Об онтологии физического времени.
Идея, положенная В.К. Павловым в основу своего философского исследования, весьма привлекательна и плодотворна. Это идея связи процессов эволюции нашего мира с понятием "физического" времени. Она вызвала неподдельный интерес у автора этих строк. В результате ознакомления с материалом, появилось предложение к автору статьи пересмотреть свой подход на базе анализа процесса научного познания окружающего нас мира. Причиной этого явилось убеждение в несомненной полезности данной работы и некоторые соображения о возможном ином пути решения поставленной задачи. Основным слабым местом в работе показалось не очень убедительное определение физического времени. Новый путь, по моему мнению, позволит подвести под определение термина более основательный фундамент.
Уже заголовок статьи заявляет о том, что "физическое время" это нечто объективно существующее. Из чего это следует? Это что – необсуждаемый постулат? Если это так, то что предлагается исследовать дальше? Если время в каких-то случаях выступает как ноумен, то в каких и как с этим быть?
В приведенном в самом начале определении "физического времени" много противоречий.
" Реальное физическое время - это собственная, индивидуальная для каждого физического объекта, нелинейная физическая характеристика необратимого процесса эволюционных изменений, который мы будем обозначать как реальное и естественное, (в отличие от искусственного метрологического), физическое время (ФВ)."
С одной стороны это физическая характеристика, т.е. количественное и качественное описание объективного свойства (какого?) процесса, общего для всевозможных объектов. С другой – просто обозначение. Базируется это определение на не менее противоричивых положениях.
Всякое изменение состояния воспринимается ПС (рационально познающим субъектом) как длительность. Всякая длительность, воспринимаемая ПС, соответствует изменению состояния. Вне изменений состояний для ПС нет длительности. Понятия "изменение состояния" и "длительность" для ПС неразделимы. Объективно есть только изменения, которые субъективно воспринимаются, относительно наших собственных изменений, как длительность.
А неизменность, воспринимаемая " …относительно наших собственных изменений " как длительность не существует? Как быть с результатами исследований Мишеля Сифра и его последователей. Они, по сути, высняли субъективность восприятия длительности на фоне неизменной окружающей обстановки. Как быть с оценкой длительности неизменных состояний физических объектов?
Непонятно так же, почему автор считает "метрологическое время" искусственным. Если посмотреть на предысторию появления современного эталона времени, то это продолжение календаря, который базируется на естественных процессах движения Земли и Луны. Единица измерения времени - секунда – есть не что иное, как 1/86400 часть суток, длительность, в течении которой Земля изменяет свое положение относительно Солнца, поворачиваясь на 15 угловых секунд. Именно из этого значения длительности исходили разработчики эталона времени. Именно поэтому длительность эталонной секунды " …соответствует длительности (т.е. числу) 9.192.631.770 переходов между сверхтонкими уровнями атома Cs -133… " Метрологическое время автор считает искусственным потому, что так удобнее терминологически?
Далее, вообще, "метрологическое время" отождествляется автором с "математическим".
Практическое время, измеренное с помощью часов, представляет собой метрологическое, (математическое), время.
К тому же появляется ещё и "практическое время". Что это такое? На каком основании, почему и для чего появляются три синонима?
Понятие математического времени ввел Ньютон, поэтому предлагается осмыслить сказанное Ньютоном, а затем пойти дальше.
"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»)
Вначале зафиксируем факты. Математическое время Ньютон определяет как абсолютное и истинное. Следует признать, что абсолют и истина для человека недостижимы. Отсюда можно сделать вывод, что математическое время это точно такая же абстракция как математика. Недаром кто-то из великих математиков сказал, что математика не имеет ничего общего с физикой. Математическое время - это один из символов языка математики.
Ньютон отождествляет понятия "время" и "длительность". На это стоит обратить внимание. Определяя далее понятие "обычное время", он говорит о нём, как о мере длительности. Здесь уместно будет привести современное определение термина " мера физической величины".
Средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.
(РМГ 29-99 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения)
Переводя на современный язык, "обычное время" по Ньютону это "метрологическое время" по Павлову.
Теперь, чтобы еще лучше понять суть сказанного Ньютоном, возьмем, к примеру, математическое выражение его второго закона, домножим обе части выражения на время (t) и получим в виде Ft = mV – "импульс силы равен количеству движения". Здесь t – "… безотносительно к чему либо внешнему и иначе зовется длительностью". Это абсолютное математическое время, которое не имеет размерности, которому не соответсвует еще ни одна система единиц физических величин. Это просто обозначение длительности в математической модели. И не обязательно ему присваивать общепринятые международные единицы измерений. Они могут быть любыми, при условии корректной связи физических величин. (Кстати, до утверждения системы СИ в качестве международной, существовали наравне 4 системы единиц.) Если же мы соберемся спроектировать автомобиль, который должен разгоняться до скорости 100-км/час за 5 секунд, то мы привлечем себе в помощь "обычное время" (метрологическое) и овеществим математическую модель закона Ньютона. Зная массу автомобиля мы определим силу (точнее, крутящий момент), которую должен обеспечивать двигатель. Таким образом математическое время – это символ языка математики, а метрологическое (обычное) – мера длительности, базирующаяся на системе единиц и эталоне времени.
