнштейна определяется часами, а они "идут", то "время системы" "течёт", как и время в "общепринятом" понимании. Из этого так же следуют свойства времени отраженные ходом часов: равномерность, непрерывность, одномерность, бесконечность.

Из пространственного распределения синхронизированных часов следуют такие свойства времени системы отсчёта: единство, однородность, изотропность, безграничность.

Совершенно однозначно можно сделать вывод, что Эйнштейн, как время неподвижной системы отсчёта, использует в своих работах модифицированное "обыденное время" Ньютона, т.е. время Эйнштейна - это также искусственный параметр.

Эйнштейн отказался от первого свойства Ньютоновского "обыденного времени" - независимости от чего-либо внешнего, кроме эталонного движения. Время Эйнштейна в движущейся системе отсчёта замедляется, что есть следствие постулата о постоянстве скорости света во всех инерциальных системах отсчёта (ИСО), и уже не может рассматриваться как единое во всём пространстве, как у Ньютона. События одновременные в движущейся системе отсчёта, в общем случае, неодновременны в покоящейся системе и наоборот. Инвариантом во всех ИСО является пространственно-временной интервал, что позволило ввести понятие единого пространства-времени. Это понятие исключает существование самостоятельного, независимого от пространства времени, хотя время также продолжает отражаться ходом часов, т.е. является искусственным параметром.

Время Эйнштейна не отражает никакой сущности, как "обыденное время" Ньютона, являющееся "копией" его "абсолютного времени".

Отличие времени Эйнштейна от "обыденного времени" Ньютона ещё и в том, что единое время системы Эйнштейн устанавливает абстрактно-механическим путём, мысленно расставляя в пространстве системы часы и синхронизируя их с помощью световых лучей. (У Ньютона единое время системы просто предполагается). Тем не менее, такой способ установления единого времени системы, даже если бы он был реализуем на практике, не отменяет искусственный характер времени Эйнштейна.

Заметим, что Эйнштейн нигде не настаивает на реальности существования его времени в природе, он также не пытается обозначить, какой моделью времени он пользуется и какими свойствами (кроме однородности) его наделяет. Очевидно также, что вопрос о природе времени Эйнштейна не интересует, поскольку тема его работ совершенно другая, а ему нужна переменная t, искусственный параметр, который он сам и конструирует с помощью часов и световых лучей, не особо интересуясь свойствами полученной конструкции.

В некоторых своих работах ("Пространство-время" [2] Т.2. стр. 242; "Физика и реальность" [2] Т.4. стр. 207) Эйнштейн пытается определить физическое понятие "природного" времени, но какого-то чёткого результата и анализа этого понятия мы не находим.

Время в ОТО принципиально не отличается от времени в СТО - это такой же искусственный параметр, но зависящий ещё и от гравитационного потенциала.

Резюме:

1. Время Эйнштейна - это искусственно сконструированный параметр, используемый физиками как "мерило", инструмент для измерения времени на практике и использования его в теориях.

2. Время Эйнштейна - это модифицированное "обыденное время" Ньютона.

3. Время Эйнштейна не отражает никакой сущности и является самодостаточным.

4. Эйнштейн не ставил вопрос о природе времени, у него были другие задачи.

1.3. Время - изобретение человека.

Теория относительности быстро утвердилась в физике и получила дальнейшее развитие в трудах последователей Эйнштейна.

Математик Минковский [5] чисто формальными математическими преобразованиями, вводя вместо времени t в качестве временной координаты мнимую переменную ct--1 сделал равноправными временную и пространственную координаты. Это позволило изображать физические события в четырёхмерном мире. Такой формальный приём упростил изложение теории относительности и описание физической реальности, но нисколько не прояснил вопрос о природе времени. Наверное, это говорит о только том, что искусственная переменная Минковского более удобна в релятивистской физике, чем такое же искусственное время.

Одним из ранних последователей Эйнштейна был Александр Фридман. В своей книге "Мир как пространство и время" [6] Фридман уделил времени целый параграф.

Время Фридмана - это такой же искусственно сконструированный параметр, как и время Эйнштейна и он также не останавливается на его свойствах. Однако, Фридман считает, что в качестве часов можно использовать любое движение, не обязательно равномерное (это движение он называет "основным", а мы называли "эталонным").

