2020-06-10
193Бич Анатолий Макарович
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Моей жене Светлане Федоровне с благодарностью за долготерпение и понимание посвящаю
Первое издание этой книги {1} увидело свет в Киеве в сентябре 2000 года. Книга получилась не очень удачной — на плохой бумаге, с ошибками и с неряшливой полиграфией. Поэтому когда всего через три месяца я узнал, что московское издательство «АСТ» готово книгу переиздать, то, естественно, обрадовался — появилась надежда, что в исполнении солидного издательства «Природа времени» окажется более симпатичной.
Однако, подумав, я понял, что главное не это. Главное, что, воспользовавшись переизданием, я имею возможность внести в содержание книги существенные дополнения.
Во-первых, выяснилось, что некоторые читатели пугают два совершенно разных концептуальных подхода к определению самого понятия времени.
Согласно первой концепции, времени вообще нет, это только абстракция, придуманная людьми для удобства пользования, т. е. для оценки длительности событий. Согласно второй концепции, времени тоже нет, но только в определенном смысле, т. е. нет как явления первичного и самодостаточного. Из первого утверждения следует, что в Природе в принципе нет реального времени и, следовательно, можно пользоваться любыми произвольно выбранными часами, лишь бы они были удобными. Из второго — что время — это вторичное проявление реально существующих в Природе физических процессов, которые, в конечном счете, и определяют ход всех часов.
Я, безусловно, разделяю (и в меру сил развиваю) вторую точку зрения, которую, в той или иной степени, отстаивали и Платон, и Лейбниц, и Бошкович, и Эйнштейн.
Во-вторых, мне, очевидно, не стоило в первом издании так категорично утверждать, что реальному физическому времени присущадвойственная природа. Да, конечно, собственное время покоящегося тела зависит от двух как будто различных причин — оттого, в каком гравитационном поле оно находится, и от плотности внутренней энергии самого тела. Но эти два главных фактора в общем случае генетически взаимозависимы, а поэтому мне следовало бы выдвинуть утверждение о единой природе времени и о различной весомости этих главных времяформирующих факторов в различных ситуациях.
И, наконец, в-третьих (и это, может быть, самое главное), в новом издании я имею возможность восполнить пробел, допущенный в первом издании. Я давно уже был просто обязан упомянуть об открытии Нобелевского лауреата, основателя целого направления в термодинамике бельгийского ученого Ильи Пригожина о том, что при необратимых процессах появляется «особое» «внутреннее время», принципиально отличное (по мнению Пригожина) от времени астрономического. Познакомившись, наконец, с трудами Пригожина, я с удовлетворением обнаружил своеобразный парадокс. За несколько десятилетий до того, как я предложил эту гипотезу, выдающийся физик «ее подтвердил» теоретически и экспериментально. Ибо, по существу, он показал (так мне представляется), что при изменении плотности внутренней энергии в физических системах их собственное время обязательно изменяется. Этому утверждению, в общем-то, и посвящена моя книга. И, конечно, я постараюсь показать, что никакого принципиального отличия «внутреннего времени» от времени астрономического нет. Природа времени едина и для микро- и для макромира, и для Метагалактики в целом. То, что мои представления о времени в главном так счастливо совпали с открытием Пригожина, вселяет в меня уверенность, что обязательно наступит день, когда усовершенствованная гипотеза локально-когерентного времени обретет статус единой теории реального физического времени.
Пользуясь случаем, выражаю искреннюю признательность поэтессе и бизнесмену Наталии Олеговне Мясниковой, которая по собственной воле показала «Природу времени» московским издателям и, может быть, в качестве главного (последнего) аргумента пригодности моей книги к переизданию использовала свое удивительное обаяние.
А. Бич
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемая читателю книга по большому счету является вторым, расширенным и исправленным, дополненным и значительно углубленным вариантом моей первой книги «Физическая сущность времени» {2}. В названиях двух книг ясно отражается различие их содержаний. В первой обосновывается новый времяформирующий фактор — внутренняя энергия тел, во второй исследуются первоистоки происхождения времени, то есть доказывается, что временные свойства порождает сама материя в различных взаимодействиях.
Наиболее значительным изменениям подверглась вторая глава — она переписана заново, сделан акцент на раскрытии природы времени. Первая глава дополнена большим разделом: «Представления о времени в конце XX века». Появилась новая четвертая глава. Третья глава, посвященная следствиям гипотезы, оставлена почти без изменений.
В новой работе я уточнил основное уравнение собственного времени тел и более точно дал определения и выводы, значительно расширил библиографические ссылки.
С момента публикации первой книги прошло два года, а кажется, что минула вечность.
И неудивительно — события первого года развивались стремительно. Вначале я раздавал книжку всем знакомым, кого вспоминал и кого встречал на улице. Далее… Если о жизни судить по крупным событиям, то я пережил несколько потрясений, по крайней мере, три — это точно. Первое оказалось приятным. Книга вдруг «пошла», ее покупали в магазинах и на книжном рынке. Ее спрашивали, когда я задерживался с очередной порцией. Я испытал легкий, но приятный шок, как если бы вдруг выяснилось, что в меня влюбилась Линда Евангелиста. Я даже слегка смущался, понимая, что я недостоин, т. е. отдавая себе отчет в том, что книжка посвящена специальной проблеме и местами перегружена профессиональными терминами и понятиями. Оказалось, что, несмотря на многолетний экономический кризис и разгул дебилизма в области массовой культуры, людей на Украине продолжают интересовать проблемы Времени. И вот, пребывая в состоянии легкой приподнятости над грешной землей, я начал допускать одну ошибку задругой. Звонили незнакомые, присылали письма профессионалы. Отзывы были положительными. Один ученый даже высказался в том смысле, что книгу он читает малыми порциями, потому что вновь и вновь возвращается к прочитанному, как бы погружается и погружается, но «может быть, она бездонна», — так передали мне его слова (наверное, он пошутил). Но на мгновение я испытал давно позабытое чувство — захотелось подарить ему букет алых роз, словно он и есть Линда Евангелиста.
Летом 1998 г. я побывал на Международном конгрессе по фундаментальным проблемам естествознания (Санкт-Петербург, Россия) и даже выступил с докладом и был нормально принят… Я все больше и больше вовлекался в какие-то обсуждения и организационные мероприятия.
И тут меня попутал бес. Мой товарищ предложил мне выступить в Министерстве по вопросам науки и технологий перед представителями официальной науки с докладом, а они, мол, потом официально оценят и тогда фонд фундаментальных исследований официально выделит грант… Мне бы поблагодарить товарища и… жить бы себе тихо, никого не трогая.
