CC BY
32
Some comments about the physical nature of time Afanaskin A. (Russian Federation)
Некоторые замечания по поводу физической природы времени Афанаскин А. С. (Российская Федерация)
Афанаскин Александр Сергеевич / Afanaskin Alexander - исследователь,
г. Москва
Аннотация: предпринята попытка понять физическую сущность времени, которое, на взгляд автора, является основой мироздания, источником всех элементов материального мира, и, как следствие этих представлений, формулируется закон возрастания массы-энергии Вселенной в целом в период её развития. Выдвинуто предположение о цикличности развития Вселенной на основе понятия о «настоящем» времени. Abstract: an attempt was made to understand the physical essence of time, which, in the opinion of the author, is the basis of the universe, the source of all the elements of the material world, and, as a consequence of these representations, formulated the law of increasing mass-energy of the Universe in General in the period of its development. The supposition about the cyclicality of the Universe based on the concept of a «real» time.
Ключевые слова: абсолютное время, поток локального времени, формирование вещества и пространства, минимальный неделимый промежуток времени, Большой взрыв, эталон времени.
Keywords: absolute time, stream of time, the formation of matter and space, the minimum indivisible period of time, the Big Bang, the standard of time.
Из повседневного опыта мы знаем: время может быть «прошлым», «настоящим» и «будущим». Понимание времени «прошлого» и «будущего» не вызывает трудностей. Трудность возникает при попытке осмысления «настоящего». Какой бы короткий промежуток времени мы ни взяли, «будущее» немедленно становится «прошлым», но никак не «настоящим».
Определим поток локального времени (At) следующим образом:
At tbud - tprs , (1)
где tbud - будущее время, tprs - прошлое время,
и назовём «настоящим» временем следующее соотношение
At = 0, (2)
то есть определим «настоящее» как такое состояние материального мира, когда между «прошлым» и «будущим» отсутствует разница во времени.
Предположим существование некоей функции 0(т), определяющей состояние и развитие материального мира (Вселенной) в абсолютном времени т, при этом поток локального времени определяется как скорость изменения этой функции
(3)
Графически эта функция представлена на рис. 1.
Это гладкая функция с обязательным наличием экстремумов.
Здесь следует отметить, что скорость изменения функции 0(т) на всех стадиях существования материального мира (Вселенной) в пределах т1 и т2 всегда различна. Другими словами, эталона времени (некоей временной константы - одинаковой для разных эпох развития Вселенной), следуя логике данного изложения, в нашем материальном мире (Вселенной) не существует. Под термином «эпоха» здесь подразумевается промежуток времени любой продолжительности (не короче, разумеется, < At > - см. ниже).
Возникновение «настоящего» времени означает (в соответствии с принятыми определениями) прекращение потока локального времени (скорость изменения функции 0(т) становится равной нулю).
Далее возникает вопрос: каков источник энергии и вещества окружающего нас материального мира?
Я исхожу из того, что событие, произошедшее, как считается, приблизительно 15 млрд. лет назад и называемое «Большим взрывом», не подлежит сомнению.
Другими словами, 15 млрд. лет назад энергии и вещества, как предполагается, не было, как не было и Вселенной. Откуда же взялось то разнообразие элементов материального мира, которое мы наблюдаем?
Я предполагаю, что источником энергии (вещества) материального мира (Вселенной) является поток локального времени в соответствии со следующим соотношением:
Е = К At, (4)
где к - количество энергии, выделяемой потоком локального времени в единицу времени [размерность энергии/размерность времени].
