Содержание страницы:
Время – обыденная «вещь», с которой мы сталкиваемся каждый день. Однако до сих пор лучшие умы мира не могут объяснить, что представляет собой этот феномен. Попробуем и мы разобраться, в чем же тут загвоздка.
Измерение времени: солнечные часы
Одним из первых устройств для измерения времени стали солнечные часы, которые указывали время, опираясь на положение нашего светила на небосклоне. Когда человечество начало использовать часы и другие цифровые устройства, способные измерять время вне зависимости от положения Солнца на небе, время, если так можно выразиться, «начало жить самостоятельной жизнью».
Однако, когда мы измеряем скорость автомобиля, мы, по сути, просто сравниваем его движение с движением стрелок на часах и, соответственно, движением Солнца по небосводу. Получается, что мы измеряем скорость путем сопоставления движения машины с чем-то абстрактным — временем. Другими словами, мы сравниваем известное нам движение (движение Солнца), с неизвестным — движением автомобиля. Так время помогает нам описывать различные виды движения: скорость света, частоту сердцебиения, скорость вращения Земли вокруг своей оси и т.д. Но все эти движения можно сравнить между собой напрямую, не прибегая к помощи «времени». Поэтому время все-таки не может существовать автономно. Его главная задача — являться той универсальной единицей, которая максимально облегчает описание полного всевозможных движений мира.
Время изменяет движение и силу
Время становится наглядным через движение: солнце встает и заходит, идет смена времен года и т.д. Еще один важный аспект времени — существование движения частиц, таких как фотоны, и движения на уровне атомов. Не менее важный факт заключается в том, что силы действуют именно во времени.
Вот вам простой пример: представьте, что вы наблюдаете со стороны два объекта в пространстве, один из которых вращается по орбите вокруг другого. Теперь представьте, что время в пространстве, в котором находятся объекты, замедлилось по сравнению с тем временем, которое фиксируется в вашей точке обзора. Что вы ожидаете увидеть? Замедление движения объекта? Мы также заметим ослабление силы гравитации, иначе наблюдаемые объекты просто столкнутся. И наоборот, если время в их пространстве ускорится, мы увидим увеличение скорости и гравитации, ведь без одновременного увеличения силы, объекты начнут удаляться друг от друга. А если время остановится, и движение, и сила тоже станут равными нулю. Однако, стоит подчеркнуть, что изменение скорости и силы будет фиксироваться только с нашей удаленной точки для наблюдения, с точки зрения самих объектов ни скорость, ни сила не изменятся.
Наш мысленный эксперимент может быть проведен и с частицами, которые удерживаются электромагнитными силами, а это значит, что время действительно способно изменять движение и силу.
Восприятие времени: прошлое, настоящее и будущее
Мы воспринимаем время как прошлое, настоящее и будущее. Но наиболее реально мы, на наш взгляд, ощущаем настоящее, не задумываясь о том, что большая часть того, что мы называем «настоящим», по факту уже является прошлым. Настоящее — это быстро проходящее мгновение, которое отображается на временной шкале очень тонкой линией.
Настоящее еще можно сравнить с записывающим лазером, который фиксирует воспоминания у нас в мозгу. Представьте, что некий человек собирался пойти на концерт, но уснул и так и не попал на мероприятие. В его голове не останется воспоминаний о концерте, как будто его и не было в прошлом, хотя по факту мероприятие состоялось.
В отличие от настоящего, прошлое и будущее — это промежутки времени, которые можно измерить (будь то церемония бракосочетания или важные деловые переговоры), подобно тому, как можно измерить записанный на пленке материал. Вот только прошлое — это уже записанные воспоминания, а будущее — это «пленка», которую еще только предстоит записать.
Исторические события обладают тем же набором временных характеристик, что и истории, являющиеся продуктом человеческого воображения. И там, и здесь присутствуют события, которые произошли «ранее», «позднее» и «в недалеком прошлом», а это доказывает, что прошлое действительно похоже на память о событиях.
