Классическая физика занимается изучением объектов в движении и сил, которые на них действуют. Движущийся объект — это тот, который перемещается в пространстве за определенное время, поэтому очевидно, что пространство и время являются фундаментальными физическими концепциями. Что не так очевидно, так это то, что, в частности, время, абстрагированное от каких-либо конкретных движений, может быть объектом, который может быть изучен сам по себе. Время – является одним из ключевых понятий в человеческом существовании и научной сфере. У каждого человека, в зависимости от его рода деятельности и мироощущения есть своя уникальная интерпретация времени. Тоже самое относится к различным научным сферам. Однако понимание времени и обоснование его как измерения и единицы измерения остается открытым вопросом. В данном контексте в статье рассматриваются различные точки зрения на понимание природы времени, подходы к его измерению и новым перспективам в физических исследованиях. В частности, в статье описывается авторская теория об отсутствии времени.
Classical physics deals with the study of objects in motion and the forces that act on them. A moving object is simply one that moves in space in a certain amount of time, so it is obvious that space and time are fundamental physical concepts. What is not so obvious is that, in particular, time, abstracted from any specific motions, can be an object that can be studied by itself. Time is one of the key concepts in human existence and the scientific field. Each person, depending on their occupation and worldview has their own unique interpretation of time. The same is true for various scientific fields. However, understanding time and justifying it as a dimension and unit of measurement remains an open question. In this context, this article discusses different perspectives on understanding the nature of time, approaches to its measurement and new perspectives in physical research. In particular, the article describes the author's theory of the absence of time.
Keywords: time, physics, measurement, space, universe, unit, motion.
С момента зарождения Вселенной и до сегодняшних дней время - одна из немногих вещей, которую человечество считает регулярной и неизменной. Время работает, измеряя периоды между прошлым, настоящим и будущим. Это, с одной стороны, очевидный, хотя и расплывчатый ответ на невероятно сложную тему, связанную с пониманием времени как измерения и единицы измерения. Время окружает нас повсюду и является основой того, как мы фиксируем жизнь на Земле. Цивилизации зарождаются и исчезают, звезды появляются и гаснут, а человеческий метод отслеживания того, как эти моменты соотносятся с настоящим, остается неизменным [1].
Измерение времени не вызывает трудностей. Это наиболее точно определяемая физическая величина. При измерении времени уникальный номер присваивается либо эпохе, которая определяет момент, когда происходит мгновенное событие, в смысле времени суток, либо временному интервалу, который представляет собой продолжительность некоторого события. Для измерения времени можно использовать ход любого явления, претерпевающего регулярные изменения [2]. Такие явления составляют большую часть предмета астрономии, физики, химии, геологии, биологии и других наук. Другими словами, каждое измерение времени подразумевает измерение изменения некоторой физической величины. Это может быть число на цифровых часах, сердцебиение или положение Солнца на небе. Как следствие, в физике определение времени простое — время — это изменение, или интервал, в течение которого происходит изменение [3]. Невозможно установить тот факт, что время прошло, если что-то не изменилось.
Однако, время не так постоянно и не так тривиально, как может показаться на первый взгляд, поэтому более детальное изучение существующих концепций и парадигм, раскрывающих понимание времени, его измерение и трактовку представляет собой важную научно-практическую задачу, которая и обусловила выбор темы данной статьи.
Анализу эволюции концепций физического пространства и времени в западной мысли, начиная от греков и до современных разработок в теории относительности посвятили свои труды Беликов О.В., Бехтенев Е.А., Дементьев Е.Н., Карпов Г.В., Мкртчян А.А., Позаненко А.С., Минаев П.Ю., Young-Kyoon Suh, Richard T. Snodgrass, John D. Kececioglu, Peter J. Downey, Robert S. Maier, Cheng Yi.
Над описанием различных шкал времени, которые представляют собой упорядоченный набор времен, полученных из наблюдений некоторого явления, трудятся Петренко И.А., Чесуев Б.А., Якуничев Д.Е., Труханов К.И., Тютюнник В.М., Карикова Е.В., Мамонтов С.А., Корскова И.С., Paul A. Baron, Malay K. Mazumder, Yung-Sung Cheng, Thomas M. Peters.