Но… Испытывая легкий дискомфорт и терзаемый хорошо скрытым тщеславием, я в один прекрасный солнечный день направился к ученым людям. Среди двенадцати человек — местных и приглашенных — главенствовали двое: доктор наук, астрофизик Ш. и член-корр. НАН Украины физик-теоретик Ф. Астрофизик Ш., постоянно как-то странно усмехаясь (словно подсмотрел в замочную скважину интимную сцену и предвкушал удовольствие от того, что сейчас всем расскажет), достал несколько бумажек и, приблизив одну из них вплотную к толстым стеклам очков, начал читать. Оказалось, что на 31 странице у меня была неточность, а на 37 — небрежность. Оказалось, что, говоря о потоках времени, я не дал определение потока вообще… Итак, странно усмехаясь, Ш. дошел до последнего листочка. Я с пониманием внимал, более того, соглашался с ним, но ждал, когда же он заговорит по существу. Ф. все это время молчал и в моих глазах становился все важнее и важнее. Наконец, Ш. рассказал, какой я нехороший по мелочам, и я приготовился слушать о гипотезе: о концептуальном подходе, о противоречиях в обосновании, о сомнительных следствиях, о неправомерности и т. д., и т. п. Но Ш., оказывается, все уже сказал. Бросив в мою сторону пустой взгляд, он с почтением повернулся к Ф. АФ. все молчал и молчал, и все понимали, что вот сейчас сам он как скажет… А он все молчал. Наконец Ф. встрепенулся, прервав поток каких-то, безусловно, умных мыслей, и спросил, давно ли я сдавал экзамены по физике. Ш. от таких слов тоже встрепенулся и обвинил меня в том, что я покушаюсь на основы… Я попытался сопротивляться, т. е. хотел сказать им, что когда наука встречается с аномалиями и парадоксами, тем более с психофизическими феноменами, то имеют право на жизнь и экстравагантные идеи… И привел в качестве примера, идею академика В.П. Казначеева о том, что некие невидимые сущности вокруг нас представляют полевую форму жизни. На это Щ. заявил, что Казначеев вообще не ученый, Я сослался на академика М.М. Лаврентьева, который отстаивает возможность передачи информации с «мгновенной» скоростью через потоки времени. На это Ш. только тоскливо усмехнулся, как бы страдая от того, что я привожу такие глупые примеры. «А вы нарушаете всем известное…» — опять встрепенулся Ф. Покая соображал, в каком месте книжки я особенно наследил и где у меня заложена мина под «основы», оказалось, что семинар закончился.
Так я и не удостоился услышать ничего интересного и важного для себя, т. е. не услышал ничего, в полном и буквальном смысле этого слова, о гипотезе. Господа Ф. и Ш. оказались настолько переполнены чувством глубочайшего уважения к себе, что не сочли нужным говорить о моей гипотезе. Непонятно, правда, зачем тогда мы вообще собирались? Впрочем, может быть, высшее предназначение этих людей как раз и состоит в том, чтобы не пускать в науку новые (и уже поэтому подозрительные) идеи и гипотезы. В конце концов, кто-то должен выполнять и такие обязанности… Это было второе потрясение. Как ни странно, ночью я хорошо спал, а утром начал новую жизнь. Прочь пустые встречи и ненужные знакомства, пусть другие суетятся и создают Международный Центр по изучению времени… Я должен спешить. Все еще продолжая мысленно размахивать кулаками, утром я написал статью с несколько вызывающим названием: «О принципиальной возможности управления гравитацией». Это был мой своеобразный ответный удар, и я успокоился.
Третье потрясение я испытал однажды в долгую бессонную ночь. По случайному совпадению это было в ночь перед католическим Рождеством. Православный Киев крепко спал, будучи твердо уверенным, что Иисус Христос по-настоящему сможет «родиться» только через две недели. На соседней кровати тихо и мерно дышала жена, а на ее подушке раскинулась, как хозяйка, наша кошка Алиска.
Я не спал и думал о времени. Я был почти удовлетворен. Главное, что мне удалось сделать, — это разобраться в истоках происхождения времени. Я понял, что природа времени двояка. Собственное время любого тела Вселенной, конечно, формируется под воздействием гравитации — изменяется само пространство. И в этом А. Эйнштейн был, безусловно, прав.
Но я убедился, что существует и вторая сторона проблемы, мимо которой, не заметив ее, прошел Эйнштейн, Собственное время формируется также и под влиянием плотности внутренней энергии в самих телах. Воздействие и взаимовлияние этих двух глобальных Причин и определяет темп времени в каждой локальности Вселенной.
Мне было понятно почти все. Вот только бы разобраться в механизме предзнания будущего. Ведь это непременно связано с какими-то важными закономерностями нашего Мира и какими-то возможностями Времени. И еще я страдал от неуверенности в том, что любые часы: и песочные, и ходики с кукушкой, и атомные смогут отреагировать на изменение темпа времени той локальности, в которой они находятся. Я осторожно ворочался и страдал. Наступила темно-серая предутренняя пора. Неожиданно Алиска повернулась ко мне, и глаза ее вдруг сверкнули красным дьявольским блеском. В одно мгновение вокруг что-то изменилось, спальня словно наполнилась мистическим трепетом. Внутри у меня все вначале оцепенело, а потом сразу заполнилось ясным Пониманием. Я понял механизм, т. е. понял, как без мистики можно узнать будущее и почему все часы обязаны реагировать на изменение местного хода времени… Не успел я нарадоваться, только и сказал себе: «Ай да Пушкин! Ай, да сукин сын!», как навалилась пустота от того, что все уже закончилось, все позади. И появилось горькое разочарование оттого, что потрачено столько сил и нет больше никаких тайн… И от этого скорее иллюзорного, чем реального, понимания я испытал еще одно потрясение, какое-то неоднозначное, смутное. Одновременно и горечь сожаления от того, что я потратил целых пятьлет на Время, и сомнительное утешение от того, что человечеству на это же понадобилось пять тысяч лет.
А. Бич
Глава 1.
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВРЕМЕНИ В ПРОШЛЫЕ ВЕКА И СЕГОДНЯ
Хотя о времени и было высказано много истинного и остроумного, тем не менее реального определения его никогда не было дано.
Иммануил Кант
1.1. Основные понятия и некоторыеопределения
Понятия, вмещающиеся в одном-единственном слове «время», столь различны, так далеки по содержанию друг от друга, что порой не очень и верится в их генетическое родство. В зависимости от обстановки и настроения, услышав слово «время», можно представить и вечность — нечто непонятное, но огромное и неподвижное, как застывший туман, в котором плавают- шевелятся все тела и все события, но можно и просто посмотреть на свои ручные часы…
И такой разброс представлений и ассоциаций — это, конечно же, не случайность; такая историческая судьба у этого слова…
Нам нужно хотя бы в первом приближении согласовать с читателем основные понятия. Наверное, прежде всего, при самом глобальном подходе, время — это «основная, наряду с пространством, форма существования материи». То есть время безусловно связано с материей, а материя обязательно проявляется во времени.
Следующее понятие времени, в какой-то мере вытекающее из предыдущего, звучит так: время выражает «координацию сменяющих друг друга событий (явлений), их последовательность и относительную длительность». Иными словами, время определяет, в какой момент, в какой последовательности и с какой интенсивностью происходит смена событий. Так трактуют слово «время» современные словари. Вот в этом смысле термин «время» и употребляется в дальнейшем в тех случаях, когда о времени говорится вообще, когда нет уточняющих и сужающих определений и когда иное не следует из контекста.
На определенном этапе развития знаний появилось очень важное понятие «собственное время» тела, свидетельствующее о том, что при определенных условиях одно и то же тело может иметь различное время. Согласно теории относительности собственным временем называется длительность событий, происходящих в определенном месте, которая измеряется по часам, находящимся в этом же месте. Иными словами, «время, отсчитываемое по часам, движущимся вместе с данным объектом, называется собственным временем этого объекта».
Момент времени — это временная координата, соответствующая определенному событию.
Событие — это нечто происходящее в определенной точке пространства и в определенный момент времени.
Временная длительность между двумя установленными моментами времени (двумя определенными событиями) определяет интервал времени.
