Анатолий Бич - Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени
Замедление времени создается также и гравитацией. На крыше здания время течет чуть быстрее, чем у его основания, хотя эффект слишком слаб, чтобы его можно было заметить. Однако специальные «ядерные часы» позволяют обнаружить разность в течении времени даже в масштабах высоты здания. Чтобы проверить, влияет ли гравитация на течение времени, часы помещали на борт летающих на больших высотах самолетов и ракет. Реальность замедления времени не вызывает сомнений; в космосе время течет заметно быстрее, чем на Земле. По астрономическим меркам гравитационное поле Земли довольно невелико; известны космические объекты, которые вызывают гораздо более сильное замедление времени. Например, на поверхности нейтронной звезды (чайная ложка ее вещества весит больше всех континентов Земли) гравитация такова, что время может течь (там) вдвое медленнее, чем на Земле…
То обстоятельство, что время не является абсолютным и универсальным, а подвержено изменениям, подрывает многие представления, основанные на нашем повсеместном опыте. Если мое время может разойтись с вашим из-за того, что мы по-разному движемся или находимся в неодинаковых гравитационных полях, то не имеет смысла говорить о «времени вообще» или пользоваться понятием «теперь»… Время сугубо относительно. В нашей собственной системе отсчета оно течет своим темпом. Независимо оттого, как мы движемся или как меняется гравитационное поле, течение времени нам будет казаться обычным. Необычные эффекты возникают, когда сравнивается время в двух различных системах отсчета. Тогда мы обнаруживаем, что в каждой системе отсчета время течет по-своему и что одна шкала времени, как правило, не согласуется с другой» {15}.
Итак, современная наука выделяет два времяформирующих фактора, две главные причины, по которым время тел, вообще говоря, время любой локальности Вселенной может изменяться. Это гравитация и относительная скорость тела. При этом обратите внимание, что таким образом декларируется зависимость собственного времени любого тела от внешних причин (за исключением частного случая, когда рассматривается зависимость времени от поля тяготения самого тела).
Эйнштейн твердо стоял на реляционных позициях. Для него время — это порождение процессов (явлений) материального мира. Он писал: «Даже синхронизованные часы не дают нам «время» в том виде, какое нужно для физических целей» {11}. Он считал, что без установления причинной связи между событиями, происходящими в тех точках, где расположены часы, понятие времени не имеет физического смысла. Впервые за всю историю человечества Эйнштейн ответил на вопрос, какие факторы и как влияют на скорость течения времени, но не ответил на вопрос, почему эти факторы именно так влияют на время. А действительно, почему? Ответа нет. Вернее, теория относительности отвечает примерно так: собственное время тела замедляется, если оно движется, и тем значительнее, чем скорость его ближе к скорости света (замедление времени пропорционально отношению инертной (релятивистской) массы тела к его массе покоя). Или: собственное время тела ускоряется при удалении тела от гравитирующей массы (обратно пропорционально квадрату расстояния). Но почему? Не странно ли, что реальность явления установлена, а природа — причина явления — не установлена? Скажем так: странно, но не очень. Ибо развитие науки чаще всего именно так и происходит. Со времени Галилея — Ньютона (когда родилась современная наука) и до сегодняшнего дня включительно физики нередко открывают явления Природы, не открывая, почему эти явления происходят. Таково положение с гравитацией, так, очевидно, еще долгое время будете принципом неопределенности квантовой механики, так случилось и со временем. Человечество вначале осознает некий факт как реальность, а затем пытается понять причины и условия существования факта.
Эйнштейн установил, что время зависит от условий взаимодействия материальных систем и от точки зрения наблюдателя (системы отсчета), и это, безусловно, был революционный прорыв в понимании времени. Но при этом закрадывается смутное подозрение, что его совершенно не интересовала природа времени. Очевидно, это впечатление ложное, не мог он не задумываться над вопросом: «Что такое время, какова его природа?» Тем не менее, факт остается фактом: занимаясь временем значительную часть своей жизни, Эйнштейн проблему физической сущности времени не решил. (Не решена эта проблема и сегодняшней теоретической физикой.)
