Что такое время?

Для характеристики материи понятие «время» не имеет того смысла, как, например, пространство. Если пространство существует фактически и позволяет существовать материальным объектам, то время категория абстрактная – его невозможно потрогать руками. Действительно, у бесконечности нет начала и нет конца, поэтому говорить о времени как, например, о четвертом измерении материи можно лишь в рамках абстрактной модели. На мой взгляд понятие «время» отражает скорость изменения материи, причем в каких-то локальных ее областях. При этом время – величина, обратно-пропорциональная скорости изменения материи:

t~ 1/v_m,       (1)

где v_m– скорость изменения материи в некоторой области.

Из соотношения (1) следует: чем больше скорость изменения материи, тем меньше отрезок времени наблюдения этого изменения и наоборот.

Время – это отражение нашим мозгом скорости изменения материи. Из формулы (1) вытекает следующее. Если в двух точках пространства процессы идут с разными скоростями, то и время в этих точках будет различным. Например, человек, как открытая система изменяется с определенной скоростью, т. е. имеет свое время t_ч, Вселенная имеет свое время t_в, процессы в микромире имеют - t_м, причем:

t_м<<t_ч<<t_в

В результате, для человека движение микрочастиц неуловимо и имеет вероятностный характер, а движение Вселенной как бы застывает и не изменяется. Представим вышесказанное в наглядном виде. Пусть в момент времени t₁ человек начинает наблюдение за каким-то процессом в микромире и вселенной. В момент t₂ наблюдение заканчивается. Отрезок t₁- t₂ соответствует максимальной скорости v_m, которую способен заметить человек. Тогда получаем картину, представленную на рис. 1:

Ч – человек;

В – вселенная;

М – микромир.

Рис. 1.

Мы видим, что за время наблюдения в микромире произошло множество изменений, которые для человека просто скрыты и он фиксирует лишь одно последнее. Во вселенной изменение настолько медленное, что для данного временного интервала, для человека изменения просто нет.

В соответствии с постулатом СТО скорость света в вакууме (с) - предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий. Другими словами, в нашей Вселенной скорость изменения материи не может быть больше с, так как, в противном случае, нарушались бы основные ограничения теории относительности. Однако, теоретически можно предположить, что существуют взаимодействия со скоростью большей скорости света. Например, согласно закону Хаббла скорость разбегания двух галактик определяется по формуле:

 , где l расстояние между галактиками.

При этом, удаленные галактики, находящиеся на расстоянии< , где H — постоянная Хаббла, равная 72±3 (км/с)/Мпк, удаляются друг от друга со скоростью U, превышающей скорость света.

Из СТО следует, что при увеличении скорости движения возникают три обстоятельства: возрастает масса движущегося объекта, уменьшается его размер в направлении движения и замедляется течение времени на этом объекте (с точки зрения внешнего "покоящегося" наблюдателя). При обычных скоростях эти изменения ничтожно малы, но по мере приближения к скорости света они становятся все ощутимее, а в пределе - при скорости, равной с, - масса становится бесконечно большой, объект полностью теряет размер в направлении движения и время на нем останавливается. Поэтому никакое материальное тело не может достичь скорости света. Такой скоростью обладает только сам свет, а также "всепроникающая" частица - нейтрино, которая, как и фотон, не может двигаться со скоростью, меньшей с.

Как же могут существовать процессы, происходящие со скоростью большей скорости света? Здесь возможны следующие варианты:

1.    Физические законы при сверхсветовых скоростях отличаются от классических и ограничения СТО перестают действовать (так, например, законы квантовой физики действуют только в микромире);

2.    Взаимодействия на сверхсветовых скоростях возможны для тех видов материи, которые пока неизвестны.

Можно ли повернуть время вспять, т. е. возможно ли построить машину времени? По-видимому нет!

Во-первых, исходя из второго свойства материи, невозможно вернуть бесконечное в исходное состояние.

Во-вторых, исходя из 4 и 5 свойств, каждое состояние материи индивидуально и повториться не может.

Другими словами, для создания машины времени, потребовалось бы вернуть в исходное состояние, не только нашу вселенную, но всю материю, т. е. весь бесконечный объективный мир, что, практически, невозможно.

Чистой фантастикой являются и утверждения о провалах во времени, «временных петлях» и т. п. Вследствие своей бесконечности материя никогда не может повторить какое-то предыдущее состояние, чем-то оно все равно будет отличаться.

Не совсем правильно, по-моему, переносится «релятивистское замедление времени» на макрообъекты.

Под релятивистским замедлением времени обычно подразумевают кинематический эффект специальной теории относительности, заключающийся в том, что в движущемся теле все физические процессы проходят медленнее, чем следовало бы для неподвижного тела по отсчетам времени неподвижной (лабораторной) системы отсчета. Релятивистское замедление времени проявляется, например, при наблюдении короткоживущих элементарных частиц, образующихся в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей и успевающих благодаря ему достичь поверхности Земли.

Количественное описание замедления времени может быть получено из преобразований Лоренца:

                 (2)

где Δt — время, проходящее между двумя событиями движущегося объекта с точки зрения неподвижного наблюдателя, Δt₀ — время, проходящее между двумя событиями движущегося объекта с точки зрения наблюдателя связанного с движущемся объектом, v — относительная скорость движения объекта, c — скорость света в вакууме. Точность формулы неоднократно проверена на элементарных частицах и атомах, так что относительная ошибка составляет менее 0,1 ppm.

Наиболее наглядно эффект замедления времени проявляется на примере световых часов (рис.2), в которых импульс света периодически отражается от двух зеркал, расстояние между которыми равно L. Время движения импульса от зеркала к зеркалу в системе отсчета, связанной с часами, равно . Пусть относительно неподвижного наблюдателя часы двигаются со скоростью v в направлении, перпендикулярном траектории светового импульса. Для этого наблюдателя время движения импульса от зеркала к зеркалу будет уже больше.

Рис. 2.

Световой импульс проходит в неподвижной системе отсчета вдоль гипотенузы треугольника с катетами  и . Импульс распространяется с той же скоростью c, что и в системе, связанной с часами. Поэтому по теореме Пифагора:

Выражая  через , получаем формулу замедления времени.

Для микрочастиц релятивистское замедление времени доказано практическими опытами, но из них следует, что время жизни частиц при скоростях близких к скорости света составляет микросекунды. Если же переходить к более тяжелым макрообъектам, то при их разгоне до околосветовой скорости, что само по себе является фантастикой, они будут неминуемо разрушаться и проверить верность формулы Лоренца не представляется возможным. Измерение времени с помощью периодических сигналов (атомные часы) и их отставание в движущихся объектах не является подтверждением замедления физических процессов в движущейся системе, а лишь указывает на то, что изменяется частота колебательной системы. Поэтому парадокс близнецов – это фантастическое предположение, которое не соответствует действительности.

Любая материальная система может существовать лишь в ограниченном временном диапазоне и, если увеличивать скорость процессов внутри этой системы с помощью внешних воздействий, то при превышении определенного порога, система будет разрушаться. Таким образом, время жизни космонавта и его брата на Земле будет одинаково при всех скоростях, не превышающих критическую, при которой космонавт умрет. Поэтому фантастические рассказы о возвращении молодых космонавтов к своим состарившимся внукам не более чем фантастика!