№8.2024. Владимир Чакин. Время как физический феномен

На вопрос о времени ребенок покажет на часы, потом в лучшем случае скажет, сколько сейчас на часах времени, то есть на какие цифры указывают стрелки, если смотрим на настенные ходики или ручные часики со стрелками. Электронные же часы попросту покажут время возникающими на табло цифрами. На удивление, взрослые, даже высокообразованные научные работники, не так далеко ушли от детей в понимании природы времени.

Попробуем сначала взглянуть на проблему времени с житейской точки зрения среднестатистического взрослого человека. Течение времени постоянно приходится учитывать в жизни и с ним считаться. Собственно, весь суточный жизненный цикл расписан у нас чуть не по минутам и секундам, конечно, у всех по-разному, с разной погрешностью и дисциплиной поддержания. Проснулись в семь утра, поели, попили, поехали на работу, чтобы успеть к девяти-десяти, отбарабанили свои восемь часов, поездка домой, вечерний отдых, отход ко сну ближе к полуночи. И так далее, цикл за циклом изо дня в день, из года в год до глубокой старости, пока есть силы шевелиться. Никуда не деться, с бытовой точки зрения цикличность есть основное свойство времени. Однако мы стареем с каждым новым циклом, поэтому невозможно отбросить и свойство линейности времени и его направленности из прошлого в будущее. Точнее сказать, присутствует спиралевидный, посуточный, характер хода времени, если абстрагироваться от изменений в организме, происходящих ежесекундно или даже ежемоментно. Но тут есть не то чтобы противоречие, а некоторые разногласия или недопонимание с нобелевским лауреатом по физике Альбертом Эйнштейном. На этом остановимся подробнее.

Главное научное достижение великого физика – это, конечно, теория относительности: первая ее часть – это специальная теория относительности (СТО), предложенная Эйнштейном в 1905 году, общая теория относительности (ОТО) была опубликована им позднее, в 1915 году. Сразу необходимо констатировать, что теория относительности неимоверно сложна в понимании, поэтому последующие наши интерпретации носят весьма приблизительный характер. Я не удивлюсь, если кто-нибудь из прочитавших нижеследующие сентенции, обладающий соответствующей научной компетенцией, упрекнет меня в примитивизме изложения или, того хуже, в безграмотности. Заранее прошу прощения за эту робкую попытку объять необъятное. Но о времени в современных научных представлениях невозможно рассуждать без привлечения положений как СТО, так и ОТО. Однако даже теория относительности отводит времени вспомогательную роль одной из координат четырехмерного пространства-времени на тех же правах, что и каждая пространственная координата X, Y, Z, то есть длина, ширина, высота. Возникает мысль, не низводит ли физика категорию времени до слишком уж примитивного понимания как одной из координат в пространственно-временном континууме? Об этом чуть позже, а пока о времени в рамках общепринятой теории относительности.

В СТО постулируется максимальность скорости света для материальных тел, а значит, невозможность движения со сверхсветовыми скоростями и наличие обязательной причинно-следственной связи событий, то есть событие, вызванное предыдущим событием, следует за ним, а никак не наоборот. Действительно, если бы существовали неограниченные сверхсветовые скорости, наступила бы полная анархия в мире, что за чем следует и почему, невозможно было бы установить. Одним из следствий СТО является эффект замедления времени при движении материального объекта со скоростями, близкими к скорости света. Но это замедление времени можно зафиксировать только в инерциальной системе отчета вне движущегося объекта. На самом движущемся объекте время идет своим путем, не замедляясь и не ускоряясь. В этой связи существует парадокс близнецов, который заключается в том, что на первый взгляд близнец в движущемся объекте при возвращении на Землю и встрече с братом останется молодым, а брат уже станет стариком. Но если поменять точку зрения, вернее систему отсчета, и инерциальной считать объект, движущийся с околосветовой скоростью (это допустимо, поскольку он тоже движется с равномерной, пусть и высокой, скоростью), тогда стариком должен оказаться брат на движущемся объекте, а не оставшийся на Земле, поскольку все у нас относительно и зависит всего лишь от выбора системы отсчета. Неразрешимый парадокс, который показывает, что шутки со временем не проходят, все обстоит намного серьезнее и глубже, чем в общепризнанных физических теориях.

