Как форсировать успехи в изучении времени?

Осенний семестр Российского междисциплинарного семинара по темпорологии в 2006 году начинался докладом его руководителя А.П.Левича "Почему скромны успехи в изучении времени". За два прошедших года успехов, похоже, не прибавилось. Почему же? Почему в настроениях участников Семинара присутствует пессимизм в отношении возможности единства понимания сути времени? Каким образом можно увеличить эти успехи и приблизить момент единого, согласованного понимания сути времени.

Для начала повнимательнее посмотрим на несколько ключевых моментов в докладе. В нем утверждается, что "Время в современном знании – исходное и неопределяемое понятие". Сразу встает вопрос: как быть с имеющимися энциклопедическими определениями?

ВРЕМЯ — форма и последовательные смены состояний объектов и процессов (характеризует длительность их бытия).

ВРЕМЯ (системы измерения). Измерение времени основано на наблюдении или осуществлении периодически повторяющихся процессов одинаковой длительности; так, для измерения больших интервалов времени пользуются годом. Суточное вращение Земли относительно звезд определяет звездное время. …Полностью независимая от астрономических наблюдений равномерная система счета времени основана на понятии атомной секунды (см. Квантовые часы). Измерение и хранение времени осуществляются различными часами.

 (Большая  энциклопедия Кирилла и Мефодия 2000)

ВРЕМЯ.

1.Философ. Основная, наряду с пространством, форма бесконечно развивающейся материи. Длительность существования всего происходящего, всех явлений и предметов, измеряемая веками, годами, часами, минутами и т.п. Мера длительности всего происходящего, существующего. Последовательная смена минут, часов, дней, лет и т.п.

2.Отрезок, промежуток в последовательная смене минут, часов, дней, лет и т.п. Пора дня, недели, года и т.п., связанная с явлениями природы. Пора, часы, момент и т.п.,, отведенные для чего-л., в которые происходит что-л. Благоприятный, подходящий момент для чего-л.

3.Период, эпоха (в жизни человечества, какого-л. народа, государства, общества и т.п.)

4. Грамм. Категория глагола, относящая действие посредством специальных форм в план настоящего, прошлого и будущего.

(Большой толковый словарь русского языка)

И что делать с определением Ньютона?

"Абсолютное, истинное или МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ само по себе и в силу своей внутренней природы течет одинаково, безотносительно к чему либо внешнему и иначе зовется длительностью; относительное, кажущееся или ОБЫЧНОЕ ВРЕМЯ представляет собой некоторого рода чувственную, или внешнюю (каким бы оно ни было точным или несравнимым), меру длительности, определяемую с помощью движения, которое обычно используется вместо истинного времени; это – час, день, месяц, год…

… ДЛИТЕЛЬНОСТЬ или возраст существования вещей остается одним и тем же независимо от того, быстры движения или медленны или их нет вообще…"

(И.Ньютон «Математические начала натуральной философии»)

Как видим определения есть и их немало. Они совершенно сознательно разделены на несколько частей в связи многообразием смыслов в которых употребляется один и тот же, на редкость универсальный, термин. Еще со времен Ньютона разделялись понятия времени используемые в обыденном смысле и философском (научном).  Примеры смыслов употребления термина здесь не приведены, чтобы не загромождать текст. Любой желающий может подробнее ознакомиться с приведенным определением в издании "Большой толковый словарь русского языка", Санкт-Петербург, НОРИНТ, 2002 (БТС). Словарь создан в Институте лингвистических исследований РАН.

Так в чем же дело? Наверное дело в том, что на сегодняшний день  имеющиеся определения не всех устраивают, толкуются по-разному. К тому же происходит смешение понятий и, например, грамматические формы, употребляемые в разговорной речи, смешиваются с научными терминами (настоящее, прошлое, будущее). В связи с этим возникает путаница и на ее основе всевозможные парадоксы. К тому же не все можно объяснить с помощью этих определений. Поэтому, для начала, необходимо выяснить, к каким  определениям имеются претензии.

Варианты 2, 3 и 4, приведенные в БТС, скорее всего, претензий вызывать не могут, а вот первое вызывает множество споров и непониманий, особенно в части самой первой фразы. Если сюда добавить определение Ньютона и материализацию времени в Теории относительности Эйнштейном, то круг вопросов существенно сузится. Дело, по сути, касается, в основном, философии и физики, а точнее в утверждении материальности времени и его связи с Пространством.

ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ, философские категории. Пространство — форма сосуществования материальных объектов и процессов (характеризует структурность и протяженность материальных систем); время — форма и последовательные смены состояний объектов и процессов (характеризует длительность их бытия). Пространство и время имеют объективный характер, неразрывно связаны друг с другом, бесконечны. Универсальные свойства времени — длительность, не повторяемость, необратимость; всеобщие свойства пространства — протяженность, единство прерывности и непрерывности.

