На сегодняшний день, когда время представляет собой, исходное и неопределяемое понятие в современном знании, а также при отсутствии твердого убеждения в том, что все приписываемые свойства являются именно свойствами времени, задача по определению объективных свойств времени и формулированию сущности течения времени сохраняет актуальность [6].
Принимая во внимание, что течение времени является всеобъемлющим и все существующие физические понятия и термины определяются через понятие времени, попытка сформулировать течение времени с использованием физических терминов наталкивается на препятствие, заключающееся в том, что сама природа времени неясна.
Соответственно, возникает вопрос: может ли существовать некоторая физическая сущность течения времени, установление которой позволит объяснить течение времени, и с использованием которой могут быть выведены характеристики и закономерности всеобъемлющего течения времени?
Необходимо отметить, что в ряде работ [1;5], в качестве свойства и отличительной особенности времени было предложено рассматривать текучесть времени. Эта же идея находит отражение в работе А. Левича [7], согласно которой описание реальных систем совершенно обязательно должно содержать феномен течения времени. Принимая такую точку зрения на проблему времени и не вникая, при этом, в природу возникновения самого течения, в настоящей работе предлагается постулат, формулирующий течение, как отличительную особенность времени.
Постулат о течении времени - существование материального мира характеризуется всеобъемлющим течением времени, сопровождающим всякое изменение в любых структурах мироздания.
В соответствии с данным Постулатом будем полагать, что любые конструкции в любых областях знаний, которые не характеризуются течением и изменением, не отражают реальной картины мира. При этом полагается, что и, сам по себе, термин «время» не отражает сути течения и является абстрактной статичной конструкцией.
Также принимается, что не допустимо использование статичных конструкций при описании течения времени, например, таковым является термин «событие», под которым понимается конструкция, представляемая в виде математической точки на траектории движения объекта, имеющая три координаты в пространстве и одну во времени. Если событие во времени является математической точкой, не имеющей длительности, то и последовательность событий также лишается длительности, в таком случае, классическое определение события, лишенное протяженности и лишенное длительности можно использовать в качестве вспомогательной конструкции.
Аналогичной статичной конструкцией является термин «момент» времени, представляющий собой безразмерную точку на координате времени.
Примером динамической конструкции, используемой для описания изменения энергетического состояния объекта, является понятие физического «процесса», имеющего протяженность в пространстве и длительность во времени.
Под энергетическим «состоянием» объекта будем понимать общую энергию объекта, которой он обладает в некоторый момент времени. При этом общая энергия объекта может быть представлена в макромире кинетической, потенциальной и тепловой энергией, а в микромире энергией движения и внутренней энергией наблюдаемого объекта.
Для измерения длительности течения времени используется термин «интервал» времени, определяемый в геометрической модели времени, как длительность течения времени между двумя моментами на линейной шкале времени.
Необходимо отметить, что в модели четырехмерного пространства-времени Минковского под термином «интервал» понимается «четырехвектор», который кроме пространственных компонент включает и временну'ю компоненту [10]. Релятивистская теория предполагает существование определенной комбинации координат и времени, которая остается инвариантной при преобразованиях Лоренца. Полученные в этих преобразованиях квадраты «интервалов» могут быть положительными и отрицательными, соответственно, интервалы в этой модели могут быть действительными и мнимыми. Если действительные интервалы называют времени - подобными, то мнимые интервалы называют пространственно - подобными.
В соответствии с приведенным выше определением процесса, устанавливается, что все физические процессы в природе являются энергетическими.
Необходимо отметить, что ни органы чувств человека, ни физические инструменты не способны регистрировать непосредственно само «чистое» течение времени, оно воспринимается нами опосредованно, в соотношении с течением физических процессов. Можно сказать, что течение времени является всеобъемлющим вследствие того, что всеобъемлющи энергетические процессы протекающие в природе. Фактически, физические часы являются инструментом параметризации длительности течения физических процессов, с течением которых принято соотносить течение локального времени. Процедура измерения времени требует принятия соглашения об эталонной длительности течения времени для согласования хода физических часов, различные конструкции которых могут измерять длительность течения различных физических процессов. Соответственно, вследствие принятия такого соглашения, параметризация течения времени с целью измерения его длительности является субъективным методом.
