«…поднимаясь на высоты философского обобщения, можно сделать вывод, что и в  cубстанциональном и в реляционном подходах время – это движение материи. В субстанциональных подходах делается акцент на носителях  движения, а в реляционных – на самом движении или, если угодно, на определенном отношении между  элементами материи, в качестве какового можно рассматривать и движение. Но как нет отношений без их носителя, так и субстанция без движения не порождает изменчивости.»

Развитие представлений о физическом времени

История осознания человеком течения времени уходит далеко вглубь веков. Вероятно, что такое осознание появилось вместе с появлением разговорной речи. Но не будем вдаваться в подробности того, как могло происходить осознание времени в ходе развития человеческого интеллекта и ограничимся рассмотрением некоторых значимых эпизодов в истории познания физического времени.

Нам не дано знать, когда и почему человек впервые задумался о природе времени, но, несомненно, что начальные представления человека о течении времени были порождены астрономическими циклами.

Измерение времени в сознании человека осуществлялось определением продолжительности периодических астрономических циклов: сменяемых суток, месяцев, сезонов и годов. То есть, первоначально, человек воспринимал время как периодичность . Такое восприятие было неизбежно, так как сама Земля и Земная природа имеют космическое происхождение. Время в быту воспринималось как периодическая смена астрономических циклов, тянущаяся из бесконечного прошлого в бесконечное будущее. Измерение бытового времени привело к осознанию того, что время имеет дление : год длится 365 суток, месяц длится 30 дней, сутки длятся 24 часа и т.д.

Благодаря исследованиям К.Коперника, И.Кеплера и Г.Галилея в начале XVII века были подготовлены предпосылки к осознанию того, что механика земная и механика небесная подчиняются единым физическим законам. Галилей представил время как линейную координату, направленную из прошлого в будущее, т.е. отождествил время с геометрическим образом, создав тем самым возможность его абстрактной математической интерпретации. Появилась возможность использования математических формул для описания уравнений движения. Законы динамики принимали вид уравнений движения, в математическом описании которых появился аргумент – параметризованное течение времени. Этим параметром была длительность течения времени. Можно сказать, что осознание физического времени появилось в момент написания исследователем первого уравнения движения.

Революционным прорывом в физике явились «Математические начала натуральной философии» И.Ньютона, изданные в 1687 году. Эта дата стала датой рождения классической физики, объединившей земную и небесную механику, уравнения движения которой позволяли с большой точностью описать механическое движение тел, как в прошлом, так и в будущем. Обратимость во времени уравнений механики породила иллюзию возможности обратимого течения реальных физических процессов. Появление классической физики стало триумфом научного метода, основанного на описании явлений природы на языке математических абстракций и позволявшего делать достаточно точные предсказания траекторий движения тел.

Открытие законов природы позволяло устанавливать существование причинно-следственных связей, что предоставляло возможность предсказания природных явлений в будущем и раскрытия загадок прошлого. На смену гаданиям и астрологическим провидениям пришел метод научного прогнозирования. В свою очередь, изучение прошлого сформировало отдельную, весьма субъективную научную дисциплину – историю.

В работах Г.Лейбница пространство и время объявляются феноменологическими категориями. Движение не осуществляется вне пространства и времени. Время трактуется как порядок следования событий. Так возникло представление о временном порядке , согласно которому причина и следствие всегда упорядочены отношением раньше/позже.

В динамике, для описания уравнений движения, используется понятие процесса, который характеризуется изменением состояния системы в пространстве и во времени. При этом, под физическим временем в классической физике стали понимать некоторую величину (длительность), с непрерывным и равномерным ростом которой соотносится всякое движение или изменение. В алгебраических уравнениях динамики физическое время фигурировало как аргумент, имеющий вид действительного числа. Так как уравнения классической физики были обратимы во времени, параметр времени мог принимать как положительные, так и отрицательные значения, а также принимать значение равное нулю. Физическое время представлялось как длительность между двумя моментами времени на линейной шкале действительных чисел. Учитывая, что под моментом времени понималась математическая точка на шкале времени, физическое время представлялось как интервал длительности между двумя точками на этой шкале.

Необходимо отметить, что во всех уравнениях динамики в качестве аргумента фигурирует длительность течения времени, при этом процедура измерения течения времени сводится к измерению ее длительности. Учитывая это, можно утверждать, что длительность течения времени определяет ее физическую сущность . Соответственно, все свойства времени могут быть отнесены к ее физической сущности [2]. Т.е. именно интервал длительности времени, характеризуемый непрерывностью, равномерностью, необратимостью и направленностью, начало и конец которого упорядочены отношением раньше/позже, способен моделировать течение времени. Упорядочивание раньше/позже возможно только в случае если длительность интервала не равна нулю. Исходя из этого, необходимым условием при моделировании феномена течения времени является условие не равенства нулю интервала длительности течения времени.