Идею связи эволюционных процессов с "физическим временем" следует признать очень здравой, но излишне усложненной и недостаточно обоснованной. Имеется ввиду утверждение о реальности собственного времени процесса. Точно с таким же волюнтаристским основанием можно утверждать об отсутствии у процессов вообще какого либо времени, что время для процессов является сугубо внешней характеристикой. Однако связь имеет смысл обосновать и сделать это можно проще и убедительнее.
Но что же тогда такое "физическое время"? Из предложенного автором определения следует, что это некая " …физическая характеристика необратимого процесса эволюционных изменений…", причем общая для всех возможных процессов. Предваряя определение ФВ автор пишет:" Эволюционные изменения состояний объектов, необратимо накапливаясь как цепная последовательность объективных событий, субъективно воспринимается ПС как временная длительность и обозначается как время." Отсюда следует, что физическое время - это субъективно воспринимаемая длительность связаная с объективными процессами. Наблюдается явное противоречие – с одной стороны ФВ реальное, т.е. объективно существующее, а с другой – это субъективное восприятие длительности. Проблема, содержащая рациональное зерно, представляется туманной. Попробуем ее прояснить, на основе объективного анализа методов научных исследований (НИ).
Любой метод НИ включает в себя наблюдателя (ПС), средства и методы наблюдения, результаты наблюдения, алгоритмы обработки и анализа результатов. Результатами НИ являются, в общем случае, сведения о характеристиках процессов и объектов наблюдения, выводы и обобщения, математические модели, прогнозы. Здесь следует сделать несколько очень важных замечаний:
Теперь введём несколько постулатов.
Время, любое, тем более математическое, объективно не существует и является плодом человеческого разума. Это понятие появилось в процессе познания человеком пространства и материи. Познавая пространство и материю человек стремился установить причинно-следственные связи в процессах происходящих вокруг него. Для выяснения этих связей необходимо было устанавливать истинную последовательность наблюдаемых событий. Наблюдатель мог привязать результаты своих опытов к обычному, "метрологическому", времени. Но из-за конечной скорости распространения информации о событиях, наблюдаемая последовательность отличалась от истинной. Это являлось следствием искажений, вносимых разницей расстояний до объектов наблюдения и взаимным движением объектов и наблюдателя.
Наблюдения за эволюционными процессами велись многими наблюдателями и поэтому появилась необходимость установления истинной последовательности по результатам многих разнородных наблюдений. В практической астрономии, например, используют всемирное время (Universal Time, UT). "Каждая настоящая обсерватория (и каждый уважающий себя наблюдатель) имеет часы, которые показывают всемирное время" (Данлоп, Азбука звездного неба,"Мир",1990, стр.104). Без него невозможны совместные обработки астрономических наблюдений, запуск и обслуживание искусственных космических объектов. Существует специальная служба Системы Единого Времени (СЕВ), обеспечивающая привязку часов по всей Земле к единой шкале с помощью радиосигналов. Это позволяет сводить воедино результаты многих наблюдений и с высокой точностью осуществлять прогнозы движения космических тел. Используя сказанное можно предложить определение физического времени.
Физическое время – это истинное время события привязанное к некоторой общепринятой шкале и освобожденное от всех инструментальных и методических погрешностей, в том числе от времени распространения информации.
ПС может воспринимать длительность и не субъективно, а объективно, сравнивая её с заранее известной, эталонной длительностью (метрологическое время). Другое дело, что измеренная длительность будет всегда отличаться от истинной из-за неминуемых погрешностей измерения.
Таким образом истинное время приписывается конкретным объектам и процессам и является универсальной характеристикой динамики их поведения. По отношению к эволюционным процессам, это существование связи между событиями на основе единой универсальной истинной шкалы времени для всего пространства. Связь эта базируется на понятии "Глобального сейчас Вселенной". Любое "сейчас" в прошлом может быть привязано к универсальной шкале наблюдателем и только им. Без наблюдателя "физического времени" не существует, объективно существует только "сейчас", одновременность.
Понятно, что полностью освободиться от погрешностей невозможно. Погрешности измерений определяются всегда с некоторой вероятностью, поэтому нельзя сказать абсолютно точно какая ошибка соответствует конкретному измерению. Погрешности эти не только инструментальные, присущие конкретному средству измерения, но и методические (погрешности метода измерения). Неучет методических погрешностей может приводить к гораздо более серьезным ошибкам в полученных результатах, чем инструментальные.