Типы времени, которые влияют на то, как измеряются эти времена, и на цели или задачи, которые будут преследовать эти измерения, нашли свое отражение в публикациях Тарханова А.М., Григорьева Д.Н., Печерских М.Ю., Одинцова В.П., Гольдварга Т.Б., Радачинской Ю.Н., Новикова И.Д., Лихачёва С.Ф., Щекинова Ю.А., Anamitra Pal, Chetan Mishra, Anil Kumar S. Vullikanti.
Несмотря на тот факт, что концепция времени очевидна и интуитивна — равномерное течение событий в жизни человека, орбита Луны вокруг нашей планеты — описать ее фундаментальную природу гораздо сложнее.
Таким образом, цель статьи заключается в рассмотрении развития концепции времени как измерения и единицы измерения, а также в проведении анализа альтернативных подходов к пониманию времени.
В 17 веке физик Исаак Ньютон представлял время как стрелу, выпушенную из лука, летящую по прямой линии и никогда не отклоняющуюся от своего пути. Для Ньютона одна секунда на Земле была такой же продолжительностью времени, как и та же секунда на Марсе, Юпитере или в открытом космосе [4]. Он считал, что абсолютное движение не может быть обнаружено, а значит, ничто во Вселенной не имеет постоянной скорости, даже свет. Применив эту теорию, он смог предположить, что если скорость света может меняться, то время должно быть постоянным. Время должно тикать от одной секунды к другой, причем продолжительность любых двух секунд не должна отличатся. Это то, что легко принять за истину. В каждом дне примерно 24 часа; не бывает так, что в одном дне 26, а в другом 23.
Однако в 1905 году Алберт Эйнштейн утверждал, что скорость света не меняется, а является постоянной и движется со скоростью 186 282 мили в секунду (299 792 километра в секунду). Он предположил, что время больше похоже на реку, которая течет и течет в зависимости от воздействия гравитации и пространства-времени. Время ускоряется и замедляется вокруг космологических тел с разными массами и скоростями, и поэтому одна секунда на Земле не является одинаковым отрезком времени во всей Вселенной [5].
Спустя десятилетия теория Эйнштейна была доказана. В октябре 1971 года физики Джей Си Хафел и Ричард Китинг проверили его теорию, отправив четыре атомных хронометра на самолетах в кругосветное путешествие, сначала на восток, а затем на запад. В своей работе, опубликованной в 1972 году в журнале Science, Хафел и Китинг сообщили, что при движении на восток воздушные часы были примерно на 59 наносекунд медленнее наземных атомных часов, а при движении на запад - на 273 наносекунды быстрее наземной версии. Полученные ими результаты подтвердили теорию Эйнштейна о том, что время колеблется во Вселенной.
Хотя Ньютон и Эйнштейн выдвинули противоречивые теории, объясняющие, как работает время, оба ученых согласились, что время движется только вперед [6]. И пока что нет физических доказательств того, что что-либо во вселенной может уклоняться от времени и двигаться назад или прыгать вперед. Ученые не совсем уверены, почему время движется только вперед, но у них есть на этот счет определенные теории.
Одна из теорий опирается на второй закон термодинамики. Этот закон гласит, что все во Вселенной имеет тенденцию двигаться от низкой к высокой энтропии или от однородности к беспорядку, начиная с простоты при Большом взрыве и переходя к почти случайному расположению галактик и их обитателей в настоящее время. Это явление носит название «стрела времени» [7].
Эддингтон предположил, что время не симметрично: «Если, следуя за стрелкой, мы обнаруживаем все больше и больше случайного элемента в состоянии мира, то стрелка указывает в будущее; если случайный элемент уменьшается, то стрелка указывает в прошлое», — писал он в «Природе физического мира» в 1928 году. Например, если бы мы наблюдали звезду в почти однородном состоянии, но позже увидели, как она взорвалась в качестве сверхновой и превратилась в рассеянную туманность, то мы знали ли бы, что время перешло от равенства к хаосу [8].
Согласно другой теории, течение времени обусловлено расширением Вселенной. Когда Вселенная расширяется, она тянет за собой время, потому что пространство и время связаны как единое целое. Но это означает, что если Вселенная достигнет теоретического предела расширения и начнет сжиматься, то время повернет вспять, что составляет небольшой парадокс.
На сегодняшний день, в доказательство корректности теории существования времени, как единицы измерения и измерения в целом, физики приводят ряд следующих аргументов.
