Что такое время (Из цикла "О природе вещей - пространстве, времени, материи,и сознании")

Что такое время?

Из цикла «О природе вещей: материи, энергии, пространстве, времени,

информации, сознании и теории относительности»

Обращение к читателю

      Категории материи, энергии,  пространства,  времени и  информации  тесно связаны между собой. Но в массовом сознании существует  много путаницы,   и в частности в представлениях о материи и энергии,   которые большинство людей разделяют на принципиально разные категории.  Также велико непонимание  большинством категории информации, этим термином  разбрасываются направо и налево,  по представление об информации или общее расплывчатое или сугубо формальное  (и даже, например, .К.П. Петров в книге «Тайны управления человечеством»,  в которой рассматривает Концепцию Общественной Безопасности,  допустил,  по моему глубокому убеждению, весьма грубые ошибки в трактовке «Материя - Информация -Мера»).   Да и на вопрос - Что такое время? -  большинство рядовых граждан вряд ли смогут дать четкий вразумительный ответ.

      Для четкого понимания  этих фундаментальных категорий  нужны  знания разных разделов физики,  и в частности,  теоретической радиотехники,  теории обнаружения и оценки параметров  сигналов и информации,  дающих фундаментальные представления,  позволяющие глубоко понять физическое строение мира и энергетические процессы, происходящие в нем,  но также принципы управления этими процессами,  которые и являются первопричиной всех окружающих нас явлений. Глубокое понимание  принципов работы радиотехнических устройств,  в которых происходят самые разнообразные энергетические преобразования,  в мини масштабе,  в электрических цепях и в ближайшем свободном пространстве,  позволяет понять природу и течение   глобальных энергетических процессов,  происходящих во вселенной

    Поэтому,  прежде чем говорить о категориях  времени, пространства, материи и энергии,  информации и сознания, причинах и следствиях,  необходимо дать общие представления о сигнале.

    Конечно, существует множество  учебников, книг,  научных работ, и монографий посвященных теоретической и практической радиотехнике.  Кто ее хорошо знает, тот может пропустить  следующий  раздел.  Но я изложил в вкратце свои представления по памяти,   выделив те моменты,  которые следует хорошо понимать для усвоения ниже следующего материала и моих  умозаключений.  Ибо я не знаю всех гипотез и научных теорий по данным вопросам пространства, времени, информации,  и даже не изучал теорию относительности, знаком с ними лишь в самых общих чертах.  Но,  скажу прямо, мне и не хочется их читать.  А хочется подумать и прийти к самостоятельному ответу. Ученым физиком теоретиком, или дипломированным философом я не стану,  а вот  сформировать свое четкое мировоззрение обязан,  гордыня заедает, не могу ничего на веру принимать ни в чьей трактовке.  Конечно, прислушиваться и учиться у умных людей надо,  кто ж против этого возражает,  всю жизнь этим и занимался по мере сил и способностей.  Но все надо перепроверять, и на все надо иметь самостоятельные суждения.  И тем более в моем возрасте. А иначе и жить неинтересно.

     Те, кто предпочитает читать серьезные научные журналы,  пусть занимаются своим любимым  делом,  а я займусь своим – поиском истины   не по научным отчетам и высказываниям авторитетов, а  путем умозаключений, исходя их тех знаний, что имею. И мне самому любопытно, до чего я додумаюсь.     

Общие понятия о сигнале

      Что такое временной импульсный видеосигнал -  U(t)?   Это сгусток энергии – материи в разных формах ее существования -  импульс ограниченной длительности T,  представленный  в виде потока электрической энергии  в электрической цепи,  в структурированной по фазе  и амплитуде форме,  т.е. в виде комплексной функции,  отражающей вектор напряжения  U(t),  вращающийся против часовой стрелки с определенной скоростью – угловой частотой Ω

Û(t) = │ Û(t)  │*exp [-j ʘ (t)]  = │ Û(t)  │*exp{ -j[ ʃ Ω (t)dt ]}           (1)

    где │ Û (t)│ - модуль амплитуды сигнала,  ʘ (t)  - фаза сигнала,

 T-  длительность импульса ,  t – время, пройденное от начала импульса до момента отсчета  текущего значения параметра сигнала)

        Комплексная функция описывает колебательный процесс в виде вектора,  определяющего мгновенную  мощность энергетического потока,  в различные моменты времени, привязанные к циклу изменений фазовых состояний сигнала.  