Это можно проиллюстрировать на примере результатов измерения О.Рёмером периода обращения Ио вокруг Юпитера. Как известно, результаты измерений зависели от взаимного положения Земли и Юпитера. Точность хода часов, т.е. точность привязки к "метрологическому времени" здесь была ни при чем. Ошибка была, как говорят метрологи, методической. Рёмер не знал, что свет распространяется с конечной скоростью и поэтому не учел этого. Лишь после вычисления скорости света и учета времени распространения света от Юпитера до Земли, результаты получились удовлетворительными.
Даже при сравнительно небольших скоростях движения ПС относительно объекта наблюдения установить "физическое время" события бывает непросто. Когда же скорости движения объекта относительно наблюдателя сравнимы со скоростью распространения информации, то погрешности могут возрастать многократно. Эта задача вплотную примыкает к той, которую решала ТО Эйнштейна – задача определения одновременности. Средством решения этой задачи считается преобразование Лоренца.
Так же хочется обратить внимание автора исследования, что все вопросы, связанные с транформацией времени и пространства, связанные с преобразованием Лоренца, являются результатом ошибки в его логическом основании. Ошибка эта связана с некорректной трактовкой результата опыта Майкельсона и понятием "скорость света". Лоренц ошибочно трактовал постоянство скорости света, как постоянство относительно наблюдателя, т.е. системы отсчета. На самом деле это скорость распространения, т.е. скорость относительно источника. Естественно, что эта скорость постоянна в любой системе отсчета, т.к. от неё не зависит. Автор этих строк убедился в наличии этой ошибки, анализируя изложение вывода преобразования Лоренца в книге М.Борна "Эйнштейновская теория относительности".
Предлагаемое в настоящем материале определение "физического времени" противоречит утверждению В.Павлова, что " Физическое время различно для разных объектов и не может быть синхронизируемо", но может быть согласовано со смыслом, который автор пытается вложить в него. Для различных объектов ритм хода процессов, даже одних и тех же, индивидуален и может быть сравним только путем привязки к единой универсальной шкале "физического времени". В этом случае синхронизация имеет смысл выяснения положения событий на единой шкале универсального истинного времени.
Упоминаемый в исследовании метод синхронизации часов с помощью светового сигнала является весьма наивным, появившимся более ста лет тому назад, когда эталонными часами были часы маятниковые. Это ещё один источник ошибки в основе преобразования Лоренца. С помощью светового сигнала синхронизировать часы даже в " стационарном мире" невозможно. Уже упоминалось, что часы это высокоточный генератор гармонических колебаний, объединенный со счетчиком этих колебаний. Синхронизация (поверка) часов включает в себя два этапа: синхронизацию частоты и установления единого начала отсчета по шкале времени. Так вот "световой сигнал", тем более с неконкретизированными характеристиками, задачу синхронизации частот решить никак не может. Вследствие этого обсуждение проблемы такой "синхронизации" становится бессмысленной.
Что же касается " релятивистского эффекта сокращения линейных размеров тел… " то его проявление довольно наглядно можно объяснить с точки зрения классической механики, используя понятие физического времени и "физической одновременности". Предположим, что ПС хочет измерить расстояние между двумя точками в пространстве, движущимися относительно него и неподвижными относительно друг друга. Это расстояние, по сути, является длинной "жесткого стержня". Она неизменна во времени. Предположим, что для этого ПС наблюдает за световым излучение двух объектов в пространстве, находящихся от него на существенно разных расстояниях. Излучение несет в себе информацию о положении объектов в пространстве. Эту информацию ПС принимает одновременно, но из-за разности расстояний и конечной скорости распространения затрачивается разное время на преодоление расстояния от объекта до ПС. Истинная длина "стержня" соответствует разности расстояний от него до ПС на один и тот же момент ФВ, но наблюдаются их положения на различные моменты ФВ, откуда и появляются искажения.
Если объекты и ПС неподвижны относительно друг друга, то эта разница не оказывает влияние на результаты наблюдения. Если же объекты движутся относительно ПС, то будут наблюдаться искажения расстояния между ними. Наблюдаемые положения объектов будут соответсвовать различным моментам "физического времени", а их истинные положения соответствуют "физической одновременности".
Подтверждение обнаруженной фатальной для ТО, ошибки и более подробное объяснение деформации пространства при наблюдениях может быть предоставлено любому любознательному ПС, обратившемуся к автору данного материала по указанному ниже адресу, совершенно безвозмездно.
Илья Ильич Кузьмин, ik@krasnogorsk.ru