Есть событие, например — восход солнца. Пусть это событие случается три года подряд в один и тот же день первого января. Если между первым и вторым восходами длительность будет больше, чем между вторым и третьим, то это значит, что временной интервал между восходами Солнца с годами уменьшается, а темп (или ход) времени, определяющий наступление этих событий, соответственно возрастает. (Естественно, при этом мы должны быть уверены, что сама Земля вращается строго равномерно и что все остальные факторы, влияющие на восход Солнца, — неизменны.)
Таким образом, под темпом времени мы понимаем скорость осуществления последовательных событий.
Темп времени — величина всегда относительная.
Темп собственного времени различных тел может быть сопоставлен и с локальным временем другого тела, и с усредненным временем системы, в которую входит тело, и с неким принятым эталонным временем. Но всегда — это сопоставление длительности одной секунды с длительностью другой.
Иными словами, темп времени,[1] —это интенсивность времени в сопоставлении с «другим» временем, интенсивность, характеризуемая частотой событий в системе.
Собственное время любой материальной системы[2] определяется через показания часов, фиксирующих интервалы времени между определенными последовательными событиями, но зависит собственное время всегда от темпа времени в системе.
Когда говорится о том, что в какой-то материальной системе время замедляется или ускоряется, то имеется в виду, что замедляется или ускоряется темп времени в этой системе. При этом собственное время при замедлении темпа времени как бы растягивается, так как увеличиваются интервалы времени между событиями (замедляется ход часов), а при ускорении темпа времени, напротив, — собственное время как бы сжимается (ускоряется ход часов).
Отметим, что темп времени и интервал собственного времени любого тела (любой системы) связаны между собой обратно пропорциональной зависимостью. Таким образом, чем более ускорен темп времени материальной системы, тем более сжато (стянуто) собственное время в системе и наоборот, чем более замедлен темп времени, тем более растянуто собственное время. (Если там, где мы живем, значительно повысится темп времени, то мы будем быстрее расти и раньше стареть и это можно будет заметить из соседней локальности. Но если темп времени повысится во всем мире, то мы этого не заметим, так как длительность всех процессов также будет сокращена.)
Все определения, связанные с принятым в настоящей работе понятием когерентности времени, будут даны во второй главе. Здесь же только отметим, что когерентность — это свойство некоего процесса (явления), заключающееся в постоянстве или закономерной связи между элементами (характеристиками) процесса.
В книге использовано такое экзотическое понятие, как искривление пространства-времени.
Пространство и время сегодня рассматриваются в единстве, их координатами определяется любое событие. Пространство- время определяют еще и как четырехмерное пространство, точки которого отвечают событиям.[3]
Как можно представить себе искривление пространства-времени?
Отсылая особо любознательных читателей к специальной литературе, попытаемся опустить узкопрофессиональное понятие почти на бытовой уровень и попробуем все же разобраться, разумеется, теряя при этом, как говорят шахматисты, качество…
Пространство (пространство-время) называется искривленным, если в нем невозможно ввести координатную систему, которая может считаться прямолинейной. Примером искривленного пространства является сфера. В искривленном пространстве выделяют так называемые геодезические линии. Расстояние между двумя точками вдоль этих линий является кратчайшим по сравнению с любым другим расстоянием между этими же точками.
С позиций физического смысла искривление пространства можно представить так.
Любой объем пространства содержит в себе нечто материальное: элементарные частицы, вещество или материальные поля. Состояние этого объема, или по-научному — пространственно- временной локальности, зависит как от взаимодействия материи внутри объема, таки от взаимодействия этой локальности с внешним миром (со средой). Если в этот объем поместить какое-либо тело, то оно, в силу определенного состояния нашего объема, само будет обладать определенным состоянием, займет определенное положение, будет двигаться по определенной траектории и будет обладать определенным собственным временем. Если теперь относительно недалеко от выбранного нами объема окажется массивное гравитирующее тело, то состояние нашего объема изменится, так как в нем изменится напряженность гравитационного поля. Тело в нашей локальности, в свою очередь, изменит (в общем случае) и положение, и скорость, и темп собственного времени. То есть наш мысленно выделенный объем так изменится, что условное тело, помещенное в него, изменит и свое состояние, и свое поведение. Если воспользоваться аналогией, то можно представить себе, что наше тело вначале двигалось по ровной поверхности, а потом вдруг начало взбираться на холм. Изменилась метрика, изменились показатели пространства-времени. В подобных случаях с позиций теории относительности и утверждают, что изменился радиус кривизны пространства-времени, произошло искривление пространства. Как видите, в соответствии с теорией относительности кривизна пространства-времени определяет состояние любой локальности Вселенной, а радиус кривизны характеризует, какая это кривизна — большая или малая. Взаимозависимость кривизны пространства-времени (кривизны вообще) и радиуса кривизны можно представить по аналогии: чем больше резиновый мяч, тем больше его радиус, но меньше кривизна его поверхности.
Теория относительности утверждает, что при наличии гравитационного поля пространство-время уже не плоское, а искривленное. Чем значительнее воздействие гравитации на пространство- время, тем больше кривизна пространства-времени (меньше радиус кривизны).
В свою очередь, геометрические параметры пространства признаются внутренними свойствами пространства, которое, таким образом, способно порождать гравитационное поле. Чем больше искривлено пространство, тем большее гравитационное поле оно порождает.
(Научное определение: пространство называется искривленным, если результат параллельного переноса вектора из одной точки в другую зависит от выбора пути, по которому производится перенос; мерой кривизны является угол поворота вектора при переносе его по замкнутому контуру, отнесенный к единице площади.)
Некоторые понятия будут пояснены в ходе дальнейшего рассмотрения гипотезы и ее следствий.
И в заключение несколько слов о терминах, чтобы к этому уже не возвращаться. В литературе принято, что когда речь идет о нашей Галактике и нашей Вселенной (или Метагалактике — наблюдаемой части Вселенной), то слова эти пишутся с прописной буквы, в иных случаях — о других галактиках и вселенных — со строчной.
Слова «гравитация» и «тяготение» совершенно одинаковы по смыслу — они являются синонимами.
1.2. От Анаксимандра до Ньютона
Существует широко распространенное убеждение, что на заре человечества первоначально было освоено понятие пространства и только потом, по подобию пространства, люди постепенно приспособили для практических целей понятие времени.
Может быть, и так. Хотя сомнительно. Я представляю, как неандертальцы пробираются сквозь заросли первобытного леса или бредут по холмам… В зависимости от труднопроходимости места одно и то же расстояние можно одолеть и за день, и за неделю. И я, словно наяву, вижу, как уставшие люди, еще не гомо сапиенс, но уже разумные, то и дело посматривают на солнце — так они оценивают пройденный путь… А потом, вернувшись в родную пещеру, рассказывают собратьям, как добирались. И опять вместо упоминания расстояния показывают на пальцах, сколько раз солнце появлялось на небе и исчезало. Так что неизвестно еще, какие понятия раньше освоили люди — время или пространство. Но в любом случае, и это очень знаменательно, приспосабливая время для практических целей, люди отталкивались от движения (Солнца, Луны, созвездий ит. д.).
Другое дело, что пространство можно видеть, в пространстве можно перемещаться. И пространство как понятие, как научная категория было осознано гораздо раньше, чем время. Уже в Древнем Египте люди знали, что такое линия, плоскость, объем, измеряли длину и площадь. Евклид в III в. до н. э. изложил основы геометрии — науки о пространственных отношениях.
А время?
