ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВА-ВРЕМЕНИ
На модерации
Отложенный
ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВА-ВРЕМЕНИ
Во-первых, спасибо всем, кто принял участие в обсуждении статьи "Физика пространства-времени". Думаю, что вопрос о том, что такое пространство и время, - это важнейший вопрос в физико-математичской науке и в философии. Когда начинают говорить о форме электрона, протона, шарики это или бублики, или волны, то сразу возникает вопрос, на который нет ответа: неужели из такого ограничеснного количества мизерных сущностей, как электрон, протон, нейтрон, вознило всё бесконечное многообразие природы - рыбы, птицы, люди, мозг человека и животных, планеты, звёзды, галактики, их скопления, наша метагалактика, Вселенная?
Давайте посмотрим на эволюцию знания о пространстве и времени. Сначала была геометрия Эвклида - в отрыве от времени. Время рассматривалось отдельно, пространство отдельно. Ньютон пространство и время неким образом всё-таки кое-как соединил, но отделив от материи. Минковский объединил пространство и время, связав преобразование пространственно-временных координат с четырёхмерным пространственно-временным вращением, математически выраженном преобразованиями Лоренца. Эйнштейн развил эту мысль в СТО. Чувствуете, куда я клоню? Минковским было введено понятие вращения в понятие пространство-время и, кроме того, возникло понятие единого четырёхмерного пространственно-временного непрерывного многообразия. И ещё. Благодаря Минковскому знаки пространственных кооординат и временной координаты стали разными. Появилось понятие релятивизма. Тем самым было введено ограничение на предельную скорость в природе: частное от деления пространственной координаты на временную стало конечной величиной. Риман сделал пространство кривым. Эйнштейн объединил кривое пространство Римана с релятивистским принципом и получил ОТО. Но всё это до сих пор остаётся в некоем гладком четырёхмерном пространственно-временном многобразии, которое никак не хочет объединиться с корявым квантовым представлением о действительности. Все знают, что будет теория пространства-времени, единая для квантовой теории и ОТО, но не знают как это сделать.
Попытки квантовать пространство и время оказались полностью безуспешными. Насчёт введения струн мнения разделились, и неизвестно кого на чьей стороне больше.
На сегодняшний день существует несколько подходов и сравнительно простых и понятных математических аппаратов, которые могут раздвинуть границы нашего понимания физического пространства-времени. В первую очередь - это CPT-симметрия физических законов, которая не была нарушена ни в одном физическом эксперименте. Квантовая теория утверждает, что если представить пространство-время в инверсном виде и все частицы заменить на античастицы, то ничего не изменится. Из этого следует, что не нужно отбрасывать возможность параллельного существования двух вселенных с одинаковым количеством вещества и антивещества. Они находятся в разных временных измерениях и принципиально не могут аннигилировать. Во-вторых, - это принцип наименьшего действия, которому локально подчиняются все законы природы. В-третьих, в сравнительно небольших пространственно-временных областях Вселенной, скажем с нашу метагалактику, нужно ставить вопрос о количественной оценке максимального действия и о его соотношении с постоянной Планка. По некоторым оценкам, хорошо коррелирующимся с постоянной Хаббла, это соотношение имеет порядок 10 в 123 степени. Правда, это число - для точности - нужно ещё умножить на 2 в степени 3. В-четвёртых, нужно обратить самое серьёзное внимание на кратный интеграл Фурье. Этот интеграл, похоже, - путь к правильному представлению о пространстве-времени как о восьмимерном непрерывном многообразии (2 по 4). Почему 2 по 4? Потому что если интеграл Фурье имеет реальный физический смысл, то четырёхмерное пространство время можно представить в виде четырёхмерного спектра. Получается 8 измерений, но они не смешиваются. Все расстояния в спектре равны нулю, если в качестве координат в нём принять компоненты волнового 4-вектора. Хотя сам спектр сущность не нулевая. В-пятых, эксперименты о доказательстве электромагнитной природы инерции необходимо провести в разных вариантах. Пока всё.
Комментарии
Определение 1. Интервалом времени называется нематериальная, скалярная, положительная физическая величина, показывающая отношение продолжительности рассматриваемого процесса, к продолжительности эталонного процесса, принятого за единицу.
Например.
- Вы не подскажете, сколько времени идти до магазина?
- Пол выкуренной сигареты.
