Что же это такое – Время?

Понятие Времени

Время, Пространство, Пространственно-Временной континуум – термины, широко используемые сегодня в космологии.

Но равнозначны ли эти понятия с точки зрения их соответствия реальной физической Природе?

Пространство, в общем случае космическое с его материальными объектами, – это реальная физическая субстанция, мы в этом пространстве существуем, можем наблюдать его свойства (к примеру, расширение пространства), равно как наблюдать и изучать свойства существующих в этом пространстве объектов – галактик, звезд, планет и др.

Но можно ли то же самое сказать о Времени, является ли оно реальной физической субстанцией? И правомерно ли увязывание в современных космологических теориях этих понятий в единый пространственно-временной континуум с вытекающими из этих теорий выводами об изменении свойств Времени, к примеру под воздействием гравитации (черные дыры)?

Лично я разделяю мнение, что

Время – это субъективное, придуманное человеком понятие для оценки (измерения) динамических процессов, которые происходят в реальной Природе.

Временем характеризуют длительность такого рода процессов, как качественно – долгий, быстрый, скоротечный, мгновенный и т.д., так и количественно с помощью соответствующих единиц времени – год, месяц, неделя, сутки, часы, минуты, секунды и др.

Измерение Времени

Современные единицы измерения времени основаны на периодах обращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, а также обращения Луны вокруг Земли. Такой выбор единиц обусловлен как историческими, так и практическими соображениями: необходимостью согласовывать деятельность людей со сменой дня и ночи или сезонов.

Исторически основной единицей для измерения коротких интервалов времени были сутки, отсчитываемые по минимальным полным циклам смены солнечной освещённости (день и ночь). В результате деления суток на меньшие временные интервалы одинаковой длины возникли часы, минуты и секунды.

Но так как длительность средних солнечных суток – величина непостоянная, то за основную единицу приняли определение секунды, основанное на периодическом внутриатомном процессе, не связанном с какими-либо движениями небесных тел.

В настоящее время в Международной системе единиц (СИ) принято следующее определение секунды: «одна секунда – это интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного квантового состояния атома цезия-133 в покое при 0 К». Это определение было принято в 1967 году (уточнение относительно температуры и состояния покоя появилось в 1997 году).

Отталкиваясь от секунды СИ, минуту определяют как 60 секунд, час – как 60 минут, и календарные (юлианские) сутки как равные точно 86 400 с.

Различные трактовки понятия Времени

Единой общепризнанной теории, объясняющей и описывающей такое понятие, как Время, на настоящий момент не существует.

В классической физике

Время – это непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая.

Время как поток длительности одинаково определяет ход всех процессов в мире. Все процессы в мире, независимо от их сложности, не оказывают никакого влияния на ход времени. Поэтому время в классической физике называется абсолютным.

Все моменты времени в прошлом, настоящем и будущем между собой равноправны, время однородно. Течение времени всюду и везде в мире одинаково и не может изменяться.

Такая трактовка понятия времени соответствует нашим привычным представлениям.

В релятивистской физике

В релятивистской физике (специальная теория относительности, СТО) события, одновременные в одной системе отсчёта, могут быть неодновременными в другой системе отсчёта, движущейся относительно первой.

Таким образом, ход времени зависит от движения системы отсчета.

Математически эта зависимость выражается через преобразования Лоренца.

Пространство и время теряют свою самостоятельность и выступают как отдельные стороны единого пространственно-временного континуума (пространство Минковского). Взамен абсолютного времени и расстояния в трёхмерном пространстве, сохраняющихся при преобразованиях Галилея, появляется понятие инвариантного интервала, сохраняющегося при преобразованиях Лоренца.

Наиболее известные эффекты, выводимые из преобразований Лоренца, таковы:

1. Сокращение размеров, или лоренцево сокращение. Если бы мимо нас летела ракета, то её размеры, будучи измеренными в нашей неподвижной системе отсчета, сократились бы вдоль вектора скорости по сравнению с измеренными размерами ракеты, находящейся в состоянии покоя, и тем сильнее, чем быстрее она летит относительно нас. В пределе, если бы ракета летела со скоростью света, её длина стала бы нулевой.

2. Замедление времени. Временные интервалы между событиями с нашей точки зрения будут длиннее, чем были бы интервалы между теми же самыми событиями, измеренными в движущейся ракете, и тем длиннее, чем ближе её скорость к скорости света. В пределе – если бы ракета летела со скоростью света, нам бы казалось, что время в ней совсем остановилось.

В силу относительности движения для ракеты (а она летела прямолинейно и без ускорения) движемся мы, а она покоится, так что наблюдатель в ней будет видеть нас укороченными и с замедленными часами.

Ещё одним следствием преобразований Лоренца является то, что при движении со скоростью больше скорости света временные отрезки измеряются в мнимых временных единицах, что, с точки зрения механики Ньютона, лишено какого-либо физического смысла.

Из СТО следует невозможность для тела, обладающего массой, достичь скорости света, ибо для этого нужно затратить бесконечное количество энергии. В механике Эйнштейна скорость света в вакууме стала максимально возможной скоростью чего бы то ни было вообще.

Общая теория относительности

Общая теория относительности (ОТО), опираясь на принцип эквивалентности сил гравитации и инерции, обобщила понятие четырёхмерного плоского пространства-времени Минковского на случай неинерциальных систем отсчёта и полей тяготения (искривленное пространство-время Римана).

Метрические свойства пространства-времени в каждой точке под влиянием поля тяготения становятся различными. Влияние гравитационного поля на свойства четырёхмерного пространства-времени описывается метрическим тензором. Относительное замедление времени для двух точек слабого постоянного гравитационного поля равно разности гравитационных потенциалов, делённой на квадрат скорости света (гравитационное красное смещение). Чем ближе к массивному телу находятся часы, тем медленнее они отсчитывают время, на горизонте событий Шварцшильдовской чёрной дыры, с точки зрения Шварцшильдовского наблюдателя, ход времени полностью останавливается.

В заключение – резюме

Надо заметить, что манипуляции со временем – «замедляется, ускоряется, останавливается», разделяются далеко не всеми, в силу чего СТО и ОТО подвергаются в этом аспекте критике.

Как и всякая теория, СТО с ОТО имеют свои границы применимости, и случай, когда время обращается в ноль (останавливается), представляется мне просто математической абстракцией, определяемой как сингулярность. Чему реально соответствует эта сингулярность в физической природе никто этого не знает (за исключением, разве что, чистых математиков – творцов разного рода червоточин и нор в иные миры, да ещё писателей-фантастов).

ОТО, по мнению её критиков, остается общепринятой теорией потому, что никто не предложил ничего лучшего, реально работающего, а эксперименты её не опровергли настолько, чтобы заменить на что-то другое.

Но какие бы теории не появлялись, едва ли кто станет сомневаться в том, что пока будет существовать физическая Природа во всём многообразии её проявлений и форм, в нашем представлении о ней всегда будет присутствовать и такое фундаментальное понятие, как Время.

Использованы материалы Википедии

ЕЩЁ МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:

1. Возможна ли сверхсветовая скорость?

2. Размеры Вселенной

3. Вселенная – справочные величины