История осознания времени оказалась более сложной и запутанной, можно даже сказать, загадочной. Наиболее ранние из дошедших до нас представлений о времени сохранились в мифах и легендах древнейших цивилизаций Земли. Среди них особое место занимает ведическая литература. Древнеиндийская философия считала, что время также, как и семь пространственных уровней многомерного мира, имеет энергетическую природу. «Время — это энергия всемогущего Бога Хари, который управляет всеми перемещениями физических тел…» {3} Но кроме времени, которое правит в материальном мире (Карья-Кала), ведическая культура признает существование вечного времени (Ананда-Кала) как инструмента верховного Бога Кришны. Современные комментаторы старинных текстов доносят до нас представления древних индусов. «Атомом называют мельчайшую частицу материального космоса…Атом…существует всегда, даже после уничтожения всех форм… Время можно рассчитать, связав его с движением физических тел, состоящих из атомов. Промежуток времени, за который Солнце проходит пространство, занятое одним атомом, называют атомным временем. Время, охватывающее всю непроявленную совокупность атомов, называют великим временем» {3}. Существуют ведические единицы измерения времени относительно атома. Например, «если одну секунду разделить на 1687,5 частей… (то это будет) время, необходимое для соединения восемнадцати атомов» {3}. (Поскольку комментаторам принято верить, нам ничего иного не остается, как только спрашивать друг у друга: к чему бы это, т. е. зачем понадобилась древним индусам такая точность в измерении времени?)
В представлении первобытных и древних народов время часто выступает в антропоморфном образе, как нечто первоначальное, могучее, роковое и непознаваемое. Сам великий Зевс был сыном бога времени Хроноса.
Значительная часть аспектов и физического, и философского понятия времени, которыми занимались мыслители глубокой древности, окончательно не прояснена и сегодня. Именно поэтому взгляды философов древнего мира представляют не только исторический интерес. (Дальнейший экскурс в историю вопроса в основном заимствован из работ профессора Ю.Б. Молчанова{4}.)
По мнению уважаемого автора, также, как в древности время считали одним из фундаментальных атрибутов бытия, так и сегодня «понятие времени, наряду с категориями пространства и движения, определяет «концептуальную» рамку современного естествознания и общественных наук».
Представление о времени включает в себя целый букет более или менее сложных понятий: сущность и объективность времени, его измерение, направленность, одновременность, однородность и т. д.
Большинство философов древности, многие ученые-физики занимались временем, но все взгляды и все учения, появившиеся за 2500 лет, свободно укладываются в четыре основные концепции: субстанциальную, статическую, динамическую и реляционную.
Субстанциальная концепция рассматривает время как особую самодовлеющую и ни от чего не зависящую субстанцию, первичную в такой же мере, как материя или пространство.
Статическая концепция трактует все события настоящего, прошлого и будущего как реально существующие одновременно (с различными оговорками и допущениями), а представление о времени конкретных событий — это иллюзия, возникающая в момент осознания того или иного изменения.
Динамическая концепция предполагает, что существуют события только настоящего времени («прошлого уже нет, будущего еще нет»).
Реляционная концепция считает время отношением или системой отношений между физическими событиями (явлениями) {4}.
Не будем останавливаться на достижениях Древнего мира в измерении времени, в изобретении часов, основанных на различных конструктивных принципах (солнечные, водяные, песочные…). Гораздо интереснее физико-философские аспекты изучения проблемы времени.
Около 2600 лет назад древнегреческий мудрец Анаксимандр (ок. 610–546 до н. э.) учил, что первоосновой всякого бытия есть «бесконечность», пытался осмыслить Вселенную в целом. Он был одним из первых в античной науке, кто представил Вселенную, разделенную на две части, принципиально отличные друг от друга с точки зрения времени: составляющую более высокого ранга — вечную и неизменную — и конкретно-предметную часть Мира, постоянно меняющуюся во времени. Такая концепция времени берет начало из древнеиндийских (ведических) представлений и, очевидно, проникла в Грецию через Египет. Анаксимандр считал, что основой всего является беспредельное вечное вневременное и неизменное начало, из которого рождаются и в которое вновь возвращаются все многочисленные миры. Этому началу он противопоставлял бренный мир вещей, над которым властвует время {5}.
Тут, как пишет Молчанов, сделана заявка на субстанциальную концепцию времени, ибо время здесь — особая самодовлеющая сущность. Таким видел мир Анаксимандр.
Поражает другое: прошло 2500 лет, а некоторые наши современники все еще эксплуатируют идею о «безвременьи» (нигде, никогда, никем и ничем не подтвержденную). Я не имею в виду официальную (большую) науку, но рядом…
Древний мир бурлил, как молодое вино, «бродил» идеями о времени, окостеневшей идеологической догмы не было, а было лишь страстное желание понять Вселенную.
Через столетие после Анаксимандра практически одновременно проповедовались две концепции. Ксенофан (VI–VBB. до н. э.) учил о неизменности Мира: Вселенная — абсолютно однородная сущность в неизменном состоянии. И Ксенофана можно считать одним из праотцов статической концепции времени.
Его поддерживал Парменид (род. ок. 540 до н. э.), который считал, что наблюдаемые изменения — это иллюзия наших органов чувств. Сточки зрения сторонников статической концепции, есть бытие истинное, однородное, оно не движется, не возникает и не умирает, оно безвременно. В чувственном неистинном бытии Парменид допускал, кроме настоящего, также прошлое и будущее.
Очень интересными представляются взгляды Гераклита Эфесского (VI–V вв. до н. э.). К сожалению, основной его труд «О природе» сохранился лишь в виде отдельных отрывков, а трактовка его взглядов у последующих авторов часто противоречива.
Как подражание Гераклиту оценивается следующий фрагмент из Стобея: «Из всех (вещей) время есть самое последнее и самое первое; оно все имеет в себе самом и оно одно существует и не существует. Всегда из сущего оно уходит и приходит само по противоположной себе дороге. Ибо завтра для нас наделе (будет) вчера, вчера же было завтра» {5}.
«В учении Гераклита мы, видимо, впервые сталкиваемся с четко выраженной динамической концепцией времени, утверждающей его непрерывность и универсальность» {4}.
Вероятно, Гераклит вообще является одним из первых и величайших диалектиков древности. Не случайно именно ему принадлежит знаменитое: «Все течет, все изменяется». Неумолимо движение неба и всех сущих тел, движутся чувства человека и его сознание. «…Все меняется во всеобщем круговороте в творческой игре Вечности». Как-то я даже подумал, а не допускал ли этот величайший мудрец, что и время различно в разных точках мирового пространства. Кто знает? Ведь он воспринимал Вселенную как вечное движение материи. Но нет, время он понимал не только как нечто непрерывное и универсальное, но и как атрибут мироздания, носящий непреодолимый и всеобщий характер. И его увлекла идея первородной субстанции. Все течет в неизменном потоке времени.
А что же думали о времени наши «братья» по материализму, так называемые стихийные материалисты-атомисты? Левкипп (500–440 до н. э.) и Демокрит (460–370 до н. э.) считали, что мир состоит из пустоты и атомов, а пустота и атомы неизменны. Атомы находятся в непрестанном движении и существуют вечно в потоке времени. Время не возникает и не исчезает. У Демокрита времени присущи две функции: время обусловливает движение и вечность, но, кроме того, вечность времени обусловливает и неизменность субстанции.
