А. К. Юхимец
“Пространствои время – основные понятия всех разделов физики. Они играют главную роль наэмпирическом уровне физического познания – непосредственное содержаниерезультатов наблюдений и экспериментов состоит в фиксациипространственно-временных совпадений. Пространство и время служат также однимииз важнейших средств конструирования теоретических моделей, интерпретирующихэкспериментальные данные. … Пространство и время имеют решающее значение дляпостроения физической картины мира. … Современной теорией метрических свойствпространства и времени является теория относительности – специальная.
Специальнаятеория относительности…объединила пространство и время в единый четырехмерныйпространственно-временной континуум – пространство-время” (Физическийэнциклопедический словарь — М.: Сов. энциклопедия, 1984, с.592).
Доначала двадцатого века наши представления о том, как устроен мир в своейфундаментальной основе, как оказалось, были во многом наивными и примитивными.И хотя, в общем то, учёные склонялись к тому, что мир должен быть единым всвоей основе, порой высказывали удивительно прозорливые для своего временидогадки по этой проблеме, истинный смысл этого единства не был до конца ясен. Вто же время, материалистическая философия уже в течение нескольких вековуказывала правильное направление в поисках этого единства. Это материальностьмира и взаимообусловленное движение материи в той или иной форме во всех еёчастях. Но когда учёные, и прежде всего физики, проникая всё глубже и глубже вто, как “устроена” материя, на деле стали сталкиваться с проявлениями этогоединства, это в какой-то мере застало их врасплох. Квантовая механика и всёпоследующее развитие всей современной физики стали для учёных полнымоткровением. Осмысление новых результатов и новых идей давалось с большимтрудом, проходило в муках, а порой казалось просто безумием. В этих условиях нетрудно было допустить ряд ошибок и не вполне корректных формулировок попринципиально важным понятиям не только физики, но и всего нашего бытия. Кчислу таких понятий нужно отнести и “время”.
Каксказано выше, современной теорией метрических свойств времени являетсяспециальная теория относительности (СТО). Но именно в трактовке этой теории ибыли допущены серьёзные ошибки в отношении понятия “время”. Самой грубой из нихбыло устранение из теории понятия абсолютно текущего (а по сути, объективнотекущего) времени. Кроме того, ни в одной из работ Эйнштейна не сказано, что жеследует понимать под течением времени, хотя это и есть сама суть понятия“время”. Ведь, в конечном счёте, все наши измерения времени сводятся к одному –установить, сколько же времени протекло “от” и “до”. Внесена путаница и в пониманиеодновременности разноместных событий, хотя это понятие названо“фундаментальным”. Разобраться со всем этим и поставить всё на свои места автори хотел бы в данной статье.
Понятиевремени тесно связано с понятием движения. Абстрагируясь от реального положениявещей, можно сказать, что если бы в мире не было никакого движения, никакихизменений, то понятие времени просто бы не понадобилось. Материя как таковаябез движения была бы, очевидно, некой безликой, аморфной, однородной средой,одинаковым во всех своих частях субстратом. Если условно применить к такойматерии понятие времени, то можно сказать, что в нём мгновение и вечность былибы неразличимы.
Нотакой материи нет, и всё то огромное разнообразие реального мира, которое мынаблюдаем, связано именно с движением материи, с огромным многообразием формэтого движения, с взаимодействием одних форм движения с другими, с непрерывнымпереходом, превращением одних форм движения в другие в результате этоговзаимодействия. И всё это происходит на всех структурных уровнях существованияэтого движения. А то, что это не носит характера полного хаоса, связано ссуществованием определённых закономерностей в этом движении, закономерностей вотношениях между различными формами движения.
Различныеформы движения длятся, чередуются, вступают между собой в разного родавзаимодействия. Чтобы понять, какой порядок существует во всём этом, чтобыобъективно охарактеризовать различные формы движения, установить между нимивзаимосвязь и взаимообусловленность, нам и необходимо понятие времени. Наконец,оно необходимо нам и для согласования нашего собственного существования, какодной из разновидностей форм движения материи, со всеми теми формами еёдвижения, которые окружают нас в этом мире.
Движенияпротекают непрерывно во всех частях мирового пространства, в каждой его точке.Отдельные элементарные формы движения материи, локализуясь довольно чётко внекоторой ограниченной части пространства (в некотором очень малом объёме),способны довольно долго сохранять свою индивидуальность, даже изменяя своёрасположение в пространстве, т.е. перемещаясь в нём, и даже взаимодействуя неочень сильно с другими подобными формами движения материи. Таковы элементарныечастицы, самой стабильной из которых на сегодняшний день является протон.
Любаяэлементарная частица, существуя какое-то время как нечто обособленное впространстве, имеет своё некоторое довольно интенсивное самоорганизованноевнутреннее движение. С этим движением связана и её инертность (инертная массаm), и её внутренний импульс mc и её внутренняя энергия mc2, и ряд другихфизических характеристик.
Хотякаждая элементарная частица как бы заключена в ничтожно малой частипространства (в ничтожно малом объёме), считать её полностью обособленной, илиизолированной, от всех других форм движения материи, от всего остального мираникак нельзя. Каких-то чётких границ, как можно судить из всей современнойфизики, у неё просто не существует. Даже когда она прямо не взаимодействует сдругими подобными ей элементарными формами движения материи, она непрерывновзаимодействует с некоторыми волновыми формами движения материи, которыепронизывают всё мировое пространство (весь объём материи), накладываясь друг надруга и образуя чрезвычайно сложную интерференционную картину волновогодвижения всей материи и в целом, и в каждой её части. К тому же каждаяэлементарная частица, как об этом опять же можно судить из современнойквантовой физики, и сама является источником некоторого своего собственноговолнового движения.