«Большой взрыв», как физический процесс, с необходимостью требует введения некоего минимального неделимого промежутка времени («скачка времени»), который необходимо преодолеть потоку локального времени в момент «Большого взрыва» от состояния At = 0 до состояния At > 0 (плавный переход системы из одного состояния в другое невозможен). Величина этого «скачка времени» определяется физическим состоянием Вселенной в данный момент т1, т3, т5 и т. д. (Рис. 2). Обозначив указанный минимальный неделимый промежуток локального времени как < At >, генерирующий количество энергии, равное < E >, определим энергию первого мгновения «Большого взрыва»:
<Е>1 = К l<At>l,
следующий неделимый промежуток потока локального времени генерирует количество энергии, равное
<Е>2 = К 2<At>2,
n-ый неделимый промежуток потока локального времени генерирует количество энергии, равное
<Е>п = К n<At>n,
где п - количество неделимых промежутков времени, в сумме составляющих текущее локальное время
<At> =£"= ± < At >i. ,
и если предположить, что коэффициент к, возможно, имеет вид
к = Ко exp(m( At/<At> - 1)), (5)
где Ко - значение коэффициента в момент «Большого взрыва»,
m - положительное действительное число, определяющее значение коэффициента К в текущую эпоху (корректирующее число),
то общее количество энергии, генерированной суммой n неделимых промежутков потока локального времени, равно
i=1
Zn
exp(m(At/<
i=1
< E > i =
At > i - 1)) < At > i
(6)
Из вышеизложенного следует, что «Большой взрыв» есть прямое физическое проявление «скачка времени», его образ.
Далее. Если верно господствующее предположение о «начале времен» в момент «Большого взрыва», то закон сохранения энергии для всего материального мира не согласуется с фактом существования Вселенной.
Действительно, в этом случае мы должны предположить, что вся энергия материального мира (Вселенной) должна быть сосредоточена в чрезвычайно малом и ограниченном объеме пространства с совершенно невероятными физическими характеристиками (масса-энергия, плотность).
Следующий вопрос: источник формирования пространства? Опыт подсказывает, что «пустого» пространства не существует. Пространство Вселенной заполнено энергией и веществом. Об этом свидетельствуют многочисленные измерения и наблюдения.
На мой взгляд, пространство и вещество (энергия) - две взаимно обусловленные сущности. Пространство немыслимо без вещества. Вещество немыслимо вне пространства. Существует вещество -существует и пространство. Вещество перестаёт существовать - перестаёт существовать и пространство. Пространство - неотъемлемая составная часть вещества, равно как вещество - неотъемлемая составная часть пространства. Пространство и вещество взаимно обусловливают и взаимно дополняют друг друга, их невозможно рассматривать по раздельности.
Вселенная - едина. Это - аксиома. Но что делает её единой? По моему мнению, пространство - вот та физическая сущность, которая обеспечивает единство Вселенной, гравитация при этом выступает в роли локального объединяющего фактора, формирующего структурные элементы Вселенной.
Примечание 1. Вполне возможно, что на начальном этапе формирования и развития Вселенной гравитация играет определяющую роль в обеспечении единства Вселенной (наряду с фактором пространства), однако со временем, по мере расширения Вселенной, когда отдельные её структуры перестают быть гравитационно-связанными, она (гравитация) уступает эту роль пространству.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что:
- во-первых, существование пространства в отрыве от вещества (энергии), равно как и вещества (энергии) в отрыве от пространства - невозможно;
- во-вторых, элементом, объединяющим материальный мир (Вселенную) в единое целое, является пространство.
При этом я считаю, что формирование вещества и пространства - взаимосвязанный и единый процесс; событие, происходящее одновременно. Формирование вещества включает в себя формирование пространства и, напротив, формирование пространства включает в себя формирование вещества. Повторюсь: пространство и вещество - две неразрывно связанные сущности. То есть в момент «Большого взрыва» (другими словами в момент начала потока локального времени в соответствии с принятой терминологией) происходит генерирование этим потоком энергии с последующим частичным преобразованием её в вещество и пространство.
Таким образом, вышеописанный процесс можно представить в виде следующей схемы:
Локальное время(А1) => Энергия (Е) =>
=> Вещество (Em) и Пространство (Ep r) (7)
из которой следует, что поток локального времени, в конечном счете, и формирует вещество и пространство (обозначения см. ниже).
Примечание 2. Возможно, энергия как физическая реальность существует в некотором «замороженном» виде (условно: «фазовое энергетическое пространство»). Возникают некие физические изменения, выражающиеся в том, что скорость изменения функции 0(т) перестаёт быть равной нулю, и происходит «фазовый» переход энергии из «замороженного» состояния в «активное» состояние нашего материального мира. Количественно этот процесс выражается формулой (4). В момент «Большого взрыва» создаются физические условия для возникновения процесса генерирования энергии потоком локального времени из вышеуказанного энергетического резервуара. Физические изменения, которые активизируют этот процесс, возможно, соответствуют тем, что описаны в примечании 5.
