© Б.В.Куксенко

О субъективном характере понятия "время"

Б. В. Куксенко

1. Какой предмет исследуется?

Речь идет не о паре: "субъективное-объективное". Объективное время очевидно существует. Это время, получаемое от внешних (удаленных независимых) часов. Вращение Земли, ее движение вокруг Солнца для нас задают времена объективно. Мигание пульсара - тем более. Часы есть везде и все их времена для нас объективны. Мы будем рассматривать противопоставление в парах: "материальный-идеальный", "физический-придуманный", "феномен-ноумен". При этом мы постараемся уйти от обсуждения каламбура про нечто "придуманное в физической науке". Мы постараемся обсудить, является ли время (либо его природный референт, то, с чего время списано) причиной всеобщей изменчивости, является оно "генерирующим потоком" или "генерирующий поток" прячется за ним. Или же понятие "время" является обобщением всех частных (субстанциональных) времен, каждое из которых является формой отражения в умах природной изменчивости какой-то из субстанций, при том, что за этим обобщением уже нет природного прообраза. Загрубляя формулировку, мы будем выяснять, является ли время природным мотором всех изменений (ну, хотя бы действующим фактором, который инициирует изменения) или же изменения продвигаются внутренними механизмами, а время - абстракция, которая в наших мозгах отражает эту изменчивость.

2. Возможные постановки вопросов

Предлагаются две пары равносильных. Первая пара ("против" времени):

(1) Есть несуществование (прямое доказательство отсутствия, либо невозможности наличия).
(2) Нет существования (предположение о существовании ведет к нелепости).

Вторая пара ("за" время):

(3) Есть существование (прямое доказательство наличия).
(4) Нет несуществования (отказ от предположения о существовании ведет к нелепости).

Доказательство (1) проблематично, поскольку является доказательством существования дыры, на которую, как например на иррациональное число, и указать сложно. Отсутствие - понятие, но не предмет.

Доказательство (2) ведется в мировой науке давно и успешно. Найдена уже масса парадоксов и трудностей, которые порождены предположением о физической сущности времени. Но научное сообщество не принимает естественный вывод из этих парадоксов, ибо "жена Цезаря выше подозрений". Неутешительные выводы переводятся в утверждения о неудовлетворительности моделей времени.

Парадоксы стимулируют совершенствование моделей, новые модели обнаруживают новые парадоксы. К этому и сводится прогресс. Здесь мы натыкаемся на психологическую неприемлемость отсутствия времени как физического объекта. Прямое доказательство существования времени (3) могло бы состоять в создании измерительного прибора, который считывает время из природной среды. Но в инженерной практике неизвестны какие-либо прямые датчики мирового времени, присоединившись к которым можно избавить себя от нужды в службе точного времени. Таких приборов пока еще нет и надежды на их создание постоянно тают. Внутреннее ощущение времени у людей есть, возможной его опорой являются биологические ритмы, но они не опираются на что-то твердое вовне, при длительном пребывании в пещере жизненные ритмы заметно изменяются. Традиционные часы - не измерительные приборы, а механизмы, которые равномерно диссипируют запасенную энергию (или расходуют материал): распускают пружины, опускают гири, сливают воду, ссыпают песок.

Радиоактивный распад возможно зондирует существующее в окружающем мире реликтовое излучение, он имеет описание в виде релаксационного уравнения с масштабной константой, позволяющей согласовать показания этих часов с другими. Иные релаксационные процессы для создания часов можно использовать аналогичным образом. Каждый базис может иметь собственные часы. Для их создания можно задать длину световой волны, выбрав определенный химический элемент и выделив определенную его спектральную линию. Расстояние между двумя точками пространства можно измерить числом выбранных длин волн, после чего можно измерять время прохождением светового сигнала от одной точки до другой, используя эталонную скорость света в качестве переводного коэффициента. Каждый движущийся с известной скоростью предмет, например, материальная точка позволяет пересчитывать отрезки пути в интервалы времени. Для того, чтобы указанная процедура была законной, следует размерность скорости в системе единиц иметь основной и нужна хотя бы теоретическая возможность прямого измерения скоростей в единицах эталонной единицы скорости, которой в природе является скорость света в вакууме. В качестве такого способа измерения скорости можно предложить "радиолокационное" измерение релятивистского сокращения продольно движущихся эталонных отрезков.

Во всех перечисленных устройствах время только изготавливается. В отличие от них, когда измеряется, например, температура, то на самом деле с помощью шкалы определяется длина ртутного столбика, однако, при этом имеется надежное представление о том, что измеряемая длина реально связана с температурой, и для измерения нужно подождать, пока температура "войдет" в термометр. При разнообразных измерениях всевозможных измеримых величин создаются теории измерительных приборов и установок, которые прослеживают путь от уровня измеряемой величины до показания прибора, стоящего на выходе. В часах нет входа. У каждых часов остановка означает наступление безвременья.

