Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
139
РОБЕР ЛЕННЮИЕ
ВРЕМЯ В НОВЕЙШЕЙ ФИЗИКЕ
В истории человеческих знаний физические науки лишь относительно недавно стали играть значительную роль — сначала понятие времени рассматривалось и анализировалось с метафизических позиций. Так называемое «классическое» время рассматривалось как универсальное время, текущее само по себе и не зависящее от особенностей физического мира; наряду с этим и пространство рассматривалось как универсальное — своего рода канва, на которой развертываются мировые события.
Метафизическое понятие времени в более или менее явном виде было принято также физиками. Чтобы превратить его в определение физической величины, допускающей измерения, они внесли в него необходимые уточнения.
И лишь непредвиденное развитие физики в последнее пятидесятилетие заставило физиков более тщательно проанализировать понятие времени и внести в него глубокие уточнения, обзор которых мы попытаемся здесь дать.
Время в классической физике
Известно, что классическая физика связана с обширной детально разработанной в математическом отношении теорией — классической механикой, которая занимается теоретическим изучением движений тел, то есть их перемещений в пространстве с течением времени. Время в классической механике — величина алгебраическая и является переменной t, характеризующей положение или состояние движущихся тел. Определение времени, предлагаемое в классической механике, таким образом, чисто математическое.
Физик или астроном, желающий применить классическую механику для изучения и предсказания наблюдаемых явлений, должен определить масштаб времени — то, что мы называем часами. Фактически часы оказываются устройством, позволяющим связать значения какой-либо непрерывно изменяющейся величины со значениями времени. Если речь идет об определении физического масштаба времени, то такое соответствие устанавливается a priori и служит определением времени t
140
Физик, вообще говоря, ничем не связан в определении времени, однако в целях удобства он должен определять его таким образом, чтобы оно соответствовало обычному понятию равномерно текущего необратимого времени. Но этого недостаточно, чтобы физик или астроном смог применять для исследования физического мира уравнения классической механики. Нужно еще, чтобы экспериментальное физическое определение времени соответствовало математическому определению, даваемому в классической механике. Дело в том, что уравнения механики не будут справедливы при использовании любого масштаба времени: если они справедливы для некоторого времени I, то они останутся верными для нового времени лишь в том случае, если оно связано с временем ^ линейным преобразованием: У = а1-\-Ь. Если же переменную / преобразовать произвольным образом, основные уравнения механики изменятся. Именно поэтому экспериментальное определение времени должно быть таким, чтобы оно было связано с механическим временем / через посредство линейного преобразования.
Это условие и накладывается на практике, поскольку, согласно замечанию Пуанкаре, наш масштаб времени выбирается таким образом, чтобы уравнения механики оставались справедливыми. Теоретически для этого нужно, чтобы в качестве часов было выбрано такое механическое устройство, которое изучается в классической механике и которое дает возможность установить простое взаимно однозначное соответствие между переменной / и некоторой пространственной величиной. Если такое соответствие принять в качестве определения времени, то проблема решается путем измерения выбранной физической величины.
Решение проблемы таким путем достигается лишь в первом приближении. На практике невозможно реализовать идеальные часы, то есть реализовать или найти в природе такое устройство или явление, которое строго удовлетворяло бы всем необходимым условиям. В результате точные хронометры, которые мы создаем, должны контролироваться и регулироваться часами, которые предполагаются идеальными и за которые принимается Земля, вращающаяся вокруг своей оси. Однако это не дает полного решения вопроса, так как между астрономическими вычислениями (основанными на теоретичес-
141
кой или математической шкале времени) и наблюдениями, проводимыми с помощью реальной, земной шкалы времени существуют малые расхождения, свидетельствующие о том, что земные часы не строго тождественны идеальным часам классической механики. Это справедливо даже после поправки на эффект Дарвина, то есть при учете торможения вращения Земли приливами (приводящего к замедлению на 82/з секунды в столетие).
Мы подробно останавливались на этих вопросах, чтобы обратить внимание на характер понятия времени в классической физике. Это время является лишь более или менее точной практической реализацией математического времени классической механики. Если, желая углубить понятие времени, мы обращаемся к классической физике, мы не должны надеяться, что найдем здесь какие-либо иные указания о времени, отличающиеся от исходных представлений классической механики. Лишь выйдя за рамки классической физики, мы сможем по-новому взглянуть на понятие времени. При обсуждении подобного рода вопросов философ всегда может не связывать себя конкретными утверждениями, однако в результате его рассуждения становятся неопределенными и спорными. Чго касается физика, то ему приходится сталкиваться с новыми совершенно неожиданными фактами, несовместимыми со старыми представлениями, а это побуждает его пересматривать даже самые глубокомысленные постулаты, которые ранее казались достаточно хорошо обоснованными.
