Анатолий Бич - Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени
А почему, в самом деле, пространство-время едино? Не сводится ли это единство к «банальной» взаимозависимости?
О единстве пространства и времени подозревали с глубокой древности. Великий мудрец XI века Ибн Сина (Авиценна) утверждал триединство пространства-времени-движения. И это особенно поражает. За тысячу лет до нас ему открылось, кажется, нечто глубинное. Ибо в этом триединстве прячется физическая сущность некой общности пространства и времени и обусловлено это единство, конечно же, движением (браво, Авиценна!). Триединство изначально обусловлено общностью происхождения.
Но, может быть, не менее глубокое прозрение посетило однажды великий ум Аристотеля. Исповедуя абсолютное и неизменное время, утверждая его независимость от движения, он вдруг подумал: «Время не есть движение (но)… время не существует и без изменения» {6}. Изменения чего? Неужели изменения состояния материи? Что мог знать о микродвижениях, о квантовых состояниях старик Аристотель. Ничего. И все-таки, если, по мнению Аристотеля, время не зависит от макродвижений, то от изменений чего оно зависит? От изменения чего-то более глубинного и существенного. Не следует ли из этого, что время зависит от изменения состояния материи? Но тогда он предугадал постулаты гипотезы локально-когерентного времени, опередив гипотезу лет этак на 2350. Как хотелось бы в это верить. Увы, не исключено, и мы обязаны это допустить, что Аристотель подозревал изменения в душе… На древних это похоже. Возможно, таким образом он акцентировал наше внимание на субъективности восприятия времени.
С позиций теории относительности единство пространства и времени обусловлено несколькими причинами. Наверное, прежде всего, это «относительность промежутков времени и пространственных длин, их зависимость от выбора системы отсчета». Определяя, например, временную длительность двух разноместных событий, мы вынуждены, в общем случае, учитывать и положение наблюдателей (с их часами), и скорость их перемещения относительно друг друга. Иным и словам и, определяя время, мы обязаны учитывать положение, а определяя положение, необходимо учитывать время.
Но это, во-первых, в общем случае, а, во-вторых, с учетом роли наблюдателей.
А теперь представим себе фантастическую картину: в результате ужасного катаклизма на Земле не осталось ни одного «наблюдателя», вообще ни одного умника, который знал бы о факторах относительности. Исчезло бы от этого время во Вселенной? Нет, конечно. И с этим, безусловно, соглашается теория относительности — время существует объективно. Предлагаемая гипотеза несколько абсолютизирует время — собственное, время тел может существовать не только вне зависимости от существования наблюдателей, но и у покоящихся тел при почти нулевом участии гравитации.
В этом смысле (в частном случае, упрощая ситуацию) можно утверждать, что и время, и пространство — это показатели состояния материи. В момент возникновения или первопроявления материи на самом фундаментальном уровне через движение и взаимодействие материи появляются и пространство, и время. Более того, именно на этом — квантовом — уровне пространство и время и представляют собой истинное единство — жесткое и неделимое.
Эта мысль хорошо подтверждается гипотетическим допущением существования в Природе микролокальных искривлений пространства-времени. По большому счету, это одно и то же, ибо в микромире едва ли не каждое взаимодействие порождает и новое время, и новое пространственное положение. Такую ситуацию можно рассматривать и как частный случай, при котором и наблюдатель с часами, и тело (частица) совмещены в единой системе отсчета.
Но чем дальше мы отходим от первоистоков движения-взаимодействия материи, чем ближе мы к макромиру, тем единство пространства-времени становится менее жестким, менее неодолимым.
Итак, если принять допущения о том, что наблюдатель с часами и тело, собственное время которого подлежит измерению, находятся рядом в одной системе отсчета, то возможна ситуация, когда тело изменяет свою внутреннюю энергию, а следовательно, и время, но само тело при этом не меняет (или почти) не меняет своего положения. Например, нейтронная звезда за мгновение до взрыва резко повышает свое собственное время, но это очень незначительно изменяет ее поведение в пространстве, т. к. при этом еще нет взрывообразного увеличения мощности потока излучения (а, следовательно, не может по этой причине значительно измениться кривизна пространства). Чайник на плите, по мере нагревания воды, совсем не меняет своего положения, хотя, как и нейтронная звезда, готов взорваться от переизбытка энергии — от возросшего темпа времени.
Понятно, что микродвижения в этих телах происходят одновременно с изменением собственного времени частиц, но мы-то ведем речь о том, что макротело изменяет свое время, оставаясь при этом в неизмененном (или почти) неизмененном положении. То есть речь идет именно о том, что в данном случае нет жесткого единства пространства и времени. Можно сформулировать одиннадцатое следствие.
Пространство и время всегда являют собой единство жесткое и неделимое на квантовом уровне, но в макромире это единство не абсолютное и нежесткое, ибо возможны ситуации, когда изменение времени не влечет за собой участие пространства в этом изменении.
Понятно, что такое понимание единства пространства и времени вытекает из новых представлений о природе времени, принятых в гипотезе. Сравните с позицией официальной физики в изложении С. Хокинга: «Нам приходится принять, что время неотделимо полностью (выделено мною. — А.Б.) от пространства и не независимо от него, но вместе с ним образует объект, который называется пространством-временем» {39}.
Главные выводы
Гипотеза локально-когерентного времени позволяет сформулировать понятие времени. До сегодняшнего дня, несмотря на несомненные успехи теоретической физики, научное определение времени страдает вынужденной обобщенностью и неконкретностью. Вот одно из определений, заимствованное из «Краткого словаря физических терминов» (1979): «Время — основная, наряду с пространством, форма существования материи; совокупность отношений… и т. д.» «Советский энциклопедический словарь» (1982) определяет время как форму последовательной смены явлений и состояний материи. И оба определения, конечно, верны, но оставляют чувство недосказанности. Так и хочется повторить вслед за Аристотелем: «А что такое время и какова его природа, одинаково неясно, как оттого, что нам передано от других, так и оттого, что нам пришлось разобрать раньше».
И неудивительно, что на бытовом уровне вопрос, что такое время, порождает легкую сумятицу и великое разнообразие ответов — от прищуренного взгляда, устремленного вглубь Вселенной, до образа подвижной вечности; от уверенности, что это божественная сущность, до изложения теории относительности.
Но мы, живущие на стыке второго и третьего тысячелетий, можем, все-таки, радоваться, что представления о времени как об отражении и проявлении реальных физических событий (процессов) — представление, восходящее еще к Платону, наконец-то возобладало, и в этом безусловная заслуга Эйнштейна. С позиций теории относительности время может быть различным у различных тел, т. е. физические системы могут иметь различное собственное время и эта их возможность зависит от того, как на эти тела действует гравитация и с какой скоростью они движутся.
Гипотезой локально-когерентного времени мы вводим в круг времяформирующих факторов новую причину — внутреннюю энергию тел, которая не только непосредственно отражает и характеризует состояние тела, но и наряду с гравитацией порождает само время.
Таким образом, природа времени и двояка, поскольку в каждой материальной локальности зависит как от энергетического состояния материи, так и от метрики пространства, и двуедина, поскольку и внутренняя энергия системы, и гравитационное поле в локальности системы в общем случае взаимозависимы.
Возможно, что измерение реального физического времени потребует создания наряду с существующими часами (например атомными) и новых часов, например — «химических».
На вопрос, что такое время, можно ответить:
Время — это проявление и отражение энергетического состояния материи в гравитационном поле.
Однонаправленность времени обусловлена физической сущностью происхождения времени, т. е. причинно-следственной последовательностью взаимодействий-движений материи.
Темп собственного времени обусловлен энергетической насыщенностью взаимодействий-движений материи и степенью гравитационного воздействия (вт.ч. искривления пространства).
В условиях слабого и постоянного гравитационного поля собственное время любого тела Вселенной — это, прежде всего, мера плотности внутренней энергии тела. Если, к тому же, тело покоится или движется равномерно и поступательно, то его собственное время может быть изменено только за счет своей внутренней энергии. Это собственное время можно назвать внутренним собственным временем тела.
