О движении, пространстве и времени

Николай Анатольевич Скурихин

Восемь лет прошло с момента написания этой книги. И как следует из оглавления, большая ее часть касается физического мира Вселенной (и никакой нейробиологии, мира рибонуклеиновых кислот и молекул белков), вещественной основы появления в человеческом существе информации о действующих на него предметах и явлениях внешнего мира. И только сейчас столкнулся с высказыванием Им. Канта о физике: «Физика есть не опытная наука, а наука для опыта».

03-03-2014 Что такое время

Время — изобретение человека. Время — способ выразить движение с целью 1) измерения движения и изменения движения, то есть его интенсивности, степени изменения, скорости, изменения скорости, 2) определения длительности частных движений, представимых конкретными явлениями и процессами, 3) установления одновременности событий в различных точках пространства, 4) выявления очередности и последовательности явлений и событий мировой истории.

Замедление времени — такое высказывание, обычный эвфемизм, позволяющий сказать человеку о замедлении движения в удобной для его восприятия форме, обладающей всеобщностью и применимостью к любому виду движения.

Стрела времени — облеченный в красивые слова факт направленности движения, естественной последовательности перехода частного движения от причины через действие к следствию.

СТО (специальная теория относительности), 1905 год, утверждает: время течет медленнее в той системе отсчета, которая движется относительно неподвижной системы отсчета. В поезде, в самолете, в ракете, на спутнике и т. д., — время идет медленнее, чем на Земле, на ее поверхности.

Будет ли также медленнее течь время, если мы удалимся от поверхности Земли, например, поднявшись на Эверест? И еще, будет ли замедляться течение времени (то есть скорость самого времени?) на высоте Эвереста в той же мере, что на борту самолета, летящего на высоте Эвереста?

Общеизвестно изменение скорости течения времени в зависимости от положения часов, как измерителей времени, относительно массивных тел. На поверхности Земли время течет медленнее, чем на крыше самого большого небоскреба, у подножия египетской пирамиды время замедляется, в сравнении с некоторым удалением от нее.

Так незаметно мы от СТО подошли к ОТО, — общей теории относительности, согласно которой время замедляется вблизи больших объектов, обладающих большой гравитацией. Гравитация здесь означает притяжение одного вещественного тела, имеющего массу, другим вещественным телом, имеющим массу. Их взаимное расположение в пространстве, на некотором расстоянии друг от друга, определяет силу притяжения, величина которой пропорциональна их массам, и обратна пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Имеет ли место гравитация в случае отсутствия второго массивного тела? Притяжение чего к чему будет иметь место в этом случае? Да, гравитация здесь всегда имеет место в форме поля гравитации, интенсивность которого убывает по мере удаления от массивного тела. При бесконечном удалении от тела гравитация убывает бесконечно. Это верно только как отвлеченное понятие гравитации, мыслимое нашим разумом. Воображение нашего сознания, владеющего понятиями и представлениями числа и системы счисления, позволяет представить при любых конечных значениях массы двух тел (их бесконечные величины здесь бессмысленны) бесконечно увеличивающееся расстояние между ними (что в реальном мире также вряд ли можно наблюдать), приводящее к бесконечно малому значению интенсивности такого гравитационного поля.

Наше сознание может представить себе величину этой интенсивности сколь угодно малой, правильнее сказать, не представить, а записать числом на бумажке, или не листе бумаги, или не ленте рулона, или…., и так далее, и так далее. Ясно, что представить себе это бесконечно уменьшающееся число никто из нас в здравом уме не сможет, попытка его записать не продуктивна и не благодарна, да и не имеет какого-то смысла. И сама реальность, природа покажет пустоту и тщетность этой забавы. Если плотность вещества, энергии в космическом пространстве выражается числом: единица, деленная на число: единица с двадцатью девятью нулям, грамм на кубический сантиметр, то именно часть этого числа материальных частиц испытает на себе притяжение массивного тела, гравитационное поле которого мы рассматриваем. Хорошо, если один или два протона будут испытывать притяжение нашего массивного тела. Но в нашем воображении возможно все, что угодно.

