О движении, пространстве и времени

16-03-2014 Условность времени и абсолютность пространства

Движение Вселенной – сущность Вселенной. Вращение Вселенной и ее частей – основной вид механического движения. Время как средство оценки и мера движения. Часы как удобное средство измерения времени. Почему Ньютон, Эйнштейн, Хокинг абсолютизировали время, наравне с пространством? На что расходуется энергия фотона при своем возникновении в космосе и вблизи массивных тел. Уменьшение энергии фотона при преодолении сопротивления среды – удлинение его волны – причина замедления его движения и скорости света вне космоса и, как следствие – замедление времени его перемещения и существования. Космическое пространство – резервуар энергии и средство существования и движения электромагнитного излучения. Чем привлекательнее квант действия Планка, с размерностью джоуль х секунда, кванта движения с размерностью джоуль х метр? Беспредельная делимость времени – основное преимущество кванта движения, равного 2х10 в степени минус 25. Можно ли измерить скорость, не измеряя время? Движение как многообразие процессов и их характеристик. Скорость как одна из важнейших характеристик движения. Можно ли время мерять временем? Часы – это средство измерения времени или самое время? Интенсивность радиации как пример движения и средства измерения скорости этого движения. Если время нельзя мерять временем, то почему скорость может измеряться скоростью? Радиоактивный элемент как часы времени. Философский аспект времени – в чем ошибка объединения понятий пространства и времени?

Абсолютизация времени удобна ввиду множества обстоятельств, в частности, из-за простоты его отсчета и использования в качестве аргумента при описании процессов и явлений окружающего мира. Широко представленная в природе периодичность процессов, цикличность механических движений материальных объектов Вселенной: вращения нашей планеты вокруг своей оси, обращение планет вокруг Солнца, вековое движение нашей галактики относительно своего центра. И вся наблюдаемая нами Вселенная не неподвижна, она не просто находится в состоянии расширения, – это просто частное суждение нашего мирового научного сообщества на данный момент существования человечества. Движениями всех своих частей Вселенная все больше подтверждает суждение о своем вращательном движении всего пространства, включая сотни и тысячи миллиардов галактик и звездных миров.

Исторически оказалось людям удобным ввести время, начиная с периодов вращения Земли вокруг своей оси – суток. Если бы умные и ученые люди, возможно, такие уже были 20 – 30 – 40 тысяч лет назад, знали, что сутки – период очень непостоянен, и за миллиарды лет существования Земли они удлинились в несколько раз, то, возможно, они ограничились бы периодом оборота Земли вокруг Солнца – одним годом, или бы просто подождали, когда в конце двадцатого века их потомки введут в употребление для отсчета времени атомные часы. Но люди нетерпеливы, им потребовалось не только ежегодно отмечать свои дни рождения, но стало необходимым не опаздывать на свидания и на работу, а для этого каждому потребовались наручные часы, и чем дороже, тем лучше и красивее.

Помимо этого, ввиду неразвитости науки две – три тысячи лет назад, но возможно и раньше, и насущной потребности философствовать и развивать свою мудрость, мыслители и ученые ввели понятие времени, приравняв его в его свойствах пространству, которое было явным и очевидным без лишних умозрительных суждений и умозаключений. И если бы любознательные люди ограничились представлениями о времени, имевшимися у Аристотеля или И. Канта, то мы бы и до настоящего времени пребывали во временах Средневековья. И начиная с периода жизни И. Ньютона, очень жаль, что только одно это имя на слуху у современного человека, отмечая период жизни А. Эйнштейна, еще большие сожаления о забвении десятков имен других ученых этого времени, не менее Эйнштейна внесших великий вклад в науку двадцатого столетия, и завершая современностью – жизнью такого ученого и мыслителя, как С. Хокинг, мы видим все большую условность и абстрактность понятия времени, при одновременном придании ему свойств и качеств независимо от человеческого разума и гения существующего пространства, в пренебрежении понятия движения, как сущего всего окружающего нас мира, и времени, как меры этого движения.