Будущее же представляет собой некую проекцию, составленную на основе прошлого опыта, воспоминания о котором хранятся у нас в мозгу.
Получается, что настоящее, которое мы воспринимаем наиболее реально, не может быть измерено, в то время как «неощутимые» прошлое и будущее имеют некоторую продолжительность и могут быть измерены. А это значит, что наше восприятие времени ошибочно.
Блок-вселенная Эйнштейна
Блок-вселенная — это вселенная, в которой прошлое, настоящее и будущее существуют одновременно. Согласно этой теории динозавры не вымерли, а до сих пор бродят по Земле, просто в других измерениях. Тоже самое творится и с многочисленными копиями нас самих, и нашей Вселенной в целом. Это видение подтверждается общей теорией относительности Эйнштейна (ОТО), согласно которой время представляется четвертым измерением.
В блок-вселенной время подобно раскинувшемуся пейзажу, где будущее и прошлое уже существуют, а значит, отсутствует свобода выбора.
Но и в этой теории не обходится без вопросов и парадоксов. Как можно объяснить происхождение Вселенной, если все части блок-вселенной существуют на протяжении всего времени? Если концепция блок-вселенной верна, значит, во времени существуют цивилизации, технологии которых на миллионы или даже миллиарды лет превосходят наши устройства. Кто-нибудь из них уже должен был научиться путешествовать во времени, а мы, в свою очередь, уже должны были заметить свидетельства таких путешествий, если, конечно, во Вселенной не существует закона, запрещающего перемещения во времени.
Большой взрыв в блок-вселенной
Большинство космологов считает, что Вселенная зародилась в результате Большого взрыва, который произошел 13 миллиардов лет назад. Космическое микроволновое фоновое излучение, оставшееся от Большого взрыва, широко изучено многими европейскими спутниками и спутниками НАСА, поэтому физики и астрономы не сомневаются, что Большой взрыв действительно имел место быть.
Однако эта концепция абсолютно не вяжется с концепцией блок-вселенной.
Ведь если Вселенная зародилась в тот момент, когда произошел Большой взрыв, и развернулась в «пейзаж-время» от прошлого к настоящему и, далее, к бесконечному будущему (как утверждается в концепции блок-вселенной), тогда «пейзаж-время» от Большого взрыва до бесконечного будущего должно было бы развернуться в момент рождения Вселенной, т.е. в момент Большого взрыва. В совокупности две концепции выглядят смешно, и от этого противоречия возможно избавиться только одним способом: отказаться от видения времени, представленного в теории блок-вселенной.
Замедление времени в блок-вселенной
Теория относительности предсказывает, что время замедляется под действием движения и гравитации. Это подтверждено опытами в ускорителях элементарных частиц и экспериментами с гравитацией. Но если наш мир действительно представляет собой блок-вселенную, тогда почему частицы с более медленным временем не исчезают, перемещаясь в прошлое? Черные дыры с их неимоверной гравитацией, которая останавливает время, не исчезают из нашего настоящего в прошлое. Факт замедления времени без перехода в прошлое или будущее указывает, что время — это процесс, а не измерение. Это весомый аргумент против видения времени, представленного в теории блок-вселенной.
Стрела времени
Стрела требует наличия двух точек во времени, а значит, может существовать только в блок-вселенной.
Стрела предполагает, что эти две точки располагаются между прошлым и настоящим или будущим, при этом предполагается, что время включает только движение. Наличие сил в качестве составной части времени меняет картину, заставляя время принять определенное направление. Представьте: если мы бросим камень в пруд, от него по воде пойдут круги, которые будут расходиться, пока не достигнут берегов пруда. Но чтобы воссоздать обратный процесс, нам необходимо будет одновременно применить множество «маленьких сил» по краям пруда, чтобы создать множество синхронизированных между собой волн, которые будут направлены точно в то место, где камень коснулся поверхности пруда. Ровно в этом месте дно пруда должно вытолкнуть камень так, чтобы он вынырнул на поверхность, а затем долетел до руки бросившего его в воду. Это просто невозможно.