Расширение Вселенной, таким образом, можно интерпретировать как расширение пространства Вселенной вследствие увеличения со временем её массы-энергии. Речь, таким образом, идет о законе возрастания со временем массы-энергии Вселенной в целом. (На локальном уровне закон сохранения энергии выполняется постольку, поскольку точность измерений пока не позволяет выявить возрастание массы-энергии ограниченного объема Вселенной.)
Процесс (7), по всей видимости (с учетом изложенного выше), скачкообразный: поток локального времени и возникновение пространства (вещества) разделены отрезком времени, кратным < At >.
Пространство можно определить (в дополнение к указанному выше свойству пространства) как физический объект, обеспечивающий дискретность нашего материального мира.
При этом существующая дискретность нашего материального мира является прямым следствием дискретности потока локального времени (не будь последнего обстоятельства, генерирование энергии потоком локального времени происходило бы непрерывно и пространство не возникло бы). При формировании вещества происходит пространственное обособление энергии с интервалом, кратным < At >. По сути, энергия становится веществом именно в процессе пространственного обособления (пространственной изоляции). Образно говоря, вещество - это энергия, разделённая пространством. Начало этого разделения было положено в момент «Большого взрыва» при возникновении потока локального времени, когда скорость изменения функции 0(т) становится отличной от нуля (примечание 5).
Именно дискретность потока локального времени обеспечивает существование нашего материального мира в том виде, в котором мы его наблюдаем.
Очевидно, что в качестве физического объекта пространство обладает энергией, равной
Epr EAt - Em - Е - Egr , (8)
где Epr - энергия пространства,
EAt - энергия, генерируемая потоком локального времени (6),
Em - энергия, расходуемая на формирование вещества,
Еш - энергия движения (вращения),
Egr - энергия гравитации.
Под термином «вещество» я понимаю все без исключения проявления и формы материи (в том числе и неизвестные).
В связи с вышеизложенными соображениями возникает закономерный вопрос о происхождении трехмерного пространства - пространства трёх линейных измерений. На мой взгляд, ответ на этот вопрос состоит в следующем.
При возникновении неких физических условий происходит процесс трансформации одномерного пространства абсолютного времени т в двухмерное пространство потока локального времени At (возникновение разницы во времени, «прошлого» и «будущего»). Эти физические изменения выражаются в
том, что скорость изменения функции 0(т) становится отличной от нуля (в одномерном пространстве абсолютного времени эта функция, очевидно, существует и описывает это пространство, но скорость её изменения равна нулю).
Возникшее двухмерное пространство потока локального времени немедленно преобразуется в трёхмерное пространство нашего материального мира путём формирования вещества (вещество - как было сказано выше - это разделённая пространством энергия). При этом дополнительную единицу измерения трёхмерное пространство получает за счёт упомянутого выше (примечание 2) одномерного «фазового энергетического пространства».
Единица измерения первых двух пространств - это единица измерения времени. Единица измерения нашего трёхмерного пространства - это единицы измерения времени и энергии (во избежание недоразумений замечу следующее: линейные размеры нашего трёхмерного пространства x, y, z можно измерять в единицах времени, поскольку с точностью до константы «с» они равны: x = сД1х; y = cAty; z = ^tz , с - скорость света. А это, в свою очередь, означает, что трёхмерное пространство обладает ячеистой структурой; при этом минимальные размеры ячейки находятся в границах координат < x > = с < Atx >, < У > = с < Aty >, < z > = с < Atz > , то есть указанные величины определяют минимальные размеры нашего пространства).
Таким образом, схематично процесс формирования нашего трёхмерного пространства можно изложить следующим образом:
Одномерное пространство абсолютного времени (т) [размерность времени] = > двухмерное пространство потока локального времени (At) [размерность времени] = > трёхмерное пространство нашего материального мира (R (x, y, z) = cAt) [размерность времени и энергии],
R (х, y, z) - условное обозначение трёхмерного пространства.
Расширение Вселенной не беспредельно и лимитируется не её отдельными физическими характеристиками (например, массой-энергией Вселенной), а свойствами функции 0 (т).
