150699 (Пространство и время. Принципы относительности. Необратимость времени), страница 3

Тождественность причинного порядка явлений временному порядку стимулировала попытки свести временной порядок к причинному (так называемая "причинная теория времени" /2/). Неудача этих попыток, достаточно полно обоснованная в /8,9/, вполне понятна. Действительно, во-первых, в субстанциальной концепции времени временной порядок является первичным и вводится в качестве независимого постулата. Любая попытка свести временной порядок к причинному в рамках этой концепции должна в первую очередь основываться на ее модификации. В рамках реляционной концепции для установления временного порядка достаточно не существование, а принципиальная возможность причинной связи, то есть временной порядок опять-таки первичен. Во-вторых, если принимать современную трактовку принципа причинности в физике /10/, содержащую два утверждения: 1) материальное воздействие причины на следствие; 2) предшествование причины следствию, то становится очевидным, что для определения причинного порядка необходимо существование временного порядка, поскольку ничем другим, как порядком во времени, причина и следствие в этой трактовке принципа причинности не отличаются. Таким образом, о причинной теории времени можно было бы говорить, если определить количественное и качественное отличие причины от следствия, не зависящее от их временного порядка, и уже на основании этих отличий устанавливать временной порядок.

В современной литературе можно выделить две точки зрения на возможные пути номологического обоснования однонаправленности времени:1. "...для обоснования такого фундаментального определения, как направление времени, недостаточно одних только фактуальных утверждений и эмпирических данных, сколь бы достоверны и убедительны они ни были. Для этого необходимо номологическое обоснование направления времени, специальный закон, устанавливающий необратимость по крайней мере определенной группы физических процессов. По-видимому, это должен быть достаточно строгий принцип запрета, который исключал бы протекание физических процессов в обратном направлении. (...)...имеющиеся данные свидетельствуют о том, что необратимость физических процессов не является только эмпирически наблюдаемой и, видимо, скорее всего есть проявление и действие какого-то единого и всеобщего закона. Очевидно, однако, что такого рода принцип запрета нельзя ниоткуда вывести, а можно только постулировать." /1/.Соглашаясь с тем, что необратимость наблюдаемых явлений, скорее всего, есть проявление какого-то всеобщего закона, следует заметить, что никакой принцип запрета, не подкрепленный физической теорией, в которой этот принцип появлялся бы естественным образом (как следствие принятых постулатов) в виде отсутствия решений, обращенных во времени, не может быть достаточным для обоснования необратимости времени.

Наиболее ярким современным примером подобной недостаточности, пожалуй, является появление в СТО объектов, распространяющихся со сверхсветовыми скоростями. Несмотря на то, что один из основных постулатов СТО в ее первоначальной формулировке запрещал существование объектов, со скоростями больше скорости света, развитие теории показало, что в математическом формализме СТО сверхсветовые объекты возникают естественным образом, то есть сами уравнения не запрещают их существование. Обоснование же предельности скорости света в рамках СТО, как отмечено в /1/, содержит логический круг и не может считаться корректным. Пожалуй, более конструктивным обоснованием необратимости времени в этом направлении является предложение Р. Пенроуза /6/, который утверждает, что "...остается единственное ("очевидное") объяснение (обратимости локальных законов и необратимости наблюдаемых явлений. - В.М.): не все точные законы физики симметричны во времени!"2. "...сама множественность этих обоснований (множество различных "стрел времени". -В.М.) свидетельствует о необходимости обращения рассуждений. Видимо, не однонаправленность времени вытекает из явлений трех рассмотренных типов (необратимые термодинамические и электромагнитные процессы, расширение Вселенной), а, наоборот, наблюдаемая в опыте асимметрия процессов обусловлена единым источником -- однонаправленностью времени"/11/.Первая точка зрения может относиться как к реляционной, так и к субстанциальной концепции, и по сути эквивалентна поиску материального фактора, обуславливающего необратимость процессов. Вторая точка зрения может относиться только к субстанциальной концепции, поскольку только в этой концепции время, в принципе, может обладать какими-то свойствами, помимо метрических. Обе приведенные точки зрения объединяет одна общая черта: эти подходы не используют отмеченное выше и являющееся на данном этапе общепринятым, основание несимметричности процессов - временную асимметрию ПС отношений. По-видимому, наиболее естественным (и, видимо, наиболее фундаментальным) путем обоснования однонаправленности времени является та или иная попытка дополнения принципа причинности возможностью количественного или качественного отличия причины от следствия, и построение физической теории, использующей в качестве постулата это реальное «физическое» отличие причины от следствия в элементарных процессах. Вопрос же о том, чем обусловлена постулируемая асимметричность ПС связи: влиянием некоторого материального фактора (тау-поле) или же свойствами самого времени, на сегодняшний день, по-видимому, можно отнести к вопросам терминологии. Согласно принципу двойственности познания окружающей действительности /12/, всегда возможно построение двух типов теорий - одни из них основываются на определенном комплексе свойств пространства и времени и непрерывном умножении свойств материи; другие - на определенном комплексе свойств материи и непрерывном умножении свойств пространства и времени. Причем, теории обоих типов, в принципе, могут одинаково хорошо описывать наблюдаемые явления, и каждая из этих теорий может содержать какие-либо внутренние противоречия, стимулирующие их дальнейшее развитие.