(Большой энциклопедический словарь, Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2000)

Эта связь вытекает из Теории относительности А.Эйнштейна и преобразования Лоренца. С этим согласны далеко не все, поэтому и существующие определения времени вызывают неразрешимые пока споры. Трудно понять также смысл того, что время является "формой".

 

ФОРМА (лат. forma),

1. Внешнее очертание, наружный вид предмета.

2. только мн. формы, форм. Очертания человеческого тела, фигуры (обычно груди или бёдер женщины). Очертания тела животного.

3. Способ существования содержания, неотделимый от него и служащий его внешним выражением; тип, устройство, способ организации чего-л.

4. Совокупность приемов и изобразительных средств художественного произведения.

5. Способ осуществления, проявления или выражения чего-л.

6. Разновидность заболевания, связанная с характером его протекания.

7. Приспособление для придания чему-л. (обычно какой-л. массе) определенных очертаний.

8. Установленный образец, порядок чего-л.

9. Видимость, внешняя сторона чего-л., не отражающая сути дела.

 10. Единая по цвету, покрою и другим признакам одежда, установленная для лиц определенных категорий  (военных, учащихся, служащих одного ведомства и т.п.).

11. только ед. Состояние человека, отражающее степень готовности  использовать свои силы, способности, умение (первоначально о спортсмене).

12. Лингв. Средство внешнего выражения грамматических категорий , взаимоотношений слов и предложений.

Из приведенного определения формы ни одно с уверенностью нельзя отнести ко времени. Отсюда следует, что или необходимо ввести новое определение формы, или отказаться от этого термина в определении времени.

Масла в огонь споров подливает и определение Ньютона. Его разделение времени на математическое и обычное, а в особенности его безотносительность к чему-либо является барьером, по одну сторону которого стоят "классики", а по другую – "релятивисты".

Таким образом работу по формированию определения термина "Время"  надо начинать не с пустого места, а с анализа существующих официальных определений и формирования претензий к ним. Чтобы уточнить пути решения проблемы вернемся к материалам упомянутого выше доклады.

В нем неявно, но довольно отчетливо, понятие времени связывается с динамическими теориями, т.е., в первую очередь, с философским определением времени. Здесь А.П.Левич вплотную подходит к сути определения, но почему-то останавливается, не решаясь сделать последующие шаги. Речь идет о том, что в основе этих теорий речь всегда идет об изменчивости объектов исследования. Изменение состояний или физических свойств объектов по сути дела является процессом. Это может быть процесс движения, биологический процесс, геологический, биологический, химический и так далее. Однако фундаментальная суть остается одна – изменчивость объектов наблюдаемая как некий процесс. Продолжая рассматривать механизм построения динамической теории А.П.Левич говорит о Т-компоненте, который "… состоит во введении способа измерения изменчивости, или часов и параметрического времени в описание систем." И далее " Часы и есть естественный объект, изменчивость которого служит эталоном и операциональным способом устройства нужного отображения." Следовательно Время – понятие вводимое человеком (наблюдателем) для описания динамики окружающего мира. А так как окружающий мир многообразен, то и часы могут быть всевозможными, лишь бы они отвечали приведенному выше требованию. С этим утверждением трудно не согласиться. Для полноты картины можно только добавить к часам календарь, как точно такое же эталонное средство очень медленно изменяющихся свойств.

Вот тут и обозначены пути формирования определения и препятствия,  стоящие на этом пути. С одной стороны Время – это понятие искусственно вводимое человеком, а с другой – это нечто существующее объективно, само по себе, потому, что так решили Эйнштейн и Лоренц. Но Эйнштейн и Лоренц тоже были людьми …

Следует так же обратить внимание на то, что основной проблемой, вызвавшей появление ТО и преоразований Лоренца, была проблема определения понятия одновременности. Зачастую основной проблемой в наблюдениях за окружающим нас бесконечно и непрерывно изменяющимся миром и анализе полученных результатов является их достоверность и сопоставимость. Эта задача актуальна как при наблюдении быстро так и медленно протекающих процессов. На это почему-то обращается мало внимания, в то время как здесь должен находиться ключ к определению понятия времени. Ведь весь наш анализ наблюдений есть сопоставление событий происходивших в прошлом. Понимание процессов образования нефти, например, неразрывно связано со знанием одновременно происходивших процессов в растительном мире Земли. Стыковка космических аппаратов есть по сути обеспечение одновременного достижения некоторой точки Пространства двумя физическими объектами. Анализ атомных и ядерных процессов не даст положительных результатов без наложения событий на единую корректную, высокоточную шкалу времени. За сто лет со дня появления ТО наука и техника совершили гигантский прорыв. Несомненно это наложило отпечаток и на понимание одновременности. Человечество безусловно очень значительно продвинулось в отношении этого понимания и реализации задач, связанных с этим пониманием, что позволяет нам критически посмотреть на истоки ТО и преобразований Лоренца.

Основываясь на изложенном и некоторых изысканиях проделанных автором этих строк за последние три года, можно сформулировать основные вопросы, решение которых позволит вполне удовлетворительно сформулировать определение термина "Время".

