В.П. Олейник
Department of General and Theoretical Physics,
National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnic Institute”,
Prospect Pobedy 37, Kiev, 03056, Ukraine; e-mail: [email protected]
Физика сознания и жизни, космология и астрофизика, 2, с.20-37, 2001.(физические формулы и выкладки исключены из текста)
Аннотация
Показано, что в релятивистской механике сила является не только причиной ускорения частицы относительно инерциальной системы отсчета, но и причиной изменения хода времени вдоль траектории движения частицы. В этом состоит физическое содержание динамического принципа, лежащего в основе специальной теории относительности (релятивистской механики). Выведена общая формула для относительного хода времени между точками, лежащими на траектории движения частицы под действием силового поля в инерциальной системе отсчета. Рассмотрено приложение теории к однородным полям - полю силы тяжести и электромагнитному полю и к гравитационному полю, порождаемому точечной массой. Исследованы физические свойства состояния невесомости частицы во внешнем силовом поле. Отмечается, что изменение хода времени в силовом поле никак не связано с изменением метрики пространства-времени и является прямым следствием принципа причинности релятивистской механики.
Введение
Время относится к числу наиболее употребительных понятий, которые используются постоянно как в повседневном общении, так и в науке. Это связано с тем, что все события и материальные процессы происходят в пространстве и развиваются во времени и поэтому закономерности, управляющие пространственно-временными связями, являются всеобщими, справедливыми для всех форм материи. Тем не менее, время остается одним из самых загадочных понятий, физическая сущность которого не раскрыта в полной мере до сих пор. Понятие времени с трудом поддается логическому анализу.
С точки зрения здравого смысла сущность времени состоит в том, что время характеризует длительность событий и процессов, указывает на их естественный ход, при котором настоящее, уходя в прошлое, сменяется будущим.
И. Ньютон дал четкую характеристику понятия времени, которой придерживается большинство: “Абсолютное, истинное и математическое время само по себе и в силу своей природы протекает равномерно и безотносительно к какому-нибудь другому объекту”. Хотя, 2 по Ньютону, время течет одинаково и равномерно и не зависит от происходящих в мире процессов, повседневный опыт свидетельствует в пользу того, что ход времени не одинаков. В зависимости от жизненных обстоятельств, с которыми мы сталкиваемся, нам кажется, что время то летит стремительно, то тянется чрезвычайно медленно, то изменяется внезапно, скачком. В связи с этими размышлениями возникает вопрос: имеют ли субъективные ощущения неравномерности хода времени, известные каждому человеку, объективное основание?
В механике Ньютона время абсолютно, не изменяется при переходе из одной инерциальной системы отсчета к другой и выступает как параметр, изменение которого по воле исследователя приводит к изменению состояния механической системы в соответствии с уравнением движения.
В релятивистской механике время остается параметром, характеризующим развитие системы. Но теперь время оказывается неразрывно связанным с пространством, образуя вместе с ним единое целое - 4-мерное пространство-время. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой время перепутывается с пространственными координатами, так что время в одной системе отсчета представляет собой “смесь” времени и координат в другой. Время перестает быть универсальным, одинаковым во всех инерциальных системах отсчета; оно приобретает относительный характер.
Неразрывная связь времени с пространством приобретает особую значимость в свете концепции физического поля, которую Эйнштейн назвал самым важным открытием в физике со времен Ньютона. Согласно этой концепции, возникновение в пространстве силового поля означает, что пространство превращается в физическую среду, способную непосредственно взаимодействовать с другими телами, и приобретает, таким образом, физические свойства, становясь активным участником физических процессов. Ввиду того, что временная и пространственные координаты неразрывно связаны между собой, наличие силового поля в некоторой области пространства должно неизбежно привести к появлению физических свойств времени, обусловленных движением тела в этой области.
Таким образом, из синтеза представлений о 4-мерном пространстве-времени и идеи физического (силового) поля с необходимостью следует вывод о том, что течение времени в данной области пространства должно зависеть от физических процессов в этой области, т.е. время, как и пространство, должно обладать физическими свойствами.