Волновоедвижение в материи не связано с прямым перемещением одних частей материиотносительно других её частей, а носит характер изменения её физическогосостояния от точки к точке по ходу волнового фронта. Эксперименты по дифракциифотонов и электронов прямо указывают на то, что и само перемещение элементарныхчастиц не есть перемещение материи внутри материи, а также есть некоторая формапоследовательного изменения её состояния, с чем мы и связываем физическоеперемещение “частиц” в пространстве.
Изэлементарных форм движения материи (протонов, нейтронов, электронов) образуютсяболее сложные самоорганизованные структурные формы пространственнолокализованного движения со своей сложной индивидуальной картиной волновогодвижения. Это, как мы знаем, и есть атомы, которые дальше объединяются вмолекулы и т.д.
Всете твердые тела, не говоря уже о жидкостях и газах, с которыми мы имеем дело внашей повседневной жизни, да и мы сами, а также объекты космических масштабов,в конечном счёте, являются некоторыми временно устойчивыми пространственнолокализованными формами самодвижения материи. Эти сложные формы способныперемещаться в пространстве, сохраняя своё интенсивное внутреннее движение, егонекоторые индивидуальные формы, его самоорганизацию до самого элементарногоуровня. И в то же время, это в целом и некоторый чрезвычайно сложныйпространственно локализованный волновой процесс, некоторая формасамоорганизованного волнового процесса, непрерывно взаимодействующего со всемокружением. Тела обладают инертной массой, внутренним и внешним импульсом, аследовательно, внутренней и внешней энергией. Это и есть потенциальная икинетическая энергия тел. Как показывают расчёты на основе СТО (с изменённой еётрактовкой), потенциальная энергия тел связана именно с их собственнымвнутренним движением и с взаимодействием этого движения с окружающими телаполевыми формами движения материи. А в существующей трактовке СТО вопрос опотенциальной энергии вообще не затронут.
Наивнымбыло также полагать, что внутренняя самоорганизованная форма движения тел, счем связаны и их размеры, при движении тел, при изменении этого движенияостаётся неизменной. Именно это принималось в классической механике, имевшейдело с относительно небольшими скоростями движения тел, а когда голландскийфизик–теоретик Г.А Лоренц предложил пересмотреть это, его обвинили впривнесении в физику произвольных гипотез. На самом же деле гипотеза обизменении размеров тел при их движении была совершенно естественной, так же каки гипотеза об изменении длительности внутренних циклических процессов вдвижущихся телах и измерительных системах на их основе. И всё это, конечно же,определённым образом должно проявляться и в тех внутренних связях междуразличными формами движения внутри твёрдых тел, которые мы называем внутреннимисилами, что и пытался установить Лоренц. Его подход был и естественным, иистинно физическим. А предложенный А. Эйнштейном и принятый физикамиаксиоматический подход к построению физической теории, в общем то, для физикине годится. Физика как наука призвана устанавливать связи между причинами и ихследствиями, пусть даже в вероятностной форме, что тоже на фундаментальномуровне движения материи совершенно естественно. Сегодня это уже очевидно ипринципиально связано с размыванием условных границ одних элементарных формдвижения материи и переходом их в другие элементарные формы движения принепрерывном их взаимодействии, что и наблюдается в физическом вакууме.
Таккак в объектах космических масштабов с большими массами сконцентрированоогромное количество элементарных форм движения, тесно взаимодействуя всевместе, они уже не могут сохранять свою индивидуальность (своюсамоорганизованность и устойчивость). Одни из них распадаются, с другимипроисходят самые разные превращения, образуются новые формы. “Выживают” исохраняются только наиболее устойчивые.
Номы ещё раз хотим подчеркнуть, что абсолютно всё, с чем мы встречаемся вприроде, есть ни что иное, как некоторые формы самодвижения материи, еёнекоторого единого субстрата. А само понятие времени коренным образом связано сдлением и прерыванием (или чередованием) этих движений. Оно также связано с ихизмерением, а любое измерение требует меры. Но дление движения и должно бытьизмерено некоторым определённым движением с его определённым длением, сопределённой мерой дления. Мера же всегда дискретна.
Эталонизмерения, или единица измерения, принимается из того же, что и измеряется.Пространственную протяжённость мы измеряем эталоном протяжённости, массуизмеряем эталоном массы, электрический заряд – эталоном заряда и т.д. Но чтобынаши измерения были надёжными, прежде всего, должен быть надёжным эталонизмерения. Мы говорим, что он должен быть стабильным. Он не должен подвергатьсявлиянию внешних условий. Но в принципе таких идеальных эталонов реально нет,так как абсолютно всё в природе в той или иной мере подвержено влиянию внешнейсреды, в той или иной мере взаимодействуя с ней. Но мы можем найти в природенечто близкое к тому, что может нас вполне устроить.
Дляизмерения времени используются регулярные периодические, иначе циклические,движения. Они и длятся и чередуются. Что для измерения времени более всегоподходят именно такие движения, понял в своё время ещё Аристотель. Но сегоднямы должны сказать, что только такие и подходят.
