Определение времени в физике, философии, психологии и литературе. Время в квантовой физике

Что такое время?

Несмотря на то, что явление времени кажется интуитивно понятным и является фундаментальным понятием в философии и науке, точное определение времени до сих пор не сформировано. В данной статье мы рассмотрим несколько основных концепций времени с точки зрения науки.

Классическая физика

Классическая физика сложилась до возникновения теории относительности Эйнштейна и квантовой теории. Согласно классической концепции времени, время – непрерывная величина, которая не определяется чем-либо и является априорной характеристикой мира. Время – основное условие протекания каких-либо процессов в мире. Такое время одинаково течет для всех процессов и во всех точках мира, при этом нет ничего, что способно повлиять на ход времени. Несмотря на то, что тела и процессы могут ускоряться и замедляться, течение времени равномерно. В связи с этим с точки зрения классической физики время называют абсолютным. Эти свойства времени описал Исаак Ньютон в своем труде «Математические начала натуральной философии» 1687-го года.

«Математические начала натуральной философии» Исаака Ньютона

В классической механике переход от одной системы отсчета (инерциальной) к другой описывается так называемыми преобразованиями Галилея. Уравнения механики Ньютона по отношению к данным преобразованиям являются инвариантными, из чего выплывает абсолютность времени.

Следует отметить, что в классической физике для времени не выделяется определенная ось, так как в рамках данной концепции течение времени в обратную сторону равносильно обычному его течению.

Термодинамика

Материалы по теме

В отличие от классической физики, термодинамика утверждает, что время необратимо в силу второго закона термодинамики. Согласно этому закону существует некоторая функция состояния – энтропия, которая не убывает в любых процессах в замкнутых системах. Если бы время могло идти в обратном направлении, энтропия бы в таких системах уменьшалась, что противоречит вышеизложенному закону.

Термодинамика отличается жестким требованием существования оси времени.

Квантовая механика

В большинстве своем концепция времени в рамках квантовой механики схожа с интерпретацией классической физики, то есть время течет равномерно. Однако, основным отличием данного определения является необратимость времени. Это связано с тем, что процесс измерения несимметричен во времени. Измерение в данный момент даст информацию о состоянии объекта в прошлом, но в будущем даст новое состояние.

Релятивистская физика (теория относительности Эйнштейна)

Наиболее популярной концепцией времени сегодня является определение времени в рамках теории относительности Эйнштейна.

Альберт Эйнштейн на пляже (1939 г.), вероятно думает о физике

Прежде всего следует отметить основные постулаты данной концепции:

Скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, которые движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно.
Физические законы одинаковы во всех системах координат, которые движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно.
Любое событие может влиять лишь на события, которые происходят позже него и не влияет на события, которые происходят раньше него.

Материалы по теме

Исходя из вышеупомянутых постулатов, можно утверждать, что события, которые происходят одновременно в одной системе отсчета, могут быть не одновременны в другой системе отсчета, движущейся относительно первой системы отсчета. Таким образом, в рамках данной концепции ход времени зависит от движения выбранной системы отсчета. Проще говоря, скорость хода часов зависит от того, кто их носит.Интереснейшим аспектом данной теории является влияние гравитации на течение времени. В рамках данной концепции пространство и время являются несамостоятельными частями одного пространственно-временного континуума. Тогда вблизи массивных объектов искажается не только пространство, но и изменяется скорость течения времени.

Искривление пространства-времени как результат гравитационного возмущения

В релятивистской физике время определяется как четвертая координатная ось системы координат, три другие оси которой представляют три пространственные координаты «нашего трехмерного мира». Таким образом каждое тело имеет так называемую мировую линию. Если рассматривать данное тело в упомянутой четырехмерной системе координат, то оно будет представляться протяженным множеством этих тел. То есть в каждый момент времени своего существования тело будет наноситься на четырехмерную систему координат, в зависимости от его пространственного, а также временного положения.

Мировая линия человека (упрощенно), где X и Y — две пространственные координаты, а T — временная координата.

Что же такое время?

Исходя из сказанного выше, становится ясно, что человечеству совершенно неясно, что такое время. Перечисленные здесь теории лишь пытаются математически (и геометрически) определить время, как нечто, что может использоваться в дальнейших расчетах для объяснения наблюдаемых явлений.

Опираясь на постулаты, выплывающие из основных концепций времени, можно попытаться сформулировать следующее субъективное определение:

«Время – априорный геометрический параметр, который характеризирует движение, определяет длительность существования всех процессов, есть условие существования изменения. Является неотъемлемой частью пространственно-временного континуума, есть его четвертая координата наряду с тремя пространственными. Время способно искривляться в результате гравитационного возмущения, при этом является необратимым. Данное явление относительное и зависит от выбора системы отсчета и ее скорости. Подчиняется постулату причинности, согласно которому любое событие может влиять лишь на события, которые происходят позже него и не влияет на события, которые происходят раньше него».

Картина Сальвадора Дали «Постоянство памяти» 1931 г.

Данное явление невозможно представить в уме, а потому ученые со всего мира пытаются объяснить его математически, что пока остается непосильной задачей и вызывает множество разногласий в научном сообществе. Если же ученому задать вопрос «Что такое время?», то скорее всего в ответ Вы услышите – «Это то, что измеряется часами».

comments powered by HyperComments

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 1340

spacegid.com

Наука о времени. Теория времени

Классическая физика

«Математические начала натуральной философии» Исаака Ньютона

Термодинамика

Термодинамика отличается жестким требованием существования оси времени.

Квантовая механика

Релятивистская физика (теория относительности Эйнштейна)

Альберт Эйнштейн на пляже (1939 г.), вероятно думает о физике

Прежде всего следует отметить основные постулаты данной концепции:

1. Скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, которые движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно.

2. Физические законы одинаковы во всех системах координат, которые движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно.

3. Любое событие может влиять лишь на события, которые происходят позже него и не влияет на события, которые происходят раньше него.

Интереснейшим аспектом данной теории является влияние гравитации на течение времени. В рамках данной концепции пространство и время являются несамостоятельными частями одного пространственно-временного континуума. Тогда вблизи массивных объектов искажается не только пространство, но и изменяется скорость течения времени

Искривление пространства-времени как результат гравитационного возмущения (см. четвертое изображение).

Мировая линия человека (упрощенно), где X и Y — две пространственные координаты, а T — временная координата (см. пятое изображение).

Что же такое время?

Картина Сальвадора Дали «Постоянство памяти» 1931 г. (см. шестое изображение).

znaxar.com

Время в квантовой физике и философии — Альтернативный взгляд Salik.biz

Было время. Помню в детстве, гуляя с парнями во дворе, мы как то начали рассказывать друг другу свои предположения относительно устройства мироздания и Вселенной...

И один мой приятель сказал, лучше нам ничего не знать, иначе когда мы все узнаем, то нас от сюда заберут. Вот по-этому я предпочитаю и не знать как все устроенно. Да действительно, одна из преград знания это страх, что с тобой может что-то произойти. Знание это путь бесстрашных, позиция воина по Кастанеде, иначе только перейдя за границы себя, своего эго, можно рассчитывать на определенный опыт. Опыт пробуждения кундалини, самадхи это аннигиляция, трансформация и выход за пределы своей обусловленности. Но здесь я бы хотел поделиться соображениями о том, что всем управляет, на чем основана сама ткань Реальности. В Тантре есть понятие Кала Бхайрава, это Шива в своей ипостаси разрушения времени, Махакала. Время — вот основа появления Вселенной, ее созидания и разрушения. Все это аспекты Шивы. Эйнштейновская теория относительности включает время, в квантовой физике разгон частиц до сверхсветовых скоростей предполагает его замедление и остановку. Таким образом устроен и наш ум. Когда мы торопимся, опаздываем, наше состояние возбужденное, время ускоряется и мы пытаемся его нагнать, а когда мы никуда не спешим, находимся в настоящем моменте, время настолько замедляется, что иногда мы попросту перестаем его замечать. Говоря о квантовой физике и корпускулярно-волновом дуализме мы можем заметить, что восприятие целиком зависит от наблюдателя. Время не будет одинаковым для жука ползущего по земле и космонавта, наблюдающего за Землей из Космоса. Сигналы со спутников, кстати, сейчас так и расшифровываются, с поправкой на нелинейность восприятия пространственно-временного континуума.

Мыслительная деятельность ускоряет биоэлектрические сигналы нейронных связей, что мы ощущаем как разницу во времени, в этом случае внешнее ощущение времени не равномерно внутреннему. Внешнее время может идти быстрее. Вопрос в следующем, если частицы способны разгоняться до сверхсветовых скоростей, то наш мозг по нейронным связям способен ли разогнать электрические импульсы к близким или превосходящим скорость света? Не это ли трансцендентный опыт мистиков и пророков? Что происходит со временем при разгоне частиц до скорости света, а мысль, идея разве не действуют по таким же законам? Кто-то из ученых способен получить трансцендентный опыт? Думаю ответить можно однозначно, иначе не было бы столь ярких открытий в науке, искусстве, не создавалось бы никаких философских и религиозных течений. В разных традициях ИСС (измененные состояния сознания) именовались по разному, но опыт, который получал человек выходя за пределы течения времени то, что в квантовой физике называется состоянием сингулярности до Большого Взрыва, до состояния неоднородности развертывания пространственно-временного континуума как структуры реальности, яркое тому подтверждение. И еще вопрос из чего состоит основа самой ткани реальности — время? На все эти вопросы и пытается ответить современная наука, теорий много, загадок еще больше, количество вопросов только растет. С того момента когда мой приятель в детстве сказал, что лучше ничего не знать или настанет каюк, и до теперешнего момента я понял, что на этой шкале времени события прошлого, настоящего и возможного будущего лишь миг у Необъятного Существа наблюдающего за нами, как если бы космонавт наблюдал за Землей по которой бы полз жук наблюдая землю :)

Медитация и адронный коллайдер? :)

Затем в моей судьбе сложилось так, что я познакомился с йогой и медитацией. И о Эврика! Оказывается зачем разгоняться, когда можно замедляться, а эффект один и тот же. Если мы замедляем работу ума и восприятие внутреннего времени, то мы таким же образом действуем и на внешнее время, по сути стираем границы временных рамок вообще. Так что вопрос о медитации и адронном коллайдере разрешился сам собой. Зачем разгоняться, когда можно замедляться, ресурсы не тратятся, мысли не расходуются, жизнь растягивается, дыхание замедляется, понимание приобретается :)

salik.biz

А.Ю.Севальников. Квант и время в современной физической парадигме

А.Ю.Севальников

Квант и время в современной физической парадигме

В 2000 году исполнилось 100 лет со дня рождения квантовой механики. Переход через рубеж столетий и веков – повод поговорить о времени, и в данном случае как раз в связи с юбилеем кванта.

Привязка понятия времени к идеям квантовой механики могла бы показаться искусственной и надуманной, если бы не одно обстоятельство. Мы до сих пор не понимаем смысла этой теории. «Можно с полной уверенностью говорить, что никто не понимает смысла квантовой механики», – утверждал Ричард Фейнман. Столкнувшись с микроявлениями, мы столкнулись с некоторой тайной, которую пытаемся разгадать уже целый век. Как не вспомнить слова великого Гераклита, что «природа любит таиться».

Квантовая механика полна парадоксов. Не отражают ли они саму суть этой теории? У нас есть совершенный математический аппарат, красивая математическая теория, выводы которой неизменно подтверждаются на опыте, и при этом отсутствуют сколь ни будь «ясные и отчетливые» представления о сути квантовых феноменов. Теория здесь выступает скорее символом, за которой скрыта иная реальность, проявляющаяся в неустранимых квантовых парадоксах. «Оракул не открывает и не скрывает, он намекает», как говорил тот же Гераклит. Так о чем же намекает квантовая механика?

У истоков ее создания стояли М.Планк и А.Эйнштейн. В центре внимания была проблема излучения и поглощения света, т.е. проблема становления в широком философском смысле, а следовательно, и движения. Эта проблема как таковая до сих пор не становилась в центр внимания. При дискуссиях вокруг квантовой механики рассматривались прежде всего проблемы вероятности и причинности,

– 227 –

корпускулярно-волнового дуализма, проблемы измерения, нелокальности, участия сознания и целый ряд других, тесно связанных непосредственно с философией физики. Однако рискнем утверждать, именно проблема становления, древнейшая философская проблема и является основной проблемой квантовой механики.

Эта проблема всегда была тесно связана с теорией квантов, от проблемы излучения и поглощения света в работах Планка и Эйнштейна до последних экспериментов и интерпретаций квантовой механики, но всегда неявно, имплицитно, как некий скрытый подтекст. Фактически с проблемой становления тесно связаны практически все ее дискуссионные вопросы.

Так в настоящее время активно обсуждается т.н. «проблема измерения», которая в интерпретациях квантовой механики играет ключевую роль. Измерение резко меняет состояние квантовой системы, форму волновой функции Ψ(r,t). Например, если при измерении положения частицы мы получаем более или менее точное значение ее координаты, то волновой пакет, который представляла собой функция Ψ до измерения, «редуцируется» в менее протяженный волновой пакет, который может быть даже точечным, если измерение проведено очень точно. С этим и связано введение В.Гейзенбергом понятия «редукция пакета вероятностей», характеризующей такого рода резкое изменение волновой функции Ψ(r,t).

Редукция всегда приводит к новому состоянию, которое нельзя предвидеть заранее, поскольку до измерения мы можем предсказать лишь вероятности различных возможных вариантов.

Совсем иная ситуация в классике. Здесь если измерение выполняется достаточно аккуратно, то это является констатацией лишь «наличного состояния». Мы получаем истинное значение величины, которое объективно существует в момент измерения.

Различие классической механики и квантовой – это различие их объектов. В классике – это налично существующее состояние, в квантовом случае – это объект возникающий, становящийся, объект, принципиально изменяющий свое состояние. Более того, употребление понятия «объект» не совсем правомерно, мы имеем скорее актуализацию потенциального бытия, причем сам этот акт принципиально не описывается аппаратом квантовой механики. Редукция волновой функции всегда есть разрыв, скачок в состоянии.

Гейзенберг был одним из первых, кто стал утверждать, что квантовая механика возвращает нас к аристотелевскому понятию бытия в возможности. Такая точка зрения в квантовой теории возвращает

– 228 –

нас к двухмодусной онтологической картине, где есть модус бытия в возможности и модус бытия действительного, т.е. мир осуществившегося.

Гейзенберг не развил последовательным образом этих идей. Это было осуществлено чуть позднее В.А.Фоком. Введенные им понятия «потенциальной возможности» и «осуществившегося» очень близки к аристотелевским понятиям «бытие в возможности» и «бытие в стадии завершения».

По Фоку, описываемое волновой функцией состояние системы является объективным в том смысле, что представляет объективную (независимую от наблюдателя) характеристику потенциальных возможностей того или иного акта взаимодействия микрообъекта с прибором. Такое «объективное состояние не является еще действительным, в том смысле, что для объекта в данном состоянии указанные потенциальные возможности еще не осуществились, переход от потенциальных возможностей к осуществившемуся происходит на заключительной стадии эксперимента»[1]. Статистическое распределение вероятностей, возникающее при измерении и отражает объективно существующие при данных условиях потенциальные возможности. Актуализация, «осуществление» по Фоку – не что иное как «становление», «изменение», или «движение» в широком философском смысле. Актуализация потенциального вносит необратимость, что тесно связано с существованием «стрелы времени».

Интересно, что Аристотель связывает непосредственно время с движением (см., напр., его «Физику» – «время не существует без изменения», 222b 30ff, кн. IV особенно, а также трактаты – «О небе», «О возникновении и уничтожении»). Не рассматривая пока подробно аристотелевское понимание времени, отметим, что у него это – прежде всего мера движения, а говоря шире – мера становления бытия.

В таком понимании время приобретает особый, выделенный статус, и если квантовая механика действительно указывает на существование бытия потенциального и его актуализацию, то в ней этот особый характер времени должен быть явным.

Как раз именно этот особый статус времени в квантовой механике хорошо известен и неоднократно отмечался разными авторами. Например, де Бройль в книге «Соотношения неопределенностей Гейзенберга и волновая интерпретация квантовой механики» пишет, что КМ «не устанавливает истинной симметрии между пространственными и временной переменной. Координаты x, y, z частицы считаются наблюдаемыми соответствующими неким операторам и имеющими

– 229 –

в любом состоянии (описываемом волновой функцией Ψ) некоторое вероятностное распределение значений, тогда как время t по-прежнему считается вполне детерминированной величиной.

Это можно уточнить следующим образом. Представим себе галилеева наблюдателя, проводящего измерения. Он пользуется координатами x, y, z, t, наблюдая события в своей макроскопической системе отсчета. Переменные x, y, z, t – это числовые параметры, и именно эти числа входят в волновое уравнение и волновую функцию. Но каждой частице атомной физики соответствуют «наблюдаемые величины», которые являются координатами частицы. Связь между наблюдаемыми величинами x, y, z и пространственными координатами x, y, z галилеева наблюдателя носит статистический характер; каждой из наблюдаемых величин x, y, z в общем случае может соответствовать целый набор значений с некоторым распределением вероятностей. Что же касается времени, то в современной волновой механике нет наблюдаемой величины t, связанной с частицей. Есть лишь переменная t, одна из пространственно-временных переменных наблюдателя, определяемая по часам (существенно макроскопическим), которые имеются у этого наблюдателя»[2].

То же самое утверждает и Эрвин Шредингер. «В КМ время выделено по сравнению с координатами. В отличие от всех остальных физических величин ему соответствует не оператор, не статистика, а лишь значение, точно считываемое, как в доброй старой классической механике, по привычным надежным часам. Выделенный характер времени делает квантовую механику в ее современной интерпретации от начала и до конца нерелятивистской теорией. Эта особенность КМ не устраняется при установлении чисто внешнего «равноправия» времени и координат, т.е. формальной инвариантности относительно преобразований Лоренца, с помощью надлежащих изменений математического аппарата.

Все утверждения КМ имеют следующий вид: если теперь, в момент времени t, провести некое измерение, то с вероятностью p его результат окажется равным a. Все статистики квантовая механика описывает как функции одного точного временного параметра… В КМ бессмысленно спрашивать, с какой вероятностью измерение будет произведено в интервал времени (t. t+ dt), т.к. время измерения я всегда могу выбрать по своему произволу»[3].

Существуют и другие аргументы, показывающие выделенный характер времени, они известны и я не буду здесь на этом останавливаться. Существуют и попытки преодоления такой выделенности вплоть до такой, когда Дирак, Фок и Подольский предложили для

– 230 –

обеспечения ковариантности уравнений т.н. «многовременную» теорию, когда каждой частице приписывается не только своя координата, но и свое время.

В упоминаемой выше книге де Бройль показывает, что и такая теория не может избежать особого статуса времени, и весьма характерно, что книгу он заканчивает следующей фразой: «Таким образом, мне представляется невозможным устранить особую роль, которую в квантовой теории играет времени подобная переменная»[4].

На основе подобных рассуждений можно с уверенностью утверждать, что квантовая механика заставляет нас говорить о выделенности времени, о его особом статусе.

Существует и еще один аспект квантовой механики, никем до сих пор не рассматриваемый.

На мой взгляд, правомерно говорить о двух «временах». Одно из них это наше обычное время – конечное, однонаправленное, оно тесно связано с актуализацией и принадлежит миру осуществившегося. Другое – это существующее для модуса бытия в возможности. Его трудно охарактеризовать в наших обычных понятиях, так как на этом уровне нет понятий «позже» или «раньше». Принцип суперпозиций как раз показывает, что в потенции все возможности существуют одновременно. На этом уровне бытия невозможно введение пространственных понятий «здесь», «там», так как они появляются только после «развертывания» мира, в процессе которого время играет ключевую роль.

Проиллюстрировать такое утверждение легко на знаменитом мысленном двухщелевом эксперименте, который, по словам Ричарда Фейнмана, содержит всю тайну квантовой механики.

Направим луч света на пластину с двумя узкими щелями. Через них свет попадает на экран, помещенный за пластиной. Если бы свет состоял из обычных «классических» частиц, то на экране мы бы получили две светлые полосы. Вместо этого, как известно, наблюдается серия линий – интерференционная картина. Интерференция объясняется тем, что свет распространяется не просто как поток частиц-фотонов, а в виде волн.

Если же мы попытаемся проследить путь фотонов и разместим возле щелей детекторы, то в этом случае фотоны начинают проходить только через какую-либо одну щель и интерференционная картина при этом исчезает. «Создается впечатление, будто фотоны ведут себя как волны до тех пор, пока им «разрешают» вести себя подобно волнам, т.е. распространяться через пространство, не занимая какого-либо определенного положения. Однако в тот момент, когда

– 231 –

кто-нибудь «спрашивает», где именно фотоны находятся – либо путем определения щели, через которую они прошли, либо заставляя их попадать на экран только через одну щель, – они мгновенно становятся частицами…

В экспериментах с двухщелевой пластиной выбор физиком измерительного прибора заставляет фотон «выбирать» между прохождением через обе щели одновременно подобно волне, либо только через одну щель подобно частице. Однако, что случилось бы, спросил Уилер, если экспериментатор, прежде чем выбрать способ наблюдения, мог бы как-нибудь подождать до тех пор, пока свет не пройдет через щели?»[5].

Более ярко такой эксперимент с «отложенным выбором» можно продемонстрировать на излучении квазаров. Вместо пластины с двумя щелями «в таком эксперименте должна использоваться гравитационная линза – галактика или другой массивный объект, который может расщепить излучение квазара и затем сфокусировать его в направлении отдаленного наблюдателя, создавая два или более изображений квазара…

Выбор астронома – каким способом наблюдать фотоны от квазара в настоящее время – определяется тем, прошел ли каждый фотон по обоим путям или только по одному пути около гравитационной линзы миллиарды лет назад. В момент, когда фотоны долетали до «галактического светоделителя», они как бы должны были иметь нечто вроде предчувствия, указывающего им, каким образом себя вести, чтобы отвечать выбору, который будет сделан неродившимися существами на еще не существующей планете»[6]. Как верно замечает Уилер, такие умозрительные построения возникают вследствие ошибочного предположения о том, что фотоны имеют какую-ту форму еще до того, как произведено измерение. На самом деле «квантовые явления сами по себе не имеют ни корпускулярного, ни волнового характера; их природа не определена вплоть до того момента, когда их начинают измерять»[7].

Эксперименты, проведенные в 90-х годах, подтверждают такие «странные» выводы из квантовой теории. Квантовый объект действительно «не существует» до момента измерения, когда он получает актуальное бытие.

Один из аспектов таких экспериментов до сих пор практически не обсуждался исследователями, а именно – временной аспект. Ведь квантовые объекты получают свое существование не только в смысле своей пространственной локализации, но и начинают «быть» во

– 232 –

времени. Допустив существование бытия потенциального, необходимо сделать вывод и о качественно ином характере существования на этом уровне бытия, в том числе и временном.

Как следует из принципа суперпозиции, различные квантовые состояния существуют «одновременно», т.е. квантовый объект изначально, до актуализации своего состояния, существует сразу во всех допустимых состояниях. При редукции волновой функции от «суперпонированного» состояния остается лишь одно из них. Наше обычное время тесно связано с такого рода «событиями», с процессом актуализации потенциального. Суть «стрелы времени» в таком понимании и состоит в том, что объекты приходят к бытию, «во-существляются», и именно с этим процессом и связана однонаправленность времени и его необратимость. Квантовая механика, уравнение Шредингера описывает грань между уровнем бытия возможного и бытия действительного, точнее, дает динамику, вероятность осуществления потенциального. Само же потенциальное нам не дано, квантовая механика лишь указывает на него. Наше знание пока принципиально неполно. Мы имеем аппарат, описывающий классический мир, то есть мир актуальный, явленный – это аппарат классической физики, включая теорию относительности. И у нас есть математический формализм квантовой механики, описывающий становление. Сам же формализм «угадан» (здесь стоит вспомнить, как было открыто уравнение Шредингера), он ниоткуда не выводится, что дает повод поставить вопрос о более полной теории. По нашему мнению, квантовая механика лишь подводит нас к грани бытия явленного, дает возможность приоткрытия тайны бытия и времени, не раскрывая и не имея такой возможности раскрыть ее полностью. Мы можем лишь сделать вывод о более сложной структуре времени, о его особом статусе.

Обоснованию такой точки зрения поможет и обращение к философской традиции. Как известно, еще Платон дает различение двух времен – собственно времени и вечности. Время и вечность у него несоизмеримы[8], время есть только движущееся подобие вечности. При сотворении демиургом Вселенной, как рассказывается об этом в «Тимее», демиург «замыслил сотворить некое движущееся подобие вечности; устроя небо, он вместе с ним творит для вечности, пребывающей в едином, вечный же образ, движущийся от числа к числу, который мы назвали временем»[9].

Платоновская концепция – это первая попытка преодоления, синтеза двух подходов ко времени и миру. Одна их них – это парменидовская линия, дух школы элеатов, где отрицалось всякое движение,

– 233 –

изменение, где истинно сущим признавалось лишь вечное бытие, другая – связанная с философией Гераклита, утверждавшего, что мир есть непрерывный процесс, своего рода горение или безостановочное течение.

Другой попыткой преодоления такой двойственности явилась философия Аристотеля. Введя понятие бытия потенциального, ему удалось впервые описать движение, учение о котором он излагает в тесной связи с учением о природе.

Опираясь на платоновскую дуалистическую схему «бытие-небытие», оказывается невозможным описать движение, необходимо «найти «лежащее в основе» третье, которое было бы посредником между противоположностями»[10].

Введение Аристотелем понятия dynamis – «бытие в возможности» вызвано его неприятием метода Платона, исходившего из противоположностей «сущее-несущее». В результате такого подхода, пишет Аристотель, Платон отрезал себе путь к постижению изменения, составляющего главную черту природных явлений. «…Если взять тех, кто приписывает вещам бытие-небытие вместе, из их слов скорее получается, что все вещи находятся в покое, а не в движении: в самом деле, изменению уже не во что произойти, ибо все свойства имеются <уже> у всех вещей». [Метафизика, IV,5].

«Итак, противоположность бытие-небытие, говорит Аристотель, нужно опосредовать чем-то третьим: таким посредником между ними выступает у Аристотеля понятие «бытия в возможности». Понятие возможности Аристотель вводит, таким образом, для того, чтобы можно было бы объяснить изменение, возникновение и гибель всего природного и тем самым избежать такой ситуации, которая сложилась в системе платоновского мышления: возникновение из не сущего – это случайное возникновение. И действительно, все в мире преходящих вещей для Платона непознаваемо, ибо носит случайный характер. Такой упрек по отношению к великому диалектику античности может показаться странным: ведь, как известно, именно диалектика рассматривает предметы с точки зрения изменения и развития, чего никак нельзя сказать о формально-логическом методе, создателем которого справедливо считают Аристотеля»[11].

Однако этот упрек Аристотеля вполне оправдан. Действительно, парадоксальным образом в поле зрения Платона не попадает то изменение, которое происходит с чувственными вещами. Его диалектика рассматривает предмет в его изменении, но это, как справедливо замечает П.П.Гайденко, особый предмет – логический. У Аристотеля же субъект изменения из сферы логической переместился

– 234 –

в сферу сущего, а сами логические формы перестали быть субъектом изменения. Сущее у Стагирита имеет двоякий характер: сущее в действительности и сущее в возможности, и поскольку оно имеет «двоякий характер, то все изменяется из существующего в возможности в существующее в действительности... А потому возникновение может совершаться не только – привходящим образом – из несуществующего, но также <можно сказать, что> все возникает из существующего, именно из того, что существует в возможности, но не существует в действительности» (Метафизика, XII, 2). Понятие dynamis имеет несколько различных значений, которые Аристотель выявляет в V книге «Метафизики». Два главных значения впоследствии получили и терминологическое различение в латинском языке – potentia и possibilitas, которые часто переводят как «способность» и «возможность» (ср.нем. способность – Vermögen, и возможность – Möglichkeit). «Названием возможности (dynamis) прежде всего обозначается начало движения или изменения, которое находится в другом или поскольку оно – другое, как, например, строительное искусство есть способность, которая не находится в том, что строится; а врачебное искусство, будучи некоторою способностью, может находиться в том, кто лечится, но не поскольку он лечится» (Метафизика, V, 12).

Время для Аристотеля тесно связано с движением (в самом широком смысле). «Невозможно, чтобы время существовало без движения»[12]. По Аристотелю, это очевидно, так как «если имеется время, очевидно, должно и существовать и движение, раз время есть некоторое свойство движения»[13]. Это означает, что не существует движения самого по себе, а только изменяющееся, становящееся бытие, и «время есть мера движения и нахождения [тела] в состоянии движения«[14]. Отсюда становится ясно, что время с этим становится и мерой бытия, ведь «и для всего прочего нахождение во времени означает измерение его бытия временем»[15].

Имеется существенное отличие между подходами Платона и Аристотеля в понимании времени. У Платона время и вечность несоизмеримы, они качественно различны. Время у него только движущееся подобие вечности (Тимей, 38а), ибо все возникшее не причастно вечности, имея начало, а следовательно, и конец, т.е. оно было и будет, тогда как вечность только есть.

Аристотель отрицает вечное существование вещей, и хотя он и вводит понятие вечности, это понятие является для него скорее бесконечной длительностью, вечного существования мира. Его логический

– 235 –

анализ, сколь бы он гениальным ни являлся, не способен схватить существование качественно иного. Платоновский подход, хотя и не описывает движение в чувственном мире, оказывается в отношении времени более дальновидным. В дальнейшем концепции времени разрабатывались в рамках неоплатоновской школы и христианской метафизики. Не имея возможности входить в анализ этих учений, отметим только то общее, что их объединяет. Все они говорят о существовании двух времен – обычного времени, связанного с нашим миром, и вечности, эона (αιων), связанного с бытием сверхчувственным[16].

Возвращаясь к анализу квантовой механики, заметим, что волновая функция определяется на конфигурационном пространстве системы, а сама функция Ψ является вектором бесконечномерного гильбертова пространства. Если волновая функция не просто абстрактный математический конструкт, а имеет некоторый референт в бытии, то необходимо сделать вывод о ее «инобытийности», непринадлежности к актуальному четырехмерному пространству-времени. Этот же тезис демонстрирует и хорошо известная «ненаблюдаемость» волновой функции, и ее вполне ощутимая реальность, например в эффекте Ааронова-Бома.

Одновременно с аристотелевским заключением, что время есть мера бытия, можно сделать вывод, что квантовая механика позволяет, по крайней мере, поставить вопрос о множественности времени. Здесь современная наука, по образному выражению В.П.Визгина, «вступает в плодотворную «идейную перекличку» с античным наследием»[17]. Действительно, уже «теория относительности Эйнштейна ближе к представлениям древних о пространстве и времени как свойств бытия, неотделимых от порядка вещей и порядка их движений, чем к ньютоновским представлениям об абсолютных пространстве и времени, мыслимых как совершенно индифферентные к вещам и их движениям, как не зависимые от них»[18]. Время тесно связано с «событием». «В мире, где есть одна «действительность», где «возможности» не существует, не существует и времени, время есть трудно предсказуемое создание и исчезновение, переоформление «пакета возможностей» того или иного существования»[19]. Но сам «пакет возможностей» бытийствует, как мы хотели показать, в условиях иного времени. Данное утверждение является некой «метафизической гипотезой», однако, если принять во внимание, что квантовая механика становится в последнее время «экспериментальной метафизикой», то можно поставить вопрос об опытном

– 236 –

обнаружении таких «надвременных» структур, связанных с волновой функцией системы. На наличие таких иновременных структур уже косвенно указывают эксперименты «с отложенным выбором» и мысленный эксперимент Уилера с «галактической линзой»[20], где демонстрируется возможная «отсрочка» эксперимента во времени. Насколько же такая гипотеза является верной, покажет само время.

Примечания

[1] Фок В.А. Об интерпретации квантовой механики. М., 1957. С. 12. [2] Л. де Бройль. Соотношения неопределенностей Гейзенберга и волновая интерпретация квантовой механики. М., 1986. С. 141–142. [3] Шредингер Э. Специальная теория относительности и квантовая механика // Эйнштейновский сборник. 1982–1983. М., 1983. С. 265. [4] Л. де Бройль. Указ. произведение. С. 324. [5] Хорган Дж. Квантовая философия // В мире науки. 1992. № 9–10. С. 73. [6] Хорган Дж. Там же. С. 73. [8] Платон. Тимей, 38а. [10] Гайденко П.П. Эволюция понятия науки. М., 1980. С. 280. [11] Там же. С. 282. [12] Аристотель. О возникновении и уничтожении, 337 а 23f. [13] Аристотель. Физика, 251b 27ff. [15] Там же, 221а 9f. [16] К характеристике неоплатонической концепции см., к примеру: Лосев А.Ф. Бытие. Имя. Космос. М., 1993. С. 414–436; о понимании времени в христианском богословии: Лосский В.Н. Очерк мистического богословия Восточной Церкви. М., 1991. Гл. V. [17] Визгин В.П. Этюд времени // Филос. исслед. М., 1999. № 3. С. 149. [18] Там же. С. 149. [19] Там же. С. 157. [20] Horgan, John. Quanten-Philosophie // Quantenphilosophie. Heidelberg, 1996. S. 130–139.

iphras.ru

Определение времени в физике, философии, психологии и литературе

В статье рассказывается про определение времени в различных областях науки, о том, что это такое и как оно может быть относительным.

Начало

Принято считать, что наши древние предки походили на нас лишь внешним видом, да и то весьма отдаленно. И что все привычные для нас человеческие качества, суждения и психологию они приобрели лишь с появлением вида Homo sapiens. Но с таким рассуждением можно поспорить. К примеру, ученые находили могилы наших человекоподобных предков возрастом в несколько миллионов лет, и было установлено, что к местам погребения приносили даже цветы!

При всей невероятности факта - это правда. У могил были обнаружены следы скоплений пыльцы растений, которые произрастали совсем в других местах. А значит, у наших предков уже тогда сложились какие-то представления о загробном мире. Возможно, именно абстрактное мышление и воображение являются той гранью между животным и человеком.

Виды

определение времени

Определение времени можно отнести к целому ряду вещей и дисциплин, таких как физика, психология, философия, литература и искусство. В классическом же понимании это величина, определяемая сроком какого-то процесса: будь то распад радиоактивного элемента в атомных часах или движение планеты вокруг своей оси - смена суток. В статье мы подробно разберем каждое из них. Начнем с самого простого.

Метрологическое

В метрологии определение времени производится по трем параметрам. По координатной оси, когда определение происходит по какой-то шкале или берет свой отсчет в зависимости от тех или иных данных. К примеру, всем известные календари, часы, хронометры, местное и всемирное время.

Второй тип - относительный. В этом случае измерение происходит между моментами каких-либо двух событий. К примеру, между утренним пробуждением и отходом ко сну.

Ну и третий и последний параметр - субъективный. Он измеряется по нескольким разночастотным процессам. Если говорить проще, это именно тот случай, когда в зависимости от ситуации время для человека длится с разной скоростью, субъективно для него.

Именно это самые распространенные примеры такого сложного понятия. Но можно ли дать определение времени? Ведь это одно из универсальных свойств материи наряду с пространством.

Толковые словари

определение слова время

Если прибегать к помощи словарей, то можно увидеть, что каждый автор и составитель применяет хоть и близкое другим, но свое объяснение того, что такое время. К примеру, Ожегов дал этому следующее определение: «Промежуток той или иной длительности, в который совершается что-нибудь, последовательная смена часов, дней, лет». Именно в этом заключается литературное определение слова "время".

Философия

В этой науке все несколько сложнее, и на вопрос о том, что такое время, каждый философ отвечает по-своему. Но к счастью, существует и общепринятое определение. Согласно энциклопедии, время в философии - это необратимое течение событий, которое движется из прошлого через настоящее и стремится в будущее.

Этой проблемой задавались еще античные деятели науки, и споры не утихают и по сей день, спустя несколько тысяч лет. И одним из первых, кто задумался над этим, был всем известный Платон.

Согласно его трудам и представлениям, время в философии — это (определение было дано им так) «движущееся подобие вечности». А несколько позже его идеи развил и дополнил не менее мудрый Аристотель, назвав время «мерой движения».

Психология

время в философии это определение

В психологии все несколько проще. И течение времени или иные его проявления измеряются исключительно наблюдателем. Проще говоря, как уже было сказано, для всех время идет по-разному. Когда мы раздражены, утомлены или занимаемся монотонной нелюбимой работой, оно тянется гораздо медленнее, чем обычно, будто специально. И наоборот – когда настроение отличное и ничто не тревожит, с удивлением замечаешь, как незаметно оно летит.

Так что поговорке «влюбленные часов не наблюдают», есть весьма научное обоснование – при таком состоянии концентрация эндорфина (гормона счастья) в крови значительно повышается, и время идет быстрее.

что такое время в физике определение

Если брать за основу законы классической физики, то это непрерывная величина, которая ничем не определяется. А для удобства в жизни в качестве основы для его измерения берется определенная последовательность событий, к примеру, периоды вращения Земли вокруг своей оси, Солнца или работа часового механизма.

Но самое интересное начинается, если подробнее рассмотреть релятивистскую физику. Согласно ей, время имеет свойство замедляться или ускоряться, и это не фантастика: с подобными явлениями мы сталкиваемся каждый день в повседневной жизни, но они столь мизерны, что мы не замечаем.

Проще говоря, время может замедляться и ускоряться под влиянием сил гравитации. К примеру, на первом этаже небоскреба и на последнем часы будут идти с разной скоростью, но в обычных условиях этого никак не заметить, настолько маленькой будет разница. Но если их поднести к черной дыре, то ход их по сравнению с оставленными на Земле будет все медленнее.

Время. Литературное определение

Если брать за основу произведение, то это предпосылка сюжетного развертывания. Как и в реальности, в художественной литературе оно развивается из прошлого в будущее. Но иногда используются специальные приемы типа вставок из прошлого героя или героев.

fb.ru

Время и пространство в квантовой физике

Н.Н. Евсюков

Время и пространство в квантовой физике

Развиваемая уже более века самая успешная как в теории, так и в эксперименте физическая наука - квантовая физика все еще вызывает у физиков неудовлетворение уровнем понимания ее основ. Обратил на себя внимание и еще менее понятый феномен совсем из другой области знаний – человеческое сознание. Возник соблазн связать эти феномены и предположить, что понимание одного феномена требует понимания другого. Сознанию приписали особую роль в протекании квантовых процессов, в частности, процесса декогеренции и предположили, что понимание квантовой физики приведет и к пониманию человеческого сознания. Автору эти предположения представляются наивными.

Мы живем в квантовом мире. Законы квантовой физики действуют во всех масштабах от элементарных частиц до Гигавселенной, возникшей в период инфляционного расширения пространства, крохотной деталью которой является наблюдаемая Вселенная. Гигавселенную объединяет общее время и пространство и, следовательно, взаимодействие всех ее частиц. Это взаимодействие возникло в период инфляции, а в современную эпоху проявляет себя на уровне квантовых ореолов, отражающих неустранимую запутанность всех частиц и систем Гигавселенной. Сейчас каждая частица и система Гигавселенной окружена сферой горизонта событий, в пределах которой возможно классическое физическое взаимодействие объектов. Это – локальные наблюдаемые из центра горизонта событий Вселенные, подобные нашей. Радиус таких сфер, выраженный в световых годах, равен возрасту Гигавселенной – 13,7 млрд. лет. Как и наша Вселенная, все они не являются замкнутыми системами, поскольку объекты вблизи горизонта событий взаимодействуют как с объектами внутри рассматриваемого горизонта событий, так и вне его – в пределах собственного горизонта событий.

Основываясь на принципах квантовой физики можно утверждать, что замкнутые системы в чистом состоянии, не взаимодействующие с окружением ни по каким степеням свободы, по определению находятся вне нашего времени и пространства. У систем нашего мира нет возможности декогерировать такие системы и даже узнать об их существовании. Эти другие (параллельные – не очень удачный термин) миры (системы) вполне могут существовать, но для нас, как и мы для них, совершенно недоступны.

Есть два варианта систем в чистом состоянии. Если подсистемы такой системы сами являются замкнутыми системами в чистом состоянии, но с размерностью (числом степеней свободы) меньшей, чем у всей системы, такое состояние называют сепарабельным (разделенным). Это – тривиальный случай. Между подсистемами нет никаких корреляций – ни классических, ни квантовых. Подсистемы даже не подозревают о существовании ни друг друга, ни всей системы. Эта ситуация продлится до тех пор, пока не обнаружится какая-нибудь подсистема другого вида. Этот второй вариант чистого состояния называют чистым запутанным состоянием. Оно несепарабельно и является единым энергетическим состоянием. Все подсистемы такой системы взаимодействуют друг с другом, но с позиции всей системы в ней существуют только нелокальные квантовые корреляции – классических корреляций и объектов нет. Однако на уровне подсистем с меньшей размерностью появляются время, пространство, взаимодействия, объекты. Теоретически рассматривают разные варианты разбиения системы на подсистемы. Эти варианты могут находиться в суперпозиции и существовать одновременно. По мере роста числа подсистем уменьшается мера запутанности подсистемы с окружением и растет энергия взаимодействия и степень обособленности объектов. Для нашего классического мира мера запутанности достигает минимума, хотя и не обращается в нуль. Остаточная запутанность создает квантовые ореолы объектов. Энергии взаимодействия и обособленность объектов максимальны. Если и существуют призрачные миры «тонких» энергий с большей степенью запутанности соответствующих объектов, для наших классических приборов они недоступны. Некоторые физики считают, что такие миры могут быть доступны человеческому сознанию в состоянии расширенного восприятия.

Другая ситуация складывается для систем нашего мира, которые временно могут оказаться в псевдочистых (нелокальных) состояниях. Такая ситуация возможна для систем микромира – молекулярных, атомных, ядерных, систем из элементарных частиц. Даже такие системы весьма сложны, и обладают большим разнообразием видов взаимодействия и соответствующих наборов энергетических состояний. Скажем, для молекул характерны энергии, связанные с электронными переходами, с колебаниями атомов в молекуле, с вращением атомной структуры, с разнообразными взаимодействиями атомных ядер и т.п. По величине эти энергии отличаются на порядки. Может случиться так (случайно или в специально поставленном эксперименте), что на уровне каких-то взаимодействий будет практически потеряна связь с окружением и система (по этому виду взаимодействий!) перейдет в нелокальное состояние – суперпозиционное либо запутанное, когда в полной мере проявляют себя квантовые корреляции – совокупность состояний системы подчиняется определенным законам сохранения. (Сейчас основное внимание физики уделяют запутанным состояниям). Возникнет странная ситуация – по каким-то степеням свободы система все еще будет разделенной и принадлежать нашему миру, по другим степеням свободы – она нелокальна, несепарабельна, с позиций нашего мира представляет собой единое энергетическое состояние (суперпозиционное либо запутанное) и находится вне нашего времени и пространства. Обратимые манипуляции с такими системами позволяют создавать криптографические системы, процессоры квантового компьютера и др. Но все заканчивается декогеренцией – взаимодействие с окружением возвращает систему в наш мир – одновременно всю систему, независимо от ее размеров в момент возвращения, и она вновь разделяется на исходные объекты. Пребывание системы в нелокальном состоянии вне нашего времени и пространства создает разрыв во времени, который нельзя заполнить никакой интерполяцией, что и придает квантовой физике вероятностный характер. Можно лишь рассчитать вероятности различных состояний системы, но в результате декогеренции случайным образом реализуется лишь одно состояние – то, которое сложилось в системе на момент декогеренции.

Важно, что с позиций самой нелокальной системы в ней сохраняются локальное время и пространство (параллельный мир) и продолжают протекать динамические, кинематические и другие процессы. Волновая функция позволяет рассчитать вероятности различных состояний системы в нелокальном состоянии. А дальше обычно говорится, что все эти состояния существуют одновременно (и вне нашего времени и пространства!), что и приводит к различным парадоксам, в частности, к коллапсу волновой функции при декогеренции – из всех рассчитанных состояний системы реализуется одно. Для объяснения исчезновения всех остальных состояний системы Эвереттом была предложена гипотеза о параллельных мирах – существует множество миров, практически идентичных нашему миру, где и реализуются остальные состояния системы. Если же сказать, что эти состояния системы существуют вне нашего времени и пространства, но с позиции самой нелокальной системы (подсистемы нашего мира) в ее времени и пространстве на соответствующем уровне энергий существует одно состояние, которое меняется как по причине внешнего обратимого воздействия, так и в результате внутренних процессов, парадоксы исчезнут.

Взаимодействие, время и пространство неразрывно связаны. Более того, взаимодействие по разным степеням свободы может создавать разные слои времени и пространства для одной системы. Только декогеренция по всем степеням свободы сводит все времена в одно – общее для всей Гигавселенной. Поскольку энергии по разным степеням свободы различаются очень сильно, временные слои могут составить дискретный набор и объединить значительное число подсистем, тем самым разделяя систему на ряд параллельных миров.

Еще одно важное обстоятельство – как процессы декогеренции, так процессы рекогеренции (переходы в нелокальное состояние) происходят не по всем степеням свободы – для каждой из них существует своя мера запутанности, которая не бывает ни полной, ни нулевой. Остаточная запутанность образует квантовые ореолы объектов. То есть, объекты нашего мира в большей или меньшей степени расщеплены по временам и пространствам.

Мне представляется, что в квантовой физике вся игра вокруг переходов локальное состояние – нелокальное состояние по каким-то степеням свободы связана с переходом времени: общее время с подсистемой – разделение времени на локальное время подсистемы и время нашего мира. Одновременно разделяются и пространства. Не могу сказать, что такое представление общепринято, но некоторые физики говорят о том, что понятия времени и пространства в квантовой физике требуют существенной коррекции. На микромасштабах взаимодействие систем с окружением так мало, что эти переходы происходят постоянно. Гигавселенная не рассыпается на множество подсистем в чистом состоянии потому, что все ее частицы были запутаны в процессе ее рождения и запутанность на уровне квантовых ореолов сохраняется до сих пор, и это - благо. Манипулировать можно только с псевдочистыми состояниями.

Воздействие на систему в запутанном по каким-то степеням свободы состоянии при помощи обратимых (унитарных) операций, как в квантовом процессоре, одновременно меняет состояния всех запутанных частиц. Изнутри такой системы в ее локальном времени и пространстве такое когерентное поведение ее частей под внешним воздействием очень похоже на когерентное поведение частей самоорганизующихся систем. Природа дальнодействующих корреляций в самоорганизующихся системах, возможно, имеет не только внешнее сходство с квантовыми корреляциями.

Поскольку процессы декогеренции и рекогеренции являются когерентными, вся система независимо от ее размера появляется при декогеренции одновременно. Даже Гигавселенная была сформирована всего за 10-35 с. Воздействие на систему в нелокальном состоянии затрагивает одновременно всю ее энергетическую структуру в базисе соответствующих степеней свободы. В совокупности эти два обстоятельства создают видимость мгновенной связи запутанных частиц при декогеренции (за счет квантовых корреляций). Нелокальная энергетическая структура квантовой системы, являющаяся одной из подобных вакуумных структур, содержит информацию обо всех возможных состояниям системы и при декогеренции реализуется то из них, которое сложилось в момент декогеренции. В зависимости от характера взаимодействия, вызвавшего декогеренцию, квантовая система предстанет в нашем мире в виде объектов (частиц) либо в виде полей (волн). Важно то, что в нелокальном состоянии система продолжает внутреннее развитие. Кстати, хотя при декогеренции система появляется в нашем мире одновременно вся, независимо от ее размеров, сами размеры не могут превысить расстояние, которое проходит свет за время между переходом в нелокальное состояние и декогеренцией. В доступной форме современное состояние квантовой физики представлено в книге С.И. Доронина [1].

На макроуровне взаимодействие систем с окружением становится слишком слабым только в масштабах бОльших, чем размер скоплений галактик. Именно здесь проявляется ускоренное расширение пространства Гигавселенной (из-за действия темной энергии – энергии физического вакуума). Отсюда проистекает опасность разрушения Гигавселенной, включая и нашу наблюдаемую Вселенную. Рассмотрим проявления квантовой природы мира в мегамасштабе.

Наиболее фундаментальным видом реальности является вакуум (нелокальный источник реальности или Универсум). Интересные идеи о его природе изложены в статье Н.В. Косинова, В.И. Гарбарука и Д.В. Полякова [2]. Главным и, фактически, единственным свойством вакуума является его непрерывность, т.е. он образует континуум в строго математическом смысле. Отсюда следует его принципиальная ненаблюдаемость. Вещество и вакуум соотносятся между собой, как взаимодополняющие противоположности в соответствии с принципом дополнительности Бора или в смысле непрерывность – дискретность. К вакууму, как континууму, неприменимы никакие количественные меры. В частности, как отмечал Э.Б. Глинер [3] – автор первой несингулярной фридмановской космологии, с ним нельзя связать никакой системы отсчета и, следовательно, к нему неприменимы понятия пространства и времени. Все количественные характеристики вакуума (фактически, это – энергия, энтропия и квантовая информация) совпадают с характеристиками чистого квантового состояния Универсума. Удивительно, что такое состояние мы наблюдаем с позиций локальной подсистемы, а не только всего Универсума. Конечно, мы лишь знаем, что такое состояние существует, но его реальная квантовая информация недоступна.

Потенциально вакуум содержит необозримую энергию и постоянно порождает свою противоположность – дискретность в виде пространства, времени и энергии. Это приводит к непрерывному рождению виртуальных пар частица – античастица и их исчезновению. Процесс носит явно случайный характер и вероятности появления частиц с определенными энергиями тем меньше, чем эта энергия выше. Этот туман из виртуальных частиц физики рассматривают, как некую среду или поле и называют физическим вакуумом. В отличие от самого вакуума физический вакуум обладает дискретностью. Поскольку это поле однородное, его описывает скалярная функция координат и времени в отличие от векторных полей четырех взаимодействий. Важно подчеркнуть, что до появления Гигавселенной отсутствовало общее время и пространство. Генерируемые вакуумом порции энергии, обладавшие локальным пространством и временем, и которые мы условно называем виртуальными частицами, не взаимодействовали друг с другом, поскольку для взаимодействия нужно общее время существования и общее пространство. Современный физический вакуум существует в условиях общего времени и пространства, по крайней мере, с обычной и темной материей. Это следует из того, что взаимодействие вещества с физическим вакуумом регистрируется экспериментально.

Плотность энергии этого поля равна сумме плотностей кинетической и потенциальной энергии, а их разность равна давлению среды. Последнее соотношение связано с тем, что именно давление препятствует переходу потенциальной энергии в кинетическую. Эти соображения позволяют записать уравнение состояния среды, которое связывает давление с плотностью энергии. В общем случае уравнение состояния имеет вид p=w·ε, где p – давление, ε – плотность энергии, а w – числовой коэффициент. Для идеального газа этот коэффициент равен 2/3, для электромагнитного излучения – 1/3, для звездного населения (пылеподобная среда), где столкновения практически не происходят, этот коэффициент равен 0, так же, как и давление. Для среды, которую называют физическим вакуумом, можно предложить несколько уравнений состояния. Считая, что потенциальная энергия среды может иметь нулевой минимум (устойчивое состояние) и некоторый максимум (неустойчивое состояние), можно составить два предельных уравнения состояния. В первом случае коэффициент равен 1 и на практике такие свойства среды не встречаются. Для второго случая получаем экзотическое уравнение состояния p=-ε. Поскольку плотность энергии всегда положительна, давление будет отрицательным – появится сила отталкивания, что реально и происходит. Важным является то, что в таком режиме расширения плотность энергии остается постоянной – вакуум непрерывно генерирует частицы с исходной энергией для поддержания постоянной плотности энергии. Этот процесс уже не является случайным, а, в некотором роде, организованным когерентным процессом. Предлагались и другие уравнения состояния этой среды. Для квинтэссенции -1<w<-1/3, плотность энергии и давление по мере расширения падают, для фантомной энергии w<-1, плотность энергии и давление со временем растут и за конечное время могут стать бесконечными. Современные экспериментальные данные согласуются со значениями w в пределах -2<w<-0,6.

В теории инфляции, предложенной Гутом (Гусом) и усовершенствованной Линде, утверждается, что неустойчивое состояние возбужденного физического вакуума, соответствующее максимуму потенциальной энергии, достигается при планковских параметрах. Для начала инфляционного процесса (сверхбыстрого расширения) необходима предельно высокая энергия флуктуации вакуума – частица (или частицы) с энергией 1019 ГэВ. При этом в неустойчивом состоянии окажется сам физический вакуум, а не возникшая частица с планковской энергией. Для поддержания постоянной плотности энергии при сверхбыстром расширении вакуум непрерывно генерирует частицы с той же планковской энергией и создает тем самым общее для них время и пространство. Хотя неустойчивость вакуума длится всего лишь 10-35 с, объем сформированного пространства столь велик, что наша наблюдаемая Вселенная – мелкая деталь Гигавселенной подобно ядру атома по сравнению с Землей. Процесс похож на когерентную вспышку, которая из нелокального состояния Универсума (вакуума) переводит в локальное состояние одну из своих подсистем (аналогично декогеренции). Эту подсистему мы называем Гигавселенной, мелкой деталью которой и является наблюдаемая Вселенная.

Косинов с соавторами считают, что физический вакуум имеет наибольшую энтропию среди всех известных физических объектов и систем. Переход вакуум – вещество относится к процессам самоорганизации материи и сопровождается уменьшением энтропии. S – теорема Климонтовича как раз и описывает уменьшение энтропии в таких процессах. В этом процессе и были сформированы физические константы и законы взаимодействия. Квантовая природа мира задана изначально нелокальным источником реальности в виде квантового характера физического вакуума.

Экспоненциальное расширение пространства в период инфляции сменилось затем линейным расширением со скоростью света. Генерация энергии вакуумом прекратилась, он перешел в низкоэнергетическое состояние. С этого момента общая энергия и масса Гигавселенной сохраняется, но плотность энергии и массы непрерывно падает в связи с расширением пространства. Теория инфляции предсказывает, что любая кривизна и неоднородность пространства инфляцией так сильно растягивается, что, по крайней мере, в пределах наблюдаемой Вселенной мир должен быть плоским, с нулевой кривизной, в высокой степени однородным. Наступившая стадия расширения в теории тяготения описывается моделями Фридмана. В этих моделях допускаются вариации кривизны пространства в весьма широких пределах в зависимости от соотношения реальной плотности материи (энергии) и некоторой критической плотности, соответствующей пространству с нулевой кривизной. Согласно теории инфляции реализуется как раз критическая плотность.

При критической плотности мир открыт, плоский с нулевой кривизной. Расширение никогда не прекратится, но скорость расширения падает и в пределе стремится к нулю. При плотности ниже критической кривизна отрицательна, мир также открыт и бесконечен. Расширение также идет с замедлением, но в пределе стремится к постоянной скорости.

В процессе исследований постепенно уточнялось значение постоянной Хаббла, характеризующей характер замедления и позволяющей вычислить возраст Вселенной. Использование космического телескопа Хаббла и других мощных телескопов позволило приблизиться к границам наблюдаемой Вселенной, и неожиданно было установлено, что замедления вообще никакого нет, и Вселенная расширяется с ускорением. Это означало, что и сейчас в мире действует отрицательное давление, связанное с вакуумоподобной средой и которое 13,7 млрд. лет назад вызвало инфляцию.

Наблюдаемую Вселенную ограничивает горизонт событий – расстояние от наблюдателя, которое может пройти свет за время существования мира, т.е. примерно за 13,7 млрд. лет. В пределах горизонта событий возможно взаимодействие тел и вся эта область причинно связана. Эта область непрерывно расширяется со скоростью света. Помимо этого расширяется и пространство, и это расширение описывается в моделях Фридмана зависимостью от времени масштабного фактора a(t). Изменения этого фактора определяются двумя причинами – скоростью расширения пространства, причем пространство как бы формируется равномерно во всем объеме, и скоростью сближения тел под действием силы гравитации. Суммарно получим замедление расширения материи, как это и описано в моделях Фридмана. Если горизонт событий опережает расширение материи, он охватывает новые области Гигавселенной и вблизи этой границы должны появляться новые объекты. Это опережение было максимальным в самом начале фридмановского расширения и в пределы наблюдаемой Вселенной попало множество областей, ранее причинно не связанных. Однако, начиная с возраста Вселенной 7 – 8 млрд. лет гравитация уже не могла скомпенсировать ускоренное расширение пространства и объекты, скорость удаления которых достигала скорости света, стали уходить за пределы горизонта событий, т.е. покидать нашу Вселенную.

Часто модели Фридмана описывают с позиций механики Ньютона – в результате Большого Взрыва вещество приобрело наблюдаемое распределение скоростей разлета и дальше на него действует только гравитация, замедляющая разлет. На самом деле по отношению к пространству (практически по отношению к реликтовому излучению) скопления галактик имеют незначительные скорости, вызванные гравитационным взаимодействием с окружением. Если бы расширение пространства прекратилось, исчезли бы и те громадные скорости, которые наблюдаются на больших расстояниях. Аналогом может служить воздушный шарик с нанесенной на поверхности сеткой точек. Когда шарик надувают, относительные скорости движения точек пропорциональны расстояниям между точками в согласии с законом Хаббла. Однако стоит остановиться, и эти скорости станут нулевыми.

Следует подчеркнуть, что расширение пространства не приводит к расширению связанных систем, начиная от элементарных частиц и кончая скоплениями галактик. Не ослабляются и силы тяготения в гравитационно-связанных системах. Вакуумоподобная среда не оказывает сопротивления движущимся телам и влияет лишь на метрические свойства пространства. В то же время слабо взаимодействующие объекты, например, кванты реликтового излучения в расширении участвуют.

Поскольку скорость возрастания масштабного фактора не имеет ограничений, относительные скорости галактик, достигнутые в результате расширения пространства, также не имеют ограничений. Этот странный факт не противоречит Специальной теории относительности, поскольку по отношению к пространству (практически, к реликтовому излучению) галактики имеют сравнительно небольшие скорости. Как наращивается пространство на квантовом уровне, неизвестно. Если пространство квантовано и состоит из суперструн в том состоянии, которое мы приписываем физическому вакууму, вакуум непрерывно рождает такие суперструны во всем объеме пространства с нарастающей скоростью. В результате скорость удаления все более близких к нам скоплений галактик станет достигать скорости света. Это будет означать, что с такими объектами прекратилось взаимодействие, и будет казаться, что горизонт событий движется к нам. Со временем за пределами горизонта окажутся все скопления галактик, кроме нашего.

Принципиально важным представляется момент, когда в процессе ускоренного расширения пространства в пределах горизонта событий остается одно скопление галактик и прекращается взаимодействие с другими такими системами. Теперь это настоящая локальная Вселенная, объекты которой не взаимодействуют с внешними системами. Поскольку эти системы взаимодействовали в прошлом, они все же будут запутаны друг с другом, но только на уровне «тонких» энергий, соответствующих разной мере квантовой запутанности. Ускоряющееся расширение пространства не позволит в будущем соприкоснуться разным горизонтам событий. Похоже, что этого уже не произойдет даже при остановке расширения пространства. Дело в том, что впервые в Гигавселенной появятся строго замкнутые системы и, следовательно, они перейдут в нелокальное состояние вне времени и пространства Гигавселенной. Поскольку декогеренция этих структур в пространстве-времени Гигавселенной из-за отсутствия взаимодействия невозможна, Гигавселенная лишится всех своих материальных структур и сохранятся, возможно, структуры только на уровне «тонких» энергий, связанных с неустранимой запутанностью всех частиц Гигавселенной. Хотя для самих моделей расширения отсутствие материи, возможно, и не меняет характер расширения пространства, физически существование классического пространства без материи (энергии) кажется странным.

Что же происходит в локальных Вселенных? Хотя никаких признаков их перехода в нелокальное состояние изнутри нельзя обнаружить, каждая из них теперь имеет свое время и пространство. Общее время и пространство Гигавселенной теперь распалось на множество локальных времен и пространств отдельных Вселенных. Вселенные квантово нелокальные не только по отношению к Гигавселенной, но и по отношению друг к другу. Даже если сохранится карта расположения бывших скоплений галактик нашей Вселенной и можно рассчитать, где бы они находились в любое время, там их на самом деле не окажется – нелокальные системы лежат вне времени и пространства Гигавселенной. Их декогеренция невозможна, и они станут недоступными. Фактически бывшие скопления галактик превратятся в параллельные Вселенные. Не ясно, будет ли продолжаться в таких вселенных ускоренное расширение пространства. Оно происходило в Гигавселенной, с которой все классические связи потеряны. Для сценариев с темной энергией, возможно, это не принципиально. Вселенная из одного скопления галактик будет выглядеть стабильной и стационарной – никакого разбегания галактик наблюдаться не будет, правда, лишь после наблюдения выхода всех скоплений за пределы горизонта событий. Зато материя будет распределена сильно неоднородно и за счет вращения скопления даже неизотропно. Если сценарий с фантомной энергией и Большим Разрывом (со временем будут разорваны все связанные системы, начиная от гравитационных и кончая кварковыми) продолжится в параллельных Вселенных, ситуация завершится Большим Разрывом в каждой из них. Однако предположение такого воздействия процесса в Гигавселенной на практически независимые нелокальные системы параллельных миров, скорее всего, лишено смысла.

Хотя процессы инфляции, формирования Гигавселенных и их распада происходили, вероятно, неоднократно, общего времени и пространства они не составляли, их классические взаимодействия отсутствуют и множество параллельных Вселенных, которые они образовали, для нас совершенно недоступно. Гораздо интересней предложенные Линде ветвящиеся Вселенные, которые физически связаны друг с другом и могут быть приведены к единому времени и пространству. Однако и пространства Гигавселенной вполне достаточно для экспансии человечества. Для перемещения в ее пределах физических запретов нет. Как и в случае земного горизонта, горизонт событий будет двигаться вместе с путешественниками, оставаясь на расстоянии возраста Вселенной, выраженного в световых годах. Конечно, это возможно только до распада Гигавселенной на параллельные миры.

Попробуем представить вид нашей Вселенной после ее перехода в нелокальное состояние. Благодаря релятивистским эффектам и ограничению скорости взаимодействий современный вид имеют лишь объекты вблизи наблюдателя. По мере возрастания расстояния мы видит объекты во все более ранние эпохи. Если расстояния измерять в световых годах, то количество лет будет соответствовать уменьшению возраста объектов по сравнению с возрастом Вселенной. Горизонт событий находится на современном расстоянии 13,7 млрд. световых лет и наблюдаемый возраст близких к нему объектов близок к нулю. Через десятки млрд. лет существенно изменится только вид близких к нам скоплений галактик. Уход скоплений за пределы горизонта событий наблюдаться не будет – просто они будут концентрироваться при приближении к нему. Даже когда во Вселенной останется одно скопление, остальные все еще будут наблюдаться вблизи горизонта событий. Скопления станут исчезать только по достижению ими видимого возраста, в котором они пересекли горизонт событий и в том месте, где они тогда были.

Если расширение пространства в такой замкнутой Вселенной прекратится, большие скорости скоплений галактик исчезнут, но это стало бы заметным только после исчезновения всех других скоплений, но в этом случае и расширяющееся пространство останется незамеченным. В случае продолжения действия фантомной энергии в окрестностях наблюдателя мир бы уже рушился в Большом Разрыве, а в наблюдаемой Вселенной все еще была бы тишь да благодать.

Хочу обратить внимание еще на одно обстоятельство. При декогеренции и возвращении объектов в наш мир время и пространство по соответствующим степеням свободы претерпевают разрыв, который невозможно заполнить никакой интерполяцией. Состояние возвращенной системы всегда случайно, хотя вероятности различных ее состояний и можно рассчитать. Некоторые физики верят, что выбор этого конкретного случайного состояния интуитивно осуществляет сознание экспериментатора. И, вообще, сознание играет очень важную, иногда просто фантастическую роль в квантовых процессах. На самом деле феномены жизни и сознания связаны с невероятной сложностью живых систем, с далекими от равновесия состояниями, с нелинейностью воздействия энергетических и материальных потоков на открытые системы. Хотя все живое находится в квантовом мире и есть процессы с использованием запутанных состояний, (например, фотосинтез), описывает происхождение и эволюцию жизни на физическом и химическом уровне теория самоорганизации материи. Принципиальные проблемы происхождения жизни были решены еще в 70-ые годы, за что ученые получили немало нобелевских премий. Сейчас решаются сугубо научные проблемы. Удивительно, но до сих пор можно увидеть тезис 50-летней давности – скорее взрыв в типографии сделает набор книги либо торнадо, пронесшись над свалкой авиационной техники, соберет новенький лайнер, чем случайные химические реакции создадут живую клетку. Но живая клетка формировалась вовсе не случайным образом, а в результате длительной пребиотической эволюции протоклеток сугубо химической природы. И управляли процессами законы самоорганизации материи, о которых многие люди даже не слышали. Люди перестали быть любознательными – в Интернете можно найти ответы на подобные вопросы. В моей научно-популярной книге «Вселенная, жизнь, сознание, общество» [4] об этом сказано довольно много.

Список литературы

1. Доронин С.И. Квантовая магия. – С-П.: «Весь», 2007.

2. Косинов Н.В., Гарбарук В.И., Поляков Д.В. О природе физического вакуума. /kosinov7.htm

3. Глинер Э.Б. Раздувающаяся вселенная и вакуумоподобное состояние физической среды. УФН, 172, №2, 2002.

4. Евсюков Н.Н. Вселенная, жизнь, сознание, общество. . Раздел «Вопросы науки», 2010.

textarchive.ru

Н. Н. Евсюков Время и пространство в квантовой физике

Н.Н. Евсюков

Время и пространство в квантовой физике

Список литературы

1. Доронин С.И. Квантовая магия. – С-П.: «Весь», 2007.

2. Косинов Н.В., Гарбарук В.И., Поляков Д.В. О природе физического вакуума. http://kosinov.314159.ru/kosinov7.htm

3. Глинер Э.Б. Раздувающаяся вселенная и вакуумоподобное состояние физической среды. УФН, 172, №2, 2002.

4. Евсюков Н.Н. Вселенная, жизнь, сознание, общество. www.portalus.ru. Раздел «Вопросы науки», 2010.

koledj.ru