В качестве единицы измерения длительности течения физического времени был установлен интервал длительности, равный одной секунде. Так как приборы измерения времени были не способны показывать одинаковые значения интервалов длительности, возникла необходимость в их унификации и синхронизации, что было достигнуто с принятием соглашения об эталоне длительности в международной Палате мер и весов, и введением единой «точки отсчета» – Гринвичского меридиана.

В классической физике время представлялось неким абстрактным «фоном», параллельно с непрерывным и равномерным течением которого совершалось движение материального мира, т.е. течение времени воспринималось как абсолютное – независимое от материи.

Ньютоновскую физику также называли теорией дальнодействия [5], так как в ней предполагалось, что взаимодействия мгновенно передаются на любые расстояния с бесконечно большой скоростью. Абсолютное течение времени в этой теории предполагало, что во всех точках Вселенной течение физического времени было непрерывным, равномерным, однородным и предполагалась одновременное течение всех процессов по отношению к часам, расположенным у наблюдателя.

Открытие электричества и магнетизма, которые порождали силы пространственного взаимодействия, поставило перед физикой задачу объяснения этих явлений. Объяснение было предложено в начале XIX века М.Фарадеем, который ввел в физику представление об электрическом и магнитном полях. Впоследствии Д.Максвелл предложил теорию электромагнитного поля, описав электромагнитные взаимодействия с точки зрения теории близкодействия, т.е. установил, что скорость распространения электромагнитных волн является конечной и равна скорости света в вакууме. Теория близкодействия поставила под сомнение концепцию абсолютного времени.

В середине XIX века Р.Готтлиб (Клаузиус) и В.Томсон сформулировали основы термодинамики. Три закона термодинамики определяли соответственно, сохранение энергии, рост энтропии и существование абсолютного нуля температуры. Согласно этим законам к свойствам физического времени добавились свойства необратимости и направленности.

Для объяснения макроскопических явлений термодинамики потребовалось изучение законов микромира, с этой целью Л.Больцманом были заложены основы статистической физики. Появилось новое представление об энтропии, как величине, определяющей степень беспорядка в микромире.

А.Эддингтон для обозначения направленности времени (как разницы между прошлым и будущим) ввел метафору «стрела времени». На сегодня, общепризнанной является термодинамическая стрела времени, направленность которой совпадает с ростом энтропии.

Благодаря термодинамике появилось понятие тепловой энергии. При этом, тепловые процессы имели сугубо необратимый характер. Существование необратимости, подтверждаемой эмпирическими наблюдениями, наряду с существованием симметрии между прошлым и будущим в классической динамике, породило так называемый парадокс времени [9].

Р.Майером был сформулирован Закон сохранения энергии, объединивший все виды энергии: кинетической, потенциальной, тепловой и др. Этот всеобщий Закон стал своеобразным критерием истинности при наблюдении любых явлений природы, как в макромире, так и в микромире. Если в физическом эксперименте не соблюдается Закон сохранения энергии, то результаты эксперимента подвергаются сомнению.

Дальнейшее изучение явлений микромира: движение электрона, фотона и других субатомных частиц поставило новые задачи, в том числе по описанию движения частиц при субсветовых скоростях. По итогам обобщения работы многочисленных исследователей, в 1905 году на свет появилась Специальная теория относительности (СТО) А.Эйнштейна, в которой вопросы пространства и времени нашли своеобразную интерпретацию.

В СТО была принята концепция пространственно-временного континуума , впервые предложенная Г. Минковским. Эта концепция предполагает, что пространство и время представляют собой единую четырехмерную систему координат. В СТО было введено понятие пространственно-временного интервала, инвариантного к преобразованиям Лоренца. Понятие континуума предполагало, что протяженность пространственно-временных интервалов является непрерывной и может принимать любые сколь угодно малые значения, вплоть до нулевых.

Установив относительность течения времени, СТО полностью разрушила концепцию абсолютного времени. В физике появились такие понятия, как локальное течение времени и относительность одновременности событий в разных системах отсчета.

Исходя из принципа эквивалентности инерционной и гравитационной массы вещества, в 1915 году А.Эйнштейн предложил так называемую Общую теорию относительности (ОТО), которая объясняет природу гравитационного взаимодействия искривлением геометрии пространства-времени. При этом, в СТО рассматривается частный случай не искривленной геометрии пространства-времени.

Эксперименты по наблюдению за движением частиц при субсветовых скоростях, а также по измерению течения времени на разных высотах, подтвердили выводы теории относительности об относительном замедлении течения времени. Эффект замедления течения времени свидетельствует о том, что течение времени перестаёт быть «фоном» или «чистым» качеством, оно материализуется, т.е. приобретает характер субстанции и требует привязки реляционного течения времени к субстанциональному переносчику [6].

