До настоящего момента практика измерений времени не стакивалась с проблемами, при которых результат измерения не понятен или допускает различные трактовки. Все такие принципиальные проблемы существуют пока только на теоретическом уровне, но от этого их влияние не становиться менее значимым. В современных публикациях постоянно обсуждаются вопросы, связанные с определением одновременности очень удаленных событий. Кроме этого, существует проблема, связанная с равномерностью хода времени вне зависимости от наблюдателя, и с определением природного механизма, который это обеспечивает.
Чтобы понять сложное явление, необходимо сначала разобраться в простых его проявлениях. Время воспринимается как последовательность взаимосвязанных событий. Подсознательно эта последовательность соотносится с физиологическими процессами человека, и формирует у него субъективное чувство временного интервала, а вместе с тем и чувство темпа времени. Это наблюдение вряд ли кто будет оспаривать. Но ведь сплошь и рядом происходят события, взаимосвязь которых не очевидна. Как распределить во времени эти события. В этом случае нас выручает чувство (и связанное с ним понятие) событийной одновременности. Определив одновременность независимого события с одним из событий последовательности связанных событий, мы тем самым включаем независимое событие во временную последовательность.
Закройте глаза, а затем на мгновенье откройте. Все, что вы увидите в этот момент, и будет множеством одновременных событий, время которых определяется по часам, которые вы увидите - это одновременность на физиологическом, бытовом уровне. Одновременность в науке и технике, определяется по синхронным часам, с помощью специальных датчиков. Суть метода от этого не меняется, меняется только погрешность измерения.
Роль погрешности очень существенна, и для ее изучения создана специальная наука, которая называется метрологией. Оказывается, множество событий, увиденных наблюдателем в определенный момент, можно считать или одновременными, или неодновременными в зависимости от требуемой и реализуемой погрешности.
Фундаментальным положением метрологии является утверждение того, что в реальном мире ничто нельзя измерить с абсолютной точностью, т.е. с погрешностью, равной нулю.
С тех пор как было установлено, что скорости света присущ удивительный набор свойств: предельно возможная скорость распространения и относительное ее постоянство, - эти свойства стали использовать для определения одновременности удаленных событий. По этому вопросу разногласий практически не возникло, принято соглашение, по которому при измерениях, использующих дальнюю оптическую связь или радиосвязь, для определения одновременности учитывать время прохождения сигнала. Окончательное документальное обоснование и описание этот метод получил в методике синхронизации удаленных часов, которую разработал Эйнштейн.
Часы называются синхронизованными, если в любой момент времени их показания совпадают. Методика Эйнштейна чуть-чуть с лукавинкой, она описывает только установку показаний двух одинаковых часов в заданный момент времени. Такая синхронизация удаленных часов проблему дальних измерений полностью не решает. Остается еще очень сложный вопрос: будут ли совершенно одинаковые часы, одинаково выставленные в некоторый момент времени, продолжать далее идти синхронно. Эйнштейн уклоняется от этого вопроса, он изначально и походя ставит условие: часы должны быть идентичными. Но совершенно очевидно, если одновременно установить время на идентичных маятниковых часах на Луне и на Земле, то синхронно они идти не будут. Одинаковые часы будут идти синхронно только в одинаковых условиях. Если же условия отличаются, а это практически всегда так и есть, то необходимо использовать для измерений часы, инвариантные к несовпадающим условиям. Инвариантные часы предполагают в своей конструкции наличие инвариантных эталонов времени. Оказалось, что таких универсальных часов на все случаи жизни не существует принципиально. И условием, которое не позволяет часам идти синхронно является самое распространенное в природе явление - взаимная скорость перемещения.
