Содержание
Материя и Вселенная
Время
Время будущего и настоящего
Причинная механика и время
Есть в природе тайны, на пороге которых останавливается в недоумении не первое поколение ученых.
Вот и я, много лет изучая космические тела, не перестаю удивляться: как сохранились, «выжили» эти сгустки материи в мире, где постоянно увеличивается энтропия, хаос.
Материя и Вселенная
В самом деле, в соответствии с законами статистической механики система из огромного числа частиц должна переходить из неустойчивого состояния (здесь: сгусток материи) в более вероятное положение, то есть материя давно должна распределиться по вселенной равномерно — времени для этого в мире, существующем вечно, вполне «достаточно».
Правда, в такой системе возможны небольшие изменения — флуктуации, этого нельзя отрицать. Однако вероятность флуктуации, которая вернула бы систему к ее первоначальному состоянию, ничтожна и, по сути, равносильна полному запрету.
И если существование звезд и планет (как результат малых флуктуаций) «законно», то совершенно непонятно, почему существует сама вселенная, состоящая из сгустков материи, силовых полей и сравнительно пустого пространства.
Чтобы исправить положение, можно предположить вмешательство в нашу вселенную другой, сторонней системы. Однако оживляющий толчок «со стороны» едва ли спасает положение: звезды, галактики так удалены друг от друга, что переход их в равновесное состояние должен наступить раньше, чем этому могут помешать внешние силы.
Что же препятствует превращению мира в скучную, однообразную пустыню?
К сожалению, наука не дает ответа, и мы тяжело переживаем ее бессилие в основном вопросе космогонии. Отчасти поэтому и теоретическая механика кажется нам скучной и сухой.
И дело здесь вовсе не в том, что знания, которые мы черпаем из «теормеха», относительны (особенность, присущая любой науке). Причина в другом — в глубоком несоответствии точных наук и реальной действительности.
Святая святых нашего мира — его постоянное обновление, гармония жизни и смерти; точные же науки изучают лишь процессы увядания и смерти.
В биологии всегда можно определить, где причина и где следствие. Причинность вообще фундаментальное свойство мира, благодаря которому, собственно, и возможно познание.
Классическая же механика описывает мир, лишенный причинности, в нем нет отличия будущего от прошедшего, причины от следствий (столкнулись два шара, бессмысленно допытываться, кто кого толкнул).
Если биология отвечает на вопрос «почему?», то точные науки — на вопрос «как?». («Запрещается» спрашивать: почему идет дождь, можно пояснить, как он идет.) Получается, что не биология, а точные науки — описательные, и это обедняет их содержание.
Однако не нужно забывать — такое описание позволяет ученым предсказывать многие явления. И обаяние точных наук столь велико, что нередко компенсирует недостатки их фундамента.
Представим на минуту, что принципы точных наук истинны и безупречны. Это значит, что мы никогда не сможем получить ответы на наши бесчисленные «почему», адресованные природе.
А если довести мысль до конца, получится, что мир непознаваем и законы природы просто рецепты для его описания.
Разумеется, ученый никогда не сможет с этим согласиться. Нужно уничтожить разрыв между точными науками и естествознанием, положив в основу первых причинность. Но сделать это можно, лишь выявив «вселенной внутреннюю связь» — то единое, что объединяет мир от нейтрино до человека.
Время
Время — фундаментальное и одновременно самое загадочное свойство природы. Представление о времени подавляет наше воображение. Недаром умозрительные попытки понять сущность времени оказались безрезультатными.
Время сближает нас с «тайной жизнью» мира, которую едва ли может предвидеть смелый полет человеческой мысли.
Точные науки отрицают существование у времени каких-либо других свойств, кроме простейшего — «длительности», или промежутков, измеряемых часами.
Создав теорию относительности, Эйнштейн углубил это понятие: промежутки времени и пространства у него — компоненты четырехмерного интервала Мира Минковского.
Но и здесь время играет весьма пассивную роль. Оно лишь дополняет пространственную арену, на которой разыгрываются события мира.