С появлением квантовой физики в начале ХХ века, наряду с концепцией пространственно-временного континуума появляется концепция дискретности пространства и времени . Эта концепция предполагает существование, не равных нулю, минимально допустимых значений интервалов пространства и времени (Планковской длины и Планковского времени). Соответственно, протяженность и длительность дискретных интервалов пространства и времени могут принимать значения кратные значениям минимально допустимых интервалов. Преимуществом данной концепции является то, что интервалы длительности не могут принимать нулевые значения, что позволяет моделировать отношение раньше/позже, необходимое для отражения феномена течения времени. Также, существование минимально допустимого интервала времени моделирует существование неуловимого мгновения «настоящего». Этот интервал может быть воспринят как реальность между прошлым, которое уже недоступно (закрыто), и будущим, которое еще не доступно (открыто). Он может также быть воспринят как интервал «созидания» или как неуловимый миг «становления» между причиной и следствием.

Необходимо отметить, что как в классической физике, так и в релятивистской физике, а также в квантовой теории, время представляется в виде интервалов длительности. Но если в классической и релятивистской физике интервалы длительности могут принимать положительные, отрицательные и равные нулю значения, то в квантовой физике интервал длительности может принимать только значения, кратные длительности минимально допустимого интервала времени – кванта длительности .

Как результат развития общефилософских представлений о времени и движении, в ХХ веке сложилось единое общенаучное представление о том, что время это изменчивость . То есть вне времени и вне пространства не может существовать никакого движения и никакой изменчивости. Субстанциональная природа времени означает, что всякое движение и изменение порождается исключительно течением времени. Благодаря этому, в современном представлении, течение времени воспринимается не как абстрактный фон, а как первопричина порождения всякой изменчивости. При этом, законы изменчивости имеют вид математических функций, отражающих зависимость от аргумента, который является источником изменений. Таким образом, в самом общем виде, абстрагируясь от природы его физического происхождения, течение времени можно определить как фактор изменчивости .

Фактор изменчивости неравновесных систем

Одним из основных понятий в физике является процесс , под которым понимается изменение состояния системы в пространстве и во времени. При этом, все физические процессы сводятся к описанию изменения энергетического состояния системы. То есть, фактически, в основе физики, как науки, лежит изучение законов изменения и преобразования различных видов энергии. Исходя из этого, можно определить физическое время , как время, порождаемое течением энергетических процессов.

Анализируя историю развития представлений о физическом времени можно наблюдать как на смену абстрактному «фоновому» течению времени пришло понимание субстанциональной (дискретной) природы времени. Вместе с тем, изучение поведения ансамблей частиц в системах далеких от равновесия привело к открытию нового класса процессов, совершенно отличающихся от процессов равновесной термодинамики.

С появлением неравновесной физики, описывающей течение процессов в диссипативных системах (в том числе биологических процессов), было установлено, что в этих процессах изменчивость может не зависеть непосредственно от равномерного и непрерывного течения времени. В случае наблюдения за системами живых организмов и экологических сообществ, адекватное представление о развитии этих систем дает наблюдение и описание прироста биомассы. Примером того, как рост биомассы отражает историю развития наблюдаемого объекта, является рисунок годовых колец на срезе ствола дерева, по которому можно восстановить картину его роста и развития. При этом, рост биомассы не зависит непосредственно от течения времени, а зависит от множества иных факторов: температуры, влажности, освещенности, питательности среды и т.д. Интрига в том, что каждый из множества факторов имеет непредсказуемую зависимость от течения времени. Например, зимний период времени может быть непредсказуемо теплым и засушливым, а лето холодным и сумрачным. Соответственно, рост биомассы также происходит непредсказуемо. Наблюдения показывают, что при низких температурах и отсутствии влаги рост биомассы некоторых организмов останавливается, несмотря на то, что жизнедеятельность организма сохраняется, т.е. можно сказать, что изменчивость биомассы не зависит от течения физического времени, т.е. для биомассы фактором изменчивости является некое иное явление. Такие ситуации порождают ощущения о возможности существовании «иного» времени.

Для описания процессов в диссипативных системах И.Пригожиным была предложена модель, в которой общее течение времени в наблюдаемой системе представлено двумя составляющими: «динамическим» и «внутренним» временем. Эти две составляющие были введены, соответственно, для описания изменчивости, когда система, находится в состоянии термодинамического равновесия, а также описания изменчивости, когда система переходит в состояние далекое от равновесия [8,10].

Существование естественных процессов, которые не проявляют изменчивость, напрямую зависящую от течения физического времени, поднимает вопрос о возможности существования, наряду с течением физического времени, иных факторов изменчивости. Назовем эти факторы изменчивости вторичными. Необходимо отметить, что вторичные факторы изменчивости являются промежуточным звеном между течением физического времени (первичным фактором изменчивости) и изменчивостью, непосредственно не зависящей от течения физического времени. То есть, первичный фактор изменчивости в определенных условиях порождает последовательность изменений, которые в свою очередь проявляются как фактор изменчивости для процессов более высокого порядка.