После разработки методики Эйнштейна (и многих ее разновидностей), практика синхронизации близко размещенных часов вовсе не изменилась. Это вызвано тем, что разница результатов двух методик (старой и новой) была ничтожной, и незаметной в относительно огромной погрешности синхронизируемых часов. Такое положение, при проявлении невнимательности, приводит к формированию стереотипа, который иногда может сыграть злую шутку. Так, например, случилось с астрономом Хабблом, который сформулировал свой знаменитый закон об удаляющихся галактиках (V=H*r) в классических традициях, т.е. без учета задержки сигнала во времени. В результате, при анализе и интерпретации закона (также без учета задержки сигнала), возник призрачный феномен ускоренно разлетающихся галактик, ускорение которых происходит без видимых причин. При правильной интерпретации, с учетом задержки светового сигнала, реально происходит естественное замедляющееся расширение. Ошибку было бы легко исправить, но оказалось, что есть круг людей, весьма заинтересованных в ней. Подробный анализ этой курьезной ситуации проведен в авторской статье, [5].
Существование времени логически следует из диалектического принципа причинности. Суть принципа в том, что ни одно событие в мире не происходит само по себе, а неизбежно имеет причину, и само при этом является причиной для следующего события. Связанные события, причина и следствие, не могут произойти одновременно. Приведенное определение является не полным, но здесь его достаточно. Казалось бы, в определении все ясно и просто, но это кажется. В жестком требовании несовпадения времени причины и следствия ничего не сказано о допустимом интервале между ними. Создается парадоксальная ситуация, существование времени следует из определения принципа причинности, которое само по себе опирается на временное понятие "одновременность". При этом требование одновременности сформулировано в абсолютных критериях (без указания погрешности), которые на практике нельзя ни реализовать, ни проверить.
Общая трудность в осознании природы времени происходит от смешения подсознательного стереотипа физиологического восприятия, которое можно назвать субъективным чувством "темпа времени", с реальными проявлениями времени. Чтобы выявить и устранить влияние искажающего стереотипа, необходимо его осознать, а для этого надо сделать значительное внутреннее усилие. Для облегчения этой не простой задачи, можно предложить следующее мысленное упражнение.
Сначала необходимо осознать общую суть субъективности восприятия. Так как мы живем в мире непрерывно происходящих событий, цепь которых не прерывается, то пространство постоянно наполнено распространяющейся (летучей) информацией (запах, звук, цвет и свет). Перечисленные параметры в природе, без человека, не существуют. Есть только ароматические молекулы, механическое колебание различных сред и множество разных фотонов. Самым емким из носителей информации, видимо, является свет. Свет формирует у нас и чувство объемного пространства, и чувство времени, в формировании которого участвуют и все остальные органы чувств.
Характер и суть субъективности нашего восприятия мира легче всего понять на анализе цветового восприятия. Мысленно закройте глаза. Мир станет абсолютно черным. А теперь постарайтесь понять, что это не игра вашего воображения, а это почти так и есть на самом деле, если убрать и черный цвет. В смысле цвета - мир никакой. Весь мир пронизан фотонным излучением, которое принято считать электромагнитным, как и радиоволны. Радиоволны существуют в огромном диапазоне частот, но мы не видим это многообразие, только узкий диапазон фотонного излучения вызывает, если вы не дальтоник, ощущение цвета. У электромагнитного излучения цвета нет, значит, и у фотонов его нет, а только импульс с разной энергией. Цвет - это субъективное ощущение величины и направления импульса фотона, которое человек физиологически формирует в своем организме с помощью биологических приборов (глаз) и биологических анализаторов. Нет способа убедиться, что красный цвет все видят одинаково, но можно доказать, что часть людей видит один и тот же цвет по-разному, это дальтоники. И все-таки, принято считать, что большинство людей воспринимают цвет одинаково. Это логично, т.к. подтверждается общечеловеческой практикой, а также находит обоснование в идентичной физиологии глаз и мозга.
Теперь заставьте себя понять, что любое наше субъективное (физиологическое) ощущение соответствует (не совпадает, а именно, всего лишь соответствует) конкретному реальному физическому воздействию. Нашему ощущению "темпа времени" соответствует физическое восприятие очередности событий, происходящих относительно друг друга с разными темпами. Можно ли узнать скорость следования событий? Конечно можно, но только, как и любую физическую величину, в сравнении с выбранным эталоном.
