(6 оценок, среднее: 4,67 из 5)
Загрузка...
Учебная работа № 2107. Как непротиворечиво понимать ‘время’
А. К. Юхимец
“Пространство и время – основные понятия всех разделов физики. Они играют главную роль на эмпирическом уровне физического познания – непосредственное содержание результатов наблюдений и экспериментов состоит в фиксации пространственновременных совпадений. Пространство и время служат также одними из важнейших средств конструирования теоретических моделей, интерпретирующих экспериментальные данные. … Пространство и время имеют решающее значение для построения физической картины мира. … Современной теорией метрических свойств пространства и времени является теория относительности – специальная.
Специальная теория относительности…объединила пространство и время в единый четырехмерный пространственновременной континуум – пространствовремя” (Физический энциклопедический словарь М.: Сов. энциклопедия, 1984, с.592).
До начала двадцатого века наши представления о том, как устроен мир в своей фундаментальной основе, как оказалось, были во многом наивными и примитивными. И хотя, в общем то, учёные склонялись к тому, что мир должен быть единым в своей основе, порой высказывали удивительно прозорливые для своего времени догадки по этой проблеме, истинный смысл этого единства не был до конца ясен. В то же время, материалистическая философия уже в течение нескольких веков указывала правильное направление в поисках этого единства. Это материальность мира и взаимообусловленное движение материи в той или иной форме во всех её частях. Но когда учёные, и прежде всего физики, проникая всё глубже и глубже в то, как “устроена” материя, на деле стали сталкиваться с проявлениями этого единства, это в какойто мере застало их врасплох. Квантовая механика и всё последующее развитие всей современной физики стали для учёных полным откровением. Осмысление новых результатов и новых идей давалось с большим трудом, проходило в муках, а порой казалось просто безумием. В этих условиях не трудно было допустить ряд ошибок и не вполне корректных формулировок по принципиально важным понятиям не только физики, но и всего нашего бытия. К числу таких понятий нужно отнести и “время”.
Как сказано выше, современной теорией метрических свойств времени является специальная теория относительности (СТО). Но именно в трактовке этой теории и были допущены серьёзные ошибки в отношении понятия “время”. Самой грубой из них было устранение из теории понятия абсолютно текущего (а по сути, объективно текущего) времени. Кроме того, ни в одной из работ Эйнштейна не сказано, что же следует понимать под течением времени, хотя это и есть сама суть понятия “время”. Ведь, в конечном счёте, все наши измерения времени сводятся к одному – установить, сколько же времени протекло “от” и “до”. Внесена путаница и в понимание одновременности разноместных событий, хотя это понятие названо “фундаментальным”. Разобраться со всем этим и поставить всё на свои места автор и хотел бы в данной статье.
Понятие времени тесно связано с понятием движения. Абстрагируясь от реального положения вещей, можно сказать, что если бы в мире не было никакого движения, никаких изменений, то понятие времени просто бы не понадобилось. Материя как таковая без движения была бы, очевидно, некой безликой, аморфной, однородной средой, одинаковым во всех своих частях субстратом. Если условно применить к такой материи понятие времени, то можно сказать, что в нём мгновение и вечность были бы неразличимы.
Но такой материи нет, и всё то огромное разнообразие реального мира, которое мы наблюдаем, связано именно с движением материи, с огромным многообразием форм этого движения, с взаимодействием одних форм движения с другими, с непрерывным переходом, превращением одних форм движения в другие в результате этого взаимодействия. И всё это происходит на всех структурных уровнях существования этого движения. А то, что это не носит характера полного хаоса, связано с существованием определённых закономерностей в этом движении, закономерностей в отношениях между различными формами движения.
Различные формы движения длятся, чередуются, вступают между собой в разного рода взаимодействия. Чтобы понять, какой порядок существует во всём этом, чтобы объективно охарактеризовать различные формы движения, установить между ними взаимосвязь и взаимообусловленность, нам и необходимо понятие времени. Наконец, оно необходимо нам и для согласования нашего собственного существования, как одной из разновидностей форм движения материи, со всеми теми формами её движения, которые окружают нас в этом мире.