3. Гипотезы Н.А.Козырева о новых свойствах времени

В своих рассуждениях Козырев исходил из основной идеи о том, что время - это не просто "чистая длительность", так сказать, расстояние от одного события до другого, а нечто материальное, имеющее не только "длину", но и определенную плотность.

С первого взгляда с этим трудно согласиться, однако более пристальное рассмотрение показывает, что в этой парадоксальной идее есть смысл.

Действительно, эксперимент и квантовая теория доказали, что если бы окружающее нас пространство можно было рассмотреть в сверхсильный микроскоп, увеличивающий в триллионы триллионов раз, то мы увидели бы его заполненным "смогом" рождающихся и тут же исчезающих частиц. Другими словами, вакуум - это не чистая бестелесная протяженность, как можно было бы подумать, рассматривая пустую откачанную от газов колбу, а особое состояние материи. Но если это так, то похожими свойствами "особой субстанции" должно обладать и время, ведь теория относительности говорит, что пространство и время словно две проекции единого целого - расстояния в четырехмерном пространстве. Правда, такое пространство - специфическое, не окружающее нас трехмерное, но это уже детали. Важно, что если одна проекция обладает материальными свойствами, то, можно думать, они есть и у другой.

Впрочем, мысли о материальности времени высказывались задолго до квантовой механики и теории относительности. Еще в древнейших философиях упоминалось о двух сущностях, составляющих основу нашего мира,- аморфной вещественной, образующей тела, и бестелесной, невидимой и неощутимой, порождающей движение, переход от одного состояния к другому. На современном языке первую мы называем материей, вторую - временем.

Однако, в большинстве философских и физических теории время всегда рассматривается как нечто совершенно не материальное, не имеющее никаких свойств, кроме "чисто геометрических", - измеряемой часами скорости (ритма) и кривизны, проявляющейся как гравитация.

С точки зрения Козырева, метафора "река времени" имеет прямой смысл. В его теории время, подобно водяному потоку, обладает плотностью и, возможно, имеет какие-то другие свойства, которые еще только предстоит нам открыть. Омывая материальные тела, река времени оказывает на них силовое воздействие. Встреться ей на пути соответствующим образом устроенное "мельничное колесо", и поток времени приведет его в движение.

Образно говоря, время ведет себя не как бесстрастный хронометрист-наблюдатель, а как активный участник происходящих событий. Оно ускоряет их или замедляет.

Можно сказать, что у времени два типа свойств: пассивные, связанные с геометрией нашего мира (ох изучает теория относительности), и активные, зависящие от его внутреннего "устройства". Вот они-то и являются предметом теории Козырева.

Плотность времени характеризует степень его активности. Она показывает, насколько сильно "временная субстанция" воздействует на происходящие в том или ином месте процессы. И подобно тому, как водяная струя изменяется при столкновении с камнем, плотность времени тоже меняется в процессах его взаимодействия с веществом.

В некоторых случаях, например при столкновении упругих шаров, которое происходит почти без потери энергии, процесс может идти как в прямом, так и в обратном направлении. Никаких существенных, качественных изменений тут не происходит, изменяется лишь кинематика. Можно считать, что плотность времени при этом тоже остается неизменной.

Иное дело - необратимые процессы, скажем, торможение тела силами трения или испарение жидкости. Точно провести их в обратном направлении, след в след повторяя все их промежуточные этапы, невозможно. По мысли Козырева, тут происходит изменение плотности времени. Если она увеличивается, это эквивалентно испусканию временной субстанции, то есть творению времени. Если же его плотность снизилась и процессы стали протекать менее энергично, значит, произошло поглощение времени.

Вселенная в теории Козырева оказывается похожей на бескрайнее океан-море, в каких-то местах которого бьют большие и малые ключи, извергающие потоки времени, в других открыты канализационные стоки, втягивающие время. Там оно становится небытием.

Поскольку поток времени активно взаимодействует с веществом, следует ожидать, что на нем останутся отпечатки свойств и структуры тел, с которыми он "сталкивался". Унося с собой часть информации, время разупорядочивает тела, нарушает их внутреннюю организацию.