Понятие равномерности является вторичным по отношению ко времени и применимо к движениям соравномерным (термин И.А. Хасанова [4]) с основным движением. Можно сказать, что время в любом случае априори течёт равномерно независимо от выбора основного движения. Эта глубокая мысль Фридмана подчёркивает искусственный характер времени, которым пользуются физики, да и все люди.

Искусственный характер времени Фридмана хорошо виден в его определении:

"Рассматриваемое с совершенно абстрактной точки зрения время есть совокупность вещей, называемых моментами и стоящих между собой и к пространству (трёхмерному) в определённых отношениях, могущих быть установленными особыми кинематическими аксиомами и следствиями из них (выделено мною С.Д.). Рассматриваемое само по себе время образует то, что можно было бы назвать "пространством" одного измерения, рассматриваемое в связи с трёхмерным пространством время образует пространство четырёх измерений". [6] стр.68.

Более поздние последователи Эйнштейна, например, П.Г. Бергман [7], Э. Тейлор и Дж. Уиллер [8], Р. Утияма [9] в своих работах гораздо меньше Эйнштейна озабочены определением, что они понимают под словом "время" и в урезанном виде повторяют установление единого времени системы и синхронизацию часов. Ничего нового в понимании природы времени они также не вносят, хотя теория относительности стала фундаментом современной физики.

Вызывает удивление малое количество серьёзных научных работ, посвящённых не только времени, как феномену, но даже параметру "время", которое используется в физике, и исследованию его свойств. Как у Ньютона и Эйнштейна, так и у других авторов, использующих параметр "время", приходится догадываться из контекста, какие же свойства приписываются времени. Многие такие авторы вообще не останавливаются на смысле параметра "время" и его свойствах, по-видимому, считая их общеизвестными и общепринятыми. Между тем, не существует работ по времени, которые бы трактовались наукой таким образом и на которые можно было бы сослаться.

Гипотетическое "абсолютное время" Ньютона не принадлежит телам, движениям и событиям, являясь самостоятельной сущностью. "Обыденное время" - это копия, модель "абсолютного времени", "мерило" которым пользуются физики и все остальные люди, также не принадлежит телам, движениям и событиям. Современное понимание времени, являясь более приспособленной для нужд физики модификацией "обыденного времени" в этом смысле не отличается от Ньютоновского. Тела, движения и события существуют во времени, но время для этих вещей внешний, не принадлежащий им параметр. Кроме того, этот параметр искусственный, изобретённый и сконструированный человеком и не существующий в природе.

Несмотря на искусственность, время - это величайшее изобретение человечества. Время изменило само мышление человека. Позволив упорядочивать события в отношении "раньше" - "позже" оно сформировало "временное" мышление, родились хронология и история. (Однако это "временное" мышление мешает сейчас осознать искусственный характер параметра "время"). Изобретение времени сделало возможным анализ движений, построение механики и стало фундаментом всей физики и астрономии. Значение изобретения времени для человека трудно переоценить.

Мысль о том, что время не существует в природе, а всего лишь искусственное изобретение человека, отвергается нашим сознанием. Наше "временное" мышление неподготовлено к восприятию этой идеи. "Как же так - говорит нам оно - ведь мы стареем, что же это, как не доказательство существования времени? А эволюция? Ведь были когда-то динозавры, первобытный человек - это что, не время? Эволюция звёзд, планет, вселенной? Анри Пуанкаре высказал мысль об искусственности времени более ста лет назад, что эти 100 лет не время?". Все это изобретённое человеком время, некая "река времени", которая несёт своим течением всё, что есть во вселенной - всё сущее. Благодаря этому времени происходят все события, разделяется причина и следствие. Считается, что всё существует во времени (и пространстве), вне времени не может существовать ничего.

Однако, гипотеза о существовании такого времени до сих пор не подтвердилась, поэтому мы имеем право её отвергнуть. Имеет смысл возвратиться к точке зрения, популярной среди философов и некоторых физиков в XIX веке - такого времени в природе нет, время субъективно. Поскольку за словом "время" уже закрепились устойчивые понятия, то сформулируем свою точку зрения так: физического явления "время" в природе не существует.

Между тем, возникает вопрос: имеет ли представление о времени какие-то корни в природе? Не могло же оно возникнуть на пустом месте?

Действительно, такие корни есть, их можно проследить. Эти корни уходят в реально существующее в природе физическое явление - движение. Об этом в следующей главе.

Резюме:

1. Параметр, используемый в современной физике, которому приписываются определённые свойства, называемый "время", имеет искусственный, умозрительный характер.