В концепции атомистов гармонично уживаются и условие всеобщей изменяемости, и условие всеобщей сохраняемости. Демокрит допускал цикличность существования миров, но в связи с органичной изменчивостью каждый новый мир похож, но не тождественен предшествующему ему… Ряд историков науки считает, что именно Демокриту принадлежит гипотеза о дискретности времени.
Молчанов делает вывод о том, что атомисты одними из первых представили миру идею единственного и универсального времени. Как следствие, их взгляды тяготеют к субстанциальной концепции {4}.
Платон (427–347 до н. э.) может считаться одним из родоначальников реляционных концепций времени, так как он вполне определенно заявил, что время не является особой субстанцией, оно — один из определителей материального мира. Платон утверждал, что время обусловлено движением небесных тел, более того — это просто одно и то же («если небес будет много, будет много и времени»), «Из-за того, что движение небесных светил циклично, время представляется также цикличным, бегущим по кругу». (Платон называл даже продолжительность цикла — 36 тысяч лет.) Платон, как и многие другие, выделял бытие истинное (и тут у Платона время соответствует статической концепции) и неистинное, где властвует динамическая модель {4}.
Конечно, идея Платона о том, что время есть функция определенных процессов материального мира, оригинальна и плодотворна, но абсолютизация ее — сведение времени к движению хотя бы и самих небес — вызвало возражения еще при его жизни. И возражал его любимый ученик — великий Аристотель —322 до н. э.).
Аристотель постулирует единое для всей Вселенной универсальное время. В отличие от движения, оно всегда равномерно: «…изменение может быть скорее и медленнее, время же не может… оно, таким образом, не есть движение». Правда, Аристотелю же принадлежит и великолепная мысль о том, что время не есть движение, но оно и не существует без «изменения» {4, 6}.
Объективность времени Аристотель доказывал возможностью восприятия изменений в окружающем мире или в душе. «Аристотелю удалось нащупать весьма важное различие между понятиями «теперь» и «одновременность» {4}.
Кроме утверждения о едином и универсальном времени, Аристотель учит о вневременном бытии, в котором нет ни покоя, ни движения, ни возникновения, ни уничтожения и которое характерно для «вечных существ» {6}.
Оценивая взгляды Аристотеля, Молчанов не забывает предупредить нас и о некоторой непоследовательности великого грека, и о возможной неточности источников. Согласно утверждению Молчанова, Аристотелю принадлежит первое (дошедшее до нас) систематическое рассмотрение понятия времени в его основных аспектах: признание объективности времени и его универсальности, элементы реляционной концепции времени, признание связи понятий времени и движения (не отождествляя движение небес и время, как это делал его учитель). Основными элементами материи Аристотель считал землю, воздух, воду и огонь, а также самый совершенный элемент — эфир. Аристотель учил, что Земля шарообразна и неподвижно покоится в центре Вселенной. Вокруг Земли располагаются подвижные хрустальные сферы, к которым прикреплены Солнце и Луна. Аристотель верил в то, что наряду с реальным миром, который мы видим и ощущаем, есть еще мир высших духовных сущностей. Впоследствии церковь канонизировала взгляды Аристотеля.
Поскольку этот раздел, по существу, является ознакомительным, он не может быть полным. У меня нет возможности даже кратко охарактеризовать представление о времени многих выдающихся философов Греции, Древнего Рима или Средневековья, но невозможно не упомянуть о наиболее оригинальных толкованиях этого понятия.
Великий древнеримский поэт и философ Лукреций (ок. 99–55 до н. э.) был последовательным сторонником реляционной концепции времени (не создателем, а пропагандистом). Он четко сформулировал, что «время — это есть определение изменяющихся материальных объектов». Вот, может быть, наиболее характерная для его взглядов цитата:
Также и времени нет самого по себе, но предметы
Сами ведут к ощущению того, что в веках совершалось
Что происходит теперь и что воспоследствует позже
И неизбежно признать, что никем ощущаться не может
Время само по себе, вне движения тел и покоя {7}.
Да, Лукреций отстаивает реляционную концепцию времени. Согласно Лукрецию время есть отражение реальных физических явлений. Правда, как и его далекий предшественник Платон, реальные процессы он сводит к движению небесных тел.
Взгляды неоплатоника Плотина (205–270), а вернее, его блестящая критика слабых мест и непоследовательности у своих предшественников интересны не только сами по себе, но и тем, что они как бы подготавливают приход схоластического Средневековья. Так, Аристотеля он критикует за непоследовательность в трактовке зависимости времени от движения, за идею невещественности времени, а взамен предлагает время как особую самодовлеющую сущность.
Согласно учению Плотина «время есть жизнь души, пребывающей в переходном движении от одного жизненного проявления к другому». Время есть энергия мировой души, и, наконец, не время порождается движением, а движение есть мера времени, время лишь проявляется с помощью движения.
В раннем Средневековье одним из создателей собственно христианского учения о времени был епископ гиппонийский Августин Блаженный (Аврелий) (354–430). Он признавал, с одной стороны, текучесть времени, а с другой — полную неподвижность вечности. Причем вечность для Августина не является самодовлеющей сущностью, а есть один из атрибутов Бога, т. е. вечность находится вне времени. В частности, он утверждал, что настоящее не имеет продолжительности, а будущее и прошлое существуют в душе, а не в реальности. Августин много и плодотворно занимался динамической концепцией времени. Часто цитируют его слова из одиннадцатой книги «Исповеди».
«…Что такое время? Пока никто меня об этом не спрашивает, я понимаю и нисколько не затрудняюсь; но как скоро хочу дать ответ об этом, становлюсь совершенно в тупик».
А вот другое представление о времени, относящееся практически к той же эпохе: «Время не подобно прямой линии, безгранично продолжающейся в обоих направлениях. Оно ограничено и описывает окружность. Движение времени соединяет конец с началом, и это происходит бесчисленное число раз. Благодаря этому время бесконечно». Так учил Прокл (410–485) и тем как бы подвел итог, обобщил и завершил взгляды тех древнегреческих и эллинских философов, которые трактовали время как бег по кругу.
Философы арабского Востока следовали за неоплатониками и Аристотелем.
Ибн Сына (Авиценна) (990—1037), как и многие до него, считал, что время само по себе, вне движения тел, не существует. Поразительно другое: возможно, он был первым, кто высказал мысль о том, что пространство и время (он называл также и движение) неразделимы. В следующий раз об этом в Европе заговорили только лет через 500–600.
В Средневековье как среди идеалистов, так и среди материалистов господствовали субъективистские (и не реляционные) оценки сущности времени.
Такой подход был характерным и для великого французского философа Рене Декарта (1596–1650). Как отмечает Молчанов: «Он, видимо, одним из первых стал проводить различие между временем и длительностью… Длительность, с его точки зрения, есть объективное определение любых процессов движения, особый атрибут, которым обладают как материальные объекты, так и психические явления. Время, напротив, представляет собой только модус мышления, т. е. предмет, который наше сознание конструирует при определении длительности» {8}.
Вот как это выразил сам Декарт: «Но одни качества или атрибуты даны в самих вещах, другие же только в нашем мышлении…» {8}.
Тенденция к субъективной оценке времени была развита и продолжена в учениях выдающихся материалистов XVII в. — Б.Спинозы, Т.Гоббсаи Дж. Лота.
