«Проблема времени» появилась в результате попыток ответить на вопрос: «Что такое время?» На первый взгляд, этот вопрос кажется простым. Вся наша жизнь и деятельность происходит во времени. Мы осознаем его течение в череде событий дня, в смене дней и ночей, в регулярной последовательности времен года.
В физике метод измерения определяет физическую величину. Например, ускорение есть физическая величина, характеризующая изменение скорости в единицу времени. При таком подходе время следует определить как математическую величину, которую используют для измерения длительности событий. Видимо, поэтому древнегреческий философ и математик Платон (427-347 гг. до н.э.) рассматривал время, как математический образ вечности, ведь интервалы времени - сутки и год - остаются всегда неизменными.

Однако под одним и тем же звездным небом происходят самые разные события. Мы точно знаем, что наш вчерашний день отличается от настоящего, а на будущий день мы планируем новые дела и ждем новых событий. Понятия «прошлое», «настоящее» и «будущее» являются качественными характеристиками событий. Они отражают главное свойство времени: оно всегда неумолимо изменяется от прошлого к будущему.
«Проблема времени» состоит в том, чтобы объяснить существование относительного времени и найти причины необратимой последовательности событий от прошлого к будущему.


Характеризуя систему Демокрита как теорию структурных уровней материи - физической (атомы и пустота) и математической (амеры), мы сталкиваемся с двумя пространствами: непрерывное физическое пространство как вместилище и математическое пространство, основанное на амерах как масштабных единицах протяжения материи. В соответствии с атомистической концепцией пространства Демокрит решал вопросы о природе времени и движения. В дальнейшем они были развиты Эпикуром в систему. Эпикур рассмотривал свойства механического движения исходя из дискретного характера пространства и времени. Например, свойство изотахии заключается в том, что все атомы движутся с одинаковой скоростью. На математическом уровне суть изотахии состоит в том, что в процессе перемещения атомы проходят один «атом» пространства за один «атом» времени.
Таким образом, древнегреческие атомисты различали два типа пространства и времени. В их представлениях были реализованы субстанциальная и атрибутивная концепции.
Аристотель начинает анализ с общего вопроса о существовании времени, затем трансформирует его в вопрос о существовании делимого времени. Дальнейший анализ времени ведётся Аристотелем уже на физическом уровне, где основное внимание он уделяет взаимосвязи времени и движения. Аристотель показывает. что время немыслимо, не существует без движения, но оно не есть и само движение. В такой модели времени реализована реляционная концепция. Измерить время и выбрать единицы его измерения можно с помощью любого периодического движения, но, для того чтобы полученная величина была универсальной, необходимо использовать движение с максимальной скоростью. Пространство для Аристотеля выступает в качестве некоего отношения предметов материального мира, оно понимается как объективная категория, как свойство природных вещей. Механика Аристотеля функционировала лишь в его модели мира. Она была построена на очевидных явлениях земного мира. Но это лишь один из уровней космоса Аристотеля. Его космологическая модель функционировала в конечном неоднородном пространстве, центр которого совпадал с центром Земли. Космос был разделен на земной и небесный уровни. Земной состоит из четырёх стихий - земли, воды, воздуха и огня (идея первичных элементов всего сущего оказалась, таким образом, довольно устойчивой); небесный - из эфирных тел, пребывающих в бесконечном круговом движении. Эта модель просуществовала около двух тысячелетий.
На Аристотелевой картине мира базировалась и геометрия Эвклида (3 в. до н.э.), столь надежно служившая человечеству на протяжении многих веков, пока практическая деятельность и научные опыты не выходили за пределы ее применимости. В геометрии Эвклида представлена модель теории, которая работает и сегодня: аксиоматическая система и эмпирический базис связываются операционными правилами. Геометрия Эвклида является первой логической системой понятий, трактующих поведение каких-то природных объектов. Огромной заслугой Эвклида является выбор в качестве объектов теории твёрдого тела и световых лучей. Трехмерная модель пространства, определенная Эвклидом, стала основой для последующего – отсроченного более чем на тысячу лет – развития классической механики.


Дальнейшее развитие знаний и представлений о пространстве и времени связано с именами Галилея, Декарта и Ньютона, которые рассматривали различные сочетания концепций пространства и инерции.
У Галилея признаётся пустое пространство и круговое инерциальное движение, Декарт дошёл до идеи прямолинейного инерциального движения, но отрицал пустое пространство, и только Ньютон объединил пустое пространство и прямолинейное инерциальное движение. Для Декарта не характерен осознанный и систематический учёт относительности движения. Его представления ограничены рамками геометризации физических объектов, ему чужда ньютоновская трактовка массы как инерциального сопротивления изменению. Для Ньютона же характерна динамическая трактовка массы, и в его системе это понятие сыграло основополагающую роль. Тело сохраняет для Декарта состояние движения или покоя, ибо это требуется неизменностью божества. То же самое достоверно для Ньютона вследствие массы тела.
Понятия пространства и времени вводятся Ньютоном на начальном уровне изложения, а затем получают своё физическое содержание с помощью аксиом через законы движения. Однако они предшествуют аксиомам, так как служат условием для реализации аксиом: законы движения классической механики справедливы в инерциальных системах отсчёта, которые определяются как системы, движущиеся инерциально по отношению к абсолютному пространству и времени. У Ньютона абсолютное пространство и время являются ареной движения физических объектов.
Таким образом, субстанциональная концепция пространства-времени, ведущая начало от Демокрита, нашла наиболее яркое воплощение в классической физике И. Ньютона. Идея абсолютного пространства и времени И. Ньютона соответствовала определенной физической картине мира, а именно его взглядам на материю как на совокупность отграниченных друг от друга атомов, обладающих неизменным объемом, инертностью (массой) и действующих друг на друга мгновенно, либо на расстоянии, либо при соприкосновении. Пространство, по Ньютону, неизменно, неподвижно, его свойства не зависят ни от чего, в том числе и от времени, они не зависят ни от материальных тел, ни от их движения. Можно убрать из пространства все тела, но пространство останется и свойства сохранятся. Получается, что пространство – это как бы грандиозное вместилище, напоминающее перевернутый вверх дном огромный ящик, в который помещена материя. Свойства подобного пространства, по Ньютону, определяются геометрией Эвклида. Такими же были взгляды Ньютона и на время. Он считал, что время течет одинаково во Вселенной и это течение не зависит ни от чего, – а поэтому время абсолютно, ибо оно определяет порядок следования и длительность существования материальных систем.
Однако развитие науки привело к появлению разногласий между механикой и оптикой, которая не укладывалась в классические представления о движении тел. Революция в физике началась открытием Рёмера - выяснилось, что скорость света конечна и равна примерно 300000 км/с. В 1728 году Брэдри открыл явление звёздной аберрации. На основе этих открытий было установлено, что скорость света не зависит от движения источника и/или приёмника. Опыт А.Майкельсона (1881 г.) позволил опровергнуть гипотезу о существовании «эфира» как особого вида материи. Таким образом, возникла необъяснимая несогласованность, оптические явления всё хуже сводились к механике. Но окончательно механистическую картину мира подорвало открытие Фарадея - Максвелла: свет оказался разновидностью электромагнитных волн.