1.       Что значит "неподвижная система отсчета" и чем она отличается от "движущейся" – ведь все объекты Пространства движутся.

2.       Уточнить суть основного постулата ТО –"постоянство скорости света в любой инерциальной системе отсчета" и определить, как эта скорость связана с движением источника света.

3.       Почему "математическое" время не может быть абстрактным, таким же как математика, "безотносительным к чему либо внешнему", если оно используется в математических моделях..

4.       Физическая суть алгоритма на котором основано преобразование Лоренца.

5.       Каким образом время связано с пространством.

Поставленные вопросы могут показаться наивными, но только на первый взгляд. Если внимательнее рассмотреть термины, то окажется, что за пустяками кроются очень серьезные, фундаментальные понятия. Для пояснения сказанного надо кратко обозначить проблемы, существующие в ответах на поставленные вопросы.

1.       Неподвижная система отсчета является таковой относительно наблюдателя. Говорить же о том, какой из наблюдателей движется, а какой неподвижен мы не можем в соответствии с основами ТО. А как относиться к источнику светового импульса одновременно направляемому к двум наблюдателям движущимся относительно друг друга. Какое время понадобится для преодоления световым импульсом расстояния до этих наблюдателей, если в момент излучения они находились на одинаковом расстоянии от источника? Почему у одного из этих наблюдателей часы могут идти медленнее, чем у другого, если ни один из них не может сказать кто движется, а кто нет? Если же движение одного относительно другого принимается субъективно, то почему замедление времени может существовать объективно?

2.       Нечеткое понимание постулата "постоянство скорости света" приводит к ошибочному утверждению об абсолютности этой скорости и относительности всех остальных. На самом деле фундаментальной константой является СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА, т.е. скорость только относительно источника. Она не зависит ни от движения источника, ни от движения наблюдателя. Скорость же света относительно наблюдателя может быть любой.

3.       Если мы говорим о том, что время является аргументом некоторой функции или системы уравнений, то оно должно быть абстрактным и независимым так же как любой другой аргумент. Если же время является функцией какого-либо аргумента, то, с философской точки зрения, мы должны понимать, какой процесс в Пространстве и на основе каких наблюдений описывает эта функция, если это конечно не прогноз, базирующийся на общепринятом законе.

4.       Алгоритм, который лежит в основе преобразования Лоренца, некорректно использует основной постулат ТО и полагает, что наблюдатели равноправны относительно источника бесконечно короткого светового импульса. На самом деле один из наблюдателей может быть неподвижен относительно источника, т.е. имеется неравноправие.

5.       Время объективно связано с Пространством в том смысле, что мы всегда наблюдаем окружающий мир в прошлом. Связано это с конечной скоростью получения информации о свойствах объектов окружающего мира. Мы наблюдаем это постоянно, но уже настолько привыкли к этому, что не задумываемся о причинах и следствиях. Нас не удивляет то, что вид ночного неба искажен Пространством, что мы можем  наблюдать объекты, которые уже перестали существовать. Нам необходимо сформулировать понятие "одновременность", после чего многие спорные вопросы просто отпадут сами собой.

Решать эти вопросы путем формирования тематики докладов и их обсуждением, к желаемому результату – формирование определения термина "Время" – не приведет. В системе Института и Семинара нехватает некоего системного звена, занимающегося целенаправленно анализом материалов по темпорологии и синтезом результирующего определения. В одиночку свести воедино и примирить различные точки зрения на единый термин невозможно, даже с помощью всевозможных "круглых столов". Если нет объединяющего звена, то нет и методики формирования определения понятия Время. Таким звеном может стать либо лаборатория-кафедра системного анализа, либо некий экспертный совет, работающий по единому плану. Среди ученых Института наверняка найдутся специалисты, могущие непредвзято и профессионально, заново посмотреть на предложенные вопросы с высоты достижений за столетие, прошедшее с момента появленияТО. Это образование не должно быть временным, создаваемым только для получения одного единственного определения. Оно должно стать постоянно действующим экспертным органом в области темпорологии вообще.

Автор этих строк в течение последних 3-х лет пытался разобраться в причинах материализации времени. Результат – убеждение в том, что в ее основе и связанными с ней парадоксами лежит вольное или невольное искажение терминов и вкравшиеся в результате этих искажений ошибок в математические модели, в частности в преобразование Лоренца.

Убеждение это базируется на анализе физических и философских основ и трактовок терминов, из которых последовало преобразование Лоренца.

Вполне понятно, что признание ошибок в основе ТО может привести к переосмыслению многих научных результатов, но не к заключению о их бессмысленности. ТО, так же как и все теории, ограничена нашими знаниями, но в каких-то пределах она работоспособна, надо только определить эти пределы.  Что же касается понятийного фундамента, то, похоже, он не должен сильно измениться. Все понятия остаются на местах, меняется только отношение к ним.