                                             ʘ (t)  =  2πt/T                                                      (2) 

     и т.о.  время в данном случае имеет относительный смысл, определяя  фазу вектора комплексного сигнала,  как функцию от интервала времени,  прошедшего от начала временного цикла,   определяемого как нулевое время t = t₀.   Т.о.  фаза сигнала меняется от 0 до 2π  по мере продвижения точки отсчета мощности энергетического процесса от 0 до T.

         Когда мы говорим о времени,  рассматривая радиотехнический сигнал,  то имеем ввиду  аргумент   функции,  определяющий  фазу сигнала,   поэтому устройство изменения временного положения импульса,   и  устройства измерения фазы сигнала видеосигнала  близки по своим принципам работы. Однако есть между ними и разница.  Читателю нет нужды вникать в детали,  но тут я хочу подчеркнуть главный нюанс.

      Рассматривая видео или радио сигнал мы пользуемся понятием угловой фазы сигнала ʘ (t) ,   она имеет абсолютный смысл,  и удобна в рассмотрении сигнала.  Однако когда речь заходит об изменении фазы сигнала,  удобнее пользоваться нормированными значениями фазы,  которые позволяют отвязаться от числа π,  и оценивать не саму фазу ʘ вектора Û ,  а относительные ее изменения,  которые и содержат полезную информацию,  передаваемую через фазовую модуляцию сигнала.     Устройство, выполняющее вычисление  относительных изменений фазы сигнала, называется дискриминатором (дискриминировать – значит выделять разницу),    в более широком смысле дискриминатор вычисляет отклонения значения любого параметра сигнала от исходного (это и частота, и длительность импульса и др.). 

     Когда мы говорим о фазе видеоимпульса,  то подразумеваем угловую фазу, вычисляемую по формуле (2),  которая отражает угол поворота вектора фазы против часовой стрелки в радианах.   Но мы можем говорить о нормированной фазе сигнала ʘ_н ,  которая  будет выражаться безразмерной величиной. ( полагая его период вращения равным 1,  т.е.  за время Т вектор совершает полный оборот). 

    Отношение   (t - t₀)  /Т  = ʘ_н -  можно назвать также безразмерной фазой сигнала (определение А.К.),  которое показывает значение фазы параметра в безразмерных единицах,  тогда как фазовое состояние вектора комплексного числа  характеризуется  углами, выраженными в радианах  - 2π = 6.28 рад  = 360 градусов.

    Прим.  Подчеркнем здесь, что в дальнейшем, определяя фазовое состояние параметра, мы будем оперировать именно безразмерной его величиной,  которая привязывает реальное состояние  энергетического процесса  к середине интервала (диапазона  существования параметра ФМ),  считая  фазу вектора комплексного сигнала  в центре интервала  T   равной нулю.  Учитывая,  что отклик на выходе согласованного фильтра имеет длительность 2 T,  при изменении фазового состояния от – π  до    +π,   а функция  отклика на выходе согласованного фильтра - АКФ - æ (t,t₀)  имеет вид равностороннего треугольника,   получаем,   что на интервале от – T до +  T   значение  угловой фазы сигнала меняется от – π  до    +π,   и т.о.

крутизна нормированной фазовой характеристики равна 

[ʘ (t)] '  =  π/Т

А  крутизна безразмерной нормированной фазовой характеристики равна

                         [ʘ_н (t)] ' =  1                  (3)

   Как работает временной дискриминатор?  Принцип его действия основан на том, что сигнал поступает на входы двух каналов,  в которых производится вычисление взаимокорреляционных интегралов,  в которых опорные сигналы сдвинуты на интервал времени импульса Т,  при этом значение отклика первого канала вычитается из значения отклика второго канала.   В результате на выходе схемы вычитания образуется отклик – напряжение,  значение которого относительно максимального (равного  единице)  и даст величину относительного временного рассогласования входного (исследуемого) и опорного сигналов. В зависимости от временного рассогласования импульсов выходное напряжение может быть отрицательным, положительным или равным нулю.  Дискриминационная характеристика U_D(t)   в общем виде описывается уравнением (см. ниже):     

                                        U_D(t)  =   [æ  (t,t₀)]"  =  [ ʃ_T [U(t)* U(t- t₀)]dt] "            (4)

   Прим.  Прошу читателя заострить на  этом  выражении свое  внимание,  ибо понимание его лежит в основе моих дальнейших рассуждений о природе времени,  его относительности,  и разной скорости течения «времени»   внутри   фрагмента материи по разным координатам пространства его параметров.  Также прошу меня извинить за некоторую непоследовательность изложения материала, который преподношу в процессе  осмысления вопроса в реальном масштабе времени (объясни то что не понимаешь, другим, и ответишь себе на непонятные вопросы ).  Я не ставлю целью  ни защиту диссертация,  ни получение  научного признания, но лишь хочу донести до читателя свой ход мыслей,  который,  позволил мне дойти до весьма парадоксальных  (по крайней мере, для себя,  и думаю большинства окружающих)  представлений о времени,  материи, пространстве,  информации.  При том, что не сомневаюсь  в правоте своих суждений, ибо они построены на знании теории сигналов,  и имеют цельный законченный вид теории времени.

