Ходыкин Александр Владимирович : другие произведения.

Современные естественнонаучные концепции времени

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
Школа кожевенного мастерства: сумки, ремни своими руками
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    В работе представлены важнейшие концепции, объясняющие природу времени с позиций физики, астрономии и космологии. Охарактеризовано понимание времени в теории относительности А. Эйнштейна, квантовой механике, теории самоорганизации материи, теории ориентировочного времени, теориях Н.А. Козырева и И.Р. Пригожина
  Современные естественнонаучные концепции времени
  Ходыкин А.В., СамГУ
  Аннотация. В работе представлены важнейшие концепции, объясняющие природу времени с позиций физики, астрономии и космологии. Охарактеризовано понимание времени в теории относительности А. Эйнштейна, квантовой механике, теории самоорганизации материи, теории ориентировочного времени, теориях Н.А. Козырева и И.Р. Пригожина.
  
  До появления квантовой теории и теории относительности время считается непрерывной абсолютной величиной, условием течения и изменения физических процессов, характеристикой их длительности. Абсолютность времени определяется его независимостью от течения всех процессов любой сложности, а также его независимостью от любых изменений пространства и математически выражается в инвариантности преобразований механики Ньютона относительно преобразований Галилея. Время однородно и одномерно, оно движется в одном направлении, его течение одинаково в любой точке пространства, каждому моменту времени соответствует определённое действительное число, таким образом, время образует континуум. Механика Ньютона определяется как частный случай теории относительности, справедливый для тел малой массы, движущихся на дорелятивистских скоростях.
  Релятивистская физика, появившаяся с созданием А. Эйнштейном Специальной теории относительности, определяет время как величину, зависимую от движения системы отсчёта. Преобразования Лоренца выражают данную зависимость[4]. Пространство и время объединяются в пространственно-временной континуум, четырёхмерное пространство Минковского, в котором к трём измерениям пространства добавляется одно
  измерение времени. Четырёхмерный пространственно-временной континуум определяется Эйнштейном в Общей теории относительности. Важным его свойством является способность к искривлению, которое является источником гравитации. Пространственно-временной континуум взаимодействует с материей: материя определяет искривление континуума, а он определяет движение материи. Структура и свойства пространственновременного континуума изменяются в зависимости от масс скопления вещества и созданного ими поля тяготения. Пространственно-временной континуум искривляется под действием массы тел, а под действием тел большой массы (звёзды, планеты, чёрные дыры) искривления становятся значительными.
  Теория относительности установила не только искривление пространства под действием массы тел, но и замедление хода времени вблизи тел большой массы. Таким образом, если мы пошлём луч света в произвольную точку через искривлённый тяготением солнца пространственно-временной континуум, то путешествие сигнала займёт больше времени, чем путешествие через неискривлённый континуум. Тяготение солнца замедляет ход времени примерно на 0,0002 с. Замедление времени также возможно на объектах, движущихся с релятивистской скоростью. Время внутри объекта будет идти медленнее, чем время вне объекта. Рассматривая относительность промежутков времени, Эйнштейн приходит к выводу о бессмысленности понятия одновременности, так как события могут быть одновременными относительно одной системы отсчёта, но неодновременными относительно другой, таким образом, время постоянно относительно конкретной системы отсчёта и относительно во множестве всех систем отсчёта. Относительность времени можно продемонстрировать с помощью физического примера: пусть дан поезд, посередине вагона расположен источник света, луч от которого доходит до передней и до задней двери и они открываются; если на ходу поезда послать
  сигнал от источника к дверям, то относительно пассажиров они откроются одновременно, а относительно перрона произойдёт следующее: скорость света не зависит от скорости поезда, так как по теории относительности она постоянная и предельная величина, но задняя дверь движется навстречу свету, а передняя уходит от него, и расстояние, пройденное светом до задней двери будет меньше, а, значит, она и откроется раньше. Если поезд будет двигаться с близкой к скорости света скоростью, то разница во времени между открытием дверей будет заметна. Кроме классической и релятивистской физики важно рассмотреть проблему времени в квантовой механике.