Наряду с реляционной и субстанциальной концепциями с древних времен и до наших дней благополучно дожила и еще одна концепция. Это утверждение о том, что никакого времени вообще нет, т. е. что время — это только абстракция, придуманная людьми для того, чтобы удобно было измерять длительность событий. Таким виделось понятие сущности времени многим мудрецам древности, но так же полагают и ряд современных ученых. Сам факт столь продолжительного существования этой концепции говорит о том, что такое воззрение имеет под собой некоторые основания. И это действительно так, но только при одном условии — если в Природе нет единого и фундаментального явления, которое бы, в конечном счете, и определяло периодичность всех процессов, а следовательно, и ход всех часов. Во второй главе мы вернемся к этой интересной проблеме.
1.3. Время в классической механике
Классическая механика времен Галилея (1564–1642) и И. Ньютона (1642–1727) на новом витке эволюции ввела как бы заново понятие абсолютного времени — единого, всеобщего и универсального (и в этом, конечно, следовала за Аристотелем).
Г. Галилей сделал много выдающихся открытий. С него, по существу, началась новая наука — наука, опирающаяся на эксперимент. Мы отметим только одно достижение Галилея: он сформулировал принцип относительности, в основе которого лежит открытый им закон движения по инерции. Принцип относительности Галилея утверждает, что законы движения всех тел одинаковы во всех системах, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Это принцип механической относительности, ибо в нем устанавливается неизменность законов механики в одной системе при ее равномерном и поступательном движении относительно другой.
Ньютон различает время истинное (или математическое абсолютное), которое является некоторой «невещественной субстанцией» и относительное (или кажущееся) обыденное время.
Эти представления в изложении самого Ньютона звучат так: «Абсолютное… время само по себе, по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Относительное, кажущееся, или обыденное, время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, совершаемая при посредстве какого-либо движения мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени…» {9}.
Что касается понятия одновременности, то Ньютона оно, вероятно, не очень волновало. Скорее всего, он, как и многие и до и после него, считал его содержание интуитивно ясным и определенным.
Субстанциальная концепция времени, выраженная Ньютоном логически четко и почти непротиворечиво, позволила ему разработать свою знаменитую теорию всемирного тяготения.
Эйнштейн считал, что для Ньютона такая концепция была единственно возможной и плодотворной при состоянии науки того времени.
С точки зрения классической механики, время обладает такими основными свойствами {10}:
— время существует само по себе и своим существованием не обязано чему бы то ни было в мире;
— ходу времени подчиняются все тела природы, все физические явления. Но сами эти тела и явления не оказывают никакого воздействия на ход времени;
— все моменты времени между собой равноправны и одинаковы — время однородно;
— ход времени всюду и везде в мире одинаков;
— ход времени одинаково равномерен в прошлом, настоящем и будущем;
— время простирается от настоящего неограниченно назад в прошлое и неограниченно вперед в будущее;
— время обладает одним измерением;
— промежутки времени отмеряются, складываются и вычитаются, как отрезки евклидовой прямой, т. е. время не дискретно.
Пространство также, как и время, представлялось независимой природной субстанцией {10}:
— пространство само по себе и своим существованием не обязано чему бы то ни было в мире;
— пространство вмещает все тела природы и дает место всем ее явлениям, но не испытывает на себе никакого их воздействия;
— пространство всюду и везде одинаково по своим свойствам. Все его точки равноправны и одинаковы — оно однородно. Все направления в нем также равноправны и одинаковы — оно изотропно;
— во все времена пространство неизменно одно и то же;
— пространство не имеет границ;
— пространство простирается неограниченно во всех направлениях и имеет бесконечный объем;
— пространство обладает (характеризуется) тремя измерениями;
— пространство описывается геометрией Евклида.
Ни одно из свойств такого времени и такого пространства не противоречило ни здравому смыслу, ни науке той эпохи.
Ньютоновская концепция времени исправно служит нам сегодня и в быту, и в большинстве областей науки и техники.
Границы представлений о физической природе пространства и времени были значительно расширены в начале XX века.
1.4. Время в миропонимании Эйнштейна
Революционную ломку классических представлений о мире возглавил Альберт Эйнштейн (1879–1955) {11}. Отказ от абсолютизации пространства и времени, утверждение об их зависимости от гравитации и скорости и, напротив, абсолютизация скорости света — все это с трудом воспринималось современниками. Многим, даже физикам, теория относительности казалась абстрактной и оторванной… от здравого смысла. Эффекты, которые оказалось возможным объяснить с помощью новой теории, представлялись незначительными и малосущественными. Действительно, многие из проявлений природы, которые были предсказаны релятивистской физикой, становятся заметными только при околосветовых скоростях. Неудивительно, что еще в начале 60-х годов Артур Эддингтон, английский астрофизик, позволил себе ироничное высказывание о релятивистской теории — убийственное, как приговор: «красивый, но бесполезный цветок» (и это сказал человек, который первым из ученых еще в 1919 г. в ходе опыта подтвердил отклонение луча света в поле тяготения Солнца).
Ломка фундаментальных представлений всегда сопровождается ожесточенным сопротивлением. Более того, удивительно, что и сегодня, в XXI, веке критика основных базисных постулатов теории относительности не утихает, а, кажется, напротив, усиливается. Впрочем, об этом позже… Свое дело Эйнштейн сделал. Революционный пересмотр основ теоретической физики он возглавил и завершил. (Устоит ли сам Эйнштейн на одной ступени пьедестала истории человечества рядом с такими гигантами, как Будда, Аристотель, Христос, Коперник, Ньютон, Максвелл?..)
Однако рядовой читатель не должен представлять себе, что у Эйнштейна не было предшественников. Мол, было ньютоновское видение мира, а потом появился Эйнштейн и… Так никогда не бывает, и в данном случае релятивистские идеи также витали в воздухе.
В физике (в науке вообще) господствует так называемый принцип соответствия: любая новая теория включает (должна включать) в себя старую как некий частный случай.
Классическая механика Ньютона и философия, вытекающая из нее и обосновывающая ее, были сильно расшатаны всем ходом научной мысли в XIX веке, особенно во второй его половине, прежде всего благодаря открытиям в области электромагнитных явлений.
Но против абсолютизации пространства и времени выступал еще современник Ньютона Г. Лейбниц (1646–1716). Он писал: «Я неоднократно подчеркивал, что считаю пространство, так же, как и время, чем-то чисто относительным: пространство порядком существования, а время порядком последовательностей…» {4}. То есть по Лейбницу время — это только порядок следования явлений. Удивительно современными представляются взгляды Лейбница на пространство. Он считал, например, что в природе никакой абсолютной пустоты без тел нет. (Так и кажется, что вслед за этим утверждением Лейбниц должен заявить, что вообще нет пространства без масс… Впрочем, еще Платон в «Тимее» пытался определить пространство как телесную протяженность материи.)
В период между Ньютоном и Эйнштейном (в XVII–XVIII веках), пожалуй, наиболее ярко выражали противоположные точки зрения на сущность времени взгляды двух следующих ученых.
Богослов Джордж Беркли {1685–1753) исповедовал субъективно-идеалистическую концепцию: «Время есть ничто, если отсечь от него последовательность идей в нашем духе» {4}.
Хорватский математик, астроном и философ Руджер Иосип Бошкович (1711–1787) выражал реляционную точку зрения {4}. Он считал, как пишет Молчанов, что «пространство и время не являются ни субстанцией мира явлений, как это полагал Ньютон, ни выражением его упорядоченности, как учил Лейбниц, а представляют собой «модус» физических взаимодействий, т. е. определение способа, формы или необходимого условия их существования».