История развития физики свидетельствует о том, что течение процессов в диссипативных системах является не единственным случаем существовании факта, когда проявляется изменчивость, не зависящая напрямую от течения физического времени. Примером тому является всемирный Закон тяготения Ньютона, который определяет, что сила тяготения между двумя телами прямо пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния:

F=k*m1*m2/r² (1)

Отсутствие параметра времени в этой формуле указывает на то, что сила тяготения не зависит напрямую от течения времени. И действительно, сила тяготения между некоторыми космическими объектами, например в системах двойных звезд, при отсутствии внешних возмущений может оставаться неизменной сколь угодно долго. В роли вторичных факторов изменчивости для силы тяготения в данной формуле выступают расстояние между телами и масса тяготеющих тел. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен ниже с точки зрения особенностей гравитационной энергии.

Природный референт времени

Выше уже упоминалось, что экспериментальное обнаружение эффекта замедления течения времени явилось подтверждением тому, что течение времени приобретает субстанциональный характер и требует привязки реляционного течения времени к субстанциональному переносчику, или, согласно терминологии, предложенной А.П.Левичем [7], требует определения природного референта времени.

С целью назначения природного референта времени рассмотрим следующие самые общие положения, существующие в физике:

Всеобъемлющее течение времени охватывает все уровни мироздания, от космических галактик до элементарных частиц субстанции. Не существует изменчивости вне течения времени и вне пространства .

Такими же всеобъемлющими являются энергетические процессы, протекающие в природе на всех уровнях и сопровождающиеся изменением энергетического состояния материальных объектов, при котором могут наблюдаться излучение и поглощение энергии, а также преобразование одного вида энергии в другой. Универсальный закон природы - Закон сохранения энергии справедлив для всех процессов на всех уровнях мироздания. Не существует физических процессов вне течения энергии .

Все достоверно существующие в природе виды энергии (например, наука не располагает достоверными знаниями в отношении феномена, определяемого как «темная энергия») сводятся в конечном итоге к электромагнитным и гравитационным взаимодействиям, которые на самом низком уровне мироздания представлены субстанциональными переносчиками фундаментальных взаимодействий - фотонами и гравитонами.

Исходя из этих положений, была предложена гипотеза, согласно которой в качестве природного референта времени рассматривается течение энергии [4].

Согласно предлагаемой гипотезе, течение времени рассматривается как реляция, имманентно присущая субстанциональным переносчикам фундаментальных взаимодействий.

Течение гравитационной энергии сводится в микромире к поведению переносчиков гравитационных взаимодействий. Течение всех иных видов физической энергии сводится в микромире к поведению переносчиков электромагнитных взаимодействий. Таким образом, всеобщее течение физической энергии, подчиненное Единому Закону сохранения энергии, сводится к двум компонентам: электромагнитной и гравитационной, существование которых обусловлено существованием разнородных переносчиков.

Соответственно, рассмотрение течения энергии в качестве природного референта времени, предполагает, что всеобщее течение физического времени также должно определяться существованием разнородных переносчиков. Этим двум составляющим всеобщего течения физического времени были даны условные названия «реального» и «мнимого» времени [1].

«Реальное» время – течение времени, соотносимое с изменчивостью, порождаемой переносчиками электромагнитных взаимодействий (фотонов);

«Мнимое» время – течение времени, соотносимое с изменчивостью, порождаемой переносчиками гравитационных взаимодействий (гравитонов).

Таким образом, в соответствии с предлагаемой гипотезой, назначение энергии в качестве природного референта времени, позволяет предметно рассуждать о свойствах и особенностях течения времени, определяемых поведением субстанциональных переносчиков энергии.

Энергия электромагнитного взаимодействия и течение «реального» времени

В естествознании существует два определения энергии.

Согласно философскому определению: энергия – это мера количества движения.

В физике используется Планковское определение: энергия – это способность совершать работу.

Энергия может быть локализована в некотором теле или же распределена в пространстве взаимодействия система тел. Необходимо отметить, что способностью совершать работу обладает не сама энергия, а ее необратимое течение, порождаемое перепадом уровня энергии.

Течение энергии, которое всегда происходит от более высокого уровня к более низкому, определяется существованием относительного перепада уровня энергии. Например, тепловая энергия, которой обладает физическое тело, не способна сама по себе совершать работу, для этого необходим перепад уровня тепловой энергии между рабочим телом и внешней средой, этот факт является обоснованием невозможности вечного двигателя «второго рода».

Необходимо отметить, что существование перепада энергии не всегда вызывает течение энергии, в таких случаях в физике вводится понятие потенциальной энергии, при которой перепад энергии сдерживается существующими условиями. В качестве примеров потенциальной энергии можно указать следующие: энергию деформации упругого тела, энергию сжатого газа или потенциальную энергию груза, поднятого на высоту. При устранении сдерживающего условия, перепад энергии способен совершать работу, например, высвобождение пружины, выпуск газа из закрытого объема или высвобождение груза может использоваться для совершения полезной работы.