Каждый базис может иметь много различных по устройству часов, которые по причине их нахождения в одном месте могут быть синхронизированы с помощью надлежащего выбора единиц измерения. Это время употребляется и при рассмотрении любого из внешних базисов. При этом показания часов, находящихся в других базисах, имеют не более чем справочное значение и их сравнение прямого физического смысла не имеет.

Попытка доказательства по способу (4) составляет основную часть содержания предлагаемого доклада. Мы отказываемся от предположения о существовании времени и начинаем искать нелепости и абсурд, которые следуют из отказа. Найти абсурд означало бы доказать, что природное время существует. Найти абсурд пока не удалось, и если время не природное явление, то наша работа никогда не закончится, поскольку она всегда будет под угрозой упрека: "Не найдено потому, что плохо искали". Тем не менее, наша работа не бессмысленна, поскольку приносит новую информацию и кое-что упрощает в восприятии мира. Основная часть доклада распадется на несколько этюдов, каждый из которых представляет самостоятельный интерес тем, что либо в некотором смысле компрометирует привычное представление о времени, либо показывает, что отказ от него не ведет к затруднениям, но приоткрывает новые возможности для исследования.

3. Служебная роль времени

Она подчеркивается тем, что приступая к постановке любой механической задачи, мы с легкостью назначаем начало отсчета времени от любого удобного для нас момента (т.е. состояния изучаемого объекта). Обилие задатчиков времени только подчеркивает, что понятию одновременности не присуща та физическая значимость, которая ему придается.

Для описания механических систем специалисты по теоретической механике разработали прием с построением фазового портрета, в котором скорость рассматривается как функция от координаты. Время на фазовом портрете используется только в качестве параметра вдоль траектории.

4. Время - неравноправный партнер пространства

Измерение отрезков можно производить, начиная от любого конца, а время в физических процессах необратимо. В уравнении Лиувилля его можно обращать только при чисто математических преобразованиях ради восстановления предыдущих состояний системы. Если же уравнение Лиувилля употребляется в качестве описания поведения реальной системы материальных точек, то время в нем обращать нельзя, потому что у реальной системы время не обращается. При теоретически допустимой замене всех начальных скоростей на противоположные время запустится не в противоположном направлении, а начнется с нуля и пойдет заново.

Широко распространенное заблуждение, что решения уравнения Лиувилля в теоретической механике обратимы, основано на недооценке того, что переменная величина по имени "обратимость" не является непрерывной (т.е. способной принимать разнообразные непрерывно переходящие из одного в другое значения), а является булевой переменной (т.е. может принимать только два значения: "есть" и "нет"). Не бывает частичной обратимости. Она либо есть, либо ее нет. Ошибка проистекает из того, что существование необратимости всегда связано с наличием диссипации, а переменная по имени "диссипация", как раз является непрерывной и может изменяться гладко, либо небольшими скачками. Поясняющий пример. Рассмотрим очень простую систему, например, материальную точку или шарик в горизонтальной канавке. Толкнем шарик в каком-то направлении, остановим его, когда он пройдет некоторый путь, изменим знак скорости, сохранив ее модуль. Если трение присутствует, то об обратимости вопрос не ставится. Вопрос об обратимости можно поставить только теоретически, и только если трения нет. Обратив и скорость, и время одновременно, мы получили бы задом наперед то же самое движение, которое уже произошло. Обратив только скорость, мы получим пройденные положения в обратном порядке, но это движение - другое, и время для него следует исчислять заново, используя в качестве часов хотя бы собственное перемещение шарика. Попробуем провести последовательность испытаний, начиная с какого-то уровня присутствия трения и постепенно его уменьшая. Техническая реализация эксперимента позволяет в последовательных испытаниях уменьшать трение и вместе с ним диссипацию, но только до некоторого уровня.

Добравшись до минимального технически достижимого уровня диссипации, мы продолжим построение последовательности испытаний с уменьшением диссипации в мысленных экспериментах. В мысленных испытаниях диссипацию можно устремить к нулю. Подчеркнем, что нулевое значение диссипации является всего лишь пределом последовательности ее значений, потому что даже в мысленном эксперименте мы не можем, не потеряв связи с действительностью, провести эксперимент с чисто нулевой диссипацией (такое возможно только в чистой математике). Но пока диссипация не равна нулю строго, обратимости нет. Значит, во всей последовательности сначала реальных, а затем мысленных экспериментов булева переменная "обратимость" имеет только значения "нет". Поэтому она не может в пределе получить значение "есть". Диссипация стремится к нулю, но обратимость в пределе не наступает. Вывод прост: предположение о том, что пределом последовательности процессов с исчезающей диссипацией может быть процесс с нулевой диссипацией и вследствие отсутствия диссипации обратимый, является благим пожеланием и нелогично. Логичным замыканием последовательности должен быть процесс с нулевой диссипацией, но необратимый. Проводить его можно в обоих направлениях, но эти две реализации нельзя считать обращением друг друга.