Когдавсё же время стали измерять строго, на научной основе, вначале за эталонвремени были приняты солнечные сутки. Потом солнечные сутки заменили такназываемыми звёздными сутками. А когда астрономы установили, что болеерегулярным процессом, чем суточное вращение Земли, является её обращение вокругСолнца, за эталон времени была принята эфемеридная секунда как определённаячасть длительности тропического года. Но мы не будем уточнять здесь их суть иразличия, а скажем лишь, что это и были попытки выбора надёжного, стабильного иудобного эталона времени.
Когдабыл изобретён маятник, то малые промежутки времени стало удобно измерять с егопомощью, и были созданы соответствующие эталоны. На их смену пришли болееточные кварцевые часы, в которых ход времени (его течение) определяетсяколебаниями пластин из высококачественного кристаллического кварца. Однако, вконце концов, учёные пришли к выводу, что: “Макроскопические тела принципиальноне могут служить абсолютными хранителями времени. Причина – неустранимые инеконтролируемые изменения систем, состоящих из огромного числа атомов”(Физический энциклопедический словарь, с.91).
Былисозданы атомные эталоны времени, и с 1967 г. Генеральной конференцией по мерами весам в качестве атомной секунды принято определённое количество периодовэлектромагнитных колебаний, соответствующих некоторому квантовому переходуатома цезия. Таким образом, наиболее стабильный эталон времени (равно длениядвижения), как этого и следовало ожидать, найден сегодня на одном из самыхэлементарных, а следовательно, и самых фундаментальных, уровней движенияматерии. Там же, кстати, найден и эталон протяжённости. И это тоже не случайно,так как электромагнитное циклическое движение характеризуется не толькодлительностью, но и протяжённостью создаваемого им волнового процесса. Однакодалее в отношении самой сущности понятия времени необходимо внести некоторыеуточнения.
Вышемы уже говорили, что если бы у материи не было никаких движений, то и непонадобилось бы и никакого понятия времени, хотя материя и продолжала бысуществовать, и это существование продолжало бы длиться. Но это дление не имелобы никакой разметки, а следовательно, и не могло бы иметь и никакой физическойоценки. Именно периодическое (тем самым уже размеченное) движение придаётпонятию “время” реальный физический смысл. Но, в конечном счёте, размечаетсяименно дление существования движущейся материи. Хотя материя реально и несуществует без движения, всё же дление её движения как бы вторично по отношениюк длению самого существования материи. Можно представить себе материю бездвижения, но в принципе невозможно представить себе движение без существованияматерии.
Существованиематерии, непрерывное дление этого существования является самой первичнойсущностью. Движение уже как бы накладывается на существование, и дление движенияуже вторично по отношению к длению существования. Можно прервать длениедвижения любой какой-либо его конкретной формы, но невозможно прервать длениесуществования всей материи в целом и каждой его части в отдельности, так же,как и её движения вообще. Материя неуничтожима и несотворима, и её движениетоже. Она существует вечно, в то время как формы её движения преходящи ивзаимопревращаемы. Следовательно, природа самого течения времени, т. е. тойобъективной сущности, с которой мы и должны связать само понятие объективнотекущего времени, и есть дление существования движущейся материи вообще,безотносительно к какой-либо его конкретной форме. И это дление существования,это течение объективного времени абсолютно и ни от чего более не зависит. Асами конкретные формы движения могут изменяться, они могут длиться и больше именьше, могут и ускоряться и замедляться.
Сдругой стороны, понятие объективно текущего физически измеримого (или простофизического) времени с необходимостью включает и его разметку (периодичность),т.е. прерывность. Это есть принципиально неразделимое (иначе, диалектическое)единство непрерывного и прерывного в понятии “физическое время”. Другимисловами, объективно текущему физическому времени объективно присуща иметричность. Она присуща самим фундаментальным движениям материи.
Именнострогая цикличность элементарных форм движения материи лежит в основеструктурирования всех других более сложных форм её движения, всей цикличностина всех уровнях движения в мире. Благодаря цикличности возможны закономерныеотношения между различными формами движения.
Длениедвижения физически отражает дление существования и каждой конкретной формыдвижения, и всей материи в целом. Поэтому течение времени, его объективныйфизический темп, может быть выражен только через темп физического движения.Такой физический темп и представлен в эталонном движении с его постояннымколичеством циклов в принятой единице измерения времени (секунде).
Постоянноеколичество циклов в эталоне ещё не обеспечивает стабильности эталона времени.Ведь мы можем принять за эталон лишь один цикл. Здесь всё заключается вудобстве для целей практики. Поэтому важна стабильность длительности каждогоцикла. Эталонное физическое движение как раз и должно обеспечить такуюстабильность. Однако это ещё не всё. Это обеспечит нам правильность отсчёта(высокую точность) лишь относительно больших промежутков объективно текущеговремени. Но чтобы эталонное движение, его темп был адекватен темпу самоготечения времени, чтобы он в полной мере физически выражал это течение,эталонное движение и в целом, и в каждом отдельно взятом цикле должно бытьстрого равномерным и всегда постоянным, одним и тем же при любых условиях.Только такой эталон может принципиально правильно обеспечить нам физическиэквивалент абсолютно текущего времени, а строго периодические отметки на этомдвижении обеспечат нам его принципиально правильное измерение, или строгуюметрику. Лишь с помощью такого эталонного движения мы можем дать подлиннуюфизическую оценку любым другим измеряемым движениям.