В уравнениях теоретической механики будущее не отличается от прошедшего, а значит, не отличаются и причины от следствий. Эта наука изучает мир строго детерминированный, но лишенный причинности — главной приметы реальной действительности.
Детерминизм (от латин. determinare — определять) — учение о природе и обществе, устанавливающее необходимую связь всех событий, утверждающее, что каждое последующее событие определено событиями предыдущими.
Детерминизму противостоит индетерминизм, утверждающий, что в мире существуют беспричинная случайность, беспричинная свобода воли и целесообразность.
Возникает естественное желание устранить противоречие между теорией и практикой, ввести в теоретическую механику принцип причинности и направленности времени (такую механику можно назвать «причинной» или «несимметричной»).
Но, может быть, в статистической механике учитывается направленность времени? Действительно, здесь существует некий мостик между естествознанием и теоретической механикой.
Приведем пример: какая-либо система частиц может оказаться в неустойчивом состоянии из-за воздействия внешней силы (причины). Если система изолированна, то согласно второму началу термодинамики ее энтропия будет возрастать.
Это изменение энтропии «продиктует» направление времени. Но постепенно система «успокоится» и придет к равновесию. Случайные флуктуации энтропии в ту или иную сторону будут встречаться одинаково часто, и время как таковое потеряет всякий смысл.
Итак, в статистической механике направленность времени лишь свойство состояния системы. Мы же говорим о механике, в которую время входит органично как объективная реальность.
Статистическое обобщение такой механики может привести к неожиданному выводу — второе начало термодинамики ошибочно.
Действительно, «текущее» время, воздействуя на материальную систему, может помешать ей перейти в равновесное состояние.
Другими словами, события происходят не только во времени, как в некоторой среде, но и с помощью времени. Именно время устраняет возможность тепловой смерти вселенной.
Но как перенести в механику принцип причинности из естествознания, если сам принцип еще совершенно не сформулирован? Известно только, что причинность тесно связана со свойствами времени, в частности с различием будущего и прошедшего.
Время будущего и настоящего
Ну что ж, начнем хотя бы с такого постулата:
1. Время обладает свойством, создающим различие причин и следствий, прошедшего и будущего. Это свойство может быть названо направленностью, или ходом.
Причинность лишь указывает, что время направлено, но она отнюдь не свойство этой направленности, а только его результат. Причина всегда находится вне тела, в котором проявляется следствие, и следствие наступает после причины.
Согласившись с этим, можно ввести еще две аксиомы:
2. Причины и следствия всегда разделяются пространством, между ними существует сколь угодно малое, но не равное нулю пространственное различие δx.
3. Причины и следствия разделяются временем. Между их проявлениями существует сколь угодно малое, но не равное нулю временное различие δt определенного знака.
Аксиома (2) — основа классической механики Ньютона. Она содержится в третьем законе, согласно которому под действием внутренних сил не может произойти изменение количества движения.
Иными словами, в теле не возникает внешняя сила без участия другого тела. Отсюда в силу непроницаемости материи δx ≠ 0. А из-за полной обратимости времени δt ≠ 0 (аксиома (3) в механике Ньютона отсутствует).
В квантовой механике наоборот. Принцип непроницаемости материи утрачивает свое значение, поэтому можно считать, что δx = 0. Однако здесь есть необратимость во времени, которой нет в механика Ньютона.
Воздействие на систему макроскопического тела (прибора) вводит различие между будущим и прошедшим. Можно предсказать поведение системы после такого воздействия, но совершенно нельзя предвычислить ее поведение до «вмешательства» прибора.
Поэтому δt ≠ 0, хотя и может быть сколь угодно малым.
Если ввести обозначение
С3 = δx / δt,
в классической механике при δx ≠ 0 и δt = 0, С2 = ꝏ. В квантовой механике δx = 0 и δt ≠ 0, потому С2 = 0.
Итак, оба раздела механики входят в нашу аксиоматику как две крайние схемы. А это значит, что нам удалось нащупать связь между двумя столь непохожими областями науки.