  В квантовой механике время остаётся внешним неквантовым параметром. Время необратимо и несимметрично, оператор времени не вводится в соответствии с основами квантовой механики. Процесс изменения является неоднородным, по отношению к прошлому он даёт вероятностную характеристику состояния объекта, а по отношению к будущему создаёт новое состояние объекта. Мир квантовой механики - это мир вероятностей. Это доказывает состояние суперпозиции микрочастицы, в котором она одновременно является и волной, и частицей, то есть находится одновременно в двух разных состояниях. Время в микромире рассчитывается в зависимости от энергии, отдаваемой системой. Момент времени может быть рассчитан не точно, а лишь с минимальной неопределённостью. Свойства времени в микромире изменены, но само время остаётся фундаментальной характеристикой микромира[5].
  Одной из фундаментальных теорем является СРТ-теорема для всех фундаментальных видов физических взаимодействий, которая говорит о СРТ-симметрии описывающих их законов (где С - заряд, Р - пространство, Т - время). Другими словами, физики склонны признавать справедливость CPT-инвариантности (инвариантности относительно изменения знака заряда, пространства, времени). В силу CPT-теоремы, если в природе происходит
  некоторый процесс, то с той же вероятностью может происходить и CPTсопряжённый процесс, то есть процесс, в котором частицы заменены соответствующими античастицами (С-преобразование), проекции их спинов поменяли знак (P-преобразование), а начальные и конечные состояния процесса поменялись местами (T-преобразование). Фундаментальный закон, описывающий движение в квантовой физике - уравнение Шредингера, которое лежит в основе волновой механики (теории движения микрочастиц) - является симметричным во времени. Это означает, что и здесь, как в физике Ньютона, на фундаментальном уровне время не содержит в себе различия между прошлым и будущим. Локальная направленность времени или пространства истолковываются, в конечном счете, на базе более фундаментальных обратимых, симметричных законов: время и пространство симметричны (изотропны, не направлены, не имеют выделенного направления)[1].
  Рассмотрим время с позиции теории самоорганизации материи. Для начала рассмотрим момент происхождения материи и времени нашей Вселенной. Теория самоорганизации материи предполагает происхождение мира как преобразование гомогенной однородной целостности в дифференцированную разнородную множественность. Иными словами, изначально мир существовал в виде некой бесконечно интегрированной субстанции или первоматерии, которая определяется как субъективная реальность. Образование мира рассматривается как бесконечная дифференциация первоматерии. В самом начале жизни нашей Вселенной она была бесконечно дифференцирована. Но из принципов самоорганизации материи следует, что после процессов дифференциации следуют процессы интеграции, поэтому на протяжении всего существования Вселенной она медленно стремится к исходному состоянию. Во время происхождения Вселенной первоматерия распадается на мир субъектов и мир объектов, а потом объекты и субъекты интегрируются в единое первоначальное
  состояние, но в качественно ином состоянии: в них сохраняется дифференцированная структура. Таким образом, интеграционные процессы являются процессами прогрессивной эволюции, которая приводит к появлению структурной организации мира.
  Мир объектов представляет собой последовательность квартов, микрообъектов, лишённых первоматерии в процессе дифференциации. Кварты оставляли следы строгой последовательности дифференциаций, которые оформились в виде интегральной структуры мироздания. При образовании объекта он проходит две стадии дифференциации. После первой дифференциации объект переходит из небытия в область непроявленного бытия, а после второй - в область существования. Самый первый проявленный объект во вселенной - это время, называемое хрональным признаком. После первой дифференциации появляется точка начала времени, после второй - время переходит в область существования, оно имеет начало и конец, после третьей дифференциации у времени появляется определённая замкнутая форма, называемая хронооболочкой. В результате интеграционных процессов материя Вселенной в конце её жизни вернётся в исходное состояние, время вернётся в вечность. Время в начальном и конечном состоянии жизни Вселенной тождественно, поэтому оно считается замкнутым. В момент появления хронооболочки выделяется энергия, а в момент её уничтожения - поглощается. Появление хронооболочки связано с динамической энергией, а её уничтожение - с диссипативной.