А кстати, что происходит со временем в такой части космоса, где один протон на всю окрестность? Да, и там должно быть время, и там есть движение известной нам частицы материи, протона. Но еще больше неизвестной нам субстанции должно присутствовать в космическом пространстве. И та субстанция, представимая ли в виде струн, гравитонов, микроволновых частиц излучения, бран, свернутых пространственных измерений, и пр. и пр., — это все объекты движения. И движение всех этих не найденных и еще не установленных элементарных субстанций, и должно образовывать собой первичное движение, определяющее и обусловливающее наименьшие элементы времени, отражающие наименьшие элементы движения материи, будь она энергией или веществом.

Возвращаемся к СТО. Оставляя в стороне общий вопрос о равенстве систем отсчета: движущейся и неподвижной, мы примем их различными. Одна система статична, неподвижна (хотя она и обязана двигаться относительно своего окружающего пространства), другая находится в состоянии движения относительно первой, неподвижной. Существенное их отличие в том, что подвижная система оказалась движущейся не беспричинно. Она была до момента начала своего движения такой же неподвижной и статичной, как и первая. В некоторый момент времени неподвижность одной из этих систем нарушилась, она пришла в движение. Суть этой причины не важна. Важно то, что движение ее началось под действием некоторой силы. При известной массе системы эта сила придала системе некоторое ускорение, система приобрела скорость перемещения относительно неподвижной системы.

Наше сознание может представить себе действие такой силы на систему, ускорение которой вызвало перемещение системы со скоростью в половину скорости света. Ни самолет, ни ракета, ни какое иное техническое средство современности не способно ни так двигаться, ни достичь такой скорости перемещения. Ни в течение одной секунды, ни в течение одной минуты, ни в течение года, и так далее. То есть эксперимент такой сейчас невозможен. Но нам известно, что действие на движущиеся объекты ускорения равноценно действию гравитации. Поскольку есть больший гравитационный потенциал, постольку есть и большее замедление времени, поскольку существует ускорение, постольку и возникает замедление, и чем больше ускорение, тем больше и замедление времени. Этим обстоятельством устанавливается общность свойств СТО и ОТО.

Но мы считаем время не сущностью самого по себе, а отражением движения. И когда речь идет о влиянии ускорения на движущийся объект, то мы говорим об изменении, прежде всего, скорости этого объекта, то есть его движения, под которым понимается сама скорость перемещения объекта, самим ускорением, как изменение скорости. И не только движения, в качестве которого здесь выступает скорость, являющаяся характеристикой движения объекта, но и самое движение объекта. Кроме такого количественного влияния ускорения на скорость движения и на самое движение, ускорение оказывает чисто качественное влияние на самое движение и на пространство, в котором осуществляется это движение. Именно качественное изменение ускорением пространства, свойств заполняющего это пространство элементов энергии и вещества, является причиной изменения движения этих элементов и, как следствие, изменение времени, как основной характеристики этого движения.

Изменение скорости при механическом перемещении объекта в пространстве влечет за собой изменение времени, выражающего и это изменение скорости и само перемещение объекта в пространстве. Общая продолжительность времени: обусловленная ускорением объекта и определяемая скоростью его перемещения, распадается на две составляющие, как и самое движение объекта, перемещение его в пространстве. Величина ускорения влияет на замедление времени, и поскольку есть ускорение, постольку есть и замедление: когда есть преодоление сопротивления самого пространства движению объекта в продолжение действия силы, вызывающей это ускорение, тогда происходит и замедление времени. Прекращение действия силы на объект, снимая ускорение, проявляется в приостановке замедления времени. Его течение при движении объекта по инерции обусловливается его естественным ходом, присущим той части космического пространства, в котором находится движущийся объект.

