"Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени" - читать интересную книгу автора (Бич Анатолий Макарович)

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.