Еслиснова вспомнить о маятнике, то его движение не адекватно течению времени.Маятник ускоряется и замедляется в каждом цикле своего движения. Он лишьобеспечивает более или менее строгое соблюдение длительности полногоколебательного цикла. Более или менее, так как его движение подвержено влияниюряда факторов, и это принципиально неустранимо. Кроме того, маятник вовсе непригоден для измерения промежутков времени, меньших длительности цикла егоколебания, или соизмеримых с ним. С его помощью можно более или менее строгоизмерять только такие временные промежутки, которые значительно превышаютдлительность одного цикла колебания.
Извсех движений, известных сегодня науке и, очевидно, существующих в природе,электромагнитный волновой процесс более всего подходит в качестве эталонного.Не случайно, что, в конце концов, учёные и вышли именно на него. Но и этодвижение не всегда отвечает идеальному абсолютному эталону.
Каксегодня известно, скорость распространения электромагнитных волновых процессовне является строго постоянной, а зависит от наличия в пространстве массивныхкосмических тел. Не сохраняется также и частота электромагнитных колебаний,даже при одних и тех же квантовых переходах. К тому же последняя ещё и зависитот скорости движения источника излучения.
Такгде же выход в решении проблемы времени, в строгом определении его объективноготечения и отсчёта? Опять же, как сегодня ясно, здесь может быть два подхода.Практически они уже и используются сегодня, хотя ещё и не осмыслены в полноймере.
Вотпервый из них.
Изобщей теории относительности (ОТО) известно, что любые локальные измеренияскорости света (электромагнитного волнового процесса) дают нам одно и то жепостоянное число. Оно измерено сегодня с большой точностью. Далее, у нас естьобщепринятый эталонный волновой процесс. Можно считать, что с его помощью мы иизмеряем истинный ход времени. А то, что этот процесс не всегда постоянен,можно трактовать, как изменяющееся течение времени в разных физическихусловиях.
Сегоднямы свободно говорим о замедлении времени при тех или иных физических условиях,что те или иные физические системы существуют и развиваются по собственномувремени и т. п. Говорим о том, что в природе нет единого абсолютно текущеговремени. Более того, сегодня в физике даже общепризнанна та точка зрения, чтоесли подходить строго, то мы не вправе считать, что все явления в мирепроисходят в трехмерном пространстве и одномерно текущем времени, а их следуетрассматривать как существующие в четырёхмерном пространстве-времени. И дажефилософы согласились с этим.
Чтокасается вопроса о пространстве-времени, то мы поговорим о нём чуть ниже. Асейчас зададим себе вопрос: а откуда же мы знаем в ОТО о замедлении времени?Замедление в сравнении с чем? И оказывается, что при разных гравитационныхпотенциалах время замедляется в сравнении с теми условиями, где гравитационныйпотенциал по абсолютному значению ниже. А чтобы получить некоторую единуюоценку этому замедлению времени, мы должны, в конечном счёте, сравнивать замедлениевремени при разных гравитационных потенциалах с его течением при потенциалеравном нулю. Но тогда на всё это можно посмотреть и иначе.
Можносказать, что замедляется не время, не его течение, которое ни от чего независит, а замедляются движения, как оно и есть на самом деле. Но тогда вкачестве эталонного движения, физически выражающего объективное течениевремени, уже выступает эталонный электромагнитный волновой процесс при нулевомгравитационном потенциале. Причём, он един для всех движений в мире. Он ужепредставляет абсолютное дление существования и самой материи, и её движения вовсех своих частях, безотносительно к их конкретной форме. К нему мы и относимвсе другие движения, в том числе и распространение света, и видим, что поотношению к нему они замедляются, но мы при этом говорим, что замедляетсявремя. Но не будем лукавить – для сравнения мы и используем при этом абсолютнотекущее время.
Этои есть второй подход в решении проблемы времени, а точнее, его измерения; и онуже молчаливо используется в ОТО с момента её создания. Иначе мы бы ничего неузнали о тех замедлениях, о которых говорили выше. Но мы пока не затронули однучрезвычайно важную деталь. Она замалчивается и в трактовке ОТО. Мы ещё ничегоне сказали, а как же быть с “замедлением” времени при движении часов принулевом гравитационном потенциале и других гравитационных потенциалах. Что мыконкретно сравниваем, ход каких часов в одном и в другом случае? И ответ толькоодин. Молчаливо предполагаются неподвижные часы и там, и там. Но что это должноозначать? Это мы сейчас и рассмотрим.
Фактическив ОТО, в её принципиальной трактовке, молчаливо рассматриваются некоторыелокальные абсолютные инерциальные системы отсчёта (локальные АИСО). Их можноназвать локальными привилегированными системами отсчёта (привилегированными ихназывал и академик В.А. Фок). Но мы назовём их локальными АИСО, так как ихпространство и время связано с самим субстратом материи и зависит только от егосостояния. Обладая некоторым гравитационным потенциалом, который можетизменяться в зависимости от расположения в их окрестности больших космическихмасс, они имеют своё локальное неподвижное в целом пространство и собственныйход часов. Чем меньше это пространство, тем лучше. Важно, чтобы гравитационныйпотенциал в его пределах мы могли считать постоянным. В пределах пространствакаждой такой локальной АИСО можно рассматривать и движущиеся ИСО со своимипространствами отсчёта. Размеры тел в них в направлении движения будутсокращаться, а часы будут замедлять свой ход в сравнении с их локальной АИСО.Но их поведение уже не будет полностью соответствовать законам СТО. Для нихнужно строить свою теорию относительного движения со своими законами длявзаимных измерений, так как неподвижное в целом пространство в локальных АИСОуже не будет изотропным. Но когда мы рассматриваем и сравниваем замедление ходачасов при разных гравитационных потенциалах, мы всегда имеем в виду (молчаливо)часы разных локальных АИСО, их неподвижные часы.