Здесь за продолжительность эталонного процесса, принятого за единицу, принята продолжительность выкуренной сигареты. Продолжительность рассматриваемого процесса - ходьбы отсюда до магазина, равна половине выкуренной сигареты. Значит, интервал времени, за который можно дойти отсюда до магазина, равен 1/2 безразмерных единиц. Безразмерных, так как мы берём отношение продолжительностей рассматриваемого и эталонного процесса. "Отношение" математически означает, что надо что-то РАЗДЕЛИТЬ на что-то. И если эти что-то измеряются, к примеру, в сигаретах, то когда мы берём отношение, то есть, делим числитель сигарет на знаменатель сигарет, то размерности "сигарета" сокращаются, и мы получаем безразмерную величину.
Но для того, чтобы было ясно, в каких единицах мы выбрали эталон, мы безразмерной величине "интервал времени" приписываем размерность эталона. Поэтому в обиходе мы говорим, что время ходьбы от сих до магазина равно пол выкуренной сигареты. А правильно говорить, что не время, а интервал времени, за который мы проходим от сих до магазина, равен интервалу выкуренной до половины сигарете.
В международной системе единиц СИ, за продолжительность эталонного процесса принят один тик-так. Ой, простите. В системе СИ за продолжительность эталонного процесса принята продолжительность процесса, при котором происходит 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного квантового состояния атома цезия-133 в покое при 0 К. Продолжительность такого эталонного процесса имеет собственное название - "секунда".
И для того, чтобы мы помнили, в каких единицах мы выбрали эталон, мы безразмерной величине "интервал времени" приписываем размерность эталона, в данном случае это секунда. Поэтому в обиходе мы говорим, что время ходьбы от сих до магазина равно 120 секунд. А правильно говорить, не время, а интервал времени, за который мы проходим путь от сих, до магазина равен 120-ти секундам. Хотя, в повседневной речи, сойдет и так, и так. Главное, чтобы мы понимали, о чём речь. Мы, например, на рынке говорим "взвесьте мне килограмм картошки". И продавец нас понимает. А правильно говорить или взмассте мне килограмм картошки, или взвесьте мне 9,8 Ньютона картошки. Ибо масса измеряется в килограммах, а вес измеряется в Ньютонах. Но мы сознательно говорим неправильно, ибо если мы скажем «взмассте мне килограмм картошки», о нас подумают, что «либо выделывается парень, либо ф(ш)изик». Так что, подразумевая интервал времени, мы часто в обиходе говорим просто – время, а не интервал времени.
Определение 2. Моментом времени называется нематериальная, скалярная, ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ физическая величина, показывающая отношение продолжительности рассматриваемого процесса, к продолжительности эталонного процесса, принятого за единицу, при условии, что продолжительность рассматриваемого процесса стремится к нулю.
Например,
- Который час?
- Пол первого.
Здесь "пол первого" является моментом времени.
Самый простой способ точно определить момент времени.
Берём наручные механические часы, и кладем их на стол. После чего изо всех сил бьем по этим часам молотком. Если стрелки часов при этом не разлетятся в разные стороны, то мы, ориентируясь на положение стрелок после удара, точно будем знать, в какой момент времени мы произвели удар.
Объявление. 1). С целью определения точного момента времени приму в дар старые, но ещё в рабочем состоянии наручные механические часы, будильники, можно настенные с кукушкой. Песочные часы не предлагать. 2). Отдам в металлолом тридцать восемь килограмм вышедших из строя механических часов различной модификации. Самовывоз.
Определение 3. Интервалом времени называется нематериальная, скалярная, ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ физическая величина, показывающая разность между двумя моментами времени.
Например,
- А когда в магазине перерыв?
- С двух до трёх.
Здесь моментами времени являются два и три часа, а интервалом времени будет: три минус два, = один час.
Определение 4. Временем называется философская категория, обозначающая интервал времени не имеющий предела ни в прошлое, ни в будущее.
Временем, как философской категорией, с точки зрения физики, оперировать не представляется возможным. Физика может оперировать только понятием "интервал времени" и понятием "момент времени".
В определениях выделено слово "ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ" физическая величина. И не случайно. Отрицательного ни времени, ни интервала времени, ни момента времени не бывает.
Материально ли ВРЕМЯ?
Определить, материален ли физический объект или нет, можно двумя способами.
1). По действию изучаемого объекта на наши органы чувств.
2). По силовому действию изучаемого объекта на другие материальные объекты. Силовое действие означает, что один объект непосредственно подействовал с некоторой силой на другой объект.
А теперь перейдем к вопросу о материальности времени.
Попробуем определить материальность времени первым способом, то есть при помощи наших органов чувств. Время мы не видим, оно не пахнет, пощупать мы его не можем, и услышать время не возможно. Отсюда сделаем вывод, что первым способом установить материальность времени не представляется возможным.