Время предстает перед нами в различных ипостасях, что ощутимо затрудняет для нас понимание этого феномена. Все, что мы знаем наверняка — этот тот факт, что время тесно связано с движением и силами. Теория относительности представила нам концепцию замедления времени при помощи движения и гравитации, и этот прорыв в науке мог бы стать хорошим толчком к более глубокому пониманию сути времени. Однако, за 100 лет человечество так и не смогло значительно продвинуться в решении этой загадки бытия.
Так что же такое время?
Доказано, что прописанные в теории относительности предсказания (замедление времени, уменьшение размера предмета и увеличение его массы при увеличении скорости) верны. Однако в данной теории также заявляется, что движение относительно. А это ведет к дилемме, связанной с замедлением времени, — парадоксу близнецов, который ученые пытаются объяснить уже не один десяток лет. Источником возникшего затруднения является слово «относительность», которое было использовано Эйнштейном намеренно, чтобы избежать проблем с движением против некой фоновой структуры, ведь меньшее сопротивление движению массивных объектов объяснить невозможно.
Согласно общей теории относительности (ОТО), пространство может искривляться и деформироваться, а в его структуре существуют черные дыры. Нам также известно, что вращающиеся объекты отличаются от невращающихся. Поэтому понятие пространства без какой-либо структуры проигнорировать не так уж и просто. А это вновь возвращает нас к вопросу: как огромные планетарные тела движутся сквозь пространство, не встречая никакого сопротивления? Приняв во внимание все вышесказанное нетрудно осознать, что проблема нашего понимания пространства и времени на самом деле гораздо глубже.
Вернемся к упомянутому выше парадоксу. Итак, один из близнецов («путешественник») отправляется в космический полет, а второй («домосед») — остается на Земле. С точки зрения домоседа часы путешественника должны будут идти медленнее, ведь он будет двигаться на своем космическом аппарате относительно Земли, а значит, по возвращении его часы должны отстать от часов домоседа. Но и домосед двигался вместе с Землей относительно путешественника, следовательно, это его часы должны отстать. Выходит, что часы братьев по возвращении путешественника должны показывать одно и то же время.
В те времена, когда сформулирована была только специальная теория относительности (СТО), физики утверждали, что замедление времени у брата-путешественника происходит за счёт ускорения, ведь наличие именно этого параметра отличает его движение от движения домоседа. Но теперь, благодаря ускорителю частиц, мы знаем, что для расчета замедления времени нам необходимо знать только скорость объекта, ускорение в данных вычислениях не играет никакой роли. Кроме того, мы до сих пор не знаем, почему время замедляется при увеличении скорости, и что оно (время) в принципе из себя представляет.
Если ускорение является объяснением парадокса близнецов, то оно же должно объяснять гравитационное замедление времени в ОТО. Но замедление времени в ОТО рассчитывается путем добавления к уравнению СТО второй космической скорости, данные по ускорению здесь вновь не учитываются. Значит, ускорение в гравитации также не может быть использовано для объяснения гравитационного замедления времени. Это позволяет нам забыть об ускорении и начать поиски реальной причины замедления времени как в движении, так и в гравитации.
Еще одно предсказание ОТО, заключающееся в том, что масса искривляет пространство, тоже не до конца понятно. Если бы Эйнштейн, работая над ОТО, знал о расширении Вселенной, он, возможно, использовал бы эту концепцию, чтобы объяснить феномен искривления пространства, представив его в качестве области с более медленным расширением, возникающей из-за присутствия массы. Это могло бы помочь Эйнштейну связать замедление времени с более медленным расширением пространства и, в конечном счете, понять саму суть времени.
Подведем итоги. На данный момент ни СТО, ни ОТО не объясняет феномен замедления времени в движении и гравитации. Но если нам удастся добавить к теориям Эйнштейна тот факт, что мы живем в расширяющейся Вселенной, мы сможем найти ответы не только на вопросы, поставленные в данной статье, но и разгадать многие другие загадки Вселенной.