*** 

     Для особо любознательных и дотошных  расскажу  более подробно о своем понимании некоторых аспектов  теории сигналов.   

      Рассмотрим для начала простейший вид сигнала – одиночный импульс

(с его рассмотрения начинается вся теория обработки сигналов ),  который выражается функцией его амплитуды от времени

S (t)  =  U(t)│ _{0 –}t                                                                   (5)

    Как связать его с фазой? 

    Выше мы уже показали,  как вычисляется фаза одиночного импульсного сигнала  путем временного дискриминирования.   Поговорим теперь о видах изображения сигналов и их обработке. 

      Во-первых, фаза, в широком смысле, это временное положение сигнала, это известно, и  воспринимается на слуху как очевидная истина.  Но с другой стороны фаза,  это угловое положение вектора,  который описывается комплексной переменной.  И потому любой сигнал во временной форме может быть представлен в комплексном виде,  состоящим из двух чисел, действительного и мнимого,  соотношение которых и показывает текущую  фазу ʘ (t) действительного сигнала S (t) 

                            .

S (t) = │ Û(t)  │*exp [-j ʘ (t)] = │ Û(t) │*exp {-j [Ω (t - t₀) }               (6)

            При этом,  реальный физический сигнал предоставляет собой действительную компоненту комплексного сигнала: 

                                          S (t)  =  │ Û(t) │*cos (ʘ (t))                                                 (7)

             На интервале существования импульса от 0 до t₀   

      Такое представление весьма  удобно при рассмотрении  любых энергетических процессов – которые и есть сигналы.

   Прим.  Бытовое представление о сигнале таково – сигнал,  это сообщение о появлении какого-то изменения в окружающей обстановке.  Это может быть сигнал о появления противника (врага,  хищника) на своей территории, о  пожаре,  о землетрясении и любой опасности,  на которую надо реагировать.  Этот сигнал подается дозорным, находящимся на смотровых вышках, расположенных на границе обитания племени, народа.  Физический смысл сигнала в том, что  изменении фрагмента окружающего мира  несет в себе информацию.  Так, например, стог сена на границе, который поджигается, и превращается в горящей костер,  или  крик -  звуковой  сигнал об опасности.   В одном случае информация содержится в потоке световой энергия, в другом – потоке энергии звуковой волны.  Но всегда сигнал – это информация, которая содержится в энергетическом процессе,  который  заключается в  фазовом состоянии окружающей материи (ее части - фрагмента).   Именно изменения фазового состояния фрагмента материи  - ФМ  содержат информацию, которая заключается в изменении одного из его  параметров (это может быть переход  вещества из одного состояния в другое -  дерева в углекислый газ,  в результате сгорания костра,  но может быть  изменение пространственного взаимного положения частей – так человек машет рукой,  при этом меняется его  «видимый  образ» - пропорция частей в пространстве и т.д.  Любое изменение, происходящее в окружающем мире – это сигнал,  который содержит определенную информацию  для наблюдателя.  Т.о. информацию можно трактовать как меру дополнительных знаний  наблюдателя об окружающем мире,  которые он  получает в результате  измерения  параметров сигнала,  показывающих степень изменения энергетического состояния ФМ окружающего мира,  т.е. его  фазового состояния.   В широком смысле,  фазовое состояние ФМ,  это например,  состояние воды в котелке,  которая может замерзнуть и превратиться в лед, а может испариться при подогревании котелка на огне -  это три качественно разных фазовых состояния материи,  но и  просто изменение температуры воды это тоже  изменение фазового состояния,  хотя и плавное.  Мера изменения фазового состояния  материи это и есть  энергия. Именно из таких позиций -  представлений о материи, энергии, информации - мы  и будем рассматривать все энергетические процессы происходящие в мире,  и в частности подходить к самому понятию времени,  как скорости  изменения фазовых состояний фрагментов материи.