Hиколай Непомнящий - Время - Назад XX век: Хроника необъяснимого
Рассуждая о природе жизни и смерти, Леонардо да Винчи пишет: "О время, истребитель вещей, и старость завистливая, ты разрушаешь все вещи и все вещи пожираешь твердыми зубами годов мало-помалу, медленной смертью. Елена, когда смотрелась в зеркало, видя досадные морщины своего лица, содеянные старостью, жалуется и думает наедине, зачем два раза была похищена". (Елена Прекрасная, дочь Зевса и Леды, супруга греческого царя Менелая, была похищена сыном троянского царя Приама Парисом, что явилось причиной десятилетней Троянской войны).
В этих и других высказываниях делались попытки понять свойства времени на интуитивном уровне, словесно описать их. Возможностями исследовать свойства самого времени мыслители не располагали. Время в лучшем случае оказывалось всего-навсего служанкой, выполняющей работу в уравнениях точных наук.
Только к концу XIX — началу XX века появились наконец технические возможности изучать время, да и человек психологически созрел до того, чтобы приступить к этому изучению.
Начало научному подходу к исследованию времени было положено немецким философом И. Кантом (1724–1804) еще в XVIII веке.
Иммануил Кант говорил о времени как о сложном предмете рассмотрения, состоящем из трех «модусов» — последовательности, сосуществования и устойчивости. Таким образом, Кант рассматривал время и как последовательность ряда значений, и как совокупность всего существующего, и как величину. В таком рассмотрении время оказывается уже не одномерным, а как бы двух- или трехмерным явлением.
Французский философ-интуитивист Анри Бергсон (1859–1941) задолго до того, как Пуанкаре и Эйнштейн выдвинули теорию относительности, выступил в 1889 году против понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Им было предложено представление о времени как о потоке событий. Для Бергсона внешняя реальность подвижна. Никаких «готовых» вещей нет, все существует в процессе развития и неустойчивого, изменяющегося состояния. Имеется реальное пространство без длительности, в котором все явления появляются и исчезают одновременно с изменением состояния сознания человека. Имеется реальная длительность, разнородные моменты которой взаимно проникают друг в друга, но так, что каждый момент ее может быть сопоставлен с одновременным с ним состоянием внешнего мира и тем самым уже отделен от внешнего мира. Из сравнения этих двух реальностей возникает заимствованное у пространства символическое представление длительности, которая принимает таким образом мнимую форму однородной среды. Соединительной чертой между пространством и длительностью служит одновременность, которую Бергсон определяет как пересечение времени с пространством.
Вот это "бергсоновское время" — время процесса, а не покоя — и положено в основу современных физических представлений, а также представлений в биологии.
Сегодня в физике и философии рассматриваются две взаимодополняющие концепции времени (в смысле принципа дополнительности Бора). Первая пара является дополняющей для понятия природы времени. Время по одной концепции есть такая же субстанция, как пространство или вещество (субстанциальная концепция). Время по другой концепции есть отношение (система отношений) между физическими событиями (реляционная концепция).
Вторая пара является дополняющей для понятия отношении категории времени и категории бытия. События прошлого, настоящего и будущего, согласно одной концепции, существуют реально и даже в некотором смысле одновременно, важен момент осознания явлений и материальных объектов, возникновение и исчезновение которых иллюзорно (статическая концепция); по другой концепции, реально существует только настоящий момент, событии прошлого уже нет, события будущего еще не наступили (динамическая концепция).
Далее выделяется несколько классов (типов) времени: абстрактное (представляемое); физическое (измеряемое с помощью тех или иных механизмов или за счет наблюдения периодических явлений природы); метрическое (отвлеченное) математическое время, матрица для пересчетов между физическим и релятивистским временем; релятивистское время (время теории относительности); биологическое время (время живых организмов).
Детальное изучение времени началось тогда, когда были сконструированы приборы точного измерения его отрезков. Их создали на основе развития астрономических знаний о Земле как небесном теле, о Солнечной системе. Галактике и на основе успехов физики.
Человечество научилось очень точно мерить время течения процессов как в самом человеке, так и вне его, во всей Вселенной, поскольку часы, употребляемые астрономами, суть не что иное, как совокупность всей Солнечной системы.
