Анатолий Бич - Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени
Возможно, допустима аналогия: человек, который стоит без зонтика под дождем, мокнет меньше, чем человек, бегущий под дождем. И чем быстрее бежит человек, тем больше капель он встретит на своем пути в единицу времени. И тут тоже, казалось бы, можно использовать абстракции специальной теории относительности. Если бы не одно «но»: дожди бывают разные — и несколько капель в минуту, и ливень «как из ведра». И тут уже эффект намокания будет зависеть не только оттого, с какой скоростью бежит человек.
Конечно, только что высказанные соображения не отличаются большой оригинальностью. Мне они нужны только лишь для того, чтобы подчеркнуть безусловную зависимость состояния тела и его собственного времени от реальных взаимодействий. Специалисты, критикующие специальную теорию относительности (СТО), высказывают подобные соображения более точным языком. Например {42}: «…мы сделали вывод, что в четырехмерном кинематическом формализме СТО имеется «скрытая» в геометрии пространства динамика. Другими словами, если учесть взаимодействие света (фотонов) с приборами, полями и веществом, можно получить экспериментально проверенные кинематические формулы СТО, оставаясь в рамках модели трехмерного евклидова пространства и независимого от него времени». Встречаются, к сожалению, и резкие высказывания: «Фактом является удивительное непонимание физической сущности специальной теории относительности при совершенном владении ее техникой у множества вполне и даже очень высококвалифицированных физиков…»[15]
Короче говоря, для того чтобы полноценно использовать единую для всех случаев модель Фитцджеральда, Лоренца, Эйнштейна, необходимо наполнить ее реальными параметрами реальных сред. Только в этом случае можно адекватно оценивать, как изменяется при движении с различной скоростью состояние тела и его собственное время, а также и состояние самого пространства в локальности движущегося тела.
Впрочем, для нас сейчас более важен вывод другой: при изменении гравитационного поля в окрестности тела или при изменении скорости тела изменяется его собственное время (как это и утверждает теория относительности), но одновременно изменяется и его внутренняя энергия. Иными словами, иному изменению собственного времени тела как бы предшествует изменение его внутренней энергии.
Проделаем простой до банальности мысленный эксперимент. Пройдем на кухню и наполним чайник холодной водой. Субъект Вселенной — чайник, который стоит на столе, покоится относительно Земли (так как вращается вместе с ней) и с определенной силой притягивается к Земле. Собственное время чайника и его внутренняя энергия зависят от этой силы притяжения и от температуры воды. Поставим чайник на огонь. По мере нагревания воды внутренняя энергия чайника будет изменяться — возрастать. Одновременно и пропорционально увеличению внутренней энергии будет изменяться и собственное время чайника, так как темп «течения» времени в нашем чайнике будет увеличиваться. То есть я хочу подчеркнуть, что внутренняя энергия первична по отношению к темпу времени, а собственное время любой материальной системы изменяется в связи с изменением ее внутренней энергии.
Теперь, мне кажется, настало время сделать некоторые пояснения. Я опасаюсь, что, постоянно подчеркивая роль и значение внутренней энергии в формировании собственного времени тел, я невольно мог создать впечатление, что теория относительности вообще не заметила участия внутренней энергии в формировании времени. Это, конечно, не так.
В общей теории относительности каждая материальная система порождает гравитацию. Гравитационные поля, способные ощутимо влиять на тела, оказавшиеся в этих полях, создаются гравитирующими массами, т. е. массивными телами. При этом само гравитационное поле создается не только потому, что тело обладает большой массой, но и потому, что оно обладает внутренней энергией и энергией движения.
Иная ситуация возникает, когда определяют собственное время тел. Ортодоксы считают необходимым и достаточным для этого знать только, в каком гравитационном поле находится тело и с какой скоростью оно движется. В лучшем случае, учитывается взаимодействие фонового гравитационного поля и поля гравитации самого тела (например {23}).
Тут и запрятана некая тонкость.
Дело в том, что собственное гравитационное поле каждого тела порождено как массой тела, так и той частью внутренней энергии тела, которая в виде излучения участвует во взаимодействии тела с внешней средой, тем самым воздействуя на кривизну пространства.
