Стрела времени как совокупность принципиально различных представлений о времени в динамике процессов и в эволюции событий (стр. 4 из 5)

Так как

и

Рис. 1

Массы шаров для простоты все равны. Если, как было показано выше, результирующий импульс после столкновения сложится из двух проекций на ось

и остался постоянным, то кинетическая энергия, переносимая этим импульсом после столкновения, т.е. проекциями и будет составлять только часть кинетической энергии, переносимой результирующим импульсом до столкновения. Другая часть кинетической энергии, переносимая взаимно уравновешенными импульсами и (нуль-вектором) переходит в хаотическую форму. После следующего соударения теперь уже двух движущихся шаров результирующий импульс сложится из 4-х шаров и произойдет дополнительное рассеяние направленной кинетической энергии и т.д. Таким образом благодаря нецентральному соударению шаров в первоначальный направленный импульс лавинообразно вовлекается все большее и большее число шаров и происходит лавинообразный рост массы результирующего импульса. А по мере вовлечения шаров происходит все большее рассеяние первоначально направленной кинетической энергии. Речь идет о кинетической энергии общего переноса (кооперативной энергии), связанной с результирующим импульсом, т.е. той энергии, которая совершает макроскопическую работу. Закон сохранения общей кинетической энергии системы не нарушается, т.к. адекватно увеличивается хаотическая составляющая кинетической энергии, связанной с нуль-вектором. При увеличении массы, переносящей результирующий импульс, кинетическая энергия, переносимая этим импульсом, и остающаяся в направленной форме, уменьшается обратно пропорционально росту массы. И при стремлении массы результирующего импульса к бесконечности кинетическая энергия общего переноса стремится к нулю. Результирующий импульс, оставаясь постоянным по величине и направлению, вырождается как носитель кооперативной энергии, равносильно тому, что и система приходит в равновесное состояние. Вся кооперативная энергия переходит к нуль-вектору хаоса.

Этим разрешается парадокс, который мы отметили в начале. Применяя закон сохранения импульса к диссипативным системам необходимо учитывать одну тонкость, которая и позволяет снять ранее отмеченное противоречие и примирить 2-й закон и закон сохранения результирующего импульса. Эта тонкость является важным свойством диссипативных (термодинамических) систем. Под скоростью центра масс результирующего импульса

(см. формулу (7)) нужно понимать не скорость центра масс всей замкнутой системы, которой передан импульс, а скорость центра масс частиц вовлечённых в результате не центрального соударения в перенос первоначального импульса (который относился к первоначальному шару). Это открытая подсистема, активно взаимодействующая с остальной несоизмеримо большей частью всей замкнутой системы и вовлекающая в первоначальный импульс всё большее число молекул через не центральное соударение. Учитывая число частиц реальных термодинамических систем (достаточно вспомнить порядок числа Лошмидта), понятно, что в доли времени и на минимальных расстояниях первоначальная масса частиц, из которых складывался импульс, возрастает на многие и многие порядки раз. Хотя первоначальный импульс остался постоянным по величине и направлению как вектор (сложившись из огромного числа микро импульсов вовлеченных частиц), он вырождается как носитель кооперативной энергии, которая перешла к нуль-вектору, складывающемуся из пар взаимно уравновешенных импульсов. Так как скорость центра масс открытой системы стремится к нулю ( ), то я и утверждаю, что с продолжающимся лавинообразным нарастанием массы открытой системы с некоторого момента следующий миллиметр пути импульс не преодолеет никогда, а это значит, что перенос кооперативной энергии прекратится. Оставаясь постоянным по величине и направлению как вектор, импульса не стало как энергетического носителя кооперативной энергии. Вот что я понимаю под вырождением результирующего импульса. Он остался постоянным по величине и направлению, но без энергии. Вся его первоначальная энергия перешла к нуль вектору хаоса. Именно это я имею в виду когда пишу . Это и есть механизм рассеяния, механизм необратимости через диссипацию кооперативной энергии, через вырождение результирующего импульса при не центральном соударении. Более подробно об механизме эффекта вырождения результирующего импульса в многочастичной среде можно ознакомиться в [Л-6, 7, 9].