С одной стороны, мир атома, в котором нет течения времени, а причинно-следственные связи не имеют никакой прочности (фактически их нет). Это мир неопределенности, индетерминизма, где существуют только статистические закономерности.
С другой стороны, мир макротел, причинные связи здесь бесконечно прочны, взаимодействие мгновенно, и время кажется неотвратимым роком. К счастью, обе эти крайности всего лишь схемы, нужные нам для познания мира: реальные микро- и макромиры отличаются от тех, что описываются в уравнениях механики.
Остановимся на смысле символов δx и δt. В длинной цепи причинно-следственных превращений мы рассматриваем только то элементарное звено, где причина порождает следствие.
Согласно обычным физическим воззрениям, такое звено — пространственно-временная точка, не подлежащая дальнейшему анализу. δx и δt — как бы размеры «пустой» точки, где нет материальных тел, а есть только пространство и время.
Так как они бесконечно малые одного порядка, то C2 — конечная величина, представляющая собой скорость перехода причины в следствие.
Величина C2 связана только со свойствами времени и пространства, а не со свойствами тел. Поэтому C2 должна быть универсальной постоянной, характеризующей течение времени в нашем мире. И еще одно обстоятельство.
Превращение причины в следствие требует преодоления «пустой» точки. «Прыжок через бездну» происходит только за счет хода времени. Отсюда прямо вытекает участие времени в процессах материальных систем.
Если у знака δt есть определенный смысл (будущее минус прошедшее), то знак δx совершенно произволен, поскольку пространство однородно и в нем нельзя выделить какого-либо преимущественного направления.
Но раз так, сразу же напрашивается вопрос: какой знак у C2? Ведь логически рассуждая, мы можем умозрительно представить мир с противоположным ходом времени.
Логически рассуждая, мы можем представить Мир с противоположным ходом времени.
Возникает трудность, которая на первый взгляд кажется непреодолимой и разрушающей все построение. Однако именно благодаря этой трудности мы приходим к единственно возможному выводу: C2 — не скаляр (согласно обычной механике), а псевдоскаляр (скаляр, меняющий знак при зеркальном отображении координатной системы).
Скаляр (от латин. scalaris — ступенчатый) — величина, каждое значение которой может быть выражено одним (действительным) числом. Примером скаляра могут служить длина, площадь, время, масса, плотность, температура, работа и др.
Термин «скаляр» употребляется (иногда просто как синоним числа) в векторном исчислении, где скаляр противополагается вектору – величине, задание которой определяется не только числом, но и направлением (например, перемещение, скорость, ускорение, сила, момент силы, угловая скорость и т. д.).
Псевдоскаляр — величина, не изменяющаяся при переносе и повороте координатных осей, но изменяющая свой знак при инверсии осей (то есть при замене направления каждой оси на противоположное).
Из-за скалярности времени в уравнениях теоретической механики будущее не отличается от прошедшего.
Поясним это простым рассуждением. Ход времени должен быть определен по отношению к некоему «эталону». Таким «эталоном», не зависящим от свойств тел, может быть только пространство.
В пространстве, как мы уже видели, нет различий в направлениях, но есть абсолютное различие между правым и левым (хотя сами эти понятия условны).
Поэтому ход времени, связанный с различием в свойствах «эталона», может определяться величиной, имеющей смысл линейной скорости поворота (которая меняет направление при отображении в зеркале).
Разумеется, эта формальная аналогия совершенно не объясняет сущности «четвертого измерения». Зато она открывает замечательную перспективу — экспериментально исследовать время.
Действительно, можно ожидать, что у вращающегося тела — например, гироскопа — ход времени изменится и станет равным C2 ± U (где U линейная скорость волчка).
Это изменение проявится в виде дополнительных сил, действующих вдоль оси вращения и неизвестных в теоретической механике. Большие «волчки» планеты — под действием этих сил принимают форму кардиоиды.
Причинная механика и время
Однако вернемся к тем недалеким годам, когда «причинная» механика только зарождалась.
Помню хмурый день, осень, которая казалась мне по-весеннему зеленой. Теперь я знал, что в этом обреченном, как думалось нам раньше, мире идут непредусмотренные механикой процессы и они препятствуют его смерти.
Живут не только растения и животные, в широком смысле можно говорить о жизни космических объектов и других физических тел. Но если мир однороден (а в этом наука не сомневается), то в каждой случайной капле можно обнаружить все его свойства.
Значит… жизненные процессы должны наблюдаться даже в самых простых механических опытах! Но почему же люди этого до сих пор не замечали?
С большим волнением я приступил к опытам со взвешиванием гироскопа. При вращении против часовой стрелки он становился несколько легче, при вращении в обратную сторону утяжелялся (отклонение от веса гироскопа в покое 90 г всего ± 4 мг, но все же!).
Простой эксперимент подтверждал, что, когда направление вращения волчка и ход времени совпадают, возникают дополнительные силы. Измерив их, можно не только вычислить величину C2 (около 700 км/час), но и определить ее знак.
Оказалось, что ход времени нашего мира положителен в левой системе координат. Отсюда возникает возможность объективного определения левого правого:
левой системой координат называется та система, в которой ход времени положителен, а правой — в которой он отрицателен.
Значит, именно ход времени — тот самый материальный мост, о необходимости которого (для согласования понятий левого и правого) говорил еще Гаусс!
Опыты с гироскопами дали еще один принципиально новый результат. Оказалось, что дополнительные силы действия и противодействия могут располагаться в разных точках системы – на стойке весов и на гироскопе.
Получается пара сил, поворачивающих коромысло весов. Следовательно, время обладает не только энергией, но и моментом вращения, который оно может передать системе.
Однако не нужно забывать: мы ставили эксперимент над самым загадочным свойством природы — временем, а гироскопы, весы, подвески — всего лишь орудия (причем весьма грубые), с помощью которых мы исследовали удивительный мир.
Мы ожидали встретить неведомое, и оно проявилось совершенно необычно.
Что может быть хуже для экспериментатора, чем признание горького факта — опыт невоспроизводим. Но у нас иногда все получалось легко, иногда — никакого ожидаемого эффекта.
Усилили причинное воздействие — эффект наблюдается вновь. Так, может быть, у времени, кроме постоянного хода, существует и еще одно переменное свойство — его интенсивность, плотность?
Быть может, у нашей субъективной оценки «пустого», тянущегося времени есть физические предпосылки в самой природе?
Одни вопросы потянули за собой другие. Почему наши опыты летом удаются хуже, чем зимой, а на севере, возле Мурманска, они всегда удачней, чем в Крыму?
Вероятно, плотность времени меняется в широких пределах из-за процессов, происходящих в природе, и наши опыты — своеобразный прибор, регистрирующий эти перемены.
Если это так, то нельзя ли воздействовать одной материальной системой на другую через время? Правда, подобную связь можно было предвидеть, поскольку причинно-следственные изменения происходят не только во времени, но и с помощью времени. Другими словами, в каждом процессе природы тратится или образуется время…
Возьмем простой механический процесс и попытаемся изменить плотность времени. Например, будем поднимать двигателем груз — получается система с двумя полюсами: источником энергии и ее стоком, то есть причинно-следственный диполь.
Один из полюсов диполя приблизим к длинному маятнику, у которого вибрирует точка подвеса. Вибрацию надо настроить так, чтобы эффект отклонения к югу был неполный (еще Гук поставил эксперимент, доказывающий, что тело при падении отклоняется не только к востоку, но и к югу).
Оказалось, если к телу маятника или к точке подвеса приблизить тот полюс диполя, где происходит поглощение энергии (в нашем примере — груз), то «южное» отклонение возрастает.
С приближением же другого полюса (двигателя) эффект, наоборот, неизменно слабел.
Влияние причинного полюса не зависело от направления относительно маятника, и сила воздействия убывала обратно пропорционально первой степени расстояния (а не его квадрату, как было бы в случае силового поля).
Интересно, что даже толстая стена лаборатории не экранировала маятник от таких воздействий (есть данные, что роль такого экрана могут выполнить органические вещества с одними «правыми» молекулами, например, сахар).
Итак, вблизи системы с причинно-следственным отношением плотность времени действительно меняется. Около двигателя происходит разрежение времени, а около груза — его уплотнение.
Образно говоря, время втягивается причиной и, наоборот, уплотняется в том месте, где расположено следствие. Поэтому маятник как бы получает помощь от «приемника» и испытывает помехи со стороны двигателя.
Вероятно, именно поэтому опыты сравнительно легко удаются зимой и в северных широтах и плохо (или даже вообще не удаются) летом и на юге. На юге находится атмосферный двигатель, приводящий в движение весь механизм погоды, и летом он работает очень интенсивно. В наших же краях и севернее проявляются следствия этой деятельности.
Свойства времени чрезвычайно трудно объяснить, прибегая к излюбленному популяризаторами методу аналогий; его воздействие принципиально отличается от воздействий силовых полей.
Причинный полюс сразу создает две равные и противоположные силы, приложенные к телу маятника и к точке подвеса. Происходит передача энергии без импульса, а следовательно, и без отдачи на полюс.
Такая передача энергии обладает важнейшим свойством: она не может распространяться с конечной скоростью (ибо с распространением связан перенос импульса) и должна происходить мгновенно.
Время во вселенной не распространяется, а всюду возникает сразу. На ось времени весь наш мир проектируется одной точкой. Поэтому измененные свойства какой-либо секунды проявятся сразу, убывая обратно пропорционально первой степени расстояния.
Такая мгновенная передача информации через Время не противоречит специальной теории относительности, и в частности относительности понятия одновременности, — воздействие через время осуществляется в той системе координат, с которой связан источник этих воздействий.
Время не может стать, «двигателем» космической ракеты (у него нет «отдачи»), но, овладев его свойствами, люди могут сделать реальной мечту фантастов о передаче информации с неограниченной скоростью.
Океан времени, на преодоление которого свету требуются тысячелетия, можно миновать.
Я делал доклад на коллоквиуме Международного астрономического союза в Брюсселе. Тема физические особенности двойных звезд. Два объекта в этих звездах удивительно похожи друг на друга (по яркости, спектральному типу, радиусу и т. д.).
Возникает впечатление: главная звезда воздействует на «спутник» и постепенно изменяет его облик. Однако расстояние между «близнецами» столь велико, что возможность такого воздействия обычным образом, то есть через силовые поля, исключается. Думаю, отгадка таится во времени.
Система Земля — Луна, по сути, двойная планета. И существует немало данных, что наш спутник физически кое в чем уподобляется Земле.
Сама по себе Луна едва ли сохранила внутреннюю энергию, проявившуюся, например, в извержении газов в кратере Альфонса. Не происходит ли здесь воздействия Земли на Луну через время?
Это лишь два примера, но я уверен, что в природе их множество. Нужно научиться выявлять работу времени, экспериментально изучать его свойства.
Растения и животные, вероятно, уже используют асимметричность нашего мира, течение времени в одну сторону для получения дополнительной энергии.
Теперь этому должен учиться и человек. Все наши машины работают по принципу выравнивания энергетических уровней системы.
Если «причинная» механика позволит обнаружить жизнь вне организмов, научит нас управлять ею, тогда машины будут обновлять, а не исчерпывать активные возможности мира, его ресурсы.
Только так может установиться подлинная гармония человека с природой, человечества со Вселенной.
Доктор физико-математических наук, профессор Козырев Н.
Видео: Пиратский клад из прошлой жизни
Время Вселенной — время от начала до конца мира – мифы и легенды
Ритмы жизни — биологические часы — время и рефлексы в процессе жизни
Время по звездам — составные части звездных часов
Сутки в 52 часа – гипотезы ученых
Возникновение понятия времени