Но что происходит с часами на движущемся объекте? Их ход также складывается из двух параллельно идущих, или длящихся, промежутков, или интервалов времени. Могут ли быть различные часы на движущемся объекте, одни бы измеряли время движения объекта по инерции, другие бы отсчитывали изменение времени, вызванное ускорением? Не в то время, когда объект движется так или иначе, то есть с ускорением или по инерции. А в любой момент движения объекта одни часы отсчитывали бы время, независимое от влияния ускорения на ход часов, и другие часы, величина хода которых отражала бы влияние на них только самого ускорения?

Необходимо здесь отметить, что ускорение, которое испытывает движущийся объект, также испытывает каждая частица вещества или энергии этого объекта. В этом мы видим качественное влияние ускорения, подобно влиянию гравитации, на движущийся объект. И каждый элемент пространства, вовлеченный в движение этим объектом. «Атом поглощает или испускает свет, частота которого зависит от потенциала гравитационного поля, в котором находится атом», — это суждение А. Эйнштейна применимо и для оценки влияния ускорения на свойства материальной частицы. То есть здесь мы видим непосредственное изменение частоты излучаемого фотона, отождествляющего собой одно из самых первичных движений материи. И это движение выражается в изменении свойств материалов, использованных для изготовления часовых механизмов. И мы можем видеть влияние потенциала гравитационного поля, а соответственно и ускоряющегося пространства в движущемся объекте, на квантовый периодический процесс, принятый за основу при определении длительности «атомной» секунды. То есть сам эталон времени, реализующийся изменениями квантовых состояний атома цезия — 113, оказывается подверженным воздействию ускорения. Механическое перемещение движущегося объекта, самое непосредственное движение, оказывается не могущим быть выраженным через время, измеряющее это движение, которое оказывается само переменной величиной, представляющей собой конкретную частную форму движения — изменения периода квантования при изменении величины ускорения объекта с такими атомными часами.

Такая качественная оценка применимости для измерения времени часов, подверженных действию ускорения, как будто показывает практическую невозможность количественного установления влияния ускорения на замедление времени. Время замедляется, но фактическая оценка этого замедления оказывается невозможной. Такая ситуация имеет место, если рассматривается движение объекта внутри движущейся системы отсчета. Передача информации из такой системы отсчета в преференциальную систему отсчета, считающуюся неподвижной, позволяет обнаружить влияние ускорения, а следовательно, и силы, вызывающей это ускорение, на объект и на его движение. Для этого рассмотрим формирование импульсов в движущейся системе и их передачу в преференциальную систему отсчета. Объект перемещается в пространстве с ускорением, настолько превосходящим ускорение свободного падения на поверхности земли, что все процессы на этом объекте по прошествии некоторого времени, или что то же самое, по преодолении такого пространства, позволившего получить скорость и соответствующую этому движению замедление, например, вдвое относительного аналогичных процессов на Земле.

* Вселенная — это движение всего, что наполняет Вселенную. Нет Вселенной, значит, нет движения. Нет движения, значит, нет Вселенной. И как только возникает Вселенная, а значит и движение, возникает, рождается и время. Каждый процесс, явление, объект, вещь начинают свое бытие с некоторого момента, существуют, претерпевая различные изменения и превращения, и уходят в небытие, явившись причиной новых явлений, процессов и событий. Длительность каждого такого события и представляет собой время его существования. Событие, имеющее природный характер, при отсутствии наблюдателя может длиться столько же времени, сколько и в присутствии сколь угодно большого количества таких наблюдателей. И длительность этого события, его величина, время его существования, зависит от того, какой единицей измерения этого времени пользуется наблюдатель, и какие часы находятся в его распоряжении. В любом случае оценка такой величины возможна только разумным существом, каким является человек.