Выше мы обратили внимание на то, что течение процессов в неравновесной физике отличается от течения процессов в равновесной термодинамике.

В чем же причина такого отличия? Для ответа на этот вопрос требуется соответствующая интерпретация макроскопических параметров с точки зрения течения процессов в микромире. Необходимо отметить, что все физические процессы являются энергетическими, однако, процессы, рассматриваемые в равновесной физике, являются процессами с ростом энтропии, а неравновесные процессы – это процессы без роста энтропии. То есть, процессы с ростом энтропии, протекают в системах, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, а процессы без роста энтропии в системах, находящихся в состоянии далеком от равновесия.

Процессы с ростом энтропии на уровне микромира можно рассматривать как деструктивные процессы, в результате которых разрушаются внутренние энергетические связи в структурах вещества (например, кристаллические, молекулярные, межатомные, субатомные, в том числе тепловые связи и т.д.), сопровождающиеся высвобождением и излучением квантов энергии [3]. Процессы с ростом энтропии можно охарактеризовать как процессы, сопровождающиеся увеличением беспорядка в микромире. Направленность течения времени в системах, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, может быть соотнесена с ростом энтропии.

Процессы без роста энтропии, на уровне микромира, представляют собой конструктивные процессы, сопровождающиеся синтезом внутренних энергетических связей в структурах вещества, которые совершаются при поглощении квантов энергии. Эти процессы можно охарактеризовать как процессы, сопровождающиеся упорядочиванием в микромире. К процессам без роста энтропии относятся, например, такие явления, как когерентность и турбулентность. Направленность течения времени в процессах без роста энтропии может быть соотнесена с приростом массы вещества в микромире [3].

Так как в реальности наблюдается одновременное течение процессов с ростом энтропии и процессов без роста энтропии, то общее течение «реального» времени объединяет эти два вида процессов, порождаемых переносчиками электромагнитных взаимодействий.

Течение «реального» времени, порождаемое переносчиками электромагнитных взаимодействий, является локальным для некоторой области пространства, где локализовано наблюдаемое физическое тело, обладающее некоторым уровнем энергии. При этом предполагается, что область локального течения времени характеризуется однородным поведением переносчиков электромагнитных взаимодействий. Соответственно, процедура измерения локального течения времени требует установления соглашения об одновременности событий в пределах этой области пространства: в точке, где наблюдается течение энергетического процесса и в точке, где располагается прибор измерения времени - часы. За пределами области локального течения «реального» времени невозможно говорить о корректном установлении одновременности событий. Если на поверхности Земли установление соглашения об одновременности событий не представляет сложности, то, такое соглашение требует переосмысления для достаточно удаленных событий, например, в отношении событий в Центре управления на Земле и в аппарате на поверхности Марса.

Течение «реального» времени отождествляется с геометрическим представлением в виде одномерной шкалы времени.

Течение «реального» времени можно соотнести с непрерывной последовательностью элементарных интервалов длительности переносчиков электромагнитного взаимодействия, упорядоченных отношением раньше/позже.

Энергия гравитации и течение «мнимого» времени

Аналогично рассмотренной выше формуле (1) всемирного тяготения Ньютона, в формуле гравитационной энергии для системы из двух тел также отсутствует время. В классической физике значение потенциальной энергии тяготения прямо пропорционально произведению масс взаимодействующих тел и обратно пропорционально расстоянию между ними:

U =M1*M2/R (2)

Отсутствие времени в указанной формуле ассоциируется с ситуацией, при которой вычисление значения энергии производится, когда вся наблюдаемая система является застывшей в некоторый момент времени.

Для уяснения приведенной ситуации, обратим внимание на особенности гравитационной энергии.

Гравитационная энергия, течение которой порождается переносчиками гравитационных взаимодействий, имеет несколько принципиальных отличий от других видов энергии:

a) Гравитационная энергия, обуславливая исключительно силу притяжения, является отрицательной энергией.

Для подтверждения этого свойства рассмотрим в качестве примера энергию взаимодействия в системе двух тел: Земли и гири в часовом механизме. Опускаясь, вследствие воздействия сил гравитации, гиря совершает положительную работу – приводит в действие часовой механизм. Допустим, в верхнем положении гири, система тел обладала энергией U1. После совершения работы, в нижнем положении гири, система обладает энергией U2, тогда

U1 – U2 = A, (3)

где A – это работа, совершаемая гирей.

