Законы движения Ньютона покончили с абсолютным положением в пространстве. Теория относительности привела нас к необходимости введения понятия «Собственное время наблюдателя».
Современное состояние проблемы времени
Время «самое распространенное свойство окружающего нас мира. Трудно найти объект или понятие, не имеющие отношения ко времени» [2]. Вместе с тем вряд ли «имеется другое такое понятие, в отношении которого сосуществовали бы столь различные и даже взаимоисключающие представления. Вот некоторые из распространенных представлений о времени.
Время не существует; оно есть только субъективное ощущение.
Время - объективная реальность, являющаяся, как и пространство, формой бытия материи.
Время - лишь удобный способ описания движения тел и происходящих в мире процессов.
Время - причина движения тел и протекающих процессов.
Время абсолютно, оно ни от чего не зависит и одинаково для всех систем.
Время относительно, оно свое для каждой системы.
Время - мера строго повторяемых (циклических) процессов, которые реализуются только в неизменяющихся системах.
Время - мера изменчивости систем; в неизменяющихся системах время не течет.
Время обратимо, поскольку базисные уравнения физики не меняются при изменении знака времени).
Время существенно необратимо, ибо весь человеческий опыт свидетельствует, что будущее отличается от прошлого, и что кинофильм, пущенный в обратную сторону, во многом не реалистичен.
Время может быть математически описано как скалярная переменная величина, одинаковым образом меняющаяся во всех точках трехмерного физического пространства.
Время может быть описано как одно из направлений в четырехмерном многообразии, именуемом пространством-временем, причем это направление, вообще говоря, свое для каждой физической системы.
В общем, ситуация вокруг проблемы времени ныне остается такой же, какой она была еще несколько веков назад» [3]
Большинство известных представлений о времени укладываются в две принципиально разные концепции времени - реляционную и субстанциональную [4, 5, 6]. Различаются эти концепции трактовкой взаимоотношения времени и физической материи ( к последней относятся вещество и физические поля). Согласно реляционной концепции в природе нет никакого времени самого по себе, а время - это всего лишь отношение или система отношений между физическими событиями, иначе говоря, время есть специфическое проявление свойств физических тел и происходящих с ними изменений. Другая концепция - субстанциональная - наоборот, предполагает, что время представляет собой самостоятельное явление природы, как бы особого рода субстанцию, существующую наряду с пространством, веществом и физическими полями. Реляционная концепция времени обычно связывается с именами Аристотеля, Г.В.Лейбница, А.Эйнштейна. Наиболее яркими выразителями субстанциональной концепции времени являются Демокрит и Ньютон. А из современных ученых - Н.А.Козырев» [3]. Обе эти концепций времени подробно проанализированы в работах[4, 5]. Авторы обеих работ приходят к одним и тем же выводам:
1. Ни одна из рассмотренных двух концепций не имеет преимущества перед другой.
2. Обе концепция времени нуждаются в дальнейшей проработке.
Сложность построения физической теории времени на основе реляционной концепции состоит в следующем.
Реляционная концепция предполагает, что время полностью определяется физической материей. Ввиду этого в рамках такой теории время должно выражаться через какие-то характеристики процессов, происходящих в физических системах. «Но тогда само понятие процесса должно быть определено до введения представления о времени и независимо от него. Однако, трудно представить себе, как можно сформулировать определение процесса без обращения к понятию времени, в частности, без использования таких характеристик процесса, как его продолжительность или скорость его протекания. Заметим, что аналогичная ситуация возникла бы и при разработке реляционной концепции пространства. Тут потребовалось бы сформулировать определение физической системы до введения представления о пространстве, то есть без упоминания даже такой простейшей характеристики системы, как ее пространственный размер. Совершенно не ясно, как это можно сделать.
Существенное затруднение при построении физической теории времени на базе субстанциональной концепции заключается в необходимости ответить на вопрос: "Каким образом временная субстанция передает свои свойства физической материи?" [3].
В работе А.М. Заславского - «Загадочное и бессмысленное. О моделях времени в естествознании» - анализируются некоторые современные модели времени. «Когда мы хотим исследовать какие – то сущности или процессы, - пишет А.М. Заславский - то начинаем с построения соответствующей модели. Это может быть как вполне осязаемая, так и чисто умозрительная конструкция. Но в том или ином виде модель присутствует всегда, заменяя собой сложный и часто недоступный для восприятия объект исследовании [7].
Всю совокупность известных физических теорий А.М. Заславский рассматривает как систему отношений, описывающих геометрическую модель реальности. Он считает, что эта модель «оказалось чрезвычайно эффективной при выводе физических законов и установлении связей между ними. Однако попытки использовать ее для установления связи между физическими законами и феноменологическими свойствами времени нельзя назвать успешными» [7].
Геометрической моделью времени, согласно ему, продолжительность во времени отождествляется «с протяжённостью в пространстве. Она базируется на предположении о существовании объектов, чьё состояние в пространстве отображает ход времени так, что равным промежуткам времени соответствуют равные отрезки траекторий этих объектов или их элементов. Такими объектами для Галилея и Ньютона были абстрактные тела, движущиеся по инерции при абсолютном отсутствии взаимодействий с другими телами. В теории относительности в качестве такого объекта рассматривается квант света – фотон…
Законы движения классической, релятивистской и квантовой физики инвариантны к изменению направления времени. Но это не отвечает нашей интуиции и поэтому вызывает чувство незавершённости физических теорий. Действительно, интуиция отвергает, как немыслимый, эксперимент, в котором разбившаяся тарелка чудесным образом возникает из впрыгнувших на стол и соединившихся осколков. Интуиция настаивает на том, что время это необратимый поток событий, а геометрическая модель лишь отображает интенсивность этого потока в пространстве…
Характерным для геометрической модели является такое представление о природе реальности, при котором физические законы рассматриваются как следствия законов геометрии и опыта, устанавливающих взаимные отношения координат различных объектов и их производных в один и тот же момент времени. Казалось бы, совершенно естественной в этой системе взглядов выглядит гипотеза о том, что этими же законами объясняется та необратимая всеобщая упорядоченность событий, которую Эддингтон назвал стрелой времени» [7].
Далее А.М. Заславский рассматривает ряд современных моделей времени:
Модель С. Хокинга
Стивен Хокинг исследует противоречие между инвариантностью к направлению времени законов науки и огромным психологическим различием между прошлым и будущим в нашем сознании. С. Хокинг, как указывалось в параграфе 1, рассматривает три стрелы времени: термодинамическую, проявляющуюся в увеличении энтропии, космологическую, проявляющуюся в том, что вселенная расширяется, а не сжимается и психологическую, вследствие которой мы помним прошлое, а не будущее…
Теория, разработанная Хокингом, предсказывает неизменное направление термодинамической стрелы, как в фазе расширения, так и в фазе сжатия. Но расширение характеризуется «сильной стрелой». Напротив, в фазе сжатия беспорядок увеличивается очень мало.
Модель Р. Пенроуза
Роджер Пенроуз считает, что необратимость времени объясняется временной асимметрией процедуры редукции волновой функции… С точки зрения Р. Пенроуза редукция волновой функции происходит по объективным причинам, не зависящим от сознания наблюдателя.