Познание человеком природы, Вселенной, самого себя противоречиво само по себе, не говоря уже о противоположностях самих объектов исследования науки. Все это в целом, совместно с мифическими представлениями разума человека, является источником заблуждений, пронизывающих любую научную гипотезу, концепцию и теорию. В полной мере такое заблуждение касается и понятия времени. Исключить ложные понимания аспектов времени можно, приняв простое условие: оценке времени может подлежать только то, что существует и изменяется. А вот то, что даже просто существует, представляет собой камень преткновения и для науки, и просто для понимания обычного человека. В начале своего бытия человек видит крупные вещи окружающего его мира. Их изменения для него наглядны и легко представимы. Воспринимая своим сознанием периодичность процессов и явлений действительности, человеку удается выразить продолжительность отдельного события через длительности таких периодических процессов.

С развитием науки и расширением потребностей общества человек сталкивается с все более мелкими предметами и вещами. В двадцатом веке предположения древних ученых о существовании атомов нашло полное подтверждение. Сами атомы химических элементов, оказывается, существуют с незапамятных времен, по крайней мере, в первые моменты после Большого Взрыва их еще не было. И мало кто сейчас может указать достоверное время их существования. Кванты энергии, излучаемые электронами атома, фотоны, рождаемые нашей звездой, пронизывают все космическое пространство. Каждый минимально представимый нашему воображению пиксел или воксел космоса наполнен фотонами миллиардов звезд из миллиардов галактик. Все это факты науки. Фотоны, частицы энергии, существуют, пока движутся со скоростью света. Остановившись, попав в электрон, изменив его энергию, они умирают, время их жизни этим ограничено. Если у ученых возникает потребность в измерении длительности их бытия, то для этого они используют, соответствующие этой задаче, часы. Желание ученых оценить время жизни других микрочастиц удовлетворяется «часами», стоимостью в десять миллиардов долларов. Солнечные часы, водяные, песочные, механические, атомные, звездные, с использованием пульсаров, — вот изобретения устройств, предназначенных для измерения времени, которые созданы человеком в последние три — пять тысяч лет, и которые представляют собой устройства, реализующие придуманный людьми способ измерения времени.

Сегодня ученые — физики пытаются найти гравитоны, частицы поля гравитации, мельчайшие элементы энергии и вещества, называемые струнами. Вакуум космоса заполнен виртуальными частицами, флуктуациями микроволнового излучения, космической радиацией и галактическими излучениями. И все это движется, а, следовательно, и имеет возможность найти свое выражение во времени. Целесообразность построения часов для измерения времени процессов квантового мира, диктуется потребностью науки. Но это должны быть очень сложные и очень дорогие часы. Может оказаться, что никогда, при жизни человечества, не удастся ни построить такие часы, ни дать оценку времени существования отдельных элементов и процессов, имеющих к тому же случайный характер своих свойств, обусловливающих принцип неопределенности В. Гейзенберга.

Углубленное проникновение науки в мир квантовой механики, также как в мир устройства и бытия космических объектов, важно в двух аспектах, применительно к уточнению понятия времени. Первое, выявить факт такого метафизического представления о времени, как о существовании абсолютного времени, имеющего один темп своего течения, обусловленный наименьшей частицей материи, совокупность движения которых и находит свое количественное выражение в наименьших элементах, кирпичиках времени, множественность которых и создает такое абсолютное время. Вполне может оказаться эта затея пустой. И именно по причине соответствия времени, как меры движения, конкретным формам движения. Так, движение материков, распад Пангеи или Гондваны, происходящее на протяжение миллиардов лет, есть время этого движения. Мы время этого процесса и выражаем этими миллиардами лет. Электрон, выбитый из металла квантом света при фотоэффекте, начинает самостоятельную «жизнь», длящуюся пока он не попадет на экран телевизионной трубки, имеет время своего существования, в триллионы раз меньшее, чем время движения материков по поверхности Земли. Часы измерения таких длительностей должны, видимо, быть принципиально отличающимися друг от друга, по крайней мере, их воспринимающие движение элементы.

Второе, изменение темпа времени, его замедление (об ускорении времени как-то речь идет крайне редко), обусловливается влиянием одной из сущностей Вселенной, гравитации, на интенсивность процессов среди наименьших частиц материи, на энергию испускаемых электронами фотонов. А это и есть само движение материи и изменение его скорости.