Kozyrev N. A. On the possistrongility of experimental
investigation of the properties of time//Time in
Science and Philosophy. Prague, 1971. P. Ill-132.

Н. А. Козырев

О возможности
экспериментального исследования
свойств времени

Подготовка к публикации: Наталья Телегина

Страницы: 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6

Часть 1
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СООБРАЖЕНИЯ

Время является важнейшим и самым загадочным свойством Природы. Представление о времени подавляет наше воображение. Недаром умозрительные попытки философов античности, схоластов средневековья и современных ученых, владеющих знанием наук и опытом их истории, понять сущность времени оказались безрезультатными. Вероятно, это происходит потому, что время сближает нас с глубочайшими и совершенно неизвестными свойствами Мира, которые едва ли может предвидеть самый смелый полет человеческой мысли. Мимо этих свойств Мира проходит триумфальное шествие современной науки и технического прогресса.

Действительно, точные науки отрицают существование у времени каких-либо других свойств, кроме простейшего свойства "длительности" промежутков времени, измерение которых осуществляется часами. Это свойство времени подобно пространственному интервалу. Теория относительности Эйнштейна углубила эту аналогию, считая промежутки времени и пространства компонентами четырехмерного интервала Мира Минковского.

Только псевдоэвклидовый характер геометрии Мира Минковского отличает промежутки времени от промежутков пространства. В такой концепции время скалярно и совершенно пассивно. Оно лишь дополняет пространственную арену, на которой разыгрываются события Мира. Благодаря скалярности времени в уравнениях теоретической механики будущее не отличается от прошедшего, а следовательно, не отличаются и причины от следствий. В результате классическая механика приходит к Миру, строго детерминированному, но лишенному причинности. Вместе с тем причинность является важнейшим свойством реального Мира.

Представление о причинности является основой естествознания. Естествоиспытатель убежден, что вопрос "почему?" – законный, что на него может быть найден ответ. Содержание же точных наук значительно более бедное. В точных науках законным является только вопрос "как?" – каким образом происходит данная цепь явлений. Поэтому точные науки являются науками описательными. Описание делается в четырехмерном мире, что означает возможность предсказания явлений.

В этой возможности предсказания и заключается могущество точных наук. Обаяние этого могущества так велико, что часто заставляет забывать принципиальную неполноценность их базиса. Вероятно, поэтому философская концепция Маха, выведенная строго логически из основ точных наук, привлекла к себе большое внимание, несмотря на ее несоответствие нашим знаниям о Мире и повседневному опыту.

Возникает естественное желание ввести в точные науки принципы естествознания. Иными словами, сделать попытку ввести в теоретическую механику принцип причинности и направления времени. Такая механика может быть названа "причинной" или "несимметричной" механикой. В такой механике должен быть осуществим опыт, показывающий, где находится причина и где следствие.

Может показаться, что в статистической механике есть направленность времени и что она удовлетворяет нашим желаниям. Действительно, статистическая механика перебрасывает некоторый мост между естествознанием и теоретической механикой. В статистическом ансамбле несимметричность во времени может возникнуть из-за маловероятных начальных условий, вызванных вмешательством сторонней системы, действие которой является причиной.

Если в дальнейшем система будет изолированной, то в соответствии со вторым началом термодинамики ее энтропия будет возрастать и направленность времени может быть связана с этим направлением изменения энтропии. В результате система придет к наиболее вероятному состоянию, она окажется в равновесии, но тогда флюктуации энтропии разных знаков будут встречаться одинаково часто.

Поэтому и в статистической механике изолированной системы при наивероятнейшем состоянии не будет направленности времени. Совершенно естественно, что в статистической механике, основанной на обычной механике точки, направленность времени не появляется как свойство самого времени, а возникает лишь как свойство состояния системы.

Если направленность времени и другие его возможные свойства являются объективными, они должны входить в систему элементарной механики единичных процессов. Статистическое же обобщение такой механики может привести к выводу о недостижимости равновесных состояний.

В самом деле, направленность времени означает непрестанно существующий у времени ход, который, воздействуя на материальную систему, может помешать ей перейти в равновесное состояние. При таком рассмотрении события должны происходить не только во времени, как на некоторой арене, но и с помощью времени. Время становится активным участником Мироздания, устраняющим возможность тепловой смерти. (здесь и далее выделено редактором – прим. ред.)

Тогда можно будет понять гармонию жизни и смерти, которую мы ощущаем как сущность нашего Мира. Уже из-за одних этих перспектив следует внимательно обдумать вопрос о том, каким образом в механику элементарных процессов можно ввести понятие о направленности времени или о его ходе.

Будем представлять себе механику в простейшем виде как классическую механику точки или системы материальных точек. Желая перенести в механику принцип причинности естествознания, мы сразу сталкиваемся с той трудностью, что идея причинности совершенно не сформулирована в естествознании. В постоянных поисках причины натуралист руководствуется скорее своей интуицией, чем определенными рецептами.

Можно утверждать только, что причинность самым тесным образом связана со свойствами времени, в частности с различием будущего и прошедшего. Поэтому будем руководствоваться следующими постулатами:

1. Время обладает особым свойством, создающим различие причин от следствий, которое может быть названо направленностью или ходом. Этим свойством определяется отличие прошедшего от будущего.