* Посмотрим на физическую сущность фотона. Где в этом движении энергии место самой энергии, место движению, перемещению кванта света в пространстве, и где место времени. Фотон – это волна и одновременно частица. Его появление из электрона в процессе эмиссии означает движение этой частицы энергии, обладающей некоторой величиной энергии, обозначаемой еэ, полученной у электрона, переходящего на меньший энергетический уровень, реализуемое колебательным процессом.

Если окружение электрона, излучающего фотон, представляет собой космический вакуум, с практически отсутствующей средой сопротивления движению появляющегося кванта света, то частота колебаний этого фотона будет полностью определяться энергией излучения еэ. При постоянной величине скорости света этим будет определяться и длина волны этого кванта света Хэ, то есть та часть пространства, которую будет пробегать фотон за один период колебания Тэ частицы энергии. То есть, Тэ = Хэ / с, где с – скорость света. Так, при излучении электроном частицы видимого света фиолетового цвета с длиной волны 395 нанометров период колебаний этой частицы в космическом вакууме составит 1317 триллионных секунды. На обычном языке это означает, что такой фотон совершает ежесекундно 759 триллионов колебаний, или 759 тысяч миллиардов, или 759 миллионов миллионов колебаний.

Другая ситуация возникает при эмиссии фотона электроном в пространстве, наполненном энергией и веществом, а следовательно, и гравитацией, оказывающими сопротивление попаданию в это пространство излучаемого электроном кванта света. Часть энергии фотона еэ будет расходоваться на преодоление сопротивления среды, и это будет происходить не когда-то, а именно с самого начала движения кванта света из электрона. Его энергия уменьшается, следовательно, и изменяется крутизна первой четверти траектории фотона, при пространственном перемещении в пределах от 0 до Пи / 2 периода Тэ. Это означает увеличение длины волны Хэ и уменьшение частоты колебаний этого кванта света, выражающей собой энергию колеблющейся частицы. И только после этого следует увеличение периода колебания Тэ.

Но период колебания Тэ – это не что иное, как время, его продолжительность. А если продолжительность времени возрастает, то его ход или течение ускоряется или замедляется? Относительно пространства перемещение фотона должно замедлиться, то есть его скорость будет уменьшаться, становиться меньше константы – скорости света в вакууме. То есть если мы отождествим время с перемещением фотона, его скоростью, то оно будет замедляться. Это замедление мы наблюдаем не из самого движущегося объекта, каким является в этом случае фотон, а из окружающего этот объект пространства. Но в этой точке пространства возникает не один фотон, а неисчислимое их количество, и все они несут для нас замедление времени в этой точке пространства.

Уменьшение энергии фотона означает передачу разности энергии в окружающую среду, и прежде всего тем частицам вещества и энергии, которые оказали препятствие движению фотона. Множество фотонов способно увеличить энергию окружающей среды до известной величины. Наибольшее ее значение мы получим, когда фотон вообще прекратит свое движение и существование, будучи захваченным встретившимся на его пути электроном. При отсутствии существенного препятствия фотон с уменьшенной энергией продолжает движение в направлении космоса. Беспрепятственное движение кванта света, обладающего ограниченной величиной энергии, в космическом пространстве возможно только при условии ее постоянного поддержания. Это означает одно: космическое пространство, как и пространство около любого материального тела, должно быть насыщенно энергией, способной восполнить потерю энергии движущегося фотона. И эта энергия является энергией электромагнитного поля, электромагнитным излучением, свойства которого адекватны любому значению энергии движущихся частиц.

Движущаяся частица любой энергии должна найти «поддержку» окружающей среды. И чем выше энергия не только фотона, но любой электромагнитной частицы космоса, тем выше должна проявляться такая поддержка этой частицы космическим полем вакуума. Из всех известных к настоящему времени частиц энергии наиболее высокой энергией обладает космическое Гамма- излучение, длина волны которого может составлять триллионные доли метра. Энергия такой частицы, вычисленная через величину постоянной Планка, выражающей квант действия через произведение джоуля на секунду, составит величину 3,3 х 10 в степени минус 14 джоуля. Исключая размерность времени, как сущности, вторичной относительно пространственного перемещения кванта электромагнитного излучения, мы получаем новое значение постоянной Планка, равное 2 х 10 в степени минус 25 джоуля х метр. (Значение постоянной Планка, принятое в современной физике, составляет 6,61 х 10 в степени минус 34 джоуля х секунда). И тогда энергия частицы Гамма-излучения будет равна 1 х 10 в степени минус 5 джоулей. Энергия в этом случае окажется большей, чем вычисленной через время, являющееся функцией движения, то есть пространственного перемещения излучения; величиной, большей, чем в сто миллионов раз (равное скорости света в вакууме).

Примененный подход к вычислению энергии кванта излучения имеет целью проиллюстрировать возможность описания и расчета показателей процессов в микромире, обходя понятие времени. Этим самым мы исключаем ту роль времени в его представлениях в математических выражениях и физических моделях, которую оно приобрело среди самой широкой аудитории в качестве «машины времени», или близкому к этому его пониманию толкованию. Нет смысла выявлять случаи применения понятия времени, как одной из сущностей, равной по своему содержанию и значимости такой сущности, как пространство, с тем, чтобы исключить ошибочные выводы и заблуждения физических теорий и концепций. Это может выполняться при каждом, уместном этому, случае. Необходимо только здесь указать на такое свойство нового понимания времени, как возможность его бесконечной делимости, что прямо противоречит представлению современной физики о наименьшей величине времени, обозначаемой временем Планка.

* Можно ли прийти к понятию времени через понятия пространства, движения и его характеристики, скорости? «Хорошо известно, что невозможно измерить скорость без измерения времени». Такого мнения придерживался известный физик А. Пуанкаре. В то же время условность времени, отрицание существования его «самого по себе», – не менее распространенное суждение и мнение людей науки. И несмотря на представление времени как некой условности, вторичности относительно движения и пространства, физики широко применяют сочетания понятий пространства и времени, как равноценных сущностей реального мира. Пример – пространственно-временной континуум общей теории относительности.

По нашим представлениям, сущностью всего является движение, представляющееся нам в виде: механического движения предметов и тел, обладающих массой, движения фотонов, частиц электромагнитного излучения, передачи тепла от тела к телу, изменения химических элементов в ходе реакций термоядерного синтеза, любых изменений в составе веществ. Сама жизнь, возникшая и получившая развитие вплоть до появления биологического образования – мозга человека, и его сущности – разума – есть не что иное, как движение. Из всего, даже перечисленного здесь, многообразия процессов, наука пока что сосредоточилась на представлении времени применительно к чисто механическим процессам. И сами инструменты измерения времени до недавнего времени были чисто механическими устройствами, с маятниками и пружинами, как источниками энергии движения. «Атомные» часы появились совершенно недавно 50 – 60 лет назад.

Многообразие форм движения обусловливает и разнообразие форм характеристики движения. Можно указать такие, как скорость перемещения, развития, изменения, перехода; интенсивность движения, излучения; темпы изменения температуры, концентрации, плотности, и так далее, которые далеко не исчерпывают содержание степени изменения состояния материи, ее движения. Важность такой характеристики движения, как скорость, выявляется при исследовании биологических процессов, когда выявлена роль ферментов и катализаторов, ускоряющих в миллионы раз протекание процессов, которые и обусловили возникновение живых организмов. И сама скорость, как самодостаточное понятие, для человеческого восприятия является более содержательным, чем средства и методы оценки скорости. Прежде чем что-то измерять и оценивать, надо, чтобы это что-то было. Так и оказывается скорость необходимой сущностью, бытие которой приводит к ее восприятию, пониманию и оценке.

Ничего подобного о времени сказать нельзя. Нельзя время измерять временем; время меряется временем – обычная тавтология; часы для измерения времени – это никак не само время. Время не является ни движением, ни скоростью движения, ни изменением изменения движения, то есть изменением скорости – ускорением. Все перечисленное здесь – реальность окружающего мира, время же – сущность идеальная, порождение идеальной сущности, каким является сознание человека. Нет человека – остается мир, его изменения, то есть самое движение, но нет и не нужно понятия времени. Не только потому, что в нем некому будет нуждаться, но просто потому, что его как не было в природе, так и не будет.

Рассмотрим ситуацию, когда движение представлено в форме излучения радиоактивного элемента, воспринимаемого счетчиком радиоактивных частиц. На слух мы можем воспринять счет частиц в виде последовательности импульсов, имеющих определенную частоту. Понятие частоты здесь никак не опирается на понятие, обратное времени. При равномерном перемещении ленты с отметками этих импульсов, отражающих спонтанное их возникновение, расстояния между соседними импульсами могут несколько отличаться друг от друга. Но в целом они будут группироваться вокруг некоторого среднего значения, которое может быть принято за интенсивность излучения. Меньшее расстояние будет характеризовать более частое поступление импульсов, или большую скорость излучения. И мы получаем возможность оценки скорости линейной величиной, пространственным протяжением между соседними импульсами. Для удобства, для получения пропорциональной, а не обратной зависимости значения скорости от линейной величины – расстояния между импульсами – примем, что скорость определяется величиной, обратной этому линейному расстоянию между импульсами. Можно принять за скорость и число импульсов в одном линейном интервале, например, в двух сантиметрах диаграммы. Таким образом, интенсивность излучения может быть выражена величиной, а не отношением, что мы имеем в определении скорости в современной физике: скорость равна отношению линейного перемещения к промежутку времени, за которое произошло это перемещение.

* Свойство радиоактивного элемента – самопроизвольное излучение энергии, – здесь выступает и рассматривается в двух аспектах: 1) как интенсивность излучения, скорость этого процесса, являясь самим объектом измерения, определяется, минуя понятие времени; 2) обладая свойством формировать импульсы периодической последовательности, этот радиоактивный элемент может выступать в качестве устройства измерения длительности любых наблюдаемых процессов, то есть в виде часов времени. Ничто не мешает, однако, обойтись и без этого понятия, если все изменения материального мира мы будем выражать не в секундах, как единицах времени, а числом создаваемых радиоактивным элементом импульсов, каждый из которых может быть назван секундой.

Представить себе ситуацию появления таких часов возможно только для условий развитой цивилизации, находящейся на современном уровне развития науки и техники. 10000 лет назад общество не могло об этом помыслить. Смена дня и ночи были так естественны для человека, что принять кажущееся за сущность реального, не могло считаться ошибкой и заблуждением рождающегося сознания человека. Одновременно с формированием понятия времени, с открытием возможности измерения длительности процессов и явлений с помощью очевидного периодического процесса – смены дня и ночи, – суток, с изобретением солнечных часов, а впоследствии и прочих устройств, вплоть до современных механических и электронных часов нашего времени, с предложением и введением ежегодных календарей, – шло и осмысление содержания этого понятия философами, мыслителями и учеными.

Все люди, включая и мыслящих людей, за исключением отдельных личностей, от времени двух с половиной тысяч лет назад в течение двух тысяч лет принимали за истинность суждение о вращении Солнца вокруг нашей планеты. Треть населения планеты придерживаются такого мнения до сих пор. И людей из этой трети ничуть не смущает собственное невежество. Оно может исчезнуть только вместе с их исчезновением. Настоящему просвещению таких людей в значительной степени препятствует состояние философии современности. Может ли философ, сводящий воедино мысль и предмет мысли, представление сознания и подлежащий исследованию мир реального, время, как метод измерения движения, и самое движение – претендовать на роль просветителя? Такое положение полностью исключено. Общее мировоззрение мыслящего человека основывается на знании, полученном человечеством во всех сферах науки. Но один человек, как бы гениален он ни был, не в состоянии быть знающим все детали каждой из наук. Выход из такого тупика содержится в особенности познания человека. Оказывается, совершенно не является необходимым иметь память компьютера, быстроту реакции дикого животного, быть мастером художественного жанра, – чтобы не впадать в ошибки и заблуждения. В первом приближении достаточно не уступать суверенность своего сознания мифическому существу, не сваливать в кучу простое и сложное, объединяя не соединяемое: время и пространство, давая неограниченную волю своему воображению и фантазии.

29-03-2014 Читая Ричарда Фейнмана

50 лет назад были прочитаны Р. Фейнманом в Корнеллском университете лекции по физике, опубликованные в 2012 году книгой «Характер физических законов». Издательство этой книги запрещает любое использование материалов книги без его разрешения. Поэтому здесь будут только ссылки на текст, рисунки, уравнения, выводы, и проч., с указанием страниц и номеров, дополненные собственными соображениями. Возможно, понять их будет сложно, не обратившись к тексту оригинала. Однако весь этот материал, сущность физических законов, примеров, суждений, – так широко известен, что размышляющий человек все может понять и оценить.

На стр. 82 рисунок с двумя космическими кораблями и описание позволяют увидеть относительность их движения. И одновременно утверждается о невозможности увидеть, какой корабль движется, а какой находится в покое. Из описания следует, что явление одновременного возникновения и исчезновения заряда на одном из кораблей, зафиксированное наблюдателем другого неподвижного корабля, только для него и является одновременным. Наблюдатель же движущегося корабля это явление воспринимает разновременно. Вспышку о появлении заряда на носу корабля он видит прежде, чем появляется вспышка на корме корабля об исчезновении заряда, хотя возникновение и исчезновение заряда происходит в одно и то же время.

Что же осталось за пределами описания, которое представляло бы для нас несомненный интерес? Первое, если есть разновременность восприятия двух явлений, разнесенных в пространстве, значит, имеется интервал времени между ними. А это и является признаком появления дополнительного времени в движущемся корабле: время в нем течет медленнее, чем в неподвижном корабле. Второе, направление движения корабля указывает прежде появляющаяся вспышка: к ней корабль приближается, удаляясь от позже появившейся вспышки на корме корабля. Однако не предполагается появление обеих вспышек на движущемся корабле.

Но что меняется в ситуации восприятия вспышек наблюдателем в средине корабля, если они возникают одновременно в носу и корме движущегося корабля? Внутреннее пространство корабля перемещается во внешнем пространстве, отделенное его корпусом. При равномерном прямолинейном движении корабля относительно неподвижной системы отсчета его скорость может иметь любую величину, приближаясь к скорости света. Означает ли это, что состояние внутреннего пространства зависит от скорости корабля относительно неподвижной системы отсчета? И да, и нет.

Да, поскольку разгон корабля до скорости, сопоставимой со скоростью света, ведется относительно нашей неподвижной системы отсчета. Корабль, ускоряясь относительно неподвижной системы, которая, несомненно, обладает гравитаций, преодолевает ее сопротивление каждым элементом вещества корабля, в том числе и внутренней атмосферой корабля. Может оказаться, что корабль выйдет за пределы влияния гравитационного поля неподвижной системы. Достигнув заданной скорости, например, две трети скорости света, корабль прекратит разгон и будет двигаться прямолинейно с постоянной скоростью. Чем будет определяться внутреннее состояние корабля при таком движении? И каким образом оценивать движение корабля в космическом пространстве на расстояниях в миллионы и миллиарды километров от того места, где корабль принял старт?