2. В природе нет сущности или явления, отражаемого этим параметром, копией или моделью которых он бы являлся.

3. "Время" - это "мерило", инструмент, изобретённый людьми для упорядочения событий, описания и анализа движений, являющийся внешним по отношению к этим вещам.

4. Большинство научных работ, использующих понятие "время", не указывают, что вкладывается автором в это понятие и какими свойствами наделяется одноимённый параметр очевидно, рассчитывая на "общепринятое" понимание времени. Между тем, не существует научных работ, посвящённых времени и его свойствам, на которые можно было бы сослаться как на "общепринятое" понимание времени.

5. Время это величайшее изобретение человечества, изменившее его мышление и обеспечившее развитие науки.

2. Дление движения - источник идеи "время".

Весь окружающий нас мир наполнен движением. Движется всё вокруг нас - постоянно меняется положение различных объектов относительно друг друга, меняется состояние объектов и окружающей среды. Можно назвать сотни видов движения известных науке и, наверное существуют ещё немало видов пока неизвестных. Несмотря на, казалось бы, большое различие все виды движения объединяет одно физическое явление, присущее каждому из них. Это явление мы назовём "дление движения". Вот в чём его суть.

Любой физический или химический процесс, а также механическое движение имеет какую-то продолжительность существования. Мы не знаем движения, которое протекало бы мгновенно, не имело бы продолжительности. Самое быстрое движение, известное науке, свет (электромагнитные волны), имеет конечную скорость распространения. Другими словами, любое движение имеет свойство длиться, иметь продолжительность существования. Физическое явление, проявляющееся этим свойством мы и назовём "дление движения". Подчеркнём, что дление неотъемлемая часть движения, принадлежащая ему. Не может существовать дление без движения, как и наоборот, движения без дления, т.е. мгновенного движения. Впрочем, вторая часть последнего утверждения для нас не столь важна. Действительно, для установления факта существования явления "дление движения", достаточно, чтобы какая-то группа движений, или, даже, всего лишь одно движение было бы немгновенным, имело бы продолжительность существования. Если в будущем и будут открыты мгновенные движения, то это нисколько не повлияет на наши представления о длении движения.

Итак, определение: "дление движения" - это физическое явление продолжительности существования движения, проявляющееся немгновенностью движения.

Дление движения обусловлено физикой самого движения. Причины вызывающие дление движения находятся в глубинных физических свойствах материи, обуславливающих само движение. Попытка установить эти причины предпринята в моей работе "Пространство, движение, время". "Дление (длительность) движения" в этой работе называется "временем движения", что неправильно, т.к. я тогда ещё не разделял этих понятий, считая их синонимами (понятие материи там тоже отличается от общепринятого и принятого в этой работе, но там оно правильнее).

Понятие "дление движения" самодостаточно и не нуждается в понятии "время". Наоборот, понятие "время" не может существовать без понятия "длительность", которое является другой формой представления понятия "дление".

"Наука начинается там, где начинают измерять" - говорил Д.И. Менделеев. Дление движения тоже можно измерить, как и всякую физическую величину. Можно дление какого-то движения или его части (фазу движения) принять за единицу. "Оцифрованное" таким образом дление назовём "длительностью", а полученную таким образом единицу - "единицей длительности".

Но чаще всего дление движения измеряют, как и время, с помощью другого внешнего движения, принятого за эталонное. Таким эталонным движением, чаще всего, выбирают незатухающее периодическое движение, длительность периода или определённого числа периодов, которого принята за единицу длительности (секунда, сутки, год).

Итак, определение: "длительность движения" - это измеренное и выраженное числом дление движения, другая форма представления "дления движения".

Чем же отличается длительность движения от времени движения? Ведь и там и там для измерения применяется внешнее эталонное движение?

Время "разлито" в рассматриваемом пространстве так, что оно едино во всех его точках (см.рис.1). Само пространство "движется" во времени, при этом движется ли объект в пространстве, или покоится, время все равно "идёт". Время движения - это время, прошедшее пока было движение, т.е. внешний по отношению к движению фактор, не принадлежащий ему.

Длительность движения - это продолжительность существования движения, измеренная эталонным движением, она принадлежит самому движению, является неотъемлемой его частью.

Разницу между понятиями "время движения" и "длительность движения" проиллюстрируем примером. Представим бегуна, преодолевающего некоторую дистанцию от старта до финиша.