   На необходимость этого постулата указывают трудности, связанные с развитием идеи Лейбница об определении направленности времени через причинные связи. Глубокие исследования Н. Reichenstrongach и G. Whitrow показывают, что нельзя строго, без тавтологии провести эту идею. Причинность говорит нам о существовании направленности у времени и о некоторых свойствах этой направленности, вместе с тем она не является сущностью этого явления, а только его результатом.

   Постараемся теперь, пользуясь простейшим свойством причинности, дать количественное выражение постулату I. Исходя из тех обстоятельств, что:
      1) причина всегда находится вне того тела, в котором осуществляется следствие, и
      2) следствие наступает после причины,   
   можно сформулировать еще две следующие аксиомы:

2. Причины и следствия всегда разделяются пространством. Поэтому между ними существует сколь угодно малое, но не равное нулю, пространственное различие δх.
3. Причины и следствия различаются временем. Поэтому между их проявлением существует сколь угодно малое, но не равное нулю, временное различие δt определенного знака.

Аксиома II является основой классической механики Ньютона. Она содержится в третьем законе, согласно которому под действием внутренних сил не может произойти изменение количества движения. Иными словами, в теле не может возникнуть внешняя сила без участия другого тела.

Отсюда в силу непроницаемости материи δх =/= 0 (не равно нулю – прим. ред.). В силу же полной обратимости времени аксиома III отсутствует в механике Ньютона: δt=0.

В атомной механике имеет место как раз обратное. Принцип непроницаемости материи в ней утратил свое значение, к в силу возможности суперпозиции полей принимается, очевидно, δх=0.

Но в атомной механике есть необратимость во времени, которой не было в механике Ньютона. Воздействие на систему макроскопического тела – прибора вводит различие между будущим и прошедшим, ибо будущее оказывается предсказуемым, а прошлое нет.

Поэтому во временной окрестности эксперимента δt=/=0 (здесь и в дальнейшем значок =/= означает "не равно нулю" – прим. ред.), хотя и может быть сколь угодно малым.

Таким образом, классическая механика и атомная механика входят в нашу аксиоматику как две крайние схемы. Это обстоятельство становится особенно наглядным, если ввести отношение

(δx/δt)=С₂     (I)

В реальном Мире С₂ является скорее всего конечной величиной. В классической же механике δх=/=0, δt=0 и, следовательно, С₂=оо (равно бесконечности – прим. ред.). В атомной механике δx=0 δt=/=0 и поэтому С₂=0

Остановимся теперь на смысле введенных нами символов δх и δt. В длинной цепи причинно-следственных превращений мы рассматриваем только то элементарное звено, где причина порождает следствие. Согласно обычным физическим воззрениям это звено является пространственно-временной точкой, не подлежащей дальнейшему анализу. В силу же наших аксиом причинности это элементарное причинно-следственное звено должно иметь структуру, обусловленную невозможностью пространственно-временного наложения причин и следствий.

Условие неналожения при предельном сближении мы и определяем символами δх и δt. Следовательно, эти символы означают предел бесконечно малых величин при условии, что они никогда не обращаются в нуль. Эти символы определяют точечные расстояния или размеры "пустой" точки, находящейся между материальными точками, с которыми связаны причины и следствия.

При вычислении же интервалов всей причинно-следственной цепи их с любой степенью точности следует считать равными нулю. Если же они являются бесконечно малыми одного порядка, то их отношение С₂ может быть конечной величиной и выражать количественно физическое свойство причинно-следственной связи. Этим физическим свойством является ход времени, качественно формулированный постулатом I.

Действительно, по определению (I) величина С₂ имеет размерность скорости и дает величину скорости перехода причины в следствие. Этот переход осуществляется через "пустую" точку, где нет материальных тел и есть только пространство и время.

Следовательно, величина С₂ может быть связана только со свойствами времени и пространства, а не со свойствами тел. Поэтому С₂ должна быть универсальной постоянной и может характеризовать ход времени нашего Мира. Превращение причины в следствие требует преодоления "пустой" точки пространства. Эта точка является бездной, переход через которую может осуществляться только с помощью хода времени.

Отсюда прямо следует активное участие времени в процессах материальных систем. В формуле (I) знак δt имеет определенный смысл. Его можно фиксировать обычным условием: будущее минус прошедшее является положительной величиной. Знак же величины δх совершенно произволен, поскольку пространство изотропно и в нем нет преимущественного направления.

Вместе с тем знак С₂ должен быть определенным, ибо логически мы должны иметь возможность вообразить Мир с противоположным ходом времени, т. е. другого знака. Возникает трудность, которая на первый взгляд кажется непреодолимой и разрушающей все сделанное до сих пор построение. Однако именно благодаря этой трудности становится возможным однозначное заключение: С₂ является не скалярной величиной, а псевдоскаляром, т. е. скаляром, меняющим знак при зеркальном отображении или инверсии координатной системы.

Действительно, в этом случае из формулы (I) следует, что δt является предельным значением псевдоскаляра, колинеарного с предельным вектором δх. Псевдоскалярный характер δt означает, что в плоскости (YZ), перпендикулярной к оси X, происходит некоторый поворот, знак которого можно определить знаком δt. Значит, с помощью δt можно ориентировать плоскость, перпендикулярную к оси X, т. е. задать расположение осей У и Z.

Страницы: 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6