Онтология физического времени/Пространственно-временной интервал
Пространственно- временной интервал
правитьВ теории относительности, (СТО и ОТО), время неразрывно связывается с пространственными координатами. Естественно, что всякое происходящее в мире событие может быть однозначно задано только с указанием, где и когда оно произошло, т. е. когда известны четыре координаты Х, У, Z, t. В 1908 г. Герман Минковский в своей лекции «Пространство и время» предложил объединить оба понятия в одно пространственно-временное многообразие. Дело в том, что ни пространственные, ни временные интервалы сами по себе не являются инвариантными относительно преобразований Лоренца. (5)[3]
dx2 + dy2 + dz2 ≠ dx`2 + dy`2 + dz`2 dt ≠ dt`
Но если принять за интервал их комбинацию, то ее инвариантность относительно преобразований Лоренца восстанавливается. Полученная таким образом комбинация представляет собой самоочевидное тождественное выражение. Радиус волнового фронта dr электромагнитной волны можно выразить через координаты dx, dy, dz и можно выразить через её скорость «c» и время распространения dt .
dr = cdt . Следовательно: dx2 + dy2 + dz2 = с2dt2 или иначе
Последнее выражение переписывается и обозначается как квадрат пространственно-временного интервала ds² .
ds2 = c2dt2 – (dx2 + dy2 + dz2) = 0
Если «с» во всех инерциальных системах остается постоянной, то есть является инвариантом, то самоочевидно
c2dt2 – (dx2 + dy2 + dz2) = c2dt`2 – (dx`2 + dy`2 + dz`2) (1) (ds)² = (ds')² . "Сказать, что скорость распространения света - инвариант, - это всё равно, что сказать, что интервал равен нулю".(Richard P.Feynman). 0 = 0
То есть, искусственно составленная величина, стоящая слева и справа (1), является инвариантной величиной, ее Минковский назвал пространственно — временным интервалом, который является «математическим выражением постоянства скорости света».
ds2 = dx2 + dy2 + dz2 – (cdt)2 или иначе ds2 = dx2 + dy2 + dz2 + i2c2dt2
Перейдём к записи с фундаментальным метрическим тензором gik
ds² = Σ4ik=1 (gik dxidxk)
При i ≠ k коэффициенты принимают значение ноль, а при i = k значения g11 = g22 = g33 = 1, g44 = — 1, что соответствует пространственно — временному интервалу в четырёхмерном псевдоэвклидовом пространстве.
ds2 = dx12 + dx22 + dx32 + dx42 =Σ4i=1 (dxi)2
Таким образом, математизация физики вытесняет из неё прежние «метафизические» понятия, такие как, независимо существовавшие, «пространство» и «время». С точки зрения математического формализма способ описания событий в четырехмерном многообразии приводит к инвариантности всех законов природы относительно преобразований Лоренца, в результате, теория относительности принимает математически изящную и законченную форму. (3),[1](12)[2]Однако само понятие пространственно-временного многообразия не раскрывает физической сущности его временной компоненты. Дело в том, что на уровне рефлексии наше сознание воспринимает пространство и время независимо, как две отдельные сущности.
Четырехмерное пространственно-временное многообразие было предложено Минковским для описания гравитационного поля, объекта, представляющего собой безграничный пространственно протяженный континуум. При этом, временной компонентой многообразия является практическое метрологическое время, (измеряемое земными часами), которое с пространственными координатами точек физически совершенно не связано, а значит и не может составлять с ними единого многообразия.
В инерциальных системах синхронизацию часов, находящихся в каждой точке пространства, предлагается производить с помощью светового сигнала. Пусть из точки О, когда часы находящиеся в ней, показывают время tО, испускается световой сигнал в направление точки А. Когда сигнал придёт в точку А, то часы находящиеся в ней, должны показывать время:
tА = tО + RОА / c
Где RОА — расстояние между точками О и А, а «с» — скорость светового сигнала. Однако подобная синхронизация возможна только в стационарном мире, где расстояния до всех точек пространства остаются постоянными и точно измеренными. Зная расстояние между точками О и А, можно заведомо подсчитать поправку — ΔtА = RОА / c и когда в неё придёт световой сигнал, прибавить её к tО , которое, кстати, должно быть заведомо известно наблюдателю находящемуся в точке А. Пусть tО = 0. Если заблаговременно выставить все часы на значение их поправок Δt и запустить их ход при поступление светового сигнала, то синхронизация хода всех часов будет обеспечена.
Таким образом, по крайней мере в принципе, как бы существует абстрактная возможность синхронизации часов. Однако в реальном динамичном мире такой алгоритм синхронизации часов принципиально не возможен, поскольку все расстояния непрерывно меняются. Вообще говоря само понятие мировой точки не имеет под собой ни какого физического смысла, реально есть физические объекты. Точка — это математическая абстракция, деталь эвристического аппарата математики. Поэтому математическое время, то есть практическое метрологическое время, только формально можно привязать к координате какой-либо точки пространства, ибо физически оно никак с ней не связано. Реальное физическое время для какой — либо точки А, физического объекта О, определяется темпом, (скоростью), реально происходящих в ней необратимых физических процессов и поэтому оно естественно связано с точкой А физического объекта О.
Поскольку все процессы происходят относительно нас, познающих субъектов, (ПС), то они должны быть соотнесены с тем временем по которому мы живём. Реляционная операция соотношения естественно происходящих изменений в окружающем нас мире с искусственно созданными изменениями показаний наших часов, позволяет нам, ПС, ориентироваться и познавать наш динамично эволюционирующий мир.