Движения протекают непрерывно во всех частях мирового пространства, в каждой его точке. Отдельные элементарные формы движения материи, локализуясь довольно чётко в некоторой ограниченной части пространства (в некотором очень малом объёме), способны довольно долго сохранять свою индивидуальность, даже изменяя своё расположение в пространстве, т.е. перемещаясь в нём, и даже взаимодействуя не очень сильно с другими подобными формами движения материи. Таковы элементарные частицы, самой стабильной из которых на сегодняшний день является протон.
Любая элементарная частица, существуя какоето время как нечто обособленное в пространстве, имеет своё некоторое довольно интенсивное самоорганизованное внутреннее движение. С этим движением связана и её инертность (инертная масса m), и её внутренний импульс mc и её внутренняя энергия mc2, и ряд других физических характеристик.
Хотя каждая элементарная частица как бы заключена в ничтожно малой части пространства (в ничтожно малом объёме), считать её полностью обособленной, или изолированной, от всех других форм движения материи, от всего остального мира никак нельзя. Какихто чётких границ, как можно судить из всей современной физики, у неё просто не существует. Даже когда она прямо не взаимодействует с другими подобными ей элементарными формами движения материи, она непрерывно взаимодействует с некоторыми волновыми формами движения материи, которые пронизывают всё мировое пространство (весь объём материи), накладываясь друг на друга и образуя чрезвычайно сложную интерференционную картину волнового движения всей материи и в целом, и в каждой её части. К тому же каждая элементарная частица, как об этом опять же можно судить из современной квантовой физики, и сама является источником некоторого своего собственного волнового движения.
Волновое движение в материи не связано с прямым перемещением одних частей материи относительно других её частей, а носит характер изменения её физического состояния от точки к точке по ходу волнового фронта. Эксперименты по дифракции фотонов и электронов прямо указывают на то, что и само перемещение элементарных частиц не есть перемещение материи внутри материи, а также есть некоторая форма последовательного изменения её состояния, с чем мы и связываем физическое перемещение “частиц” в пространстве.
Из элементарных форм движения материи (протонов, нейтронов, электронов) образуются более сложные самоорганизованные структурные формы пространственно локализованного движения со своей сложной индивидуальной картиной волнового движения. Это, как мы знаем, и есть атомы, которые дальше объединяются в молекулы и т.д.
Все те твердые тела, не говоря уже о жидкостях и газах, с которыми мы имеем дело в нашей повседневной жизни, да и мы сами, а также объекты космических масштабов, в конечном счёте, являются некоторыми временно устойчивыми пространственно локализованными формами самодвижения материи. Эти сложные формы способны перемещаться в пространстве, сохраняя своё интенсивное внутреннее движение, его некоторые индивидуальные формы, его самоорганизацию до самого элементарного уровня. И в то же время, это в целом и некоторый чрезвычайно сложный пространственно локализованный волновой процесс, некоторая форма самоорганизованного волнового процесса, непрерывно взаимодействующего со всем окружением. Тела обладают инертной массой, внутренним и внешним импульсом, а следовательно, внутренней и внешней энергией. Это и есть потенциальная и кинетическая энергия тел. Как показывают расчёты на основе СТО (с изменённой её трактовкой), потенциальная энергия тел связана именно с их собственным внутренним движением и с взаимодействием этого движения с окружающими тела полевыми формами движения материи. А в существующей трактовке СТО вопрос о потенциальной энергии вообще не затронут.
Наивным было также полагать, что внутренняя самоорганизованная форма движения тел, с чем связаны и их размеры, при движении тел, при изменении этого движения остаётся неизменной. Именно это принималось в классической механике, имевшей дело с относительно небольшими скоростями движения тел, а когда голландский физик–теоретик Г.А Лоренц предложил пересмотреть это, его обвинили в привнесении в физику произвольных гипотез. На самом же деле гипотеза об изменении размеров тел при их движении была совершенно естественной, так же как и гипотеза об изменении длительности внутренних циклических процессов в движущихся телах и измерительных системах на их основе. И всё это, конечно же, определённым образом должно проявляться и в тех внутренних связях между различными формами движения внутри твёрдых тел, которые мы называем внутренними силами, что и пытался установить Лоренц. Его подход был и естественным, и истинно физическим. А предложенный А. Эйнштейном и принятый физиками аксиоматический подход к построению физической теории, в общем то, для физики не годится. Физика как наука призвана устанавливать связи между причинами и их следствиями, пусть даже в вероятностной форме, что тоже на фундаментальном уровне движения материи совершенно естественно. Сегодня это уже очевидно и принципиально связано с размыванием условных границ одних элементарных форм движения материи и переходом их в другие элементарные формы движения при непрерывном их взаимодействии, что и наблюдается в физическом вакууме.