Напомним, что эталон - это некоторый природный, или искусственный, объект (или процесс), который позволяет производить относительное сравнение удаленных, или разнесенных во времени произвольных объектов и процессов, без перемещения и совмещения сравниваемых объектов и процессов, методом сравнения их с эталоном.
В словах "позволяет производить" скрыт большой смысл, который означает, что параметр эталона, который используется для измерения, не должен зависеть от изменения внешних условий, т.е. в идеальном случае он должен быть инвариантом.
Интуитивная уверенность в том, что инвариантные эталоны для времени и для протяженности непременно существуют, подвигло мировое научное сообщество признать общий принцип относительности фундаментальным законом. Чем был вызван этот акт средневекового начетничества - вопрос к историкам. Но прецедент был создан: возникла официальная (диктуемая сверху) наука, поставившая себя выше опыта. Постановление Президиума АН от 1964 года, рекомендующее любую критику ТО не принимать к рассмотрению, наравне с заявками на изобретение вечного двигателя, фактически установило границу (заградительную стену) на пути развития науки в этом направлении, и уже возник призрак инквизиции. Теперь любой исследователь, столкнувшись с фактом не соответствующим ТО, должен решать нравственную проблему: удовлетворять свою любознательность и дальше, рискуя быть обвиненным в сумасшествии, или скрыть обнаруженный факт, а может, даже его фальсифицировать. Первый вариант ставит крест на карьерном росте, а второй - на принципиальности и нравственности ученого.
Результаты исследований электромагнитного излучения свидетельствуют, что инвариантного и универсального эталона времени, обеспечивающего общий принцип относительности, не существует. В двух произвольных, взаимно перемещающихся системах, принципиально невозможно синхронизовать часы, действующие на основе линейного преобразования эталонного параметра. Лоренц нашел формулу реальных (нелинейных) преобразований координат для взаимно перемещающихся систем, и тем самым фактически опроверг закон, жестко трактующий общий принцип линейной относительности.
Интуиция исследователей, тем не менее, продолжала подсказывать существование некоего, пусть не линейно инвариантного, а функционально детерминированного, но все-таки единого для всех и вся, времени. В какой же форме может выражаться требование к единому времени. Достаточно объемные и многоплановые логические построения приводят к выводу, что существование единого относительного времени Вселенной возможно только при возможности определения скорости движения произвольной системы относительно общего однородного пространства. Это и есть мера условности единого времени. Все философии, признающие материальность пространства, такую возможность допускают. Единое относительное время является необходимым атрибутом существования стационарной Вселенной, если мы ее понимаем как единую систему.
Элементарная математическая проверка произвольными подстановками, с использованием преобразований Лоренца, свидетельствует, что без введения единого пространства, единое время можно ввести только для двух систем, и не более. Для трех и более систем, это уже не удается.
Практический поиск эталонных образцов временного интервала, обладающих максимальной инвариантностью, однозначно определяет тенденцию на уменьшение размеров эталона. Экстраполяция этой тенденции приводит к выводу, что максимально универсальный эталон может быть реализован природой на квантовом уровне, и это предположение очень естественное. Действительно, все разнообразие вещественного мира реализовано на всевозможных комбинациях всего двух элементарных частиц: протона и электрона (если нейтрон считать составной частицей). В этом случае, если две квантовые структуры (системы), протон и электрон, имеют внутренние стандарты интервала времени, и эти два стандарта изменяются абсолютно одинаково при изменении внешних условий, то в этом случае есть все основания для предположения о существовании единого, реального времени Вселенной. Почему только основания для предположения? Да потому, что для существования единого времени, как видно из выше изложенного, необходимо дополнительное условие, чтобы во всей Вселенной протон и электрон были стандартными.