Если мы хотим измерить время его движения, то нужно установить часы в точке старта и другие, точно такие же часы в точке финиша. Затем нужно синхронизировать часы, чтобы у них были одинаковые показания. Таким образом будет установлено время нашей системы отсчёта. В момент старта помощник судьи отмечает показания своих часов. По прибытии бегуна на финиш, судья отмечает показания своих часов. Разница показаний часов при финише и при старте будет временем движения бегуна. Время же шло до начала движения, шло оно и после прекращения движения, т.к. время от этого движения не зависит. "Время движения" при этом есть время, прошедшее, пока было движение.

Если мы хотим измерить длительность движения бегуна, то для этого применим секундомер - прибор, генерирующий непрерывный поток эталонных длительностей. Положим для простоты, что секундомер находится у бегуна, и он сам им управляет (хотя это и не принципиально).

На старте, с началом движения бегун запускает секундомер, движется вместе с ним до финиша, и там его, остановившись, выключает. Показания секундомера мы приписываем длительности движения бегуна (такова процедура измерения). Эта длительность принадлежит движению, является неотъемлемой его частью.

Принципиальная разница двух процедур измерения движения бегуна, приведённых выше, в том, что время системы отсчёта внешнее "мерило" по отношению к движению, не принадлежит ему, поэтому результат измерения - "время движения" тоже не принадлежит движению. "Длительность движения" - это параметр самого движения и принадлежит ему.

Кроме того, время обладает целым набором свойств и едино для всего пространства системы. Длительность движения обладает только одним свойством - определённой длительностью и принадлежит именно конкретному движению (бегуна).

Строго говоря, измеряя время движения можно, тем самым, измерять и его длительность. Для этого время движения бегуна, полученное в первой части нашего примера, которое имеет смысл длительности, нужно приписать этому движению, как принадлежащую ему длительность. Численные значения этих величин равны, но смысл, как видим, разный.

Длительность прошедшего времени, пока было движение ("время движения"), не зря численно равна длительности движения. Единица измерения длительности та же, что и для измерения времени, а именно секунда. Это указывает на тесную связь понятия времени с движением, точнее корни понятия "время" уходят в движение.

Первобытный человек, убегая от хищника, сталкивался с длением движения, всем своим существом желая в один миг оказаться где-то подальше того места. Немгновенность своего движения он ощущал на своей шкуре, когда его догонял зверь. Впрочем, вряд ли несчастный троглодит размышлял на эту тему.

С развитием человечества люди стали обращать внимание на видимое движение солнца по небосводу. Это движение длилось довольно долго - от восхода, до заката и повторялось всю их жизнь. Длительность этого движения стали называть "день". Это была первая единица длительности, и, заметим, принадлежала она не какому-то внешнему движению, а была, так сказать, "сама в себе". Жизнь людей протекает, в основном, днём, поэтому единица длительности "день" жива до сих пор - мы говорим "это продолжалось три дня", "то-то заняло два дня".

В какой-то момент своего развития человек додумался сопоставлять события с движением солнца по небосводу:

"когда солнце всходило, в пещеру полез медведь, а перед заходом солнца племя убило мамонта".

Постепенно единица длительности "день" разбивался на более мелкие части - выделился полдень, утро, вечер. Затем придумали "час" - световой день делился на 12 равных частей. Были придуманы первые солнечные часы - палочка, воткнутая в землю. В разное время года световой день имел разную длительность, поэтому и час тоже имел различную продолжительность.

Разбитие дня на более мелкие единицы было вызвано необходимостью фиксирования всё большего числа событий, которое нужно было для возрастающего уровня общения людей друг с другом. У человека развивалось временное мышление - он стал упорядочивать события в отношении "раньше - позже". Появились понятия прошлого (что было), настоящего (что есть) и будущего (что будет).

Все события сопоставлялись с одним и тем же движением - движением солнца по небосводу. Для всех людей движение солнца было одним и тем же, в любом месте на земле его можно было наблюдать. Так родилось представление о едином во всём мире времени, которое течёт из прошлого в настоящее, а затем в будущее, которое расставляет события по порядку - одни раньше, другие позже.

Вращение Земли вокруг своей оси было первым движением, принятым за эталонное, а планета Земля была первыми часами. Затем были изобретены часы различных конструкций, чтобы воспроизвести (смоделировать) вращение Земли и более точно разбить его на части (фазы) - часы, минуты, секунды. Затем наука отказалась от Земли в качестве часов, заменив её более точными приборами. В повседневной жизни, однако, мы продолжаем пользоваться нашей планетой, как часами.