При этом, согласно формуле (2) значение U2 потенциальной энергии системы тел в нижней точке будет превышать значение U1 в верхней точке, так как произошло уменьшение расстояния R, то есть:

U2 > U1, при этом А > 0 (4)

Уравнение (3), при наличии условий (4), является справедливым в том случае, если потенциальная энергия U системы тел является отрицательной.

b) В отличие от других видов энергии, являющихся аддитивными и относящимся к каждому телу системы, гравитационная энергия не аддитивна и относится ко всей системе взаимодействующих тел, т.е. является распределенной в пространстве взаимодействия гравитирующих тел.

Являясь аддитивными, кинетическая, тепловая, электрическая и магнитная энергии порождаются переносчиками электромагнитных взаимодействий. Эти виды энергии не существуют вне субстанции, иначе говоря, источник такой энергии локализован в самой массе вещества. Такая энергия порождает и поддерживает движение, то есть является мерой движения тел. Об уровне энергии некоторого тела можно судить только в соотношении с уровнем энергии другого тела, т.е. относительно имеющегося перепада энергии. Течение перечисленных видов энергии характеризуется ростом энтропии – увеличением степени беспорядка в системе тел, обладающих энергией. Если в некоторой системе, состоящей из множества физических тел, имеются тела, обладающие различными уровнями энергии, то с течением времени, уровни энергии этих тел выравниваются, что сопровождается повышением степени беспорядка в системе, т.е. ростом энтропии системы. Равномерное распределение единого уровня энергии по всему объему системы приводит ее в состояние термодинамического равновесия.

Гравитационная энергия не является локализованной, она распределена в пространстве взаимодействия между телами, обладающими массой. Изменение гравитационной энергии системы тел не характеризуется ростом энтропии, так как этот вид энергии изначально распределен в пространстве взаимодействий. Процесс объединения масс под воздействием сил гравитации, приводящий к уменьшению степени беспорядка в системе тел, имеет сходство с процессами без роста энтропии.

С целью объяснения природы гравитационного взаимодействия А.Эйнштейном была разработана Общая теория относительности. Мы не будем вдаваться в подробности этой теории и ограничимся цитированием некоторых положений, которые приводятся в работах, посвященных данной тематике [12].

Согласно теории Эйнштейна, в неевклидовой геометрии пространства-времени существуют функции координат и времени не зависящие от системы координат. Если в евклидовой геометрии это квадрат расстояния, то в неевклидовой геометрии это квадрат интервала между двумя пространственно-временными точками.

Различие между интервалом и расстоянием в том, что квадрат интервала может быть отрицательным, а сам интервал – мнимым (корень квадратный из отрицательного числа), в отличие от квадрата расстояния, который бывает только положительным.

Когда интервал мнимый, принято говорить, что интервал между двумя событиями «пространственно-подобный», потому что такому интервалу соответствует ситуация, когда вся наблюдаемая система является застывшей во времени, аналогично ситуациям в формулах (1) и (2). Если квадрат интервала положителен, то такой интервал называется «времени-подобным» интервалом. При этом создается образ пространственно-временного интервала, который имеет две независимые составляющие, которые благодаря С.Хокингу [13] получили название: «действительное» время и «мнимое» время.

Рассмотрим на примере, как осуществляется изменчивость в «реальном» и «мнимом» времени, в контексте предлагаемой гипотезы о природных референтах времени:

Для этого предположим существование абстрактной системы из двух гравитирующих космических тел: Звезда – Планета. При отсутствии внешних возмущений, уровень гравитационной энергии этой системы тел не меняется с течением времени и может сохраняться неизменным сколь угодно долго.

Допустим, на Звезду упала комета, и ее масса увеличилась. Как это отразится на уровне гравитационной энергии рассматриваемой системы тел?

В момент падения кометы в связи с увеличением суммарной массы, вблизи Звезды возникнет возмущение гравитационного поля, которое создаст сферическую гравитационную волну, распространяющуюся со скоростью света.

Через 1сек гравитационная волна, переносящая возмущение гравитационного поля достигнет сферы с радиусом 300 000 км.

В тот момент, когда волна достигнет Планеты, уровень гравитационной энергии взаимодействия системы Звезда – Планета, вызванный изменением массы Звезды, принимает новое значение, которое может быть пересчитано по формуле (2) для системы из двух тел.

Аналогичное рассуждение можно привести также для случая, когда изменение уровня гравитационной энергии системы тел является следствием изменения расстояния между тяготеющими телами.

При этом, если течение «реального» времени есть первичный фактор изменчивости в процессе распространения гравитационной волны в пространстве, то вторичным фактором изменчивости («мнимое» время) для уровня гравитационной энергии, является изменение масс гравитирующих тел и изменение расстояния между ними.

Учитывая, что вторичный фактор изменчивости гравитационной энергии определяется двумя независимыми параметрами: массой и расстоянием, с целью упрощения изложения, этому фактору изменчивости, объединяющему указанные параметры, присвоим название -гравитационное возмущение .

Из свойств гравитационной энергии следует, что гравитационное возмущение (изменчивость в «мнимом» времени) не привязано отдельно к каждому из гравитирующих объектов, а порождается в системе гравитирующих тел.

Тем, что гравитационная энергия является распределенной и относится не к отдельным телам, а ко всей системе взаимодействующих тел, оправдывается процедура, при которой для систем, состоящих более чем из двух тел, гравитационное возмущение, оказываемое на одно из наблюдаемых тел, можно рассматривать не относительно каждого из гравитирующих тел, а относительно общего центра тяготения, образуемого этими телами. Так, гравитационное возмущение, оказываемое на космическую ракету, двигающуюся внутри Солнечной системы, можно рассматривать относительно центра тяготения, образуемого, например, Солнцем, Землей и Юпитером, т.е. относительно системы тел, влиянием которых нельзя пренебречь в данной точке пространства Солнечной системы. Центр тяготения будет представлять собой геометрический центр тяжести трех указанных массивных тел. Этот центр тяготения можно рассматривать как источник гравитационного возмущения, оказывающий воздействие на траекторию полета ракеты и как объективную систему отсчета.

Ситуация, аналогичная вышеуказанной процедуре с определением центра тяжести, встречается и в инженерном деле. Если в теоретической механике траекторию движения тела в абстрактных условиях можно рассматривать относительно произвольной точки этого тела, то в инженерных задачах, расчет движения и равновесия жестких конструкций производится исключительно в привязке к объективному центру тяжести такой конструкции.

Порождением источника гравитационного возмущения, совпадающего с центром тяжести гравитирующих тел, можно объяснить феномен, зарегистрированный во время наблюдения астрономического явления в Киевской обсерватории, во время которого пик волны гравитационного возмущения при покрытии Луной Венеры достиг Земли раньше, чем момент визуального выстраивания этих объектов на одной линии [11].

На основании того, что гравитационная энергия системы тел является распределенной в трехмерном пространстве взаимодействий, и с учетом предлагаемой гипотезы, интерпретирующей течение энергии в качестве природного референта времени, течение «мнимого» времени также является распределенным в пространстве взаимодействия в системе гравитирующих тел, т.е. оно не является одномерным.

Рассматривая формулу (1) в контексте существования первичного и вторичного факторов изменчивости, сэра Исаака Ньютона, как автора формулы всемирного тяготения, можно считать первооткрывателем вторичного фактора изменчивости.

В реальном мире, уровень гравитационной энергии некоторой системы тел подвержен постоянному изменению, например, уровень гравитационной энергии планеты Земля относительно других гравитирующих тел Солнечной системы постоянно изменяется вследствие непрерывного изменения положения Земли и других планет при движении их по орбитам вокруг Солнца. В соответствии с предлагаемой гипотезой, постоянное изменение уровня гравитационной энергии системы тел порождает непрерывное течение «мнимого» времени.

Течение «мнимого» времени можно представить как непрерывную последовательность элементарных интервалов протяженности переносчиков гравитационного взаимодействия, упорядоченных темпоральным отношением [4].

Таким образом, интерпретация течения энергии в качестве природного референта времени, позволяет всеобщее течение времени соотнести с изменчивостью, порождаемой поведением разнородных переносчиков электромагнитных и гравитационных взаимодействий.

Анализируя процесс колебания простого маятника, можно наблюдать взаимное преобразование энергии движения маятника в соответствии с Законом сохранения энергии. При этом, потенциальная энергия маятника, т.е. перепад уровня гравитационной энергии между верхней и нижней точками траектории в системе: Земля – маятник, полностью преобразуется в кинетическую энергию и обратно. Отсюда видно, что течение и взаимное преобразование всех видов энергии, несмотря на их разнородные переносчики, подчиняется Единому Закону сохранения энергии.

Таким образом, изменчивость, порождаемая глобальным течением энергии, подчиненной единому Закону сохранения, воспринимается нами как всеобщее течение физического времени.

Заключение

Можно обратить внимание на то, что обладая некоторым уровнем гравитационной энергии, все гравитирующие системы, например, галактики, звездные скопления, газовые туманности и т.д. являются неравновесными системами – они всегда находятся под воздействием сил тяготения. Такие системы приходит в равновесное состояние при полном сближении гравитирующих масс.

Все существующие малые, массивные и сверхмассивные космические тела, а также галактики и звездные скопления являются продуктом эволюции неравновесных систем, т.е. результатом стремления масс вещества к состоянию равновесия, которое достигается при концентрации масс вещества в локальной области пространства. Этот эволюционный процесс можно рассматривать как глобальный процесс упорядочивания во Вселенной.

После концентрации массы вещества в некоторой области пространства, силы гравитации продолжают оказывать локальное упорядочивающее воздействие. При этом, в неупорядоченной массе вещества, сконцентрированной в локальной области пространства, отношение легче/тяжелее порождает упорядочивание выше/ниже.

Необходимо отметить, что возникновение структур дальнего и ближнего порядка (жидкой и твердой фаз) невозможно без концентрации масс вещества и достижения необходимой плотности субстанции в некоторой области пространства.

Упорядочивающее воздействие сил гравитации в структурах вещества, находящихся в твердой, жидкой и газообразной фазах, приводит к разделению на более тяжелые и более легкие фракции. Разделяемые фракции, в зависимости, как от молекулярного веса, так и от температурной плотности, располагаются, соответственно ниже или выше по отношению к центру гравитации. В условиях Земли, в результате процессов упорядочивания сформировалось тяжелое и горячее ядро планеты, окруженное расплавленной оболочкой и многослойной тектоникой из застывших скалистых пород, водой в жидкой фазе, заполнившей поверхностные водоёмы, и газовой атмосферой.

Упорядочивание в гравитационном поле также порождает эволюцию процессов с отрицательной энтропией, таких как явления когерентности, компартментации и упорядоченного движения атомов и молекул [9]. В глобальном потоке упорядочивания во Вселенной, очередным этапом эволюционного развития процессов без роста энтропии в условиях нашей планеты стал этап биологической эволюции [3].

Учитывая вышеизложенное, можно обратить внимание на то, что гравитационные процессы и процессы без роста энтропии осуществляются в неравновесных системах, т.е. вторичные факторы изменчивости наблюдаются в условиях далеких от равновесия.

Также, анализ процессов под воздействием сил гравитации и процессов без роста энтропии показывает, что они имеют схожую направленность, ориентированную в сторону прироста и концентрации масс вещества. Эту направленность можно соотнести с направленностью стрелы времени, которой было дано условное название «тяжелой» [1].

Обобщая сказанное, можно сделать вывод о том, что в Природе сосуществуют две противоположные тенденции, иначе говоря, две стрелы времени:

Первая тенденция характеризуется деструктивными процессами в материальных объектах и увеличением беспорядка в расширяющейся Вселенной. Эта тенденция сводится в микромире к процессам с ростом энтропии, сопровождающимся разрывом внутренних энергетических связей (в том числе тепловых) в молекулах, атомах, ядрах и субатомных частицах, с соответствующим излучением квантов энергии. Направленность процессов с ростом энтропии можно соотнести с «термодинамической» стрелой времени.

Вторая тенденция характеризуется конструктивными процессами, такими как глобальное упорядочивание во Вселенной, а также процессами рождения пар, поглощения и связывания квантов энергии в энергетических связях внутри субатомных частиц, атомов и молекул, концентрации массы вещества и порождении всего многообразия материального мира в результате процессов локального упорядочивания в сконцентрированной массе вещества. Эта тенденция характеризуется течением на разных уровнях мироздания процессов прироста и концентрации масс вещества, являющихся, одновременно, процессами без роста энтропии. Эти процессы, протекающие при участии разнородных переносчиков взаимодействий, объединяет то, что их направленность можно соотнести с «тяжелой» стрелой времени.

Благодаря сосуществованию этих противоположных стрел времени в эволюции Вселенной наблюдается всё богатство ее проявлений, открывающих перед исследователями новые загадки и новые горизонты.

г. Ташкент, январь 2020г.

Литература

1. Кабулов Р.Т. Реальное и мнимое время (размещено на сайте 14.08.2012г.).
2. Кабулов Р.Т. Физическая сущность объективного течения времени (размещено на сайте 26.08.2013г.).
3. Кабулов Р.Т. Отрицательная энтропия, стрела времени и эволюционное возникновение жизни (размещено на сайте 14.03.2014г.).
4. Кабулов Р.Т. Течение энергии как природный референт времени (размещено на сайте 07.05.2019г.)
5. Кузнецов Б.Г. Развитие физических идей от Галилея до Эйнштейна в свете современной науки. Изд. АН СССР. Москва. 1963.
6. Левич А.П. Реляционная и субстанциональная концепции в решении проблем изучения времени и пространства. Метафизика, 2014, №2(12).
7. Левич А.П. Моделирование природных референтов времени: метаболическое время и пространство// На пути к пониманию феномена времени: конструкция времени в естествознании. Часть 3. Методология. Физика. Биология. Математика. Теория систем. М.: Прогресс – Традиция, 2009а. С. 259-337.
8. Пригожин И. От существующего к возникающему: Время и сложность в физических науках.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1985.
9. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.,1986.
10. Пригожин И. Стенгерс И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. М.: Едиториал УРСС, 2003.
11. Пугач А.Ф. «Наблюдения с помощью сверхлегких несимметричных крутильных весов» (размещено на сайте 14.03.2014г.).
12. Фейнман Р. Лейтон Р. Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Вып.II. Издательство «Мир», М. 1965.
13. Хокинг С. Х70. Краткая история времени: От большого взрыва до черных дыр //- СПб.: Амфора, 2001. - 268 с. ISBN 5-94278-091-9.