В нашу задачу не входит изложение техники этих измерений, достаточно только напомнить, что новым эталоном времени стали атомные часы, что созданы различного типа электронные секундомеры, разрешающие измерять малые промежутки времени. Это позволило изучать атомные и ядерные процессы, протекающие за миллионные, миллиардные и биллионные доли секунды. Наконец, люди научились в некоторых случаях как бы изменять временные масштабы. Сверхскоростная киносъемка с последующим медленным воспроизведением всего происшедшего разрешает рассмотреть ход сверхбыстрых процессов (включая взрывы), а съемка замедленная с последующим ускоренным воспроизведением процессов медленных (включая рост и развитие).
Эти технические возможности обеспечили измерение скорости самых различных процессов и сравнение этих скоростей между собой.
Что касается астрономии, то ее успехи в изучении двойных звезд позволили многое узнать о природе гравитационных волн, то есть излучений, которые на земном шаре проявляются в виде силы тяжести. Согласно общей теории относительности, гравитационные волны представляют собой поперечные волны кривизны пространства — времени, которые могут существовать вдали от гравитирующих масс и распространяться со скоростью света. Под их воздействием тела испытывают деформации так называемого приливного типа — растяжение и сжатие Силы гравитационного воздействия Луны и Солнца на Землю вызывают как вынужденные колебания оси вращения Земли, так и приливные деформации земного шара. Луна находится ближе к Земле, чем Солнце, и приливы от нее вдвое больше. Не говоря о морских приливах, которые хорошо известны, Луна вызывает явления приливов и суши. На широте Москвы изменения радиуса Земли в результате этого достигают 40 сантиметров. Сила тяжести изменяется на Земле от экватора к полюсам с увеличением высоты над поверхностью Земли и со временем. Последнее происходит периодически в связи с изменением положения Земли относительно Луны и Солнца и не периодически — в связи с процессами, происходящими в недрах Земли.
Знания о природе гравитационных волн позволили развить релятивистскую теорию гравитации и, в частности, показать зависимость хода собственного времени системы от характера поля гравитации. Наконец, значительные успехи, достигнутые в развитии целого ряда областей науки (биологии, биогеохимии, гистологии, эмбриологии, физиологии и т. д.), когда была использована точная аппаратура, разрешающая измерять время биологических процессов, позволили совершить большой скачок в познании особенностей времени живых организмов биологического времени, выделенного академиком В. И. Вернадским (1863–1945) в 30-х годах нашего века.
Время с точки зрения физика
До 1905 года, когда А. Эйнштейн (1879–1955) опубликовал свою специальную (частную) теорию относительности, общепринятой являлась ньютоновская концепция времени как некая абсолютная длительность, не зависящая от материи. (Свойства пространства-времени при наличии полей тяготения рассматривает общая теория относительности (теория тяготения Эйнштейна); специальная (частная) теория относительности исследует свойства пространства-времени в приближении, когда эффектом тяготения можно пренебречь, то есть это частный случаи общей теории относительности. Пространство и время рассматривались как некий ящик, в который вложена материя и свойства которого не зависят от наличия вещества. Кроме того, время считалось однородным, одинаковым во всех точках пространства и от пространства не зависящим.
Специальная теория относительности показала тесную связь пространства и времени, образующих единый четырехмерный мир (мир Эйнштейна-Минковского), а также времени с движением. В частности, оказалось относительным понятие одновременности. Момент времени наступления какого-либо локализованного события не является свойством этого события самого по себе, но характеризует отношение его к некоторой системе отсчета. Поэтому и одновременность двух событий относительна. Она справедлива только для событии в одной и той же точке отсчета. Такой же относительный смысл имеют и промежутки времени: длительность процесса, наблюдаемого в одной системе отсчета, может не совпадать с длительностью того же процесса, наблюдаемого в другой системе. Доказательством относительности временных промежутков в разных системах отсчета может служить распад элементарных частиц. Покоящийся пи-мезон живет 10-8 секунд. При движении даже с максимально возможной в природе скоростью — 300 000 километров в секунду — он успел бы до своего распада пройти путь порядка нескольких десятков метров. Тем не менее мезоны, рожденные в верхних слоях атмосферы космическими лучами, проходят путь до поверхности Земли, исчисляемый десятками километров. Этот факт объясняется именно увеличением времени жизни мезона вследствие скорости движения, близкой к скорости света.