Для описания локализованных пространственно ограниченных объектов четырехмерное пространственно-временное многообразие теряет смысл и распадается на трехмерную пространственную координацию и одномерную координацию на временной оси. Минсковский, когда говорит о четырехмерном пространственно-временном многообразии, имеет в виду внешнее математическое, (метрологическое), время измеряемое по часам лаборатории, которое, как параметр соотносят с каждой точкой пространства. Но это время, измеряемое ПС по часам лаборатории, является внешним по отношению к координате произвольной точки пространства, а значит не может составлять с ней пространственно-временного единства. Реальное физическое время определяется не по воображаемым часам внешнего наблюдателя, мысленно размещённым им в каждой точке пространства, а реальными физическими процессами, протекающими в каждой точке и, в принципе, с различными скоростями, соответствующими особенностям каждой точки, которые, главным образом, определяются потенциалами гравитационного и электромагнитного поля. Возможно, что для образования пространственно- временного единства необходимо объединять координаты точек пространства не с воображаемым метрологическим временем, измеряемым земными часами, а с реальным физическим временем соответствующем каждой точке?
== Теорема Нетер. ==
В теореме Э.Нетер закон сохранения энергии интерпретируется как следствие «однородности времени» то есть инвариантности относительно сдвигов на оси времени. В работе (11)[3]"Основы современного естествознания" читаем:"…закон сохранения энергии является следствием однородности времени… однородность времени играет важную самостоятельную роль в естествознании, поскольку является фактором, обеспечивающим стабильность физических законов". В приведённом высказывании время предполагается как метрологическое, то есть измеряемое по часам лаборатории, которое однородно уже по определению, но оно внешне по отношению ко всем объектам нашего Мира и поэтому, с реально протекающими в нём процессами, ни как не связано. Таким образом, из однородности метрологического времени абсолютно ничего не следует. Не «однородность» метрологического времени «обеспечивает стабильность физических законов», а на оборот — физические законы «обеспечивают» однородность метрологического времени наших часов.В приведённом высказывании перепутаны причина и следствие. Законы сохранения, как впрочем и все другие законы природы, являются первичными, фундаментальными взаимосвязями объектов и явлений нашего динамичного Мира, которые определяются его физическим статусом (характерными особенностями), который объективно складывается на каждом новом этапе его эволюции и ни как не зависит от хода наших часов. Реальное физическое время это реальный эволюционный процесс, происходящий в результате закономерных физических взаимодействий, но в отличие от метрологического времени, реальное физическое время в принципе не однородно, но это ни как не влияет на законы сохранения. Впрочем, кроме уравнений, описывающих механические движения, метрологическое время, явно, ни в какие уравнения не входит, но оно входит в оператор быстроты изменений различных физических величин
d / dt, d2 / dt2
и в этом качестве характеризует реально происходящие процессы, то есть реальное физическое время. Все основные уравнения физики, содержащие операторы быстроты изменения состояний, хорошо работают благодаря тому, что они отражают реально происходящие изменения объектов в координированном пространстве.
В безбрежных просторах нестационарной Вселенной, невозможно одновременно определить координаты всех наблюдаемых объектов и время происходящих там событий. Можно ли с уверенностью утверждать, что такое событие как вспышка сверхновой в созвездии Тельца, (позже названная Крабовидной туманностью), отмеченное в летописях 1054 г., произошло точно там и тогда, где и когда его впервые обнаружили китайские и японские астрономы? В динамично эволюционирующем мире, где «всё течёт и всё изменяется» просто не может быть точной координации. К сожалению мы вынуждены регистрировать только давно прошедшие события у которых нет точных и взаимосвязанных «пространственно-временных» координат, которые к тому же продолжают непрерывно меняться. Эйнштейн, как и Минковский, также имел в виду «математическое» время, когда говорил, что «деление на время и пространство не имеет объективного смысла, так как время больше не является „абсолютным“». Но «Абсолютное» время, не имеющее «объективного смысла» это и есть математическое или метрологическое время, которым мы пользуемся в своей практической повседневности. Что же представляет собой «фикция» одномерного физического времени, и существует ли оно, взятое «само по себе»?
Её Величество — Природа «не пользуется» нашим метрологическим временем — Она существует, эволюционируя по собственному — физическому времени, которое на разных иерархических уровнях имеет свой различный темп. Но говорить о темпе можно только в реляционном сравнение. На микроуровне: в мире элементарных частиц, атомов и молекул темп физического времени, в сравнение с темпом на макроуровне, наиболее высокий, то есть все эволюционные процессы на этом уровне идут быстрее, быстрее накапливается число необратимых, последовательно сменяемых состояний. По мере накопления необратимых изменений на микроуровне, они начинают менять параметры на следующем, иерархически более высоком уровне, то есть на макроуровне. Эволюционные изменения на мегауровне, по сравнению с изменениями на макроуровне, происходят значительно медленнее, растягиваясь на сотни миллионов и миллиардов наших земных лет. Продолжительность эволюционных циклов звёзд определяются их массой. Массивные звёзды эволюционируют быстрее чем менее массивные.(«Звёзды их рождение жизнь и смерть» И. С. Шкловский). Эволюционный процесс — это и есть реальное, собственное физическое время индивидуальное для каждого объекта, которое и представляет его реальную «жизнь», продолжительность которой определяется естественными законами Природы.