Всесилие механизма рассеяния, приводящего систему к равновесию, заключается в том, что материя имеет корпускулярное строение, т.е. частицы имеют конечные размеры, а значит соударение нецентральное. Частиц же великое множество и затухание происходит очень быстро. Именно благодаря этому простому, но всесильному механизму обратимые законы механики в приложении к многомолекулярным системам, вырождаются в необратимые законы статистики. Ведь для обращения процесса рассеяния назад необходимо, чтобы в один и тот же момент все частицы системы, вовлеченные так или иначе в процесс рассеяния, столкнулись по закону центрального абсолютно-упругого удара с каким-то препятствием, чтобы отлететь с той же скоростью в строго обратном направлении. Это невозможно в принципе. Во - первых в реальности не возможен абсолютно-упругий удар. Во - вторых как в многомолекулярной системе вообще организовать внедрение этих очень массивных, теоретически с бесконечной массой, препятствий? Причём бесконечные массы перед каждой из частиц нужно внедрить мгновенно, в один момент, и при этом обеспечить строго центральное соударение, чтобы все частицы одновременно повернуть назад. Как это сделать, учитывая порядок числа Лошмидта и то, что реальные частицы не шары? Сказанное и является основой необратимости процесса вырождения импульса в термодинамических системах. Релаксация и необратимость вытекают из обратимых законов механики при их действии в среде многомолекулярных систем. Обратим особое внимание на это свойство диссипативных сред, их способность качественно вырождать закон сохранения результирующего импульса и как следствие качественно изменять динамику, когда детерминизм динамики уступает место вероятности статистической механики. Это происходит в результате действия эффекта вырождения результирующего импульса, который является стержневым свойством многочастичных (диссипативных) сред. Именно принципиальная необратимость эффекта вырождения результирующего импульса в многочастичных системах приводит к необратимости макроскопических процессов, следствием чего является необратимая последовательность событий, наличие стрелы времени. Принципиальная схема эволюции, приводящая к понятию стрелы времени, изображена на рисунке 2.

“Историческое развитие физических представлений о пространстве и времени происходило по двум направлениям в тесной связи с различными философскими представлениями. В начале одного из них лежали идеи Демокрита, приписывающего пустоте особый род бытия. Они нашли наиболее полное физическое воплощение в ньютоновских понятиях абсолютного пространства и абсолютного времени. Согласно И. Ньютону, абсолютные пространство и время представляли собой самостоятельные сущности, которые не зависели ни друг от друга, ни от находящихся в них материальных объектов и протекающих в них процессов. Другое направление развития представлений о пространстве и времени восходит к Аристотелю и было разработано в философских работах немецкого учёного Г.В. Лейбница, трактовавшего пространство и время как определённые типы отношений между объектами и их изменениями, не имеющие самостоятельного существования. В физике концепция Лейбница была развита А. Эйнштейном в теории относительности”. [Л-19]. Развитие первого направления к настоящему времени в своих крайних формах приводит к высказываниям о возможности изменения направления времени и переходе в состояния прошлого или будущего, о возможности взаимопревращений пространства и времени. [см. Л-1, 15, 20]. Автор данной статьи придерживается второго направления. Представление о времени как о понятии вытекающем из наблюдения за скоростями процессов позволило объяснить необратимость эволюционного времени, необратимостью многочастичных процессов.

Необходимо обратить внимание и на такие важнейшие понятия философии и методологии познания как причина и следствие, на их строгую последовательность и предопределённость. Следствием этой строгой последовательности и предопределённости и возникает понятие стрелы времени. Но строгая последовательность и предопределённость причины и следствия существуют только в области протекания необратимых процессов. Если мы вновь вернёмся к классическому обратимому процессу – процессу качания математического маятника, то не сможем отличить причину от следствия. Нельзя с определённостью сказать, что первично: наличие градиента потенциальной энергии в верхних точках равновесия или наличие кинетической энергии в нижней точке. В обратимых процессах причина и следствие постоянно меняются местами. Мир обратимых процессов однообразен и не подвержен эволюционному развитию. В области же необратимых процессов, благодаря необратимости эффекта вырождения импульса причина и следствие различимы в наблюдаемой последовательности событий и явлений.