В ОТО же существует и многократно подтвержден экспериментально эффект замедления времени при нахождении материального объекта в гравитационном поле. Сразу нужно сказать, что гравитация остается не меньшей загадкой, чем время, во всяком случае она никоим образом не вписывается в единую теорию поля. Электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия вписываются прекрасно, а вот гравитационное – никак. Какова природа гравитационного поля, квантуется ли оно на составляющие частицы – пока полный ноль понимания у науки на этом пути. Правда, обнаружены наконец в 2015 году гравитационные волны, всплеск которых удалось зафиксировать после грандиозного события во вселенной, а именно слияния двух черных дыр, что само по себе чрезвычайно редкое событие. Сложность заключается в очень малой величине амплитуды гравитационных волн, хотя, казалось бы, все вокруг нас пронизано гравитацией, силой притяжения к Земле, все очевидно, но вот экспериментально предсказание Эйнштейна удалось подтвердить только через сто лет. Так вот, замедление времени в гравитационном поле заключается в разнице прошедшего времени между двумя событиями, измеренной наблюдателями, находящимися на разных расстояниях от материального объекта, испускающего гравитацию. То есть на поверхности земли время течет медленнее, чем на самолете, летящем над ее поверхностью, или искусственном спутнике, находящемся на орбите. Однако лишь в 2022 году удалось получить точное экспериментальное подтверждение эффекта замедления времени, что произошло в Объединенном институте лабораторной астрофизики (США). Доказано, что на масштабе высоты в 1 мм отставание времени в верхней части от нижней составило 10⁻¹⁹ секунды. Разница, конечно, мизерная, но она есть и воспроизводима в любых аналогичных экспериментах по эффекту замедления времени в гравитирующей массе. Но что же следует из этого удивительного свойства времени? Следует простой вывод, что в окружающем пространстве, если масса от вас бесконечно далека, то есть фактически отсутствует, то время в этом случае для наблюдателя бесконечно замедляется, а попросту останавливается. Сразу вспоминается теория Большого взрыва с его стадией Темных веков (до 550 миллионов лет с момента взрыва), когда вещество (то есть масса) в расширяющейся Вселенной еще отсутствовало. Что было со временем как таковым до этого момента, это вопрос, ведь если нет массы, нет и времени. И вообще, как мы можем рассуждать о предыдущих стадиях после Большого взрыва, выводить длительность каждой из этих стадий, если времени тогда не было? Ко всему прочему, первые данные с нового космического телескопа «Джеймс Уэ́бб», полученные в 2023 году, уже ставят под сомнение саму правильность хронологии Большого взрыва, поскольку обнаружены полностью сформировавшиеся галактики, существовавшие на стадиях после взрыва всего в нескольких сотнях тысяч лет, то есть тогда, когда вещество во Вселенной как будто еще не успело образоваться. Полная путаница и неразбериха царят сегодня в астрофизическом сообществе, научный люд пытается хоть как-то связать концы с концами, иначе рушится на глазах теория образования Вселенной, которая, казалось бы, давно уложилась в умах не только специалистов, но и интересующихся проблемой простых людей.

Теперь отступим в область научных предположений и пока еще не признанных теоретических концепций времени. Их несколько, рассмотрим для примера воззрения российских ученых Потапова и Фоминского. Они утверждают, что мы непрерывно движемся во времени из прошлого в будущее вместе с окружающими нас материальными предметами, однако до сих пор не существует целостной теории движения во времени. Поэтому до сих пор говорят о «ходе времени», а не о движении во времени, упуская из-за этого из вида динамические параметры движения тел во времени. Чувствуете разницу? То есть предлагается рассматривать время как отдельную самостоятельную физическую категорию, а не увязывать во вспомогательном плане с пространственными координатами. Динамические параметры времени – это параметры движения тела в некоем чисто временном континууме. После математических преобразований авторы показывают, что существуют отдельные энергии движения в пространстве и во времени, которые все же взаимосвязаны. В грубом приближении, чем выше энергия движения в пространстве, тем меньше она во времени, и наоборот. В природе существуют мощные источники энергии, освобождающейся при замедлении движения тел во времени. Это не только «черные дыры», но, возможно, процессы внутри Солнца или даже в недрах Земли. Вспомним о расплавленном ядре в центре нашей планеты, оценки показывают, что без существования неучтенных источников энергии, тепловой баланс земных недр не сходится, то есть там горячее, чем должно быть по известной физике земного ядра.