Причин этого у Эйнштейна, очевидно, было несколько. Может быть, одна из них заключалась в том, что слишком близко (по времени) было ньютоновское понимание абсолютного времени и подспудно постоянно довлела внутренняя потребность дистанцироваться от Ньютона.
Переход от абсолютного времени к относительному на первоначальном этапе создания релятивистской физики был не просто новым, а в какой-то мере и потрясшим воображение. Возможно, поэтому и сам Эйнштейн так много уделял внимания относительности времени.
Но, все-таки эта причина не могла быть главной. Впоследствии Эйнштейна захватили идеи взаимозависимости гравитации и кривизны пространства-времени, и тут собственно время не было главным объектом внимания ученого. Потом Эйнштейн трудился над квантовой теорией и единой теорией поля, и работа по изучению сущности времени была отодвинута в сторону.
Как бы то ни было, но великий физик, которому, казалось бы, и нужно-то было сделать всего маленький шажок, чтобы разобраться в природе времени, этого шага не сделал. Может быть, существует еще одна причина, возможно, не самая главная, но достаточно глубокая и мировоззренческая. Как реликт прошлого, над всеми физиками — современниками Эйнштейна (да и над многими сегодняшними) витала (и витает) тень представления о времени как о некой единой мировой универсальной сущности (или субстанции). Удивительным образом это представление сочетается с пониманием относительности времени. Все знают, что время различных тел сопоставимо только с учетом факторов относительности. Но ведь это если сопоставлять… А если время существует где-то там, в безбрежной Вселенной, и никаким наблюдателям до него нет дела? Тогда как? И вот за спиной физиков, как призрак прошлого, незримо и негласно маячит и воздействует представление не просто об универсальном по природе времени, но о едином мировом времени, которое существует как бы само по себе (пока его не оценивают через критерии относительности или пока не воздействует на него изменяющееся гравитационное поле). И существует такое время как бы параллельно с материей (веществом), и хотя и взаимодействует с материей, но генетически, т. е. по происхождению, с ней не связано.
Не знаю, ощущал ли Эйнштейн присутствие этого «призрака» у себя за спиной. Но если нет, то как объяснить, что Эйнштейн допускал возможность существования времени без материи? Напомним, что ньютоновская физика также считала, что Мир — это пространственно-временное «вместилище» всего сущего, независимое от материи.
Вот что пишет У. Каспер: «…частная и общая теории относительности не отказывают»! от представления о том, что пространство-время может существовать независимо от материи». У. Каспер как бы оценивает это представление с современных позиций: «В настоящее время… это фундаментальное предположение выглядит недостаточно обоснованным». И далее несколько пессимистично завершает фразу: «Однако вряд ли мы можем предложить другую структуру теоретической физики и указать то место на пути развития этой науки, начиная с которого она могла бы отклониться от выбранного ею магистрального пути» {41}.
Можно предположить, что Эйнштейн и его строгие последователи допускали относительную независимость времени от материи, так как наделяли пространство гравитационными свойствами. Получается, что если пространство может изменяться-искривляться (а пространство и время существуют как бы в неразрывном единстве), то и время, следовательно, может изменяться без участия материи.
Допуская, что время может существовать без материи, Эйнштейн не обратил внимания на состояние материи, из которой состоит сам физический объект, собственное время которого может изменяться в зависимости от скорости и гравитации. Странно это, хотя Эйнштейна можно понять. Ко времени создания специальной теории относительности только-только появилась первая модель атома Э. Резерфорда, а в год завершения общей теории относительности не было еще ни разработанной теории поля, ни представлений о физическом вакууме. В его абстрактную, практически идеализированную модель взаимоотношений скорости и времени, гравитации и пространства-времени конкретное состояние реальных тел просто не вписывалось. Из всех возможных физико-химико-механических взаимодействий, которые могли бы изменить собственное время объекта, в классической теории относительности участвует только гравитация. Еще более странно, что законсервированное отстранение собственного состояния тела от его собственного времени вполне устраивает современное видение времени.