В дальнейшем повествовании, течение физического времени будем рассматривать с точки зрения его соотношения с течением энергетических процессов и изменением энергетического состояния объекта, например, под длительностью течения времени будем понимать длительность течения некоторого энергетического процесса, с которым соотносится течение времени, а под изменчивостью будем понимать изменение энергетического состояния материального объекта, характеризующегося некоторой длительностью во времени. Чтобы освободиться от неопределенности длительности течения времени в формулировке изменчивости, можно принять, что изменчивость совершается в течение условного эталонного интервала времени. Значение длительности эталонного интервала устанавливается в различных областях знания, в зависимости от условий наблюдения, например, в квантовой физике имеет смысл, эталонный интервал времени принять равным длительности Планковского времени.
Исходя из вышеизложенного, понятие «энергия» принимается более фундаментальным по отношению к понятию «время», т.е. устанавливается, что объективное течение времени соответствует объективному течению энергетических процессов.
Рассмотрим, с точки зрения предложенного Постулата и, с учетом, принятого определения объективного течения времени, некоторые характеристики течения времени.
Проблема параметризации течения времени в классической физике привела к созданию геометрической модели времени и абстрактному представлению ее в виде линейной координаты, рассматриваемой в дополнение к трехмерному пространству. В геометрической модели, характеристика длительности течения времени является аддитивной величиной, например, длительность суток равна сумме длительностей количества часов в сутках, которые, соответственно, суммируются из длительностей минут, секунд и т.д. Представление времени в виде линейной координаты в геометрической модели допускает процедуру измерения длительности течения времени и в обратном направлении, т.е. возможность измерения отрицательной длительности времени. Это позволяет использовать существующую геометрическую модель для описания обратимых процессов в классической физике. Соответственно, можно сделать вывод о том, что в необратимой реальности, длительность течения времени является аддитивной неубывающей величиной, которая может принимать только положительные значения.
Само физическое время является неаддитивной величиной и измерить его течение целиком в отношении некоторой пространственно распределенной системы невозможно, поэтому человечеству пришлось прийти к соглашениям о том, что время течет в любой пространственной точке системы равномерно и непрерывно, а также оно течет одновременно с течением параметризованного времени, измеряемого эталонными физическими часами, расположенными в наблюдаемой системе. Без таких соглашений, процедура измерения времени (построения модели времени) была бы бессмысленной. Таким образом, необходимость измерения времени не только создала предпосылки для конструирования механизма часов, но и породила понятия равномерности и непрерывности, а также одновременности течения времени в разных точках заданного пространства. В результате развития механизмов часов были созданы наиболее удобные и наглядные конструкции физических часов, использующие для визуализации течения времени метод параметризации, с периодическими интервалами, кратными астрономическим циклам движения Земли. Равномерность и непрерывность течения времени позволяет использовать метод параметризации с периодическими интервалами на шкале линейного течения времени.
Существующая геометрическая модель времени, позволяет применить процедуру измерения времени в отношении отдельного процесса, протекающего в некоторой системе, но не позволяет параметризовать глобальное течение времени для этой системы, в которой могут протекать неоднородные процессы (равновесные и неравновесные) [8], не поддающиеся единому методу параметризации. Иначе говоря, геометрическая модель времени не позволяет параметризовать неоднородное течение времени, обусловленное существованием в системе неоднородных процессов, характеризующихся неравномерной длительностью течения.