Таким образом, можно заключить, что понятие "время" имеет начало в физическом явлении "дление движения".

Окружающий нас мир не только наполнен, но и состоит из разнообразных движений, зависимых и независимых друг от друга. По современным представлениям, всё, что нас окружает, мы сами, состоящие из вещества, немыслимы без движения. Не будет движения, не будет и вещества. Каждому движению присуще дление - нет мгновенных движений.

Одни движения прекращаются, другие возникают, мир наполнен мириадами движений, дления которых сливаются в одну "реку дления", а она воспринимается человеком, как "река времени" из-за присущего ему временного мышления. Картина напоминает движение молекул в газах, которые, хаотически ударяясь о стенки сосуда, формируют некий параметр, называемый давлением. С этой точки зрения "природное" время, представляющееся человеку, имеет вероятностно - статистический характер, а "поток" такого времени состоит из множества длений движений.

Именно благодаря наблюдению дления движения у человека родилась идея времени, которая затем усложнялась и стала основой научного метода познания и описания природы.

В одинаковых физических условиях длительности и темпы течения одинаковых процессов (движений) одинаковы, а эти же параметры у разных процессов имеют определённые постоянные соотношения. Поскольку условия нас окружающие меняются в небольших пределах, тоже создаётся впечатление, что существует единая основа - время, определяющее длительность и темп течения процессов.

При изменении, например, температуры окружающего воздуха, плохо сконструированные часы, как считается, "спешат" или "отстают" от "правильно" текущего времени, независящего от внешних условий.

Если в движущейся системе отсчёта увеличивается масса тел, по сравнению с "неподвижной системой", как это следует из СТО, то темпы течения всех процессов соответственно должны замедлиться, а длительности их увеличится. Это производит впечатление "замедления" течения времени, тем более, что все часы в этой движущейся системе также будут идти медленнее, чем такие же часы в "неподвижной" системе отсчёта за счёт увеличения массы их измерительных органов. Эти эффекты будут обусловлены физикой движений, а не постоянством скорости света во всех ИСО, как в СТО.

Изобретённое человеком время служит ему для облегчения ориентирования в окружающем море движений и событий, но как такового времени в природе не существует.

Резюме:

1. "Дление движения" - это физическое явление продолжительности существования движения, неотъемлемая часть движения, обусловленная его физикой.

2. "Длительность движения" - это измеренное и выраженное числом дление движения, другая форма представления дления движения.

3. "Длительность движения" - полностью принадлежит движению.

4. Понятие "дление движения" самодостаточно и не нуждается в понятии "время".

5. "Время движения" - это время, прошедшее пока было движение.

6. "Время движения" - внешний по отношению к движению параметр, не принадлежащий движению.

7. Благодаря наблюдению человеком дления движения у него родилась идея времени.

8. Время служит человеку для облегчения ориентирования в окружающем море движений и событий, но как такового времени в природе не существует.

Литература:

1. И. Ньютон. Математические начала натуральной философии. М. "Наука", 1989.

2. А.Эйнштейн. Собрание научных трудов в четырёх томах. М. "Наука", 1965.

3. В.П. Казарян. Понятие времени в структуре научного знания. М. Изд-во МГУ, 1980.

4. И.А. Хасанов. Время: природа, равномерность, измерение. М. 2001.

5. Г. Минковский. Пространство и время (сб. "Теория относительности". Л. 1935).

6. А.А. Фридман. Мир как пространство и время. М. "Наука", 1965.

7. П.Г. Бергман. Введение в теорию относительности. М. Государственное издательство иностранной литературы, 1947.

8. Э.Ф. Тейлор, Дж.А. Уиллер. Физика пространства и времени. М. "Мир", 1971.

9. Р. Утияма. Теория относительности. М. "Атомиздат", 1979.

Комментарии: 4, последний от 17/02/2012. © Copyright Дыбала Сергей Леонидович (DblS@yandex.ru) Размещен: 01/01/2012, изменен: 20/03/2012. 55k. Статистика. Статья: Естествознание Иллюстрации/приложения: 1 шт.		Ваша оценка:
Аннотация: В статье анализируются концепции времени Ньютона и Эйнштейна и делается вывод,что параметр "время", используемый в физике, искусственный и умозрительный, не существующий в природе. Физическая основа идеи "время" - дление движения.

Дыбала Сергей Леонидович: другие произведения.

Время в физике и природе