Но и в этой, уже более определенной ситуации, остается сакраментальный вопрос, что за механизм определяет объективный темп хода времени. Самое непротиворечивое представление о реальном времени (и о нашем ощущении) позволяет сформировать квантовая модель мира. В этой модели все объекты состоят из стабильных квантов, имеющих конечный размер, а все процессы реализуются квантовыми порциями. Хотя квантовый мир реализует все, что есть в макро мире, в квантовый мир нельзя без оглядки переносить привычные действия и понятия из макро мира. Например, пространственный квант не может сместиться на половину своего размера, т.к. в квантовом мире именно размер кванта является фундаментальным первичным эталоном по определению. Фундаментальный квантовый эталон отличается от эталонных макро образцов, которые на практике принято тоже называть просто эталонами, тем, что величина ни одного реального объекта не может быть выражена дробным количеством эталонов, размер фундаментального эталона является наименьшим из всех возможных и всегда равен единице.
Квантовый принцип легко воспринимается в отношении почти всех реальных параметров материи. Однако, применение квантового подхода ко времени, вызывает известные трудности. Время является параметром каждой локализованной системы, и при этом является общим системным параметром Вселенной. Последнее утверждение не является доказанным, это всего лишь интуитивное чувство, находящее подтверждение в повседневной практике, и тем не менее вызывающее смутное неудовлетворение.
Так, как же все-таки представить физическую модель времени или как представить квант времени? Практика уже ответила на этот вопрос. Дело в том, что квантовые принципы взаимодействий реализуются во всех современных вычислительных машинах (компьютерах). Аналогом кванта времени в этих машинах является не тактовая частота (и соответственно период) процессора, а продолжительность программно определяемого цикла, который является стандартом (параметром) так называемого режима "реального времени" (on-lain).
Суть этого режима одновременно и проста, и достаточна сложна. Простота - в осуществленной реализации, а сложность - в глубинном значении реализованного. В этом режиме события являются (определены) одновременными, если они произошли в интервале заданного временного цикла. При этом необходимо выполнить два жестких условия: первое, все события, которые должны произойти одновременно, должны быть реализованы в течение этого цикла; и второе, все события должны быть реализованы только один раз, на одну ступень принципа причинности (одну квантовую ступень).
Реализация этих двух условия, выполнение которых осуществлено во всех вычислительных комплексах реального времени, и есть задача для природного механизма времени. Она не может быть решена в рамках только временных представлений, т.к. затрагивает механизм реализации временного интервала конкретными и повсеместными физическими взаимодействиями материи Вселенной. Но естественное вовлечение в решение проблемы всеобщих физических взаимодействий приводит к революционному выводу: Вселенная должна быть конечной, а взаимодействие, которое формирует квантовый цикл, должно распространяться на всю Вселенную за время формируемого цикла, а это значит, что мгновенно для внутреннего наблюдателя (нас с вами).
В этом утверждении нет ничего фантастического, из него лишь следует, что вселенные очень велики, но конечны, и что их бесконечное множество, если мир бесконечен.
Предположение о конечности Вселенной сразу снимает (решает) третий парадокс Ньютона. Наверное, исходя из математической безупречности расчетов Шезо и Ольберса, этот вывод (хотя бы гипотетически) можно было сделать уже в их время.
Человечеству пока не известен механизм реализации квантового временного интервала Вселенной. Но в природе он, похоже, реализован, и даже известен исполнитель. Исполнителем квантового временного принципа является гравитация. Совершенно точно известно, что нижняя скорость (это значит, что истинная может быть только больше) распространения гравитации, это скорость света, умноженная на 10 в седьмой степени. Числовое значение этой величины все время увеличивается по мере совершенствования гравитационных измерений, и видимо, должна быть окончательно признанной как мгновенная скорость, в квантовом смысле.