Таким образом, длительность течения времени является объективной характеристикой, но всякая попытка её измерения, т.е. параметризации с использованием какой-либо модели времени, накладывает неизбежную печать субъективизма, которая выражается в возможности появления субъективных «свойств» модели, например, таких, как периодичность и обратимость, а также выражается в необходимости установления соглашений, аналогичных рассмотренным выше, с целью абстрагирования от неоднородностей.
На практике, в расчетных формулах, где в качестве аргумента функции в динамическом уравнении:
y = f (t)
присутствует время «t»; в качестве единиц его измерения используются эталонные интервалы длительности: секунды, минуты, часы, сутки, недели, месяцы, годы и т.д.
Таким образом, во всех расчетных формулах естественных наук, например, в преобразованиях Лоренца, под понятием «время» фактически понимается длительность течения времени, измеряемая интервалами.
Учитывая, что если во всех уравнениях движения и во всех областях знаний физическое время фактически представлено длительностью течения времени, то именно длительность течения времени может быть интерпретирована в качестве физической сущности течения времени.
Объективно существующая в окружающем Мире изменчивость является подтверждением того, что материальный Мир небезразличен к течению времени, но восприимчива ли неживая материя к длительности течения времени?
Если процессы в макромире совершенно безразличны к длительности течения времени и в некоторых случаях даже к обратимости течения времени, то в микромире можно наблюдать многочисленные факты существования детерминированной продолжительности жизни неустойчивых элементарных частиц, при этом течение процессов в микромире принципиально необратимо. Константу скорости света также можно интерпретировать, как существование элементарной детерминированной длительности течения времени, к которой небезразличен фотон в своем движении [2]. Эти факты являются подтверждением существования объективной элементарной (неделимой) длительности течения времени в микромире, иначе говоря, существования дискретной длительности течения времени. Можно сказать, что благодаря существованию объективной элементарной длительности течения времени (кванта времени) становится возможным проявление в микромире каузальности и принципа детерминизма.
В работе [2] на основании гипотезы о переносчиках времени, течение собственного времени фотона было представлено в виде последовательности элементарных длительностей. Необходимо отметить, что представление течения собственного времени фотона в линейном виде, складывающемся из равномерного и непрерывного течения элементарных длительностей, соответствует представлению линейной оси течения времени в геометрической модели времени. Такое представление можно интерпретировать, как «чистое» течение времени, т.е. течение времени, которое соотносится с элементарным энергетическим процессом – излучением фотона.
По определению С. Хокинга [11], направленность течения времени – это отличие между прошлым и будущим. Для наглядности представления направленности течения времени А. Эддингтон использовал метафору «стрела времени».
Указанное определение С. Хокинга, требует некоторого уточнения. Дело в том, что будущее объективно не существует, оно прогнозируемо, но строго не определено, вследствие этого, имеет смысл направленность течения времени определять как отличие между прошлым и объективным настоящим.
Если вместо отношения «прошлое – настоящее» использовать отношение «раньше - позже», то направленность течения времени можно определить, по отношению к изменчивости, которая наблюдается в окружающем Мире в течение некоторого (имеющего неопределенную длительность) интервала времени между двумя моментами, связанными отношением: раньше - позже. Таким образом, направленность течения времени не меняется от длительности интервала течения времени, т.е. она определяется самим фактом существования интервала течения времени, иначе говоря, определяется существованием длительности течения времени.
Если направленность течения времени является объективной характеристикой, в силу объективного существования прошлого и настоящего, а также в силу существования причинно-следственных связей (отношений: раньше - позже), то и «стрела времени», отражающая направленность течения времени, несмотря на свою метафоричность, также является объективным показателем.
Принимая во внимание, что в соответствии со Вторым Законом термодинамики система с избыточной энергией стремится к состоянию термодинамического равновесия, т.е. наиболее вероятному состоянию с минимумом избытка энергии и максимумом энтропии, то соответственно, направленность течения локального времени принято соотносить с ростом энтропии и направленностью «термодинамической» стрелы времени.