  Время нашей Вселенной можно представить как совокупность хронооболочек, меньшие из которых находятся внутри больших. Для данной совокупности характерен принцип симметрии, то есть в составе большей хронооболочки находятся 2 симметричные относительно друг друга хронооболочки меньшей на единицу размерности. Таким образом, в составе самой большой хронооболочки Вселенной разрядностью 0 находятся 2 хронооболочки разрядностью 1, в каждой из них находятся по 2
  хронооболочки разрядностью 2 и т.д. Так как интеграция хронооболочек происходит в виде эволюционной последовательности событий изнутри наружу, человек ощущает линейность времени. Необратимость времени обусловлена обратимостью динамической энергии в диссипативную. Таким образом объясняется эффект "стрелы времени". Каждая хронооболочка проходит 2 этапа развития: первый основан на энергии динамического хаоса, этап развития, дифференциации, а второй - с диссипацией, этап старения, интеграции.
  Классификации времени. Теория самоорганизации времени предполагает множественность времени как множественность хронооболочек. Выделяется 3 основных вида хронооболочек в соответствии с качественными изменениями энергии, входящей в них, и этапом развития, на котором они находятся. Это дифференциальные, интегральные и постинтегральные хрональные оболочки. Они имеют субъективные U,D,Sпризнаки. Дифференциация начинается с S-признаков, потом следуют U, а завершается D-признаком. Интеграция имеет противоположное направление. Окончательная интеграция хронооболочек заключается в переходе динамической энергии в диссипативную. После окончательной интеграции хронооболочки системы она переходит в хронооболочку надсистемы и на системном уровне становится бессмертной, она будет существовать столько, сколько существует хронооболочка надсистемы. Это свойство называется бессмертием первого рода, а бессмертие подсистем называют бессмертием последующих родов. Таким образом, для данной системы интеграция завершена, время в ней становится постинтегральным. Системы, интеграция которых завершена, и время которых постинтегрально называются холономными. После завершения интеграции холономная система может иметь столько жизненных циклов, насколько хватит энергии надсистемы. Это обусловливает цикличность и обратимость времени холономных систем. Взаимодействия в холономных системах осуществляются на уровне
  надсистем и являются нелокальными. Уровень энтропии в холономных система минимален, а уровень негэнтропии максимален, что приводит к строгой упорядоченности таких систем. До завершения интеграции системы время в ней интегральное. Для интегральных систем характерны высокий уровень энтропии, преобладание локальных взаимодействий, неравновесность систем, необратимость времени, вероятностная детерминация и негэнтропийная направленность. Таким образом, время бывает интегральным и постинтегральным, системы бывают подсистемами, системами и надсистемами.
  Важнейшим моментом в понимании природы времени является понимание природы настоящего, то есть временной точки, разделяющей прошлое и будущее. Структуру времени определяют объективные признаки, определяющие существование материи в форме бытия. Данные объективные признаки называются интердективными законами и накладывают запреты на возможные формы появления и существования всех объектов. Интердективые законы посредством определения размерностей и свойств хронооболочек определяют свойства образующихся объектов. Под действием интердективых законов причина переходит в следствие через точку настоящего, которая является границей между хронооболочкой большего размера и хронооболоочками меньшего размера. Настоящее является точкой преобразования многовариантного будущего в одновариантное прошлое. Настоящее - это точка, через которую события из небытия переходят в бытие. Гипотеза об определении причинно-следственных связей физическими свойствами времени была выдвинута и исследована астрофизиком Н.А. Козыревым в теории, получившей название "Причинная механика". Несмотря на то, что она не стала завершенной теорией, многие её положения и выводы, а также результаты опытов помогают разобраться с нашими объектными признаками[2]. Главная мысль данной теории заключена в положении о том, что во Вселенной нет изолированных систем,
  так как все системы связаны между собой временем, фундаментальным явлением природы. Н.А. Козырев считает, что время воздействует на ход физических процессов и явлений. Опыты Козырева доказывают возможность воздействия одной интегральной системы на другую посредством времени. В опытах также доказано отсутствие импульса у времени и возможность передавать энергию посредством времени, что предполагает возможность передавать энергию моментально.