Следует подчеркнуть, что в специальной теории относительности время и пространственные координаты выступают как независимые и формально равноправные величины, определяющие положение элементарных событий в пространстве-времени. Вместе с тем время выделено по отношению к пространственным координатам. С геометрической точки зрения особая роль времени обусловлена псевдоевклидовостью геометрии 4-мерного пространства. С физической же точки зрения выделенность времени связана с динамическим принципом (принципом причинности), в соответствии с которым состояние движения физической системы в момент времени t однозначно определяет поведение системы в следующий момент времени t 0 . Динамический принцип свидетельствует об активной роли времени в динамике. Связывая временную эволюцию системы с физическими процессами, происходящими в ней под действием силовых полей, динамический принцип позволяет не только установить последовательность событий и их продолжительность, но и определить ход времени в системе, его возможную зависимость от характера физических процессов.
Идея о существовании физических свойств времени принадлежит Н.А.Козыреву. Введя в механику дополнительный параметр, учитывающий направленность хода времени, Козырев построил причинную (асимметричную) механику, из которой следует вывод о том, что время обладает физическими свойствами. Согласно результатам теоретических и экспериментальных исследований, проведенных Козыревым и его последователями, события могут происходить не только во времени, но и с помощью времени, при этом 3 информация передается не через силовые поля, а по временному каналу, и перенос информации происходит мгновенно. В работах И. Егановой и М. Лаврентьева и И.Егановой формулируется задача прямого экспериментального исследования физических свойств времени с целью установления взаимосвязей нового типа между явлениями и открытия новых методов изменения состояния вещества. Динамический эффект замедления времени исследован О.Ефименко .
Согласно, вывод о существовании физических свойств времени строго следует из релятивистской механики без привлечения каких-либо дополнительных гипотез. Физические свойства времени имеют чисто динамическое происхождение: их существование вытекает из динамического принципа. Наличие физических свойств времени проявляется в том, что время обладает локальной неоднородностью: его течение вдоль траектории движения точечной частицы в силовом поле непрерывно изменяется, и это изменение хода времени является результатом действия на частицусилового поля в той инерциальной системе отсчета, в которой рассматривается движение.
Заключение
Выяснение физической природы времени составляет важнейшую задачу теоретической физики. Целью исследований по проблеме времени является выявление физических свойств времени, т.е. установление возможной взаимосвязи между временем и материальными процессами. В частности, представляет интерес выяснить:
- зависит ли течение времени от физических процессов и существует ли обратное влияние изменения темпа времени на физические процессы,
- каковы механизмы изменения хода времени,
- какие факторы способны ускорить или замедлить течение времени.
В работах на основе анализа преобразований Лоренца, примененных к координатам точек, лежащих на траектории движения частицы под действием силового поля, предсказано явление локальной динамической неоднородности времени. Основной результат состоит в доказательстве того, что материальные процессы, происходящие в физической системе под действием силового поля, неизбежно влияют на темп времени вдоль траектории движения частицы. При этом речь шла об изменении хода времени вдоль траектории движения частицы в одной инерциальной системе отсчета по сравнению с ходом времени в другой.
В настоящей работе сделан следующий шаг: получено соотношение, связывающее ход времени на одном участке траектории движения частицы под действием силового поля с ходом времени на другом участке в одной и той же инерциальной системе отсчета. Главная идея, лежащая в основе развиваемого подхода, вытекает из анализа преобразований Лоренца и состоит в том, что ход времени частицы, движущейся по инерции, т.е. не подверженной силовому воздействию, должен быть равномерным. 20
Как известно, существование зависимости темпа времени от потенциала гравитационного поля предсказывает общая теория относительности (ОТО). В ОТО время течет различным образом в разных точках пространства в одной и той же системе отсчета. Так как “гравитационное поле является не чем иным, как изменением метрики пространства-времени”(), то можно утверждать, по- видимому, что изменение хода времени обусловлено, с точки зрения ОТО, изменением метрики 4-мерного пространства.
Следует подчеркнуть, что в настоящей работе гравитационное поле рассматривается как обычное силовое поле и считается, что движение частицы происходит в псевдоевклидовом пространстве-времени. Основные формулы работы, (22) и (25), описывают изменение хода времени в произвольном силовом поле в различных точках пространства в одной и той же инерциальной системе отсчета. Как видно из полученных результатов, изменение хода времени в силовом поле никак не связано с изменением метрики пространства-времени. Оно обусловлено действием силового поля на частицу