Смещаясьмысленно и плавно в глобальном мировом пространстве, рассматривая весь мир вцелом или его отдельные космические просторы, мы также мысленно и плавнопереходим из одной локальной АИСО с одним гравитационным потенциалом в другуюлокальную АИСО с другим гравитационным потенциалом. А местные движущиеся ИСО сих собственными изменениями, зависящими от их собственной абсолютной скорости,нас при этом не интересуют. Мы просто не обращаемся к ним, так какрассматриваем вещи более глобальные. И здесь нас вполне устраивает ОТО с еёфизическим (физически измеримым) временем (всё это, конечно, лишьтеоретически).
Изучаямир в его космических масштабах, мы можем рассматривать, и фактически в ОТО ужерассматриваем, гигантские области пространства с изменяющимся гравитационнымпотенциалом на фоне ещё больших областей, где абсолютное значениегравитационного потенциала постепенно снижается к нулевому. При этом мыполучаем сведения о протекании разных физических явлений при разныхгравитационных потенциалах. Например, мы рассматриваем распространение света откакого-либо космического источника, находящегося в области с однимгравитационным потенциалом, скажем близким к нулевому. Далее, этот светпроходит через огромные пространства с изменяющимися довольно сильногравитационными потенциалами и регистрируется где-то далеко в области, гдегравитационный потенциал снова близок к нулю. Мы находим, что световые лучи приэтом своём движении искривляются, а скорость света изменяется. И это доказаноэкспериментально. И тут уже и само движение света, и его скорость рассматриваютсяне по отношению к некоторым локальным АИСО, а по отношению ко всемупространству в целом. А то, что это пространство в целом приобретает при этомстатус некоторой глобальной АИСО с нулевым гравитационным потенциалом, покрайней мере, на время самого эксперимента, просто замалчивается.
Новернёмся снова к СТО. Что означает в этой теории “условно неподвижная” ИСО? Этоне просто та система отсчёта, по отношению к которой мы проводим свои измеренияс помощью неподвижных в ней средств измерения. Так мы поступаем в любой ИСО. А“условно неподвижная” – это по своей сути некоторая АИСО со своим абсолютнымходом времени и абсолютной одновременностью по всему её пространству. Если вней происходит импульсная вспышка света, то в дальнейшем свет от места своегозарождения распространяется во всех направлениях с постоянной скоростью, а самцентр зарождения светового импульса остаётся на своём месте. Из этой системы мывидим, что по отношению к движущимся ИСО всё происходит не так. В то же время,как сказано у самого Эйнштейна в его статье 1920г. “Ответ на статью Рейхенбаха”: “Ведь система координат представляет собой всего лишь средство описания исама по себе не имеет ничего общего с описываемыми предметами” (А.Эйнштейн.Собрание научных трудов (СНТ) в 4-х т.: М., Наука, 1965-1967, т.1, с.690).
Еслиубрать средства описания от света и предоставить ему возможность самостоятельносуществовать в пространстве, то он действительно будет распространяться отточки своего зарождения с постоянной скоростью во всех направлениях только вместах с нулевым гравитационным потенциалом. А центр зарождения импульснойвспышки будет оставаться при этом неподвижно на своём месте, независимо отдвижения источника света (принцип постоянства скорости света). Это следует изОТО. Тут же следует отметить и то, что там, где гравитационный потенциал неравен нулю, скорость движения света от центра своего зарождения в разныхнаправлениях не сохраняется постоянной. Она изменяется по определённойзависимости, но центр зарождения каждого светового импульса какое-то времяостаётся на месте. По крайней мере, пока остаётся постоянным гравитационныйпотенциал.
Всёэто в ОТО мы узнаём, молчаливо используя абстрактную глобальную АИСО, в которойгравитационный потенциал равен нулю. А измерения скорости света в локальныхАИСО дают одно и то же её значение в любом направлении, причём везде численноравное с (общеизвестное значение). И такие АИСО в ОТО неосознанно используютсяна каждом шагу. Почему неосознанно? Да потому, что они до сих пор так нигде и неназваны абсолютными в отличие от любых других, движущихся по отношению к ним,которые, как мы уже сказали выше, в ОТО практически не используются.
Неподвижныечасы при нулевых гравитационных потенциалах дают нам отсчёт единого абсолютнотекущего времени. И такие абстрактные часы нужны нам, прежде всего, для нашихтеоретических исследований. Они дают нам единый ход времени, с помощью которогомы можем оценивать реальную картину происходящего в мире. Реальный мирсуществует весь сразу. В каждой его части непрерывно происходят какие-тодвижения и в каждое временное мгновение абсолютно текущего времени они реальнососуществуют. Это и есть истинная одновременность. Связаны или нет они междусобой причинно-следственными отношениями – это совсем другой вопрос. Но онисосуществуют одновременно.
Какследует из сказанного выше, СТО полностью применима лишь в тех областяхпространства, где гравитационный потенциал равен нулю, или, по крайней мере,близок к этому. Но многие её положения применимы в любых областях. Однако дляэтого существующую трактовку СТО, которую ей дал Эйнштейн необходимопересмотреть, так как она в принципе неверна.