Как было показано в работе [3], в процессах с отрицательной энтропией, течение которых характеризуется неравномерностью и прерывностью, направленность течения времени не может быть соотнесена с ростом энтропии и не совпадает с «термодинамической» стрелой времени. Соответственно, направленность течения времени в процессах с отрицательной энтропией была соотнесена с «тяжелой» стрелой времени [4].
Для выявления отличия между прошлым и настоящим, также можно воспользоваться понятием «информации». Например, история физической системы – это информация о течении энергетических процессов в системе, которые безвозвратно ушли в прошлое. В связи с тем, что процессы, протекавшие в прошлом недоступны и их течение невозможно изменить, информация о прошлом может только убывать, т.е. историческая информация может стать недоступной, может быть утеряна (забыта), уничтожена или искажена помехами. В свою очередь, прогнозная информация о будущем представляет собой информацию о возможных процессах и их вероятном исходе, основанную на существовании детерминированного течения физических процессов.
В отличие от прошлого, в настоящем, состояние системы подвержено изменчивости, порождающей новое, которое еще не может появиться в будущем и уже не способно появиться в прошлом. Процессы порождения нового сопровождаются ростом информации - к существующей информации о состоянии системы и об окружающем Мире, которая кроме информации о прошлом, включает в себя также информацию о детерминированном в каузальных отношениях будущем, добавляется информация о новом, его свойствах, о его взаимосвязи и взаимодействии с окружением.
Если убывание исторической информации и рост информации в настоящем одинаково наблюдается, как для процессов с ростом энтропии, так и для процессов с отрицательной энтропией, то это является подтверждением существования универсального отличия между прошлым и настоящим для любых типов процессов. Это свидетельствует о существовании универсальной направленности течения времени, которую можно сопоставить с направленностью «информационной» стрелы времени.
Вместе с тем, как было подчеркнуто выше, направленность течения времени определяется существованием длительности течения времени, из чего можно сделать вывод, что реальная длительность течения времени также характеризуется направленностью.
Учитывая изложенное, направленность течения времени можно интерпретировать как направленность длительности течения времени, совпадающую с направленностью «информационной» стрелы времени.
Согласно определению И. Пригожина [9], под необратимостью течения времени понимается нарушение симметрии между прошлым и будущим. Необратимость течения времени наблюдается в течении всех реальных процессов, например, в процессе необратимого перехода тепла от горячего к холодному. Субъективная иллюзия обратимости течения времени появляется при создании моделей мира, в описании которых не учитываются процессы, влиянием которых в уравнениях движения можно пренебречь. Например, при описании движения тел в классической физике принято описывать траекторию движения центра масс наблюдаемого тела, что позволяет упростить задачу, так как исключаются из рассмотрения вращательные движения тела и ритмичные покачивания вокруг оси, проходящей через центр масс, а также исключаются влияние трения, деформации, сопротивления воздуха и т.д. Кроме упрощений принимаемых на уровне макромира, из рассмотрения полностью исключаются процессы микромира, так, астронома, рассчитывающего траекторию Земли, совершенно не интересуют необратимые термодинамические процессы, протекающие на планете. Естественно, что в результате допущений, устанавливающих понятия абсолютно твердого тела и абсолютной упругости соударений, просто обязана наблюдаться симметрия между прошлым и будущим в движении физических тел.
Необратимость появляется в тех разделах физики, в которых учитывается излучение энергии: в термодинамике – это процессы, связанные с излучением тепловой энергии, а в квантовой физике – это процессы излучения квантов энергии, регламентируемые Постулатами Бора.
Ранее было отмечено, что геометрическая модель времени допускает измерение отрицательной длительности течения времени, которая моделирует обратный ход времени. Соответственно, можно сформулировать, что необратимость течения времени наблюдается в связи с тем, что реальная длительность течения времени является аддитивной неубывающей величиной.
Учитывая изложенное, необратимость течения времени можно трактовать как необратимость длительности течения времени.