Теперь вернемся к понятию цикличности процессов, что, по сути, недалеко отстоит по смыслу от вращательного движения. Вот действительно возможный краеугольный камень физических построений, которым пренебрег Эйнштейн. Он вообще не анализировал вращательное движение в теории относительности, хотя видел, что в природе вращательное движение с теми или иными по величине параметрами преобладает, если не существует вообще в единственном виде, принимая во внимание кривизну пространства. В искривленном пустом пространстве, которое обязательно является и замкнутым, объект, двигаясь в одном направлении, неминуемо придет в точку старта. Опять получится движение по, пусть и пресловутому, мнимому кругу. И вот физик Саньяк в 1914 году провел опыт с зеркалами, который показал, что скорость движения света относительно периферии вращающегося диска при движении в одном направлении была меньше скорости света в вакууме, а при движении в противоположном направлении превышала скорость света. Этот опыт успешно повторили в 1925 году Майкельсон и Гейль, однако полученные данные противоречили постулату теории относительности о максимальности скорости света, поэтому их отложили в дальний ящик и фактически забыли о них в свете нарождающегося триумфа теории относительности. Кстати, если вспомнить о такой характеристике элементарных частиц, как спин, то сегодня спин – это просто такое квантовое число, что ни о чем не говорит в физическом плане. Но поначалу под спином понималась характеристика как результат механического вращения частицы вокруг своей оси. Однако в этом случае необходимо было признать, что тангенциальная скорость движения «поверхности» частицы при таком вращении могла значительно превышать скорость света. Это остановило развитие мысли в данном направлении, натолкнувшись на ограничение Эйнштейна. И вполне может быть, что ограничений на скорость вращения вообще не существует и элементарные частицы вращаются со сверхсветовыми скоростями. Кстати, человечеством фиксируются мировые рекорды по достигнутой скорости вращения материального объекта вокруг своей оси. Летом 2018 года были опубликованы результаты работ швейцарских и китайских ученых, сообщивших о достижении скорости вращения миллиард оборотов в секунду! В качестве спиннера используют частицы порядка ста нанометров, подвешенные в вакууме с помощью лазерного излучения (так называемая оптическая ловушка). Направляя на частицу свет с круговой поляризацией, передают ей угловой момент, увеличивая ее угловую скорость. Несмотря на чудовищную скорость вращения, тангенциальная скорость краев частицы составила всего 300 м/с, что далековато до скорости света. Ограничение в резком росте центробежной силы при увеличении скорости вращения приводит к разрушению частицы. Но это все же материальный объект, а не элементарная частица, внутри которой сильные взаимодействия и вообще царит иная, квантовая природа всего. Так что на квантовом уровне размеров сверхсветовые скорости при вращении элементарной частицы теоретически достижимы.

Почему такое внимание вращательному движению и как это связано с пониманием природы времени? Высказано предположение о существовании тардионов – элементарных частиц времени. Их движение во времени не имеет внешней направленности. Траектория движения тардиона во времени должна быть не прямолинейной, а замкнутой внутри любой элементарной частицы. В этом случае традиционная прямая ось времени как бы разматывается из элементарной частицы и распрямляется. То есть движение во времени мнимо, это лишь внутреннее круговое движение во времени в самой частице. Вспомните начало нашей статьи о спиралевидном развитии человеческой жизни, какая похожесть, какая прекрасная корреляция! Но это лишь внешнее впечатление, а суть предлагаемой универсальной теории времени заключается в том, что ось времени свернута в петлю с размерами порядка планковских и что движение вдоль этой четвертой оси координат – оси времени – проявляется в виде гравитационного поля и сил инерции. Так сформировался еще один подход к объяснению загадочной гравитации.

Мне лично импонируют подходы к изучению фундаментальных проблем устройства мира с использованием вращения потому, что уж слишком разнятся мегамасштабы небесных пределов и окружающих нас земных. Не укладываются в сознании такие расстояния до галактик, как сотни тысяч световых лет, по сути, они не имеют никакого физического смысла для человеческого разума. Если до ближайшей звезды расстояние всего несколько световых лет, то что говорить о тысячах? Никакого сопряжения с мизерной длительностью человеческой жизни. Фактически человек в состоянии только проявлять свою (пусть необузданную) фантазию, чтобы строить фундаментальные научные астрофизические теории на основе исключительно наблюдений неба в телескопы. Время существования живого ставит непреодолимые барьеры на пути прямого эксперимента (например, взглянуть человеку на черные дыры или квазары вблизи, то есть невооруженным глазом). Понимаете, что-то здесь не так. Мы убеждаемся все больше и больше, что Мироздание устроено настолько гармонично и взаимосвязано, что время должно быть устроено аналогичным образом, то есть чтобы человек успевал за срок жизни достичь любого, даже самого отдаленного, уголка Вселенной и вернуться в свой дом. Поэтому должен все же существовать подобный, прямой, далеко не примитивный путь освоения пространства и времени. Дело за немногим – найти такой способ и его опробовать.

И еще немного о времени, но уже в аспекте проблемы сознания. Согласитесь, насколько пластично время в нашем сознании, в нашем представлении о прошлом, настоящем и будущем. Мы в состоянии легким умственным усилием побывать в Древнем мире на битве гладиаторов или погулять среди стада динозавров, потом достичь отдаленного будущего, когда Солнце обратится в сверхновую, или внимательно осмотреться во вчерашнем или завтрашнем дне. Сознание в состоянии управлять временем. Но физической ли категорией является время в сфере сознания? Однако, может, и не обязательно времени быть физической категорией, как сегодня мы его понимаем? Не категория ли время сознания, то есть чисто духовная категория? Предлагаю на этом этапе нам пока остановиться и немного подождать. Интуитивно представляется, что человечество наконец подошло к некоему порогу в своем общем интеллектуальном развитии и самоосознании, и настоящий качественный революционный скачок в понимании устройства Мироздания, в том числе времени, не за горами.