По-настоящемуразобравшись в этой теории, нетрудно увидеть и понять, что она фактическипостроена не на отрицании неподвижного в целом пространства и абсолютнотекущего времени, как считал сам Эйнштейн, а напротив – она неосознанноопирается на их существование. Все “парадоксы” и нелогичности в трактовке этойтеории возникают именно там, где её трактование противоречит тому, что фактическизаложено в самой теории.
Условнонеподвижная ИСО Эйнштейна фактически является АИСО. Принцип постоянстваскорости света (ППСС) онтологически связан с распространением света вфизическом (иначе, материальном), в целом неподвижном, однородном и изотропном пространстве.Последнее возможно лишь при нулевых гравитационных потенциалах. А принципотносительности (ПО) инерциального движения следует формулировать какутверждение о том, что по отношению к любой, движущейся в физическомнеподвижном пространстве, ИСО, построенной по известным правилам, физическиеявления проявляются в той же форме, как и по отношению к АИСО в ихсамостоятельном существовании.
Рассматриваяиз АИСО движущуюся с некоторой абсолютной скоростью ту или иную ИСО, мы видим,что все её линейные размеры в направлении движения претерпевают известноелоренцево сокращение, в то время, как поперечные размеры остаются неизменными.В движущейся ИСО все внутренние циклические движения замедляются в сравнении стем, как протекают точно такие же движения в АИСО. Изменяет свою частоту иэталонный электромагнитный процесс. Он тоже замедляется. А так как он физическипредставляет в ИСО темп течения времени, как это и считается сегодня, то мы иговорим, что в ИСО замедляется ход времени. Это физически измеримое эталонноедление в ИСО, с которым, казалось бы, мы и должны сравнивать (измерять)длительность всех других движений в ИСО. Но это не всегда так.
Рассмотримконкретно некоторую ИСО, движущуюся в АИСО с абсолютной скоростью v вдольнаправления своей оси х-ов. И хотя v есть абсолютная скорость ИСО впространстве, она, с другой стороны, и есть относительная скорость ИСО в АИСО.
/>
Выделимна оси х-ов ИСО некоторый отрезок АВ длиной l (cм. рисунок). Эта длинаопределена в ИСО с помощью её же эталона длины (собственная длина). Если взятьв какой-то момент в точках А и В «синхронизированные» в ИСО часы ипринять показания часов в точке А за нулевые ( tА= 0), то часы в точке В в этотже момент должны показывать время tВ = — vl/c2(это следует из преобразованийЛоренца). Всё это мы одновременно видим из АИСО с её абсолютным ходом времени иеё абсолютной одновременностью. И это подтверждает нам, что одновременныеразноместные события в АИСО уже не воспринимаются как одновременные в ИСО.Именно не воспринимаются, в то время как в существующей трактовке СТОутверждается, что не являются одновременными. А ведь это совершенно разныевещи.
Здесьсо всей наглядностью предстает перед нами истинная одновременностьсуществования и сосуществования каких-либо событий в АИСО (в данном случаепоказаний часов в точках А и В в ИСО). Так же наглядно видна и условнаяодновременность временной регистрации событий по отношению к движущейся ИСО, кеё пространственно-временной конструкции. Так как в движущейся ИСО считаютсяодновременными те разноместные события, которые происходят “там” и “тут” приодних и тех же показаниях часов, то нулевые показания часов в точке А, которыесуществуют уже сейчас, будут “одновременными” с нулевыми показаниями часов вточке В через промежуток времени vl/c2 по темпу хода часов в ИСО. А часы в Абудут показывать уже именно это время, а их нулевые показания будут уже впрошлом. И мы должны, наконец-то, осознать, что существующая трактовка СТО неоперирует одновременностью сосуществования событий, а оперирует лишь условнойодновременностью их регистрации по отношению к той или иной ИСО в её “особом времени”.А так как у Эйнштейна отрицается объективная одновременность сосуществования,то тем самым отрицается и само объективное сосуществование вещей и событий.Действительно, если согласиться с существующей трактовкой СТО, то что мы должнысказать о “самостоятельном существовании” отрезка АВ? Существует он весь сразусейчас, или нет? Ведь нельзя же, и в правду, сказать, что сейчас он существуетлишь в точке А, а дальше в направлении к точке В ещё не существует, а потом,когда будет существовать “там”, то уже не будет существовать “тут”.
Теперьпредставим себе, что в ИСО вдоль отрезка АВ движется некоторое тело. Оновыходит из точки А как раз в тот момент, когда часы в ней показывают нулевоевремя. Далее, оно через промежуток времени t по часам в А достигаетточки В. Спрашивается, сколько длилось в данной ИСО его движение от А к В? Иесли мы скажем, что эта длительность и равна t, то будем неправы, таккак мы должны определить эту длительность движения тела в ИСО от А к В поразности показаний часов в В в конце движения и в А в начале движения. А таккак показания часов в А в начале движения были нулевые, то “синхронизированные”часы в В в конце движения будут показывать время tВ= t–vl/c2, так какони имеют показанный выше постоянный сдвиг в своих показаниях по отношению кчасам в А. И мы видим, что, несмотря на то, что движение тела от А к В в ИСО потемпу хода её часов фактически длилось t, и часы в А и в Впродвинулись именно на столько же делений, время движения будет измерено иначе.Вот почему мы и оговорились выше, что промежуток времени в движущейся ИСО невсегда измеряется как отношение длительности какого-либо процесса в ней кдлительности эталонного движения за это же время.