Так как в объектах космических масштабов с большими массами сконцентрировано огромное количество элементарных форм движения, тесно взаимодействуя все вместе, они уже не могут сохранять свою индивидуальность (свою самоорганизованность и устойчивость). Одни из них распадаются, с другими происходят самые разные превращения, образуются новые формы. “Выживают” и сохраняются только наиболее устойчивые.
Но мы ещё раз хотим подчеркнуть, что абсолютно всё, с чем мы встречаемся в природе, есть ни что иное, как некоторые формы самодвижения материи, её некоторого единого субстрата. А само понятие времени коренным образом связано с длением и прерыванием (или чередованием) этих движений. Оно также связано с их измерением, а любое измерение требует меры. Но дление движения и должно быть измерено некоторым определённым движением с его определённым длением, с определённой мерой дления. Мера же всегда дискретна.
Эталон измерения, или единица измерения, принимается из того же, что и измеряется. Пространственную протяжённость мы измеряем эталоном протяжённости, массу измеряем эталоном массы, электрический заряд – эталоном заряда и т .д. Но чтобы наши измерения были надёжными, прежде всего, должен быть надёжным эталон измерения. Мы говорим, что он должен быть стабильным. Он не должен подвергаться влиянию внешних условий. Но в принципе таких идеальных эталонов реально нет, так как абсолютно всё в природе в той или иной мере подвержено влиянию внешней среды, в той или иной мере взаимодействуя с ней. Но мы можем найти в природе нечто близкое к тому, что может нас вполне устроить.
Для измерения времени используются регулярные периодические, иначе циклические, движения. Они и длятся и чередуются. Что для измерения времени более всего подходят именно такие движения, понял в своё время ещё Аристотель. Но сегодня мы должны сказать, что только такие и подходят.
Когда всё же время стали измерять строго, на научной основе, вначале за эталон времени были приняты солнечные сутки. Потом солнечные сутки заменили так называемыми звёздными сутками. А когда астрономы установили, что более регулярным процессом, чем суточное вращение Земли, является её обращение вокруг Солнца, за эталон времени была принята эфемеридная секунда как определённая часть длительности тропического года. Но мы не будем уточнять здесь их суть и различия, а скажем лишь, что это и были попытки выбора надёжного, стабильного и удобного эталона времени.
Когда был изобретён маятник, то малые промежутки времени стало удобно измерять с его помощью, и были созданы соответствующие эталоны. На их смену пришли более точные кварцевые часы, в которых ход времени (его течение) определяется колебаниями пластин из высококачественного кристаллического кварца. Однако, в конце концов, учёные пришли к выводу, что: “Макроскопические тела принципиально не могут служить абсолютными хранителями времени. Причина – неустранимые и неконтролируемые изменения систем, состоящих из огромного числа атомов” (Физический энциклопедический словарь, с.91).
Были созданы атомные эталоны времени, и с 1967 г. Генеральной конференцией по мерам и весам в качестве атомной секунды принято определённое количество периодов электромагнитных колебаний, соответствующих некоторому квантовому переходу атома цезия. Таким образом, наиболее стабильный эталон времени (равно дления движения), как этого и следовало ожидать, найден сегодня на одном из самых элементарных, а следовательно, и самых фундаментальных, уровней движения материи. Там же, кстати, найден и эталон протяжённости. И это тоже не случайно, так как электромагнитное циклическое движение характеризуется не только длительностью, но и протяжённостью создаваемого им волнового процесса. Однако далее в отношении самой сущности понятия времени необходимо внести некоторые уточнения.
Выше мы уже говорили, что если бы у материи не было никаких движений, то и не понадобилось бы и никакого понятия времени, хотя материя и продолжала бы существовать, и это существование продолжало бы длиться. Но это дление не имело бы никакой разметки, а следовательно, и не могло бы иметь и никакой физической оценки. Именно периодическое (тем самым уже размеченное) движение придаёт понятию “время” реальный физический смысл. Но, в конечном счёте, размечается именно дление существования движущейся материи. Хотя материя реально и не существует без движения, всё же дление её движения как бы вторично по отношению к длению самого существования м