Козырев считает, что любой процесс, связанный с потерей информации и увеличением хаоса, обязательно испускает поток испещренного информацией времени. В свою очередь, поглощаясь в окружающих телах, он увеличит количество содержащейся в них информации и тем самым несколько упорядочит их структуру.

Получается, любой деструктивный процесс связан с испусканием времени, а всякое упорядочение сопровождается его поглощением. Например, таяние снега, испарение жидкости или растворение сахара в воде являются источниками времени. Тогда в веществах, расположенных по соседству с ними и поглощающих часть испущенного ими временного потока, должны устраняться дефекты кристаллических решеток, а у живых организмов должны восстанавливаться поврежденные генные структуры. Вблизи неравновесных процессов будет изменяться электрическое сопротивление материалов, которое сильно зависит от упорядоченности их структуры, там должны изменяться также теплоемкость, магнитные свойства и многое другое.

Как воды точат камни, текущая сквозь Вселенную река времени ежечасно и ежеминутно влияет на происходящие в ней события, перераспределяет содержащиеся в ней энергию и информацию. На нашей, планете каждую весну рождаются бурные потоки времени, и живая природа, поглощая их, обновляется. Осенью же увядающие поля и леса всеми порами источают время, а кристаллизация жидкости в снег и лед интенсивно поглощает его.

Конечно, все это лишь гипотезы, которые должны быть проверены опытом. Однако чтобы не прерывать логической линии в изложении теории, отложим пока разговор об экспериментах и рассмотрим подробнее, что определяет направление времени и как работают его источники.

Река времени течет из прошлого в будущее. Но чем различаются эти два ее конца? Что определяет направление "стрелы времени"?

Хотя однозначного ответа на эти вопросы, который удовлетворил бы и специалистов-физиков, и профессионалов-философов, пока еще нет, большинство ученых склоняются к мысли, что дело тут - в неисчислимом количестве каналов, которыми всякий предмет и каждое явление связаны с окружением. Даже те из них, которые выглядят полностью изолированными, на самом деле непрерывно испускают и поглощают кванты различных полей, взаимодействуют с вакуумным "смогом". Можно без преувеличения сказать, что всякое явление в нашем мире прямо или косвенно связано со всеми другими. Это приводит к тому, что энергия и информация в процессах взаимодействия "растекаются" по многочисленным ручейкам-каналам и собрать их обратно просто невозможно. Сделать это можно лишь приближенно, сохранив самые широкие потоки и отсекая все остальное. Точнее всего это удается в упоминавшихся выше "обратимых процессах", хотя полная, стопроцентная обратимость и абсолютная симметрия прошлого с будущим существуют лишь в абстрактной теории.

Необратимые процессы как раз и задают направление "стрелы времени".

Однако если логически продолжить эти рассуждения, мы придем к мрачному выводу о постепенном, но неизбежном вырождении Вселенной, превращении ее в газ самых простейших, элементарных частиц, которым уже не на что распадаться и не во что переходить. К тому же космологическое расширение Вселенной ("разбегание" галактик) делает его чрезвычайно разреженным.

Выходит, нас ждет довольно унылое будущее, практически пустой, холодный и мертвый мир. Правда, расчеты говорят, что такое состояние наступит не ранее, чем через 10¹¹⁰ лет, временной интервал, по сравнению с которым двадцать миллиардов лет существования нашей Вселенной - исчезающе малый миг. Тем не менее, когда речь идет о судьбах мира, вопросе скорее философском, нежели физическом, важен принципиальный ответ.

Козырев не принимал идею тепловой смерти мира. По его мнению, беспредельной диссипации, неограниченному "растеканию" энергии и информации препятствуют процессы поглощения времени, которые играют роль автоматического стабилизатора, предохраняющего мир от смертельной эрозии. Поглощая время, материальные системы восстанавливают уровень своей организации, и это обеспечивает бесконечный круговорот природы.

Подтверждение своей гипотезе пулковский астроном видел в феномене многомиллиардолетнего горения звезд. Подсчет числа нейтрино, освобождающихся в ходе ядерных реакций на Солнце, а, следовательно, и на других звездах, указывает на то, что мощность ядерной топки, по-видимому, недостаточна для поддержания звездной энергетики на стабильном уровне, и поэтому должны быть какие-то иные её источники. Известно несколько альтернатив восстановления энергетического баланса "звездной иллюминации", не столь радикальных, как гипотеза о превращении времени в энергию, но Козырев отдавал предпочтение именно ей.

Если судить по публикациям, то поиск процесса, который бы препятствовал скатыванию Вселенной к состоянию полного равновесия, был отправной точкой его теории.