Воттут мы и должны вспомнить о том, что измерение в движущихся ИСО является непросто пространственным и временным, а обязательно являетсяпространственно-временным, хотя в “самостоятельном существовании” все измерениячерез АИСО чётко разделяются на пространственные и временные.
Еслитеперь рассмотреть движение тела в обратном направлении от точки В к точке А,и если снова длительность этого движения будет t, то часы в А поприбытии тела в эту точку покажут суммарное время tА= 2 t, а временнойпромежуток, затраченный на обратное движение, будет измерен как tА- tВ = 2t-( t-vl/c2) = t+vl/c2. И если движение тела в прямом иобратном направлении было равномерным, то его фактическая скорость uотносительно движущейся системы координат (“тела отсчёта”, выражениеЭйнштейна), измеренная по длительности эталонного движения в ИСО, будет u= l/t и в прямом, и в обратном направлениях. Но по отношению к ИСО, т.е. поотношению не просто к “телу отсчёта”, а по отношению к “телу отсчёта” ссистемой “синхронизированных” в каждой точке часов, скорость будет разной, и впрямом направлении составит />, а в обратном направлении – />.
Всёэто – следствие условной синхронизации часов в движущейся ИСО и связанной с нейусловной одновременности регистрации разноместных событий. Поэтому правильнеебыло бы сказать, что часы в движущейся ИСО не синхронизируются с помощьюсветовых сигналов, а лишь определённым образом упорядочиваются их показания повсему “пространству отсчёта” (опять же выражение Эйнштейна) ИСО. Но как раз благодаряэтому и выполняется ПО по отношению к любой движущейся ИСО.
Точнотак же и фактическая скорость света по отношению к движущейся системе координатбудет разной в разных направлениях. Но по отношению к ИСО она измеряется какпостоянная. Действительно, в направлении от А к В она фактически будет c-v, таккак со скоростью v движется сама ИСО, но вот как она будет измерена в ИСО.
Реальноевремя движения света в АИСО (здесь учтено сокращение длины в ИСО): />. Тогда сучетом замедления эталонного движения в ИСО в />раз это будет />. И если время излучениясветового сигнала в точке А принять за нулевое, то по прибытии света в точку Вчасы в ней покажут />. То есть, скорость света будетизмерена в ИСО, как равная с.
Еслисветовой сигнал тут же будет отражен назад из точки В в точку А, то реальнаядлительность его движения в обратном направлении будет />. По эталонному движениюв ИСО это составит />, а часы в А по прибытии туда светабудут показывать />. То есть, скорость света и вобратном направлении будет измерена как с. И мы видим, что ПО по отношению кИСО в отношении распространения света выполняется. Он предстает здесь в видеППСС по отношению к ИСО. Собственно, он и используется для “синхронизации”показаний часов в ИСО.
Здесьинтересно привести слова самого Эйнштейна, например, из его работы 1907 года«О принципе относительности и его следствиях»: «Предположимтеперь, что часы могут быть сверены так, что скорость распространения каждогосветового луча в вакууме, измеренная с помощью этих часов, везде равнауниверсальной постоянной С при условии, что система координат являетсянеускоренной» (СНТ, т.1, с.68). И ещё чуть дальше: «Действительно лиосуществляется в природе сделанное здесь предположение, которое мы назовем»принципом постоянства скорости света"? Это ни в коем случае неочевидно…" (там же). И мы видим, как и почему это предположениеподтверждается.
Нотеперь мы подчеркнем здесь и кое-что другое. На приведенном выше рисунке мывзяли в движущейся ИСО на её оси х-ов две произвольных точки А и В, разделённыхтакже произвольным расстоянием l. Скорость v движения ИСО также произвольна.Это говорит нам о том, что для любого твердого тела указанное на отрезке АВпространственно-временное соотношение между l, v и c сохраняется при любомрасстоянии между двумя точками и для любой скорости абсолютного движения тела.Оно и лежит в основе преобразований Лоренца. Есть ли на концах отрезка длиной l“синхронизированные” часы, или их нет, не имеет значения. Важно то, что это — объективно реальное соотношение между той формой движения, которую представляетсобой само тело, и скоростью распространения электромагнитных процессов впространстве. Именно оно и лежит в основе той потенциальной возможности таквыставить показания часов вдоль направления движения тела, чтобы по отношению кнему выполнялся ПО, а следовательно, была бы одной и той же и измеряемаяскорость света.
Этоединство пространственной разметки системы координат, построенной на основетвердых тел, и определённым образом упорядоченных между собой показаний часов вразных её точках и даёт нам то, что мы называем “пространство-время”. И здесь,как мы видели выше на нашем простом примере, измерение временного промежуткамежду двумя разноместными событиями не всегда соответствует той временнойдлительности, которая фактически разделяет их даже по темпу хода часов самойсистемы. Однако у нас нет никакой другой возможности физически, т. е. напрактике, организовать свои пространственные и временные измерения в движущейсяИСО, чтобы они были однозначными и носили объективный характер. К счастью длянас, природа “устроена” так, что мы при этом получаем ту форму взаимоотношениймежду различными физическими характеристиками явления, которая и существуетмежду ними в их “самостоятельном существовании”.
Такимобразом, мы должны совершенно чётко осознать, что “пространство-время” – этовсего лишь своеобразная форма пространственно-временной конструкции дляпроведения физических измерений в ней, чтобы наше математическое описаниеявлений имело физический смысл. Это всего лишь приём измерения и описания вабсолютно движущейся ИСО. И не более того!