Наличие минимального неделимого промежутка времени < At > обеспечивает невозможность полного исчезновения потока локального времени (однажды возникнув поток локального времени уже не может исчезнуть, поскольку имеется природный запрет на это исчезновение в виде < At >). В дальнейшем под термином «исчезновение потока локального времени» я понимаю такое состояние нашего материального мира, когда At приближается к величине < At > .
«Исчезновение потока локального времени» (At = > < At >) приводит к замедлению формирования пространства (расширение Вселенной замедляется, останавливается и затем переходит к сжатию).
Можно сказать, что условие
At ф 0 (9)
является условием существования нашего материального мира (Вселенной).
На заключительном этапе развития Вселенной - в условиях «исчезновения потока локального времени» -энергия, которая была генерирована этим потоком за весь период существования материального мира (Вселенной) в пределах т1 и т2 (Рис.1), очевидно, будет израсходована на гравитационное «схлопывание», коллапс Вселенной. Приток энергии в этом случае будет недостаточен для обеспечения расширения Вселенной, а в состоянии стационарного равновесия Вселенная находиться не может вследствие наличия локальной гравитации. Другими словами, начало гравитационного «схлопывания» обеспечивается неравенством:
Egr > Ею + + Epr , (10)
где Egr - энергия гравитации (гравитационного «схлопывания»),
Em - энергия движения (вращения) Вселенной (примечание 5).
Примечание 3. Термин «наш материальный мир» означает мир, существующий в пределах абсолютного времени т1 - т2, т3 - т4, т5 - т6 и т. д. (Рис.2), то есть в состоянии развития.
Таким образом, условие (9) определяет материальный мир, обеспечивающий наше существование за пределами «настоящего» времени.
Отличие абсолютного времени от потока локального времени состоит в том, что абсолютное время всегда настоящее. В момент, когда скорость изменения функции 0(т) становится отличной от нуля, происходит трансформация абсолютного времени в поток локального времени путём возникновения «прошлого» и «будущего». Поэтому обозначенные на рис. 1 и рис. 2 т1, т2 и т. д. - это величины (то есть к абсолютному времени не применимы такие понятия как «раньше», «позже»).
«Настоящее», таким образом, означает коллапс материального мира, в котором мы существуем, его исчезновение (примечание 4). Исчезновение всего: локального времени, массы-энергии, нашего
трёхмерного пространства.
Но это исторический процесс: спусковым механизмом (примечание 5) для начала нового периода развития материального мира, я думаю, будет «схлопывание» предыдущего этапа, то есть процесс -периодический (Рис. 2).
При этом необходимо отметить следующее обстоятельство: начало нового периода развития Вселенной («Большой взрыв») отделяет от предыдущего исторического этапа (коллапса Вселенной) промежуток времени, равный < At >. Исчезновение (коллапс, угасание) Вселенной есть начало нового этапа в развитии материального мира. Другими словами, состояние, при котором в один и тот же момент времени отсутствуют локальное время, масса-энергия, пространство никогда не является состоянием материального мира, хотя и является, вероятно, начальным условием, отправной точкой его развития.
Примечание 4. По всей видимости, указанное выше курсивом - внутреннее свойство данной физической системы, называемой нами наш материальный мир (Вселенная). Это условие выполняется постольку, поскольку Вселенная существует. Происходит «отскок» от нуля, от сингулярности (когда все параметры материального мира стремятся к нулю). Я не думаю, что в реальности Природой каким-либо способом реализуется этот сценарий. Возможно, Природа обладает внутренним регулятором (примечание 5), определяющим ту минимальную величину физических параметров, до которой доходит состояние угасающей Вселенной и затем вновь начинается её (Вселенной) развитие.
Это утверждение основано на том обстоятельстве, что не видно внутренних механизмов, позволяющих Вселенной выйти из состояния сингулярности, если бы оно возникло.
Не исключено, что именно от степени приближения к нулю физических параметров Вселенной на завершающем этапе её угасания (коллапса) в эпоху «исчезновения потока локального времени» и зависят численные значения мировых констант, появляющихся в момент «Большого взрыва». Состояние сингулярности Вселенной есть отправная точка, исходный базис, предел, который Природа никогда не достигает.
Коллапс Вселенной доходит до такого состояния, когда все её физические параметры близки к нулю:
E = 0 + 0е R = 0 + Or (11)
m = 0 + 0m и т.д.
E, R, m - условные обозначения энергии, пространства, вещества,
0E, 0r, 0m - «малые» величины, отличные от нуля.
Возможно, для каждого коллапса Вселенной (т1, т3, т5 и т. д. - Рис. 2) - это фиксированные величины, по достижении которых и происходит «Большой взрыв». При этом необходимо отметить, что величины эти, по всей видимости, всегда разные, что и определяет разную (возможно более совершенную) структуру и разные физические свойства каждого из этапов (стадий) развития Вселенной. (Здесь этап (стадия) развития Вселенной: от «Большого взрыва» до коллапса, то есть промежуток абсолютного времени от т1 до т3 , от т3 до т5 и т. д.). Последнее утверждение основано на следующих соображениях. Каждый из этапов развития Вселенной имеет разную продолжительность. Эта продолжительность определяется свойствами функции 0 (т). Поэтому в конце каждого из этапов (т1,т3,т5 и т. д.) Вселенная будет находиться в разном физическом состоянии, которое, в свою очередь, определяет разные численные значения вышеуказанных «малых» величин (11).
В Природе на очень глубоком уровне, видимо, действует механизм формирования Вселенной следующей стадии развития (примечание 8), и говорить о численных значениях этих «малых» величин пока не представляется возможным. Нам известен один из результатов этого механизма: наблюдаемая Вселенная. Указанные «малые» величины являются базисными данными для развития Вселенной следующего этапа, они - основа для формирования мировых констант (примечание 6). Но это не случайные числа, поскольку смысл всего процесса, на мой взгляд - в совершенствовании окружающей действительности. Величины этих чисел, возможно, определяются каким-то образом всем ходом развития Вселенной предыдущей стадии (примечание 8). По всей видимости, здесь и заложен природный механизм совершенствования материального мира.
Примечание 5. Ввиду изложенного выше - как вариант развития событий - имеется одно соображение физического характера, которое, возможно, позволяет объяснить причину реализации в Природе соотношений (11), то есть недопущения Природой сингулярного состояния Вселенной. А именно: из самых общих положений можно утверждать, что Вселенная как целое вращается, равно как и все её элементы. При коллапсе Вселенной в эпоху «исчезновения потока локального времени» масса-энергия Вселенной уменьшается, поскольку гравитационное сжатие происходит за счет энергии, накопленной Вселенной за все время своего существования (приток энергии в соответствии с (6) при At = > < At > практически отсутствует). Скорость же её вращения при этом увеличивается вследствие действия закона сохранения момента количества движения. На завершающем этапе коллапса (абсолютное время т1, т3, т5 и т. д.) по достижении равновесного состояния между силами гравитационного сжатия Вселенной и центробежными силами вращения, когда гравитационное сжатие прекращается (достигая состояния (11)), происходит «Большой взрыв».
Примечание 6. Вне всякого сомнения, существуют фундаментальные мировые константы, числовые значения которых не меняются (примечание 8) при формировании очередного этапа развития Вселенной, они являются своего рода связующими элементами, обеспечивающими преемственность этих этапов (возможно, одной из таких фундаментальных констант является скорость света).
Примечание 7. Термин «совершенное», применяемый в тексте, следует понимать не как «лучшее» (природа не в состоянии оценивать и делить свои элементы на «лучшие» и «худшие»), а как «другое», «изменённое». Иначе говоря, в процессе развития Вселенной Природой формируются такие физические законы, которые обеспечивают возможность её (Вселенной) существования. В использовании этого термина, безусловно, сказывается антропоцентризм: пройдя неизмеримое количество этапов развития, Вселенная приняла современный вид. То есть с человеческой точки зрения невозможно принять развитие процессов, происходящих во Вселенной без глубокой внутренней логики, облеченной в форму реализации законов Природы; Вселенная совершенна постольку, поскольку её физические характеристики обеспечивают, помимо всего прочего, и наше существование.
Примечание 8. Отметим, между прочим, что если факт отсутствия эталона времени в нашем материальном мире подтвердится, то можно сделать вывод об отсутствии любых эталонов. Речь идёт не о погрешностях измерений, а об отсутствии принципиальной возможности произвести точное измерение любой величины вследствие непрерывной изменчивости всех элементов нашего материального мира. Возникновение эталона означает прекращение развития Вселенной. В связи с изложенными выше соображениями возникает вопрос о постоянстве «мировых констант» (обстоятельства вынуждают взять этот термин в кавычки). Медленная и неуклонная изменчивость числовых значений «мировых констант» в процессе развития нашего материального мира (Вселенной), возможно, и является тем механизмом формирования Вселенной следующего этапа, о котором говорилось ранее. Впрочем, не исключено, что изменение числовых значений некоторых «мировых констант» вполне может происходить на промежутках абсолютного времени, соответствующих нескольким этапам развития материального мира (примечание 6).
Таким образом, можно сделать вывод о том, что одним из условий развития материального мира является отсутствие эталонов.
Примечание 9. В связи с этим возникает один частный вопрос: почему будущее неопределенно? Почему оно многовариантно? Почему мы не знаем будущего и не можем его узнать? Ответ, на мой взгляд, с учетом вышеизложенных представлений, состоит в следующем.
Мы не знаем величину следующего минимального неделимого промежутка времени < At >, следовательно, мы не знаем величину сгенерированной этим промежутком времени энергии. Поэтому возможности определить физическое состояние материального мира в каждый последующий момент времени у нас нет.
Если бы величина минимального неделимого промежутка времени < At > была бы постоянна (или предсказуема), то мы смогли бы определить (рассчитать) будущее, оно было бы строго определено (одновариантно), а это исключает развитие, совершенствование материального мира (происходило бы простое, равномерное наращивание энергии неопределенно долгое время, Большой взрыв был бы невозможен). Другими словами, отсутствие эталона времени - одно из условий развития материального мира.
В условии детерминированности будущего развитие и совершенствование материального мира невозможно.
Предложенная система взглядов на указанную в заглавии статьи проблему носит, конечно, характер набора аксиом или постулатов, которые требуют подтверждения. Но основывается эта система взглядов на следующих трех общепризнанных экспериментальных фактах. А именно:
- наличие Вселенной (окружающего нас материального мира);
- фоновое реликтовое излучение Вселенной (как следствие «Большого взрыва»);
- расширение Вселенной.
Выводы.
1. Время рассматривается в двух ипостасях: локальное и абсолютное, причем локальное время определяется как скорость изменения функции абсолютного времени.
2. Источником энергии (вещества) нашего материального мира (Вселенной) является поток локального времени в соответствии с (4).
3. «Большой взрыв» возможен только после преодоления минимального неделимого промежутка времени, «скачка времени». По существу «Большой взрыв» и есть физическая реализация «скачка времени» в момент, когда скорость изменения функции 0(х) приобретает ненулевое значение.
4. Вселенная в своем развитии с необходимостью следует закону возрастания массы-энергии. При этом рассматривается она как целое. На локальном уровне закон сохранения энергии выполняется с высокой точностью.
5. Формирование вещества и пространства - взаимосвязанный, взаимно обусловленный, единый процесс; пространство и вещество - две неразрывно связанные сущности. Источником этого процесса является поток локального времени.
6. Ключевым является понятие «настоящего» времени, за пределами которого только и возможно развитие Вселенной. Физический смысл этого понятия и определяет формулировку условия существования материального мира (9).
7. В эпоху «исчезновения потока локального времени» при соблюдении условия (10) происходит коллапс Вселенной до состояния (11), который в свою очередь приводит к очередной вспышке «Большого взрыва» и к возникновению очередного этапа развития Вселенной, что и определяет цикличность этого процесса.
8. Эталона времени - временной константы, одинаковой для разных эпох развития Вселенной - не существует.
9. Принципиальная непредсказуемость событий материального мира - основа его развития и совершенствования.
Tl Т2 TJ Л Т5 Тб
Рис. 2.
т1, т3, т5 - время «Больших взрывов»;
т2 - т3,т4 - т5 - эпоха «настоящего» времени, коллапс, угасание Вселенной (штрихованные области) (возникновение этой эпохи запрещено наличием малого неделимого промежутка времени < At >); т1 - т2, т3 - т4 - эпоха локального времени, развитие Вселенной (не штрихованные области)
В заключение хочу сказать следующее: если вышеизложенная система взглядов найдет когда-либо каким-либо способом своё подтверждение, можно смело утверждать, что Время - единственный источник материальной составляющей Природы, основа мироздания, все остальные элементы материального мира - производные от него.