Бошкович «поставил под сомнение постулат Евклида о параллельных прямых, высказав тем самым мысль о возможности неевклидовых геометрий».
Опережая время по крайней мере на столетие, Бошкович считал, что протяженность объектов изменяется при их перемещении или изменении взаимного положения. Таким был этот выдающийся человек, о котором, как мне кажется, мы несправедливо мало знаем.
Предшественником Эйнштейна по праву может считаться и знаменитый голландский физик Теневик Антон Лоренц (1853–1928), разработавший теорию, согласно которой при движении физических объектов относительно абсолютной системы (эфира) происходит сжатие этих объектов в направлении движения и замедление хода времени. В своих знаменитых «преобразованиях» он исследовал взаимоотношения между временем и координатами двух систем.
Представление о том, что мир четырехмерный и любое событие в нем может быть описано тремя координатами пространства и одной времени, было, конечно, присуще и классической механике, но при этом время в этом единстве было независимым, так как осознавалось как абсолютная реальность.
Даже такие, казалось бы, чисто эйнштейновские (как может показаться непросвещенным) понятия, как неделимость пространства и времени и криволинейность пространства, были привнесены в науку задолго до Эйнштейна.
Эйнштейн принял идею единства и неделимости пространства и времени от выдающегося немецкого (немецко-литовского?) математика ГерманаМинковского. Ноещев 1901 г. венгерский философ-физик В. Паладий опубликовал трактат «Новая теория пространства и времени», где обосновывал эту идею. Трактат тогда не заметили, нов 1908 г. Минковский идею подхватил.
Впрочем, значительно раньше, еще до Ньютона, Генри Мор объединил пространство и время в единую четырехмерную сущность под общим понятием «протяженность». Но и он, очевидно, не был пионером — вспомним Ибн Сину, ведь этот мудрец жил вХI веке…
Что касается представлений о неевклидовом пространстве, то в законченном виде их сформулировал У. К. Клиффорд еще до рождения Эйнштейна. Однако и у него были предшественники — Лобачевский (Россия), Бойаи[4] (Венгрия), Гаусс и Риман (Германия).
Австрийский физики философ Эрнст Мах (1838–1916) много занимался сопоставлением реального и кажущегося движения. Он выдвинул знаменитый принцип — «Принцип Маха», из которого следует, что инерция каждого отдельного тела (и его масса как мера инертности тел) зависят от величины и распределения всех масс во Вселенной. Сам Эйнштейн, не принимая этого «принципа», все же признавал, что многим обязан Маху.
Очень близок к созданию новой физической теории был знаменитый французский математик (физик и философ) Анри Пуанкаре (1854–1912). Им, в частности, был поставлен вопрос о возможности объективного установления одновременности разноместных событий. Пуанкаре объективно мог создать новую теорию, но не создал, хотя еще в 1904 г., т. е. за год до первой основополагающей публикации Эйнштейна по специальной теории относительности, выступая на одном из конгрессов, говорил: «Возможно, мы должны создать совершенно новую механику… где инерция возрастала бы со скоростью и скорость света являлась бы неодолимым пределом».
О времени, Пуанкаре, в частности, писал: «…время должно определяться так, чтобы уравнения механики были как можно проще. Другими словами, не существует способа измерения времени, который был бы более правильным, чем другой; тот, который принимается, является лишь более удобным» {12}.
Эта позиция Пуанкаре принципиально отличается от понятия времени у Эйнштейна. Сравните высказывание Пуанкаре с выводом, к которому пришел Эйнштейн: «…пространственные и временные данные имеют не фиктивное, а физически реальное значение» {13}.
Выдающиеся экспериментальные работы Майкла Фарадея (1791–1867) и блестящее теоретическое их обоснование и развитие Джеймсом Курком Максвеллом (1831–1879) привели к созданию единой теории электромагнитного поля — электрических, магнитных и оптических явлений. При этом они окончательно отказались от понятия мгновенного дальнодействия, ввели понятие универсального электромагнитного взаимодействия, которое осуществляется с конечной скоростью, максимальная величина которой не превосходит скорости света. Эти работы подняли ряд новых проблем, что, в конце концов, и привело к созданию теории относительности.
Эйнштейн создал две теории относительности: специальную (1905 г.), в которой рассматривается взаимосвязь скорости и времени, энергии и массы, и общую (1916 г.), доказывающую взаимосвязь между материей (гравитацией), временем и пространством {11}.
Эйнштейн принял в качестве исходных основополагающих два постулата, на фундаменте которых построил теории относительности, хотя в этом «фундаменте», как уже отмечалось, находятся знания многих выдающихся ученых. Но именно Эйнштейн «догадался» сложить из этих знаний-блоков фундамент новой физики.
Первый постулат — специальный принцип относительности, согласно которому законы природы остаются неизменными (ковариантными) во всех инерциальных системах отсчета[5] (приоритет в осознании этого принципа принадлежит Пуанкаре и Эйнштейну).
Второй постулат — утверждение о том, что любые взаимодействия во Вселенной не могут осуществляться со скоростями, превышающими скорость света в вакууме (приоритете обосновании этого принципа принадлежит Эйнштейну).
Учитывая, что Эйнштейн полностью отказался от субстанциальной концепции времени, и принимая во внимание вышеизложенные постулаты, порядок во времени, по Эйнштейну, обусловливается реальными физическими процессами, т. е. и пространство, и время имеют физический смысл «только как определение порядка событий, связанных между собой взаимодействиями».
Сам Эйнштейн говорит об этом так: «О точках пространства и моментах времени говорили так, как будто они были абсолютной реальностью. Не замечалось, что истинным элементом пространственно-временной локализации является событие».
Из теории Эйнштейна следует взаимозависимость массы и энергии. Их эквивалентность Эйнштейн выразил формулой, сразу ставшей знаменитой и классической: Е= тс2 (Е — энергия тела; т — масса тела; с — скорость света в вакууме).
Из общей теории относительности также следует, что гравитационные свойства материи, создающей гравитационное поле, тождественны искривлению пространства-времени. Пространство-время наделяют способностью искривляться — деформироваться и, в свою очередь, воздействовать на гравитационные свойства материи. Эйнштейн устанавливает зависимость времени (хода часов) от гравитационного потенциала. Таким образом, пространство и время зависят от событий, но и события, в свою очередь, зависят от искривлений пространства-времени.
Для нас важно, что в соответствии с принципами, принятыми в теориях Эйнштейна, главным содержанием пространства- времени являются события. Эйнштейн в развитие этой точки зрения (и это отличает его от всех предшественников по реляционному видению времени) в общей теории относительности наряду с таким время формирующим фактором, как относительная скорость тел, вводит и такое фундаментальное проявление Природы, как гравитация. Таким образом, он не просто провозглашает, что время есть отношение событий, он указывает, как эти события влияют на время.
Эйнштейн показал, что время, в течение которого свет распространяется от одного тела к другому, зависит как от расстояния между этими телами, так и от того, где находятся часы, т. е. от системы отсчета, а это значит, что промежуток времени между двумя событиями есть величина относительная.
Эйнштейн, опираясь на принцип относительности и на принцип постоянства скорости света, уже в работе «К электродинамике движущихся тел» {11} обосновывает понятие относительности-одновременности. Из него следует, что одновременность двух событий очевидна только для событий, которые произошли недалеко друг от друга. Если события далеко разнесены в пространстве, то их одновременность (или неодновременность) будет зависеть от системы отсчета, относительно которой они наблюдаются. Два события для одного наблюдателя могут оказаться одновременными, а для другого, движущегося относительно первого, — происходящими в разные моменты времени.