Возникает вопрос: ограничивается ли этим участием роль внутренней энергии в формировании собственного времени тела? С позиции рассматриваемой гипотезы ответ будет отрицательным. Поскольку понятно, что если учитывать только ту часть внутренней энергии, которая влияет на кривизну пространства (через излучение), то большая часть внутренней энергии окажется неучтенной, т. е. как бы непричастной к формированию собственного времени тела.
Такое понимание роли внутренней энергии тела в формировании его собственного времени является ошибочным с позиции предлагаемой гипотезы.
Поэтому-то, определяя собственное время любого тела, необходимо учитывать не только его скорость, фоновое гравитационное поле и взаимодействие этого поля с собственным полем тела, но и полную величину внутренней энергии тела. В этом утверждении и заключается, вероятно, некоторая новизна гипотезы локально-когерентного времени.
Вывод: темп собственного времени в каждой материальной системе, при прочих равных условиях, зависит от интенсивности внутренних процессов в самой системе. Внутренняя энергия тела является одним из главных времяформирующих факторов, наряду с гравитацией и скоростью движения тела.
Прошу обратить внимание на два момента. Во-первых, темп времени в чайнике изменился, но при этом два времяформирующих фактора, принятых в теории относительности, оставались неизменными: чайник по-прежнему покоился относительно Земли и по-прежнему притягивался к ней с почти неизменной силой. (Почему «почти» — об этом вы узнаете ниже, когда пойдет речь о взаимозависимости массы и темпа времени). Во-вторых, собственное время чайника изменилось под воздействием внутренних причин, которые, в свою очередь, обусловлены внешним воздействием — подводом к чайнику тепла извне.
Вывод: во Вселенной, наряду с кинетической неоднородностью времени, обусловленной относительностью скоростей движения материальных систем, проявляется и динамическая неоднородность времени, обусловленная неоднородностью энергетического состояния различных систем.
Уделяя внутренней энергии центральное место в разрабатываемой гипотезе, мы обязаны хотя бы приблизительно показать, что стоит за этим термином. Энергия вообще, как трактуют ее словари, — это общая мера различных форм движения материи.
Лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман пишет: «Энергия существует во всевозможных формах… Есть энергия, связанная с движением (кинетическая энергия); энергия, связанная с гравитационным взаимодействием (она называется потенциальной энергией тяготения); тепловая, электрическая и световая энергия; энергия упругости в пружинах; химическая энергия и, наконец, энергия, которой обладает частица в силу одного своего существования, — эта энергия прямо зависит от массы. Обнаружил ее, как вы знаете, Эйнштейн. Я имею в виду… его соотношение Е=mс2.
Итак, существует много видов энергии, и мы кое-что знаем об их взаимосвязи… Например, то, что мы называем тепловой энергией, в значительной степени лишь кинетическая энергия движения частиц в теле. Упругая энергия и химическая энергия имеют одинаковое происхождение — силы взаимодействия между атомами… эти взаимодействия являются комбинацией двух вещей — электрической энергии и опять-таки кинетической… Ядерная энергия не выражается через другие виды энергии; сегодня я могу сказать только, что она — результат ядерных сил…» {43}
Как видите, разобраться в «энергиях» не так просто. Не случайно я выразил надежду хотя бы приблизительно показать, что представляет собой, из чего складывается внутренняя энергия. Опять-таки обратимся кумному словарю. «Внутренняя энергия — (это) энергия тела, зависящая только от его внутреннего состояния; складывается из энергии беспорядочного (теплового) движения атомов или молекул и энергии межмолекулярных и внутриатомных движений и взаимодействий».
Мы будем считать внутренней энергией все виды энергии, зависящие только от внутреннего состояния тела, т. е. за вычетом потенциальной энергии тяготения, именно потому, что она зависит от положения тела над некоторым уровнем, т. е. причины «внешней», и определяет, в конце концов, величину гравитационного взаимодействия. Такое деление, конечно, условно, поскольку потенциальная энергия влияет на многие виды «чисто» внутренней энергии, а изменение внутренней энергии в какой-то мере изменяет силы гравитационного притяжения.