Вывод: обратимость времени в теоретической механике не имеет экспериментального начала, а является приобретением чисто математического свойства. Механическое движение обратимо только в формулах, т.е. обратимо только математически: но в реальности скорости обращаемы, а время - нет, значит, нет обратимости. Приведенные соображения прямо противоречат теориям, в соответствии с которыми в черных дырах пространственные и временные координаты перемешиваются вплоть до перехода одних в другие.

5. Специальная теория относительности

Она содержит явное недоразумение, от которого ее следует избавить: эффект укорочения отрезков и эффект изменения временных интервалов считаются равноправными, что совершенно нелепо для преобразования, которое имеет скорость своим инвариантом. Следует рассуждать в следующей последовательности: стержень в собственной системе отсчета имеет объективную длину (и проходящий вдоль него со скоростью света сигнал создает некоторый интервал времени), но, по причине наличия относительной скорости, наблюдаемая из другой системы отсчета длина стержня меньше и интервал, задаваемый световым сигналом, при взгляде со стороны оказывается меньше. Сокращение отрезков не является ни динамическим, ни кинематическим, - это просто свойство взгляда из другой системы отсчета. А само время на стандартных часах вторично и следует за длиной. Все, что с этим временем происходит, тоже вторично.

6. Постановка задач Коши с начальными условиями незаконна

Отказ от физической значимости понятия одновременности для двух событий, происходящих в разных местах при том, что они не связаны причинностью, а с ним и от понятия об их следовании в каком-то порядке может оказаться весьма полезным потому, что в этом случае для развернутых в пространстве объектов придется отказаться от постановок задачи Коши с начальными условиями. Напомним, что представления о возможном и о невозможном в нашем физическом пространстве в значительной степени сформировали именно неразрешимые парадоксы, которые появляются в результате мысленных экспериментов с постановкой таких задач Коши, в которых внезапно "одновременно" (!) в разных местах возникают начальные условия. Отказ от постановок таких задач, возможно, снимет некоторые запрещающие парадоксы теоретической физики. Предлагаемый запрет особенно понятен в случаях, когда предполагают, что вдруг где-то появляется электрический заряд. В природе он вдруг в конечном удалении появиться не может. Возможно лишь разделение положительного и отрцательного зарядов, которые впоследствии могут разойтись. Но это уже скорее краевая задача, чем задача Коши.

7. О происхождении интереса к проблемам времени

Изучение уравнений механики сплошной среды с высокой надежностью свидетельствует в пользу существования видимого из базиса лоренцева сокращения движущихся отрезков, направленного вдоль относительной скорости, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Время же не является обязательным аргументом в тех же уравнениях и может быть заменено иным параметром изменчивости. Механика сплошной среды дает аргументы против сохраняемости продольных составляющих электромагнитных полей при наличии относительной скорости (против инвариантности этих величин в преобразованиях Лоренца). Дискретное моделирование полей показывает на возможность галилеевой одновременности как формы существования силовых линий нашего мира.

Если в природе существуют структуры, которые живут в состоянии одновременности, т.е. являются физическими носителями галилеева времени, то следует проверить, могут ли они по своему устройству переносить воздействия либо информацию мгновенно (отзываясь на воздействия так же единовременно по всей своей протяженности, как и живут в единовременном состоянии). Мгновенность распространения информации при этом не является неизбежной (по причине так называемой ниспадающей зависимости усилий от деформации), но и не может быть исключена априори. Вопрос открыт. Ну, и если мгновенного переноса массы нет (информация тоже имеет массу), то единовременность существования не может быть объявлена запрещенной даже с позиций сегодняшнего дня.

Задолго до начала упомянутых исследований (почти 20 лет тому назад) подсознательное отношение ко времени, как к чему-то вторичному, отразилось в маленьком стихотворении:

Если улыбок у вас не осталось,
Знать, у порога она сторожит:
Старость - не возраст, а старость - усталость,
Тела усталость, усталость души.
Тиканье стрелок опасно едва ли,
Нечто иное приносит нам грусть.
Не от трудов мы всю жизнь уставали,
Дел, что не сделаны, давит нас груз.

8. Заключение

Полагаю возможным, что время придумано как обобщение частных времен. Это придуманное время существует только в отражении мира в науке и технике, не имея природного прообраза. Конечно, время не является пустым ноуменом, но оно и не феномен. Оно удобный и эффективный математический параметр в руках исследователя, моделирующего физический мир. Но живем мы не в 4-мерии. Очевидно, что доказательной силы доклад не имеет. Его сверхзадача заключается всего лишь в том, чтобы поколебать практику принятия предположения о существовании времени по умолчанию как само собой разумеющегося. Если существование времени кому-то очевидно, то сторонник такой точки зрения без особого труда найдет убедительные доказательства тому. Или не найдет, главное, чтобы начать поиск - истина себя обнаружит.