Ранее мы говорили о том, что характеристики равномерности и непрерывности течения времени были приняты в качестве соглашения при необходимости измерения течения времени.
Представление о равномерности течения времени благополучно существовавшее в классической физике, было пересмотрено А. Эйнштейном, когда было введено понятие течения локального времени, а также сформулировано и экспериментально подтверждено явление замедления течения времени. Как и было предсказано в ОТО, замедление течения времени или нарушение равномерности течения времени наблюдалось в условиях изменения гравитационного поля и субсветовых скоростей. Если учесть, что правильнее говорить не о релятивистском замедлении или ускорении течения времени, а об относительности промежутков времени, т.е. относительности длительности интервалов течения времени, то из этого следует, что равномерность течения времени определяется равномерной длительностью интервалов течения времени.
Соответственно, непрерывность течения времени может быть представлена, как результат непрерывного следования интервалов течения времени.
Таким образом, характеристики равномерности и непрерывности сводятся к оценке длительности течения времени.
Следует отметить, что равномерность и непрерывность, как объективные характеристики не являются универсальными, так как, они справедливы в отношении длительности течения только локального времени [4].
Необходимо отметить, что отношение одновременности возникает в пространстве и во времени, т.е. не является отношением, отражающим только особенности течения времени.
Выше отмечалось, что принятие соглашения об одновременности было необходимо при измерении времени, когда принимается, что течение времени в любой пространственной точке системы происходит одновременно с течением времени, измеряемого эталонными физическими часами, расположенными в наблюдаемой системе.
Концепция течения локального времени, введенная в ОТО и пришедшая на смену концепции универсального течения времени в классической физике расширило понятие одновременности течения времени.
Согласно положениям физики Ньютона, весь Мир погружен в равномерный фон течения времени, т.е. процессы, происходящие, например, на Земле, на Солнце и на Альфа Центавра протекали в едином времени, т.е. полагалось, что наблюдатель видит Солнце и видит звезду Альфа Центавра такими, какие они есть в настоящий момент времени, иначе говоря, предполагалась абсолютная одновременность событий во всех точках пространства, что предполагало мгновенную передачу информации об одновременности событий на любые расстояния. Концепция течения локального времени А. Эйнштейна определила неравномерность течения времени в разных точках Вселенной и относительность одновременности событий. Наблюдая в телескоп космический объект, который, возможно, уже не существует, астроном видит его прошлое, его историю, доставленную переносчиками информации – фотонами. Эта история представлена информацией о процессах, которые протекали на объекте в масштабе течения его локального времени. Таким образом, наблюдаемый ход истории объекта отражает информацию о процессах, течением которых определялся масштаб течения локального времени объекта, при этом, масштаб не зависит от скорости передачи информации. Однако, знание скорости передачи информации необходимо для установления давности наблюдаемого события, с целью его привязки к соответствующему моменту на шкале течения локального времени наблюдателя, связанному с ним отношением одновременности.
Предположим, что скорость распространения переносчиков информации об истории объекта, соответствующей отражению реальной картины на объекте, была бы другой, например равной 0,9 скорости света, что тогда мог видеть наблюдатель? Наблюдатель видел бы всю ту же историю объекта, но при этом задержку во времени доставки информации пришлось бы пересчитывать с учетом реальной скорости переноса информации об одновременности событий. Для пересчета задержки по времени необходима привязка к точке отсчета – к моменту на шкале течения локального времени наблюдателя, который связан отношением одновременности с моментом на шкале течения локального времени наблюдаемого объекта.
В качестве примера, когда практически производится пересчет с учетом скорости переносчиков информации, имеющих скорость, отличную от скорости распространения информации об одновременности событий, можно упомянуть способ пристрелки с секундомером, используемый в артиллерии. Ночью, когда видна вспышка света при стрельбе орудия противника, производится засечка по секундомеру времени прихода звука от выстрела. Далее, зная скорость звука, рассчитывается приблизительное расстояние до цели и производится её пристрелка. В данном случае для артиллериста информативным является время прихода звуковой волны, когда зная скорость распространения звука в воздухе, можно вычислить дальность до источника звука. Момент вспышки света является условной точкой отсчета для установления одновременности двух событий: момента вспышки при выстреле и момента запуска секундомера.
Тот факт, что при наблюдении исторической картины Вселенной, скорость переносчиков отображения истории процессов – фотонов, совпадает со скоростью распространения информации об одновременности событий (иначе нам пришлось бы производить пересчет по времени в масштабе световых лет), является подтверждением того, что скорость переносчиков информации об одновременности событий равна скорости света.
Анализируя вышеизложенное, можно прийти к выводу, что физическим смыслом установления отношения одновременности является определение точки отсчета на шкале течения локального времени наблюдателя, для привязки к ней момента совершения события на наблюдаемом объекте. Соответственно, отношение одновременности, зависящее от условий наблюдения носит субъективный характер.
Необходимо отметить, что в природе существуют процессы, в которых поведение объектов микромира характеризуется как одновременное – это процессы когерентного (коллективного) поведения ансамблей атомов и молекул [8]. В качестве примеров коллективного поведения ансамблей атомов и молекул можно назвать реакцию «химических часов» Белоусова-Жаботинского, эффект когерентного излучения в лазерах, явление турбулентности и явление резонанса. Все указанные процессы коллективного поведения ансамблей атомов и молекул представляют собой процессы с отрицательной энтропией, характеризующиеся течением времени, отличным от течения локального времени [3]. В отличие от процессов, определяющих течение локального времени, при котором отношение одновременности является относительным и устанавливается соглашением, в процессах, с коллективным поведением ансамблей атомов и молекул, отношение одновременности, в пространстве совершения подобных процессов, является абсолютным. То есть, однородное течение процессов с коллективным поведением ансамблей атомов и молекул характеризуется существованием зоны абсолютной одновременности событий и однородным течением времени в этой зоне.
Выше было отмечено, что если во всех уравнениях движения и во всех областях знаний физическое время фактически представлено длительностью течения времени, то именно длительность течения времени можно интерпретировать в качестве физической сущности течения времени. Исходя из этого, и учитывая, что без длительности не существует течения любого времени, а также тот факт, что рассмотренные выше характеристики течения времени выводятся из длительности течения времени, следует, что длительность течения времени является единственной универсальной объективной характеристикой течения времени, представляющей ее физическую сущность.
Рассмотрим, теперь, в качестве примера, излучение энергии, которое имеет такие параметры, как амплитуду волны, длину волны, а также период волны, представляющий собой не что иное, как интервал течения времени, т.е. длительность течения времени. Как известно, все эти параметры характеризуют волновое движение субстанции, но они самостоятельно не существуют вне субстанции, т.е. они представляют собой реляцию. В таком случае, если длительность течения времени, представляющая физическую сущность течения времени предстает как реляция, то, соответственно, само течение времени, также приобретает характер реляции. Таким образом, проявляясь в качестве реляции, течение времени не способно порождать действие, оно лишь является характеристикой объективного поведения субстанционального носителя. При этом, течение времени перестает быть «фоном», оно незримо присутствует во всех энергетических взаимодействиях и переносится вместе с переносом энергии и с переносом взаимодействия. Соответственно, при таком тесном переплетении энергии и течения времени, не исключаются ситуации, когда свойства энергии могут быть приписаны течению времени.
На основании сформулированной физической сущности времени и учитывая, что течение времени рассматривается с точки зрения его соотношения с объективным течением энергетических процессов, можно сделать следующее заключение в отношении течения времени:
Течение физического времени определяется изменением энергетического состояния материальной системы, характеризующимся аддитивной неубывающей длительностью, имеющей направленность, которую можно соотнести с направленностью «информационной» стрелы времени.
Литература: