Время и нло

Время

Общие понятия  о «времени»

Время — одно из основных понятий физики и философии, одна из координат пространства-времени, вдоль которой протянуты мировые линии физических тел.

В философии — это необратимое течение (протекающее лишь в одном направлении — из прошлого, через настоящее в будущее)^[1], внутри которого происходят все существующие в бытии процессы, являющиеся фактами.

В количественном (метрологическом) смысле понятие время имеет два аспекта:

• координаты события на временной оси. На практике это текущее время: календарное, определяемое правилами календаря, и время суток, определяемое какой-либо системой счисления (шкалой) времени (примеры: местное время, всемирное координированное время);
• относительное время, временной интервал между двумя событиями

Свойства времени

Прежде всего, время характеризуется  своей направленностью (см. «Стрела времени»). 
Также время существует в некоей системе отсчёта, которая может быть как неравномерная (процесс вращения Земли вокруг Солнца или человеческий пульс) так и равномерная. Равномерная система отсчёта выбирается «по определению», в настоящее время таковой локально считается атомное время, а эталон секунды — 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями. Следует отметить, что это определение — не произвольное, а связанное с наиболее точными периодическими процессами, доступными человечеству на данном этапе развития экспериментальной физики^[2].

Направленность времени

Большинство современных учёных полагают, что различие между прошлым и  будущим является принципиальным. Согласно современному уровню развития науки, информация переносится из прошлого в будущее, но не наоборот. Второе начало термодинамики указывает также на накопление в будущем энтропии.

Впрочем, некоторые учёные думают немного иначе. Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени: от Большого взрыва до чёрных дыр» оспаривает утверждение, что для физических законов существует различие между направлением «вперёд» и «назад» во времени. Хокинг обосновывает это тем, что передача информации возможна только в том же направлении во времени, в котором возрастает общая энтропия Вселенной. Таким образом, Второй закон термодинамики является тривиальным, так как энтропия растёт со временем, потому что мы измеряем время в том направлении, в котором растёт энтропия^[3].

Единственность прошлого считается  весьма правдоподобной. Мнения учёных касательно наличия или отсутствия различных «альтернативных» будущих различны^[4].

Зависимость от времени

Поскольку состояния всего нашего мира зависят от времени, то и состояние какой-либо системы тоже может зависеть от времени, как обычно и происходит. Однако в некоторых исключительных случаях зависимость какой-либо величины от времени может оказаться пренебрежимо слабой, так что с высокой точностью можно считать эту характеристику независящей от времени. Если такие величины описывают динамику какой-либо системы, то они называются сохраняющимися величинами, или интегралами движения. Например, в классической механике полная энергия, полный импульс и полный момент импульса изолированной системы являются интегралами движения.

Различные физические явления можно  разделить на три группы

• стационарные — явления, основные характеристики которых не меняются со временем. Фазовый портрет стационарного явления описывается неподвижной точкой.
• нестационарные — явления, для которых зависимость от времени принципиально важна. Фазовый портрет нестационарного явления описывается движущейся по некоторой траектории точкой. Они, в свою очередь, делятся на
• периодические — если в явлении наблюдается чёткая периодичность (фазовый портрет — замкнутая кривая)
• квазипериодические — если они не являются в строгом смысле периодическими, но в малом масштабе выглядят как периодические (фазовый портрет — почти замкнутая кривая)
• хаотические — апериодические явления (фазовый портрет — незамкнутая кривая, заметающая некоторую площадь более или менее равномерно, аттрактор).
• квазистационарные — явления, которые, строго говоря, нестационарны, но характерный масштаб их эволюции много больше тех времён, которые интересуют в задаче.

Концепции времени

Единой общепризнанной теории, объясняющей и описывающей такое понятие как Время, на данный момент не существует. Выдвигается множество теорий (они также могут быть частью более общих теорий и философских учений), как научных, так и псевдонаучных, пытающихся обосновать и описать это явление.

Научные концепции

Классическая физика

В классической физике время — это непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. В качестве основы измерения используется некая, обычно периодическая, последовательность событий, которая, признаётся эталоном некоторого промежутка времени. На этом основан принцип работы часов.

Время в классической физике существует само по себе, отдельно от пространства и любых материальных объектов в мире. Время, как поток длительности, одинаково определяет ход всех процессов в мире. Все процессы в мире, независимо от их сложности, не оказывают никакого влияния на ход времени. Поэтому время в классической физике называется абсолютным. И. Ньютон: «Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно, и иначе называется длительностью…Все движения могут ускоряться или замедляться, течение же абсолютного времени изменяться не может.»^[5] Абсолютность времени математически выражается в инвариантноcти уравнений ньютоновской механики относительно преобразований Галилея. Все моменты времени в прошлом, настоящем и будущем между собой равноправны, время однородно. Течение времени всюду и везде в мире одинаково и не может изменяться. Каждому действительному числу может быть поставлен в соответствие момент времени, и, наоборот, каждому моменту времени может быть поставлено в соответствие действительное число. Таким образом, время образует континуум. Аналогично арифметизации (сопоставлению каждой точке числу) точек евклидового пространства, можно провести арифметизацию всех точек времени от настоящего неограниченно назад в прошлое и неограниченно вперед в будущее. Для измерения времени необходимо только одно число, то есть время одномерно. Промежуткам времени можно поставить в соответствие параллельные векторы, которые можно складывать и вычитать как отрезки прямой.^[6][7] Важнейшим следствием однородности времени является закон сохранения энергии^[8]. Уравнения механики Ньютона и электродинамики Максвелла не изменяют своего вида при смене знака времени на противоположный. Они симметричны относительно обращения времени (T-симметрия). Время в классической механике и электродинамике обратимо.

В термодинамике время необратимо, благодаря существованию закона возрастания энтропии замкнутой системы. Энтропия замкнутой системы может только увеличиваться с течением времени или оставаться постоянной.^[9]

Квантовая физика

Такова же роль времени и в квантовой механике: несмотря на квантование почти всех величин, время осталось внешним, неквантованным параметром. В квантовой механике время необратимо, благодаря взаимодействию в процессе измерения квантовомеханического объекта с классическим измерительным прибором. Процесс измерения в квантовой механике несиммметричен по времени. По отношению к прошлому он дает вероятностную информацию о состоянии объекта. По отношению к будущему он сам создает новое состояние.^[10] В квантовой механике имеется соотношение неопределенности для времени и энергии. Закон сохранения энергии в замкнутой системе может быть проверен посредством двух измерений, с интервалом времени между ними в Δt, лишь с точностью до величины порядка .^[11]

Релятивистская физика

В релятивистской физике (Специальная теория относительности, СТО) постулируются два основных положения:

1. Скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.
2. Законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.

Эти постулаты приводят к заключению о том, что события, одновременные  в одной системе отсчёта, могут  быть неодновременными в другой системе отсчёта, движущейся относительно первой. Таким образом, ход времени зависит от движения системы отсчета. Математически эта зависимость выражается через преобразования Лоренца.^[12] Пространство и время теряют свою самостоятельность и выступают как отдельные стороны единого пространственно-временного континуума (Пространство Минковского). Взамен абсолютного времени и расстояния в трёхмерном пространстве, сохраняющихся при преобразованиях Галилея, появляется понятие инвариантного интервала, сохраняющегося при преобразованиях Лоренца.^[13]

Как показывает опыт, в физике элементарных частиц время обратимо во всех процессах, кроме распада нейтральных K⁰ мезонов (Нарушение CP-инвариантности).^[14]

Общая теория относительности (ОТО), опираясь на принцип эквивалентности сил гравитации и инерции, обобщила понятие четырёхмерного пространства-времени Минковского на случай неинерциальных систем отсчёта и полей тяготения.^[15]. Метрические свойства пространства-времени в каждой точке под влиянием поля тяготения становятся различными. Влияние гравитационного поля на свойства четырёхмерного пространства-времени описывается метрическим тензором. Вблизи массивных тел ход времени всегда замедляется в точках с большим абсолютным значением гравитационного потенциала по сравнению с ходом времени в точках с меньшим абсолютным значением гравитационного потенциала. Относительное замедление времени для двух точек слабого постоянного гравитационного поля равно разности гравитационных потенциалов, делённой на квадрат скорости света (Гравитационное красное смещение). ^[16]

Квантовая теория поля

Наиболее общая взаимосвязь  свойств пространства, времени и  материи в квантовой теории поля формулируется в виде CPT – теоремы. Она утверждает, что уравнения квантовой теории поля не изменяются при одновременном примении трёх преобразований: зарядового сопряжения C – замена всех частиц им соответствующими античастицами; пространственной инверсии P – замена знаков всех пространственных координат на противоположные; обращения времени T – замены знака времени на противоположный.

В силу CPT-теоремы, если в природе происходит некоторый  процесс, то с той же вероятностью может происходить и CPT-сопряжённый  процесс, т.е. процесс, в котором частицы заменены соответствующими античастицами (С - преобразование), проекции их спинов поменяли знак (P - преобразование), а начальные и конечные состояния процесса поменялись местами (T – преобразование).^[17]

Синергетика

Синергетика, в ходе разрешения парадокса стрелы времени (почему обратимые процессы приводят к необратимым явлениям?) на основе изучения процессов в неравновесной статистической механике при помощи применения к ним основанной Пуанкаре и Колмогоровым теории хаоса, выдвинула понятие несводимого к отдельным траекториям (классическая механика) или волновым функциям (квантовая механика) вероятностного описания хаотических классических или квантовых систем путём применения неунитарных преобразований с комплексными собственными значениями.^[18] Данная формулировка уравнений динамики включает в себя нарушение симметрии во времени и необратимость уже на уровне уравнений движения. И. Пригожин:«время приобретает свой истинный смысл, связанный с необратимостью или даже с ≪историей≫ процесса, а не является просто геометрическим параметром, характеризующим движение.»^[19]

Некоторые теории оперирует т. н. «мгновением», хрононом^[20] — мельчайшим, элементарным и недробимым «квантом времени» (соответствующий понятию «планковское время» и составляющий примерно 5,3×10⁻⁴⁴ с).

Философские концепции

• Согласно мифологическому мировоззрению время циклично, оно представляет собой неизменное повторение уже бывшего. Прошлое служит образцом для настоящего. Будущее является повторением настоящего. Единицы времени служат для измерения расстояния. Время неоднородно. Особой частью является время, когда первопредки создавали мир.^[21]
• В монадологии Лейбница время (как и пространство) субъективны — это всего лишь способы восприятия монад.
• В философской системе И. Канта время рассматривается как априорная (доопытная) форма чувственного созерцания. И. Кант: «Время не есть эмпирическое понятие, выводимое из какого-нибудь опыта…Время есть чистая форма чувственного созерцания…Время есть не что иное, как форма внутреннего чувства, то есть созерцания нас самих и нашего внутреннего состояния…Время есть априорное формальное условие всех явлений вообще…Пространство и время, вместе взятые, суть чистые формы всякого чувственного созерцания, и именно благодаря этому возможны априорные синтетические положения.»^[22]
• В философии Г. В. Ф. Гегеля время и пространство являются категориями абсолютного духа. Г. В. Ф. Гегель: «Пространство представляет собой следующее противоречие: оно обладает отрицанием, но обладает им так, что это отрицание распадается на равнодушные друг к другу прочные существования. Так как, следовательно, пространство представляет собой лишь это внутреннее противоречие, то снятие им самим его моментов является его истиной. Время и есть наличное бытие этого постоянного снятия; во времени, следовательно, точка обладает действительностью.»^[23]
• В философии А. Бергсона первоосновой всего является длительность — чистая нематериальная сущность. Время является одной из форм проявления длительности в нашем представлении. Познание времени доступно лишь интуиции. А Бергсон: «Ведь наша длительность не является сменяющими друг друга моментами: тогда постоянно существовало бы только настоящее, не было бы ни продолжения прошлого в настоящем, ни эволюции, ни конкретной длительности. Длительность — это непрерывное развитие прошлого, вбирающего в себя будущее и разбухающего по мере движения вперед.»^[24]
• В диалектическом материализме время — это объективно реальная форма существования движущейся материи, характеризующая последовательность развёртывания материальных процессов, отделённость друг от друга разных стадий этих процессов, их длительность, их развитие^[25].В. И. Ленин: «В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени. Человеческие представления о пространстве и времени относительны, но из этих относительных представлений складывается абсолютная истина, эти относительные представления, развиваясь, идут по линии абсолютной истины, приближаются к ней».^[26]