  Рассмотрев теорию самоорганизации систем можно сделать вывод о том, что Вселенная образуется и развивается как единая и самоорганизующаяся система, в которой все связано со всем посредством времени. "Время" в этой системе есть первичный субстрат, который - суть или причина всего сущего[3]. В настоящее время появляются новые теории времени, которые дополняют общую картину наших о нём представлений. Лауреат Нобелевской премии Илья Пригожин создал теорию, объясняющую направленность времени с точки зрения химии и физики. В его теории время описывается более динамично. Понятия прошлого, настоящего и будущего исходят из физических законов нашего мира. В теории даётся новое понимание пространства, времени, движения и места человека в мире. В некоторых теориях предлагаются концепции обратимости времени. Р.Фейман предложил концепцию, согласно которой микрочастицы с отрицательной энергией могут двигаться во времени в обратном направлении. Значительный вклад в изучение времени внёс Н.А. Козырев. С помощью гироскопов и вибрационных систем ему удалось вызвать незначительные изменения хода времени. Наиболее выдающихся результатов достигли опыты Н.А. Козырева со звёздами, в частности с Солнцем. Свет от Солнца до Земли идёт 8 минут, значит, мы видим Солнце, каким оно было 8 минут назад, следовательно, в опыте должно быть зарегистрирована вспышка
  от солнца в состоянии на 8 минут раньше исследования, однако Козыреву удалось зарегистрировать небольшие вспышки состояния Солнца на 8 минут раньше и позже опыта и самую большую вспышку от положения солнца в настоящий момент. Это наталкивает на мысль, что мы видим сразу прошлое, настоящее и будущее Солнца. В настоящее время удовлетворительного объяснения данному явлению нет. Многие из современных теорий времени противоречат принципу причинности и законам физики. В соответствии с ними эти законы действуют только в рамках Ньютоновской механики, справедливой для нашего мира. Это создаёт множество парадоксов и приводит к кризису представлений о времени. В середине 20 века появилась междисциплинарная наука, изучающая время - темпорология, появилось Международное общество по изучению времени, главной задачей которого стала разработка единой теории времени. Большой интерес представляет Теория Ориентированного Времени, согласующая физические теории, в соответствии с которыми время не меняет своих законов при замене знака на противоположный, с однонаправленностью времени. В данной теории причиной ориентированности времени является нарушение СР-инвариантности, то есть нарушения законов физики при замене частиц на античастицы. Теория Ориентированного времени основана на 2 предположениях: 1) время представляет собой измерение пространственно-временного континуума и имеет свойства вектора; 2) для твёрдого тела, находящегося в инерциальном состоянии, в однородном изотропном пространстве объективным показателем замены направления вектора времени является возникновение силы инерции. В данной теории относительные свойства времени рассматриваются как изменение ориентации единичного вектора. Данный подход использует методы формальной логики для описания единичного вектора времени. Теория предполагает перевод понятия времени из положения физического параметра в положение фундаментального
  физического свойства Вселенной. Время - это фундаментальное явление природы, являющееся результатом взаимодействия пространственновременного континуума и вещества. Для любой частицы в пространстве предполагается наличие её антипода - античастицы в антипространстве. Гравитационные и инерционные свойства любого объекта идентичны. Течение времени рассматривается как субъективное восприятие несохранения трёхмерным пространством информации о находящейся в нём материи и наличия различных проявлений эволюции вещества во Вселенной - "стрел времени". Исчезающая для наблюдателя информация воспринимается как прошлое, состояние объекта в данный момент - как настоящее, а предполагаемое состояние объекта - как будущее.
   Библиографический список: 1) Казарян В.П. Конструкции времени и пространства в физике. Концепции современного естествознания / под ред. С.А. Лебедева. - М.: 2002. 2) Козырев Н.А. Избранные труды. - Ленинград: изд. Ленинградского унта, 1991. 3) Талбот М. Голографическая Вселенная / пер. Постникова В.Б. - М.: София, 2004. 4) Ландау Л.Д., Лифишц Е.М. "Теоретическая физика" / 5 изд., М.: Физматлит, 2002. 5) Иванов М.Г. Как понимать квантовую механику. - М.: Динамика, 2012.
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"