Попробуем определить материальность времени вторым способом, - по силовому действию изучаемого объекта, то есть времени, на другие объекты. Для этого мы должны найти хотя бы один объект, на который время оказывает силовое действие.
"Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью". Математические начала натуральной философии, стр.30
Как во времена Ньютона, так и сейчас, время существует только само по себе и на него ничто не влияет. Ничто не может время остановить, ускорить, замедлить, обратить вспять или уничтожить, бессильны тут даже те самые горластые петухи, о которых Ньютон в своей работе «Математические начала натуральной философии» ничего не писал. Видно они его не донимали. А время, как текло равномерно во времена Ньютона, так и в наше время течет равномерно. А это значит, что теперешняя секунда в точности равна секунде, которая была во времена Ньютона.
В Ньютоновском определении времени отражены два свойства времени.
1). Время течет само по себе и не оказывает действие на что-либо внешнее, и не принадлежит чему-либо внешнему (без всякого отношения к чему-либо внешнему).
2). Время протекает равномерно.
Независимость ни от чего внешнего, равномерность, единство, однородность, изотропность, непрерывность, одномерность, безграничность, бесконечность.
О свойствах времени, при желании, мы поговорим в другой раз, а сейчас вернемся к вопросу о материальности времени. Критерием материальности какого-либо объекта, является силовое действие изучаемого объекта на другие материальные объекты. Время не оказывает никакого силового действия ни на наши органы чувств, ни на какие-либо материальные объекты. Поэтому можно утверждать, что время НЕМАТЕРИАЛЬНАЯ физическая величина.
Нельзя сказать, что сейчас четыре часа дня на северо-восток. Нельзя так же сказать, что обеденный перерыв с часу до двух на юго-запад. Это не имеет смысла. Ибо время, скалярная величина, не имеющая направления.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ИТОГ.
1). Вот прямая. Она не имеет ни начала, ни конца.
1а). Вот время. Оно бесконечно как в прошлое, так и в будущее.
2). Вот отрезок прямой. Его длина равна разности координат 2-х точек.
2а). Вот интервал времени – разность между двумя моментами времени.
3). Вот точка на прямой.
3а). Вот момент времени.
Вот именно этот момент времени на Земле чему равен?
- А что измеряют часы?
- А ничего они не измеряют.
- Как ничего?
- А вот так. Рассмотрим факты.
Определение. Измерить физическую величину - это значит сравнить её с однородной величиной, принятой за единицу.
Измерить – значит сравнить! Ключевое слово – сравнить. Сразу говорю, что часы сравнивать не умеют, следовательно, и измерять какую-либо физическую величину часы не могут.
- А что ж тогда часы умеют?
- А часы умеют:
1) указывать на настоящий момент времени.
2) отсчитывать интервал времени, принятый за единицу, то есть отсчитывать секунду, минуту, час.
3) считать количество прошедших единичных интервалов времени. То есть СЧИТАТЬ количество прошедших секунд, минут, часов.
Общим так. Не часы измеряют время какого-нибудь процесса, а мы сами измеряем время какого-нибудь процесса, но при помощи часов.
В разговорной речи говорят, что часы служат для измерения времени. Это не совсем правильно. Ибо время бесконечно, как в прошлое, так и в будущее. А нечто бесконечное измерить вообще нельзя. Правильно говорить, что часы служат для установления настоящего момента времени, и для измерения ИНТЕРВАЛА времени. Но поскольку в разговорной речи под словом «время» мы понимаем интервал времени, то говорят, что часы измеряют время
Ландау в своей теории поля дал определение 4-скорости и 4-ускорения. Эти векторы взаимно перпендикулярны в каждой пространственно-временной точке и физически сами по себе ненаблюдаемы, потому что не обладают калибровочной (градиентной) инвариантностью, как и 4-потенциал. Но пространственно-временные изменения дают физически наблюдаемые величины, например, - внимание (!) - силу инерции.
И время, и пространство, конечно, не являются веществом, но они материальны. Вопрос в том, при каких условиях и в каком виде проявляется материальность пространства-времени.
Материальность какого-либо объекта можно проверить простым способом. Выслать этот объект по почте. Бандеролью, например. У меня к вам просьба. Зайдите на почту, и попросите работника почты бандеролью выслать на мой адрес десять секунд, и небольшую часть пространства, расположенную рядом с вами.
После этого разговор можно продолжить.
Всё вещество состоит из пространства-времени и его 4-спектра. Масса - это спектр пространства-времени (по Фурье).