Какизвестно, уже через много лет после создания ОТО Эйнштейн стал склоняться ктому, что введение “эфира” в СТО не противоречит этой теории. Но “вследствиетого, — утверждает он, — что говорить в абсолютном смысле об одновременныхсобытиях в разных местах эфира оказалось уже невозможно, эфир стал в известнойстепени четырехмерным, ибо никакого объективного упорядочивания его состоянийпо одному только времени не существовало” (СНТ, т.2, с.157-158). И мы видим,что он переносит четырехмерную форму ИСО, как средства измерения, на самофизическое пространство и делает отсюда совершенно неправомерный вывод:“Четырехмерный континуум, — заключает Эйнштейн, — не распадается объективно насечения, среди которых были бы сечения, содержащие все одновременные события;для пространственно протяженного мира понятие “сейчас” теряет свой объективныйсмыл. В связи с этим пространство и время должны рассматриваться как объективноне распадающийся четырехмерный континуум…” (СНТ, т.2, с.753). Это серьёзнаяошибка Эйнштейна.
Внашем примере выше мы наглядно показали, как в движущейся ИСО мы получаем приизмерении “неправильные” временные промежутки, но точно так же получаются и“неправильные” измерения длины, массы и других физических величин. Поэтомуможно образно сказать, что выполняя в движущейся ИСО с помощью её четырёхмернойизмерительной конструкции свои “неправильные” измерения различных физическихвеличин, мы, тем не менее, благодаря выполнению в природе ПО, получаем“правильные” физические законы. Приходится только восхищаться Природой!
Эйнштейнво всех своих статьях по СТО подчеркивал, что в каждой ИСО мы имеем “своёфизическое время”, “своё особое время”, “время данной системы”, пригодное дляизмерений лишь в ней. Более того, он неоднократно называл “временем” системыотсчёта именно “совокупность показаний” всех неподвижных и синхронизированныхмежду собой часов в ней, в каждой её точке. К сожалению, он так и не осозналвсю условность такого “времени”, а также той “синхронизации” часов, которую мыполучаем в движущихся ИСО. А отсюда и его совершенно неверный вывод, что “нельзясчитать, что время имеет абсолютный, т. е. независимый от состояния движениясистемы отсчёта смысл” (СНТ, т.1, с.182). Это высказывание Эйнштейна, кстатисказать, прямо вступает в противоречие с его ответом Рейхенбаху (см. выше).
Такимобразом, в СТО в движущихся ИСО с их системой координат и системой“синхронизированных” между собой часов мы имеем, с одной стороны, физическоевремя, действительно отсчитываемое часами, “размеченными” с помощьюзамедленного эталонного движения в ИСО. С другой стороны, мы имеем и некоторую,хотя и объективную, но всё же условную систему физического измерения времени.Для такой условной системы действительно невозможно дать определение течениювремени. Течение времени отсчитывают только каждые часы в ИСО сами по себе, а разностьпоказаний разноместных часов не всегда, как мы видели, отражает фактическоетечение времени. Мы говорим не всегда, так как в движущихся ИСО в любойплоскости, перпендикулярной направлению абсолютного движения ИСО, все часыдействительно синхронизированы абсолютно и “идут в фазе”. Постоянный сдвиг впоказаниях по отношению друг к другу имеют только часы, расположенные в разныхтаких плоскостях и, следовательно, вовсе не идут в фазе. Всё это обеспечиваетсяв ИСО принятой в СТО процедурой сверки разноместных часов с помощью световыхсигналов.
Взаключение данной статьи следует сделать ещё одно важное замечание, так какиногда даже в научной литературе всерьёз говорят о возможности превращениявремени в пространство и наоборот. Эти чистейшей воды спекуляции не имеют подсобой никакой научной основы и связаны с непониманием того, что собой вдействительности представляет четырёхмерное пространство-время.Пространственные измерения связаны с протяжённостью тел и расстояний междуразличными “точечными” событиями. А временные промежутки связаны сдлительностью протекания тех или иных физических явлений. И это две совершенноразные сущности.
Итак,подведём итоги. Понятие “время” неразрывно связано с понятием его течения. Саможе понятие “течение времени” непротиворечиво можно связать с длениемсуществования движущейся материи вообще, безотносительно к каким-либо егоконкретным формам. Для непосредственного же измерения дления каких-либоконкретных форм движения, дления различных интервалов в этом движении принимаетсянекоторый эталон дления, который должен отличаться стабильностью. Такимэталоном на сегодняшний день является определённый электромагнитный волновойпроцесс, отличающийся строгой периодичностью. Но, в природе не существуетреальных форм движения материи, не подверженных влиянию тех физических условий,при которых они происходят. Поэтому и эталонное циклическое движение изменяетсяв зависимости от гравитационного потенциала, при котором оно протекает, а такжеот скорости движения его источника в пространстве. Эти изменения эталонногодвижения рассмотрены в ОТО и СТО и трактуются в них как замедление течениявремени. Однако, мы можем, и вправе, ввести в эти теории некоторую глобальнуюАИСО, позволяющую оценивать всё происходящее в мире с позиций единого абсолютнотекущего времени с некоторым абстрактным, но теоретически вполне допустимым,абсолютным эталоном дления. Это позволит исключить из трактовки указанныхтеорий разного рода недомолвки и противоречия, связанные с существующимтрактованием понятия “время”.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.sciteclibrary.ru