Пояснить феномен моментального распространения гравитации, или самый загадочный парадокс Ньютона, можно исходя из особенностей реализации "режима реального времени" в квантовых структурах. Предположим, что в компьютере для реализации второго условия, необходимого при "режиме реального времени", требуется один час времени. Вычислительная машина с таким значением параметра "реального времени" будет работать чрезвычайно медленно. Но эта неимоверная медлительность будет фиксироваться только внешним наблюдателем, пользующимся привычным, и общим для всех, эталоном реального времени, т.е. чувством времени, с которым мы живем. Если же наблюдателя внедрить в систему, реализуемую медленной машиной, то такой наблюдатель, если он сам будет выполнять второе условие, будет ощущать себя в привычном реальном времени. Этот эффект связан с тем, что пока процессор за время цикла (несколько микросекунд или несколько часов) поочередно выполняет миллионы операций, в каждый конкретный момент времени выполняется только одна операция, все остальные находятся в состоянии "стоп-кадра".
Таким образом, приходим к выводу, что ход времени заданной системы может быть количественно выражен только сравнительной характеристикой относительно другой (внешней) системы. Темп последовательности событий в квантовом мире задается длительностью параметра "реального времени", который может иметь значения только n*dt, где dt это природный первичный квант времени (первичный эталон с интервалом - единица). Разгадка парадокса в том, что, как и в примере с вычислительной машиной, природный цикл (n*dt) не является первичным эталоном, и может длиться сколько угодно долго, выполняя при этом функцию единого эталона времени (квантового цикла), т.е. для нас это будет субъективная константа, равная единице. Мы, в качестве внутренних наблюдателей, никогда этого ни заметить, ни измерить не сможем. Это означает, что гравитационные взаимодействия физически могут иметь любой конечный темп исполнения (распространения), но он для нас никогда не будет иметь прикладного значения, т.к. любое гравитационное взаимодействие (при любой его скорости, измеренной первичным эталоном) будет субъективно восприниматься нами как мгновенное. Этот эффект и есть решение знаменитого первого парадокса Ньютона. Это не очень просто понять. Но если бы было просто, то не было бы парадокса.
Вывод. Если Вселенная представляет собой единую квантовую систему, то в рамках такой системы допустимо мгновенное распространение информации, обеспечивающей формирование единого вселенского кванта времени. Это положение распространяется только на один общесистемный и системообразующий параметр, которым является гравитация. Вся остальная информация и взаимодействия, которые ее формируют, принципиально не могут превысить допустимую квантовую скорость для заданной системы. Величина этой скорости следует из определения квантовых принципов: за время единого кванта dT=(n*dt) объект максимально может сместиться на расстояние dX=(n*dx), где n, вероятнее всего, равно единице. Таким образом, возможная максимально допустимая скорость любого объекта Вселенной не может превышать величины dX/dT.
Реальная продолжительность единого кванта не имеет физического смысла, т.к. в физиологическом аспекте является первичным универсальным эталоном времени. Однако, физический процесс формирования вселенских временных циклов (первичных физиологических квантов) формирует в нас также субъективное физиологическое чувство интервала времени, величина которого поддается измерению. Выбрав эталонный образец для практических нужд, его величину можно выразить в представлении первичного квантового эталона. Рассмотрим пример, создадим новую условную единицу длины "новый метр" с обозначением "нм". Определим, что 1нм=3dx, т.е. один новый метр равен трем пространственным квантам, и изготовим его. В этом случае допустимо обратное преобразование 1 квант =1/3 нм, т.е. мы можем выразить размер первичного кванта в привычных бытовых единицах. Однако, в общем случае, это преобразование не будет удовлетворять условиям ковариантности по отношению к размеру кванту. В нашем примере допустимо поинтересоваться, сколько квантов в половине нм, ответ будет некорректным - 1,5 кванта, что не имеет физического смысла. Реально может быть или 1/3, или 2/3, но это относится только к конечному результату, в промежуточных вычислениях эту некорректность допустимо не учитывать. Таким образом, в практике теоретических расчетов такие преобразования и сопутствующие операции вполне допустимы, необходимо только специально анализировать эту ситуацию, и корректно ее интерпретировать. Для макро операций влияние такой некорректности обычно устраняется допустимой, значительно большей, погрешностью.