Субстанциональной концепции пространства-времени со времен Аристотеля противостояла релятивистская. Согласно этой концепции пространство и время - не самостоятельные сущности, а системы отношений, образуемые взаимодействующими материальными объектами. Соответственно свойства пространства и времени зависят от характера взаимодействия материальных систем. Наиболее последовательно она проведена в неэвклидовой геометрии Лобачевского и Римана и в теории относительности А. Эйнштейна. Именно их теоретические положения исключили из науки понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, обнаружив тем самым несостоятельность субстанциональной трактовки пространства и времени, как самостоятельных, независимых от материи форм бытия. Именно эти учения, особенно общая и специальная теория относительности обосновали зависимость пространства и времени, их свойство от характера движения материальных систем. Подробнее об это будет рассказано в следующей главе.


При изучении движения со скоростями, сравнимыми со скоростью света, выяснилось, что река времени не так проста, как думали раньше. Эта теория показала, что понятия ”сейчас”, ”позже” и ”раньше” имеют простой смысл только для событий, которые происходят недалеко друг от друга. Когда сравниваемые события происходят далеко, то эти понятия однозначны только в том случае, если сигнал, идущий со скоростью света, успел дойти от места одного события до места, где произошло другое. Если это не так, то соотношение “раньше» - «позже” неоднозначно и зависит от состояния движения наблюдателя. То, что было ”раньше” для одного наблюдателя, может быть ”позже” для другого. Такие события не могут влиять друг на друга, т.е. не могут быть причинно связанными. Это обусловлено тем, что скорость света в пустоте всегда постоянна. Она не зависит от движения наблюдателя и является предельно большой. Ничто в природе не может двигаться быстрее света. Еще более удивительным оказалось то, что течение времени зависит от скорости движения тела, т.е. секунда на движущихся часах становится ”длиннее”, чем на неподвижных. Время течет тем медленнее, чем быстрее по отношению к наблюдателю движется тело. Этот факт надежно измерен и в опытах с элементарными частицами, и в прямых опытах с часами на летящем самолете.
Таким образом, свойства времени только казались неизменными. Релятивистская теория установила неразрывную связь времени с пространством. Изменения временных свойств процессов всегда связаны с изменением пространственных свойств.


Дальнейшее развитие понятие времени получило в общей теории относительности, которая показала, что на темп времени влияет поле тяготения. Чем сильнее гравитация, тем медленнее течет время по сравнению с его течением вдали от тяготеющих тел, т.е. время зависит от свойств движущейся материи. Наблюдаемое извне время на планете течет тем медленнее, чем она массивнее и плотнее. Этот эффект имеет абсолютный характер. Таким образом, время является локально неоднородным и на его ход можно оказывать влияние. Правда, наблюдаемый эффект обычно мал.
Теперь уже река времени скорее представляется текущей не везде одинаково и величаво: быстро в сужениях, медленно на плесах, разбитой на множество рукавов и ручейков с разной скоростью течения в зависимости от условий. Теория относительности подтвердила философскую идею, согласно которой время лишено самостоятельной физической реальности и вместе с пространством является лишь необходимым средством наблюдения и познания окружающего мира разумными существами. Таким образом, концепция абсолютного времени как единого потока, равномерно текущего независимо от наблюдателя, была разрушена. Абсолютного времени как оторванной от материи сущности нет, но есть абсолютная скорость любого изменения и даже абсолютный возраст мироздания, рассчитанный учеными. Скорость света сохраняет свое постоянство даже в неоднородном времени.


В микромире иные пространственно - временные понятия. Так, специфике микромира не соответствуют обыденные представления о соотношении части и целого. Ещё более радикальных изменений пространственно - временных представлений требует переход к исследованию процессов, характерных для слабых взаимодействий. Поэтому на повестку дня встаёт вопрос о нарушении пространственной и временной чётности, т.е. правое и левое пространственные направления оказываются неэквивалентными. В этих условиях были предприняты различные попытки принципиально нового истолкования пространства и времени. Одно направление связано с изменением представлений о прерывности и непрерывности пространства и времени, а второе - с гипотезой о возможной макроскопической природе пространства и времени.

Комментарии (0)   | Распечатать