Относительность времени и базируется на относительности одновременности разноместных событий.
Эйнштейн оставил без изменения представления классической механики о непрерывном и беспредельно делимом времени. (То есть, время — не дискретно.)
Кратко подведем итоги, что же привнесла теория Эйнштейна в понимание мировых закономерностей, связанных со временем:
— время вместе с пространством составляет четырехмерный мир;
— время не абсолютно, одновременность событий имеет смысл в одной системе отсчета или в инерциальных системах координат;
— сам ход времени зависит от движения и потому относителен. Часы, движущиеся относительно нас (чем больше скорость, тем больше эффект), всегда представляются отстающими. Это означает, что измеряемое ими время замедлено в своем беге;
— на время оказывают влияние силы тяготения — время течет тем медленнее, чем больше гравитация;
— скорость света зависит от гравитации и может изменяться только в сторону уменьшения;
— движущееся тело имеет запас кинетической энергии, и масса этого тела больше, чем масса того же тела в состоянии покоя.
Обратим внимание нато, что, полностью отказавшись от ньютоновского понятия абсолютного времени (единого в мировом масштабе), Эйнштейн не просто показал, что время всегда относительно, он это понятие прочно увязал с воздействием на любое материальное тело внешних факторов — таких как гравитация и скорость тела, зависящая от системы отсчета.
В первой половине XX века Эйнштейн ближе всех подошел к пониманию сущности времени. Однако и ему, и его сторонникам оказалась присуща некоторая непоследовательность. С позиций теории относительности, время всегда зависит от событий материального мира, от взаимодействия масс. Крупные тела (их масса, энергия и движения) порождают гравитационные поля. Время отдельных тел зависит от того, в каком гравитационном поле они находятся, и от относительной скорости их движения. Кроме этих внешних (или как бы внешних) причин, время материальных тел является порождением геометрии пространства. Допускается даже, что время может существовать независимо от материи.
В результате из теории относительности мы знаем, что время объективно существует, знаем, от чего оно зависит, но не знаем, что это такое.
Исходя из своих теоретических разработок, Эйнштейн предвидел различные события, в которых должны проявляться эффекты теорий относительности. Часть этих следствий он представил в виде мысленных экспериментов.
Например, если имеются двое часов, неподвижных относительно друг друга, и расположены они на разных расстояниях от гравитирующего тела, то быстрее будут идти те часы, которые находятся дальше от тела. (На очень далекие от массивного тела часы тяготение практически не оказывает влияния, и там время приобретает наиболее высокий темп.)
Эйнштейн иллюстрирует это положение, привлекая в мысленный эксперимент двух братьев-близнецов.
Если два брата-близнеца живут в одном доме на разных этажах, то быстрее растет тот, который живет ближе к крыше.
Но если один из братьев остался на Земле, а второй (космонавт) улетел в космос и затем вернулся, то, по Эйнштейну, замедляется старение того брата-, который побывал в космосе. То есть время, затраченное на полет, было различным по часам космонавта и по часам его брата-домоседа. Темп времени в космосе был более замедленным. В чем тут дело? Эйнштейн так объясняет этот парадокс. Брат-космонавт при полете испытывал перегрузки (при разгоне и торможении) и, следовательно, испытывал гравитационное воздействие, а гравитация, по Эйнштейну, замедляет время.
Если «перегрузка» действует постоянно, то в другом мысленном эксперименте достигается поразительный эффект. Получается, что если космический корабль летит с неизменной перегрузкой, например 2g, то за 40 лет по корабельным часам он долетит до центра Галактики и вернется обратно, а на Земле за это время пройдет около 60 тысяч лет.
Значительная часть следствий теорий относительности носит характер научного предвидения и оказалась доступной для подтверждения в наблюдениях или экспериментах.
Так, блестяще подтвердилось (по мнению сторонников релятивистской физики), что луч света в сильном гравитационном поле должен изменить траекторию — искривиться. И действительно, 19 мая 1919 г. во время солнечного затмения знаменитый английский астрофизик Артур Эддингтон зафиксировал отклонение луча света от далекой звезды в поле тяготения Солнца.[6]
Начиная с 60-х годов, теория относительности получает все новые и новые экспериментальные и наблюдательные подтверждения. Вот несколько примеров в популярном изложении известного астрофизика проф. И. Новикова. «В 1968 г. американский физик И. Шапиро измерил замедление времени у поверхности Солнца… Он проводил радиолокацию Меркурия, когда тот, двигаясь вокруг Солнца, находился от него с противоположной стороны по отношению к Земле. Радиолокационный луч проходил вблизи поверхности Солнца, и из-за замедления времени ему требовалось чуть больше (времени) на прохождение туда и обратно, чем на покрытие такого же расстояния, когда Меркурий находился вдали от Солнца. Эта задержка (около одной десятитысячной доли секунды) действительно была зафиксирована и измерена» {14}.
Особенно интересно, что замедление течения времени в поле тяготения было измерено непосредственно в лабораторных условиях на Земле. Это сделали в 1960 г. американские физики Р. Паунди Г. Ребка (Гарвардский университет). Они сравнивали ход времени у основания башни и на ее вершине — на высоте 22,6 метра, где ход времени должен быть чуть быстрее. Роль часов играли при этом очень точные приборы, использующие явление излучения в некоторых условиях гамма-лучей строго определенной частоты. Разность хода часов по предсказаниям теории составляла фантастически малую величину — три десятитысячных от миллиардной доли процента. И эта разница была зафиксирована[7] {14}.
В 1977 г. интереснейший эксперимент провели физики из Мэрилендского университета (США). Чрезвычайно точные атомные часы были установлены на самолете, который дважды летал по четырнадцать часов на высоте примерно десять километров. При этом другие атомные часы оставались на Земле. Лазерные сигналы посылались с Земли к отражателям на самолете и возвращались на Землю. Путь летевшего самолета строго контролировался. Установлено, что после каждого из полетов часы, находившиеся в самолете, уходили вперед на 47 миллиардных долей секунды[8] {14}.
Замечательно, что современная техника позволяет заметить такое расхождение в темпах времени двоих часов, синхронизированных в начале эксперимента. Но ученые установили, что если исходить только из эффекта ускорения времени за счет разницы в расстоянии между центром Земли и центрами тяжести часов на Земле и в самолете, то часы в самолете должны были бы уходить вперед на 52 наносекунды. Куда же исчезли 5 миллиардных долей секунды? Оказывается, часы, установленные в самолете, «заметили» — учли замедление времени за счет скорости самолета относительно Земли.
В экспериментах (неоднократно) было доказано, что Эйнштейн был прав, предполагая, что элементарные частицы, будучи разогнанными в ускорителе до околосветовой скорости, должны замедлить темп своего времени.
В эксперименте, проведенном в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН), на мощном ускорителе разгонялись частицы, называемые «мюонами». Частицы эти крайне нестабильны. В состоянии «покоя», т. е. при малых скоростях, продолжительность их жизни — почти мгновение. Всего через две миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. В эксперименте, разумеется, определялось не время жизни отдельных частиц, а период полураспада определенного количества частиц (потом рассчитывалось среднее время жизни условной частицы). Так вот, оказалось, что при околосветовых скоростях движения части