На основании выше сказанного, из имеющихся значений мировых констант можно определить величину субъективного квантового интервала, он равен dT=1,351*10^(-44) сек, это и есть количественное выражение нашего субъективного чувства времени, выраженного в секундах. Однако, в природе при отсутствии человека никаких масштабов нет, есть единый универсальный эталон интервала времени - это квант времени. Все процессы Вселенной синхронизированы этим эталоном. Если бы это было не так, то мир не был бы таким гармоничным. Вряд ли в таком мире можно было реализовать законы физики, в мире царил бы хаос.
Если все природные взаимодействия представить в относительных квантовых масштабах, то все относительные размеры будут совершенно объективными, вне зависимости от присутствия или, вообще, от существования человека. В объективных квантовых характеристиках нет места другим масштабам, кроме эталонных квантов: квант протяженности, квант временного интервала, квант инвариантной массы и т.д.
Вне квантовых представлений объяснить первый парадокс Ньютона невозможно. Но и в рамках квантовых представлений восприятие эффекта (теперь уже бывшего парадокса) требует соответствующей подготовки. У людей, не имеющих достаточных знаний и, главное, навыков в области компьютерной информатики, могут возникнуть некоторые затруднения при интерпретации модели, реализующей субъективно мгновенное распространение гравитационного взаимодействия. Более подробно о механизме гравитации и эффекте ее моментального распространения можно прочесть в авторской статье [6], адрес в Интернете: http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10168.html.
Еще раз повторим, найденное значение субъективного квантового интервала нельзя считать реальным интервалом, т.к. в природе нет определения секунды. В природе нет интервалов в человеческом понимании, как нет цвета электромагнитного излучения. Но есть выделенная последовательность взаимосвязанных событий (тактов), которая жестко связана абсолютно со всеми остальными последовательностями, существующими во Вселенной, единым темпом квантовых реализаций.
Желание узнать некий, истинный, ход времени, выраженный в интервалах, в отсутствии человека, является не корректным. Это также не корректно, как желание определить окружность Земли в шагах инопланетянина, или спросить цвет неба, который видят аборигены других галактик.
В рамках понятия "время" можно узнать только относительный порядок одного процесса по отношению к другому, или продолжительность в тактах. При этом относительные скорости реальных процессов в тактах - абсолютно реальны, и будут определять взаимодействия объектов во Вселенной вне зависимости от существования человечества.
Остался еще один не рассмотренный проблемный вопрос: может ли время развиваться вспять. На данный момент ни в одной из философских школ нет определения времени с отрицательным темпом развития. Как только такое определение появится, вместе с примерами таких процессов (хотя бы предположительно), так обязательно будет найдено и доказательство их невозможности. Можно предположить, что универсальным доказательством невозможности движения времени вспять является принципиальная невозможность сформулировать корректное определение этого призрачного понятия.
Заключение. Как видно из материала статьи, в квантовой интерпретации, все мистические свойства времени исчезают, и все становится достаточно просто и естественно, даже бесконечная скорость распространения гравитации.
Нижний Новгород, апрель 2010г.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
--
А. Эйнштейн. Собрание научных трудов (СНТ), М. Наука 1965г.
--
А.М. Прохоров. Большая Советская Энциклопедия (3 редакция).
--
В.А. Уваров. Специальная теория относительности, М.: Наука, 1977.
--
Физический энциклопедический словарь. М. Советская энциклопедия, 1983.
--
В. Леонович. Красное смещение, закон Хаббла и расширяющаяся Вселенная. Интернет, сайт Проза.ру.
--
В. Леонович. Концепция физической модели квантовой гравитации. Интернет, сайт Новости Науки и Техники