1. Относительность ставит «время» и «пространство» на равные позиции. Если время не является «фундаментальным», то и пространство не является таковым, в результате человечество остается ни с чем.
2. Если рассмотреть механику Лагранжа, то известно, что q (представляющая пространственные координаты) и dq/dt (временная динамика) — это единственные две величины, которые действительно имеют значение. И здесь весть «время».
3. Множество явлений описываются с помощью нарушенного принципа симметрии обращения времени (пример: сверхпроводимость).
Критический анализ концепции времени в свете фундаментальных физических теорий позволяет сделать вывод, что эти теории описывают различные уровни физической реальности, которые можно разделить на:
Поскольку каждая теория дает независимое описание явлений на основе различных принципов, представляется непродуктивным искать связи или более глубокий синтез, позволяющий объединить несводимые теоретические видения, чтобы создать унитарный концептуальный каркас, на котором можно было бы основывать знания о конечной структуре реальности. Что касается времени, то тщательный анализ приводит к следующим заключениям. В то время как в квантовой механике взаимодействия кажутся происходящими мгновенно в абсолютном пространстве (экспериментальным доказательством является запутывание), в относительности они требуют конечного времени, поскольку существует предельная и инвариантная скорость, а поля включают в себя структуру пространства-времени, кривизна которого дает возможность объяснить гравитационные явления, и которое поддерживает взаимодействие друг с другом.
Реальность релятивистского времени связана с измерениями, обеспечиваемыми часами, которые работают в соответствии с законом, выражающим связь между собственным периодом и потенциалом: только набор электромагнитных часов (к которым относятся атомные часы и другие эквивалентные устройства) содержит приборы, работающие в согласии с этим законом [9]. Эволюционная природа времени возникает на уровне описания реальных явлений, где модель пространства-времени, в свою очередь, по своей сути проблематичная, не является основополагающей: эволюционное время измеримо как порожденное часами, которые регистрируют длительности в согласии с гипотезой теплового времени Ровелли [10].
Итак, модели физической реальности не обязательно подразумевают друг друга, каждая из них представляет собой автономное теоретическое описание, основанное на логико-операционной структуре, отличной от других: единственным неоспоримым фактом является то, что эволюционная природа необратимого времени не сводится к более фундаментальным теориям, в которых само время не привязано к внутреннему становлению тел и часов.
Таким образом, несмотря на фундаментальные труды и наработки, время – это до сих пор проблематичная категория. Время — это универсалия, природа которой до сих пор как в научно-экспертной, так и в обывательской мысли не постижима. На определенном уровне понять сущность времени достаточно просто: оно не дает всему происходить одновременно. Это может показаться легкомысленным, но это, по крайней мере, то, с чем люди могут согласиться. Некоторые ученые утверждают, что время – это причинный порядок вещей. Однако, если смотреть на это с другой стороны, то существование времени можно интерпретировать как необходимое условие для такой Вселенной, в которой вещи ведут к другим вещам, в том числе к разумной жизни, способной задавать вопросы, например «что такое время?». Помимо этого, сущность времени остается загадочной. Например, почему вещи могут влиять на другие вещи только в одном направлении во времени, но в нескольких направлениях в трех измерениях пространства.
И в данном случае, следует отметить, что наряду с традиционными подходами и концепциями к пониманию времени, по мнению автора, заслуживает внимания альтернативная теория, которая оперирует понятием его отсутствия. Большинство физических теорий, начиная от законов движения Исаака Ньютона до квантовой механики, обходят вопросы сущности времени и его наличия стороной. В этих теориях время — это «независимая переменная», по отношению к которой изменяются другие вещи, но которая не может быть изменена ничем другим [11]. В этом смысле время существует вне физики, подобно биению метронома за пределами Вселенной, под которое играет все, что находится внутри нее.
По словам Альберта Эйнштейна, наше восприятие прошлого, настоящего и будущего — не более чем «упрямая настойчивая иллюзия». Согласно, Исааку Ньютону, время — не более чем фон, вне жизни. А в соответствии с законами термодинамики, время — не более чем энтропия и тепло [12]. В истории современной физики никогда не было широко принятой теории, в которой движущееся, направленное чувство времени было бы фундаментальным. Многие из наших самых основных описаний природы — от законов движения до свойств молекул и материи — по-видимому, существуют во вселенной, где время на самом деле не течет.
Время было придумано во времена движения Солнца вокруг Земли, однако теперь известно, что с развитием технологий одна секунда представляет собой прохождение Гринвича 465 метров вокруг оси планеты и всё. Это влечет за собой неоправданно сильное упрощение формул и изменение простейших физических понятий. Можно предположить, что в сложных физических теориях данное преобразование «технической величины» в «ощутимые единицы» будет полезно. Приведем простой пример - скорость V, согласно авторской теории, теперь не расстояние (что само по себе не корректно) деленное на «время», а безразмерная величина. Опытным путем можно это проследить, просто проведя рукой перед глазами и станет понятно, что для скорости не важно расстояние, а важно само перемещение - безразмерная величина.
С другой стороны, представление безвременья требует, чтобы время прошло. Даже когда человек пытается представить его отсутствие, он чувствует, как оно движется, когда мысли меняются, сердце качает кровь к мозгу, а образы, звуки и запахи движутся вокруг.
И все же открытым остается вопрос – реально ли время, как единица измерения.
Два человека, движущиеся с одинаковой скоростью, согласятся, что их показатели расстояния и времени совпадают. Однако при изменении скорости один из них увидит, что мера времени и расстояния другого изменилась, хотя его собственная осталась прежней. Если нет причин отдавать предпочтение одной точке зрения на время перед другой, это означает, что время вовсе не является постоянной универсальной единицей. Это относительное измерение, которое меняется по мере того, как объекты движутся быстрее или медленнее, или под воздействием большей или меньшей гравитации.
Таким образом, подводя итоги, отметим, что различные концепции времени, возникающие в новейших физических теориях, порождают множественные спорные моменты и дискуссионные вопросы, ответы на которые еще не найдены. Проблемы и сомнения в действительности и реальности времени, в обоснованности его использования в качестве измерения и единицы измерения остаются, что предопределяет необходимость проведения дальнейших исследований данной проблематики.
Очевидной является потребностm в переосмыслении физического представления о времени, из которого, вероятно, станет ясно, что это сложное понятие не может быть объяснено в свете унитарной теоретической структуры.
1. Гибадуллин А.А. Системы счисления и измерения времени // Матрица научного познания. 2024. № 1-1. С. 116-118.
2. Фокин А.Р. Аврелий Августин и аристотелевская концепция времени // Вопросы философии. 2022. № 7. С. 168-183.
3. Fallacy Tajron Jurić, Hrvoje Nikolić Passive Quantum Measurement: Arrival Time, Quantum Zeno Effect and Gambler's // Fortschritte der Physik. 2023. Volume 71, Issue 10-11. Р. 56-64.
4. Askar Abdukadyrov Fundamental Units of Measurement and Extra Dimensions // Advances in High Energy Physics. 2022. Volume 2013, Issue 1. Р. 87-94.
5. Омаралиева З.И. Физические таблицы как ориентировочная основа действия // Актуальные вопросы образования и науки. 2021. № 2 (72). С. 61-64.
6. Jaime C. Cepeda, José L. Rueda, Delia G. Colomé, Diego E. Echeverría Real-time transient stability assessment based on centre-of-inertia estimation from phasor measurement unit records // IET Generation, Transmission & Distribution. 2014. Volume 8, Issue 8. Р. 77-83.
7. Kathy Long, Constance Kamii The Measurement of Time: Children's Construction of Transitivity, Unit Iteration, and Conservation of Speed // School Science and Mathematics. 2019. Volume 101, Issue 3. Р. 100-109.
8. Peiyong Zhang, Chenhui Feng, Huiyan Wang On-chip picosecond resolution timing measurement using time amplifier // Electronics Letters. 2015. Volume 51, Issue 18. Р. 101-105.
9. Донецкий Д.В. Конфигурации времени в онтологическом измерении: пересечение философии и физики в поисках структуры бытия // Вестник философии. 2023. Т. 1. № 1. С. 4-11.
10. Гибадуллин А.А. Физика времени и временная физика за рамками математической статики // Матрица научного познания. 2023. № 12-1. С. 39-41.
11. Гузевич С.Н. Время, пространство и их физическая сущность // Навигация и гидрография. 2023. № 71. С. 75-86.
12. Бурмасов Н.A. Поиск новой физики в ультрапериферических столкновениях на большом адронном коллайдере // Ядерная физика. 2023. Т. 86. № 1. С. 204-212.
