Природа и свойства физического времени

Прежде чем продолжить анализ и перейти к свойствам абсолютного времени в сравнении со свойствами временного интервала, сделаем необходимые замечания относительно используемой терминологии.

Ситуация во временной механике напоминает ситуацию, существовавшую два с лишним века назад в термодинамике, когда господствующей гипотезой была гипотеза теплорода. Поскольку тепло представляли, как некую особую жидкость, вся терминология была приспособлена к описанию свойств этой жидкости. Достаточно вспомнить «теплоемкость», «теплопередачу», «теплообмен» и т. д.

Набор терминов, используемых в темпоральных рассуждениях, сложился под воздействием гипотезы о времени как о псевдоматериальной субстанции, пронизывающей собой всю Вселенную и приводящей в движение все без исключения вселенские процессы. Когда мы произносим термины «время», «во времени», «настоящее», «прошедшее», «будущее», «временной интервал», «промежуток времени» и прочие, подразумевается именно такая гипотеза.

В нашем случае нет смысла изобретать новую терминологию. Нагромождение новых терминов может лишь затруднить практическое применение зависимости для временного интервала. Нужно только помнить, что, используя сложившуюся терминологию, мы на самом деле имеем в виду совсем другое представление о времени. Как уже было сказано, согласно этому представлению носителем времени (временного интервала) является исключительно единичный процесс, длительность которого, выраженная числом, и есть время, о котором мы говорим.

Исходя из такого представления, мы и будем там, где это необходимо, пользоваться ранее употреблявшимися терминами.

Как уже выяснено, время есть свойство движения материи. Поскольку понятие движения есть абстрактное обобщение совокупности процессов, постольку понятие процесса есть конкретное выражение движения. Этот термин, употребляющийся повсеместно, в нашем случае пока означает единичный акт движения механического. А так как механическое движение представляет собой основу, на которой развиваются более сложные процессы, то всеобщность полученной зависимости для временного интервала нисколько не умаляется узостью этого термина. Впоследствии будет показано, что и для более сложных процессов время выражается сходной зависимостью. И термин «процесс» приобретет тогда иное, широкое или даже всеобщее, значение.

Термин «единичный» в простых случаях понятен интуитивно, но, тем не менее, нужно определить ту грань, за которой процесс можно считать единичным, даже если он представляет собой незначительный элемент бесконечной совокупности процессов либо выглядит для наблюдателя как конечный результат их совместного действия. В нашем случае таким процессом можно назвать лишь тот, у которого можно выделить момент начала

Точно также, когда мы говорим о времени развития процесса в отдельной части или же во Вселенной в целом, мы считаем эту часть или всю Вселенную развивающейся как единичный процесс и соответственно этому производим подсчёт вложенной энергии и сопротивления рассматриваемому процессу развития.

Единичный процесс есть процесс физический, реальный, независимо от того, выступает ли он как движение материального тела, горение свечи или вращение Земли вокруг Солнца. Его длительность может находиться в пределах от условно нулевой до условно бесконечной. У такого процесса можно наблюдать его стадии, или ступени, которые могут быть естественно выделенными, как, например, разделение ступеней космической ракеты, если рассматривать ее полет как единичный процесс, или существовать лишь в нашем воображении, как при инерциальном движении тела. В любом случае движение процесса от его начала к концу происходит таким образом, что уже пройденные стадии, если процесс необратим, как, например, горение свечи, становятся несуществующими, оставляя после себя некие изменения в окружающей среде, а еще не пройденные стадии являются ненаблюдаемыми, потенциально существующими, так как процесс еще не вызвал их к жизни. Наблюдаемым является лишь текущий момент развития процесса. Конечно, абстрактно мы вполне можем себе представить свечу сгоревшей до конца, хотя она не сгорела еще и наполовину. На практике же мы, хотя и наблюдаем весь ход процесса, при необходимости оперируем обычно его длительностью, то есть отмечаем начало процесса и его завершение. Но если говорить о длительности как о динамической характеристике, то можно заметить ее особенность, соответствующую ходу процесса и заключающуюся в том, что как прошлое, так и будущее существуют лишь в сознании наблюдателя. Прошлое в памяти сохраняется как воспоминание о реально произошедшем, будущее – как прогноз. В реальности существует лишь настоящее, которое в отсутствии наблюдателя не фиксирует момента своего движения относительно начала и окончания процесса. Как писал Т. Гоббс: «…только настоящее имеет бытие в природе, прошедшее имеет бытие лишь в памяти, а будущее не имеет никакого бытия». Настоящее длится для этого процесса, пока он существует. Процессы начинаются, заканчиваются, переходят из одной формы движения в другую, но всегда в существовании материи есть одно только настоящее. И это настоящее вечно в пределах наивысшей длительности, которая может существовать в природе, – длительности существования Вселенной. Лишь наблюдатель вносит в наблюдаемое движение различение прошлого, настоящего и будущего. Только в сознании наблюдателя сохраняются уже прошедшие стадии процесса, и только в нем конструируются в виде предсказаний или нового знания моменты процесса, которым еще только предстоит осуществиться. То, что на практике рядом существует начало одного процесса, середина второго и окончание третьего, ничего не добавляет к положению, что существует лишь настоящее, которое складывается из начала первого процесса, середины второго и окончания третьего. Объективно существует лишь движение материи, которое всегда происходит сейчас – в настоящем. И это настоящее длится до тех пор, пока существует Вселенная. Образно выражаясь, можно сказать, что настоящее есть миг перехода из прошлого в будущее, но этот миг для Вселенной длится вечно.

То, что настоящее есть реально существующее и всеобъемлющее состояние для любого процесса, для их совокупности или для всей Вселенной, отнюдь не означает, что оно неподвижно и статично. Так как материя обладает свойством непрерывного развития, структура процесса, его наблюдаемое состояние непрерывно изменяется по мере этого развития и расходования вложенной энергии. Иногда оно развивается едва заметно, иногда, как бы «несется вскачь», но никогда не застывает навсегда. И в отсутствии наблюдателя ситуация эволюционирует тем же самым образом, каким она эволюционирует в его присутствии, когда в настоящем через некоторое время оказывается середина первого процесса, окончание второго и начало четвертого.

Заметим еще раз в скобках, что обратимые процессы, которые обычно принимают за один процесс, на самом деле слагаются из разных единичных составляющих, идущих во временном отношении в одну сторону, одни из которых дают протяженность прямого развития процесса, а другие, являющиеся продолжением первых, но не сводящиеся к ним, генерируют его обратный ход.

К сказанному необходимо добавить ещё одно замечание. Следует различать единичные и элементарные процессы. Если понятие единичного процесса весьма относительно и охватывает весь набор изменений от простейшего движения изолированного материального тела, до развития всей Вселенной в целом, то понятие элементарного процесса есть движение, для которого невозможно выделить составные части этого движения, независимо от его длительности или от того, относится ли оно к макромиру или микромиру. Такое движение, даже если оно впоследствии неоднократно повторяется, всегда происходит в виде элементарного одноразового акта и не имеет внутри себя стадий или ступеней. Но классифицируя процесс, необходимо также учитывать уровень материи, на котором ведётся исследование. Процесс на уровне материальных тел, например, отнесённый к элементарным, на атомном уровне может представляться как состоящий из огромного числа ступеней, то есть единичный.

Для термина «независимый» необходимо сделать специальное замечание. Этот термин, конечно же, в действительности является чистой абстракцией. В природе нет независимых процессов. Всякий из них обусловлен многочисленными внешними и внутренними обстоятельствами. Но при теоретическом исследовании мы вынуждены рассматривать какую-то часть движения, отвлекаясь от второстепенных связей ее с остальной природой. Поэтому условная «независимость» процесса получает тем самым право на существование.

Кроме этого, в нашем исследовании часто употребляется термин «инерциальный». Здесь он имеет два отличающихся значения, разграничение которых, мы надеемся, не вызовет больших затруднений. В первом случае речь идет о движении по инерции, то есть в соответствии с первым законом Ньютона. Во втором случае этот термин употребляется для обозначения движения, хотя и под действием силы, но таким образом, что сторонняя энергия, вкладываемая в процесс, впоследствии может быть полностью из него извлечена, в отличие от случая реального расходования ее в процессе.

И нужно отчетливо представлять, что мы фактически имеем два разных представления о времени. Ньютоново абсолютное время, не имеющее никаких свойств, кроме длительности, успешно применяется в научном исследовании и по сей день. Мало того, оно специально «сконструировано» для употребления именно в научных исследованиях. Все впечатляющие результаты, полученные земной наукой за века ее существования, получены именно при применении абсолютного времени с его равномерностью, непрерывностью и однородностью.

Другое же представление о времени, которое мы рассматриваем, характеризует его реальную физическую природу и позволяет, кроме всего прочего, объяснить некоторые феномены, которые с помощью концепции абсолютного времени объяснить принципиально невозможно.

Рассмотрим теперь последовательно девять свойств из четырнадцати, присущих Ньютоновой концепции, с тем чтобы, во-первых, выяснить природу каждого свойства и, во-вторых, определить, каким набором их обладает выведенная нами зависимость для временного интервала.

5.1. Всеобщность

В концепции абсолютного времени всеобщность принимается как интуитивно понятное свойство, поэтому не нуждающееся в толковании и объяснении. Поскольку считается, что вся материя «погружена» во время, «сцеплена» с ним и «движется» вместе с ним из прошлого в будущее, то всеобщность времени, пронизывающего собой любые процессы, подразумевается до тех границ, до которых простирается известная нам материя. Во всяком случае, до границ, если таковые отыщутся в нашей Вселенной.

И хотя сама по себе картина времени – псевдоматериального, ненаблюдаемого, неощутимого, но пронизывающего собой непонятным способом всю известную материю и, сверх того, приводящего ее в неодолимое однонаправленное движение – выглядит чудеснее, чем первый акт творения, содержание ее было принято исследователями на вооружение без малейшей критики и до сих пор не подвергалось сомнению.

Когда же, в соответствии с выведенной зависимостью, мы упраздняем абсолютное время как всеобщее, всеобщность для временного интервала тем не менее остается, причем в тех же границах. Там, где есть материя, существует и ее движение. Но каждый элемент этого движения, т. е. процесс, имеет свою, характерную только для него, продолжительность. Поэтому в пределах нашей Вселенной везде есть место временному интервалу, определяемому ранее представленным выражением.

Особо следует сказать о ходе часов в различных точках мирового пространства. То есть, как получается, что для классической механики все часы в любой точке мирового пространства показывают одно и то же время, хотя единого и всепроникающего «хода» времени не существует и «река времени» «течет» только в нашем воображении. Здесь может быть только один ответ на весьма непростой вопрос – это происходит потому, что все без исключения часы, которые мы себе воображаем или реально используем, мы сами заставляем отсчитывать одно и то же время. Во-первых, применяются одни и те же единицы масштаба, во-вторых, часы, использующиеся в одном и том же процессе, но в разных его отрезках, старательно синхронизируются. Точно так же синхронизируются часы, показания которых относятся к разным, независимым процессам, находящимся в отдалении друг от друга. В-третьих, погрешность хода с каждым новым поколением часов стремительно уменьшается, поэтому, несмотря на то, что все механизмы разные, отсчет времени они ведут практически одинаково, при этом любые отклонения от установленной синхронности немедленно устраняются. А в человеческом восприятии, даже если этот человек занимается разработкой физической теории, ситуация всеобщей синхронизации отражается в виде единого всепроникающего времени. Наиболее наглядным примером такой синхронизации можно считать настройку корабельного хронометра, который до эпохи спутников и глобальной связи синхронизировался с подобным же механизмом в порту отплытия со всей возможной тщательностью. В ту пору можно было бы сказать, что в любой точке мирового океана ход абсолютного времени одинаков, хотя приносил его туда запущенный в порту процесс.

И даже если в эксперименте или теоретическом исследовании мы вынуждены делать пересчет времени при сравнении процессов в разных и весьма отдаленных точках мирового пространства, этот пересчет мы все равно делаем по отношению к нашим часам, также тщательно синхронизированным с остальными существующими. Также заметим в скобках, что вся эта синхронизированная система отсчета времени, состоящая из миллиардов индивидуальных часов, по определению может функционировать автономно и независимо ни от каких внешних воздействий.

5.2. Бесконечность

Конечность времени предполагает завершение по ее осуществлению всех процессов, то есть пресловутый «конец света». Поэтому бесконечность его в наших глазах служит гарантией неуничтожимости материи, которая может, как полагают, лишь переходить из одного состояния в другое. Потому и абсолютное время может быть лишь бесконечным. Оно неизвестно, когда появилось, и неизвестно, когда закончится. Физическим основанием для подобной абстракции можно считать существование в реальности процессов, длительность которых несравнимо больше длительности человеческой жизни.

Локальный временной интервал в нашем понимании, напротив, может иметь любое значение: от нулевого до бесконечного. Тем самым всякие рассуждения о начале времени становятся несущественными, поскольку точку начала любого движения можно принять за начало временного интервала. Если энергия, вкладываемая в момент времени

Случай же, когда энергия точно равна нулю, следует рассмотреть особо. Такой случай имеет двойственную природу. Когда энергия не вкладывается, но и не расходуется, то есть некое движение, равносильное покою (движение по инерции), не получает дополнительной сторонней энергии (то есть именно эта энергия для идущего процесса точно равна нулю), а сопротивления движению нет, временной интервал равен бесконечности и процесс длится вечно. То есть для возникновения процесса, конечно, необходимо было вложение энергии. И сопротивление изменениям в нем тоже при этом присутствовало, что соответствовало определенному временному интервалу. Но если в некоторых случаях вложенная энергия заканчивается, становится равной нулю при одновременном исчезновении сопротивления движению, то движение продолжается уже как движение по инерции. Что соответствует бесконечному временному интервалу. Приближенным к этому случаю будет движение некрупного астероида в пространстве между звездами, т. е. вдалеке от тяготеющих масс. Или вращение планет вокруг звезды. Такое движение если не вечно, то продолжается сравнительно долго без всяких изменений. Ньютон, как известно, в своем главном сочинении рассматривал в основном именно такие движения. Отсюда становится понятным, почему Ньютоново абсолютное время не только бесконечно, но и ни от чего не зависит.

Аналогичная ситуация наблюдается и в том случае, когда вкладываемая в процесс энергия точно равна работе сил сопротивления, что можно условно считать за отсутствие вкладываемой в движение сторонней энергии, хотя она реально и тратится на обеспечение движения. Движение в этом случае продолжается до тех пор, пока энергия вкладывается. И если она вкладывается практически бесконечно, то и движение может продолжаться в той же степени бесконечно.

Во втором случае вложенная энергия равна нулю, потому что данный процесс еще не начинался. Значит, соответствующий временной интервал также не начинался и потому может условно считаться равным нулю. Сколько времени такая ситуация продлится, зависит не от величины самой энергии, а от сопутствующих процессу обстоятельств. То есть зависит от длительности других процессов. Так, например, придет ли в движение камень, лежащий на склоне горы, зависит от той подготовительной работы, которую должны проделать изменения температуры, вода и ветер, и, хотя камень уже обладает потенциальной энергией, она окажется вложенной в процесс лишь тогда, когда указанные факторы смогут его запустить. Аналогично выглядит ситуация со спонтанной радиоактивностью. Сторонняя энергия уже вложена в ядро радиоактивного элемента, но процесс самопроизвольного распада начнется лишь тогда, когда для этого созреют условия внутри ядра. Что это за условия, и какие факторы запускают процесс, мы пока не знаем. Но несомненно, что при развитии процесса сторонняя энергия некоторой своей частью будет потрачена непосредственно в самом процессе, а некоторую ее часть унесут с собой продукты распада ядра.

Что касается кванта времени, то этот вопрос будет обсужден позже, в соответствующем разделе.

Но не только энергия определяет длительность (конечность или бесконечность) временного интервала. Сопротивление изменениям в процессе (инерция) равно влияет на нее. При бесконечно большой инерции время протекания процесса также будет бесконечно большим. При нулевой – равно нулю. Таким образом, возможно любое значение временного интервала, то есть конечность и бесконечность (в ограниченном, конечно, смысле) существуют рядом, дополняя и поддерживая одна другую, что мы и наблюдаем в действительности. В общем смысле время протекания единичных процессов будет существовать, пока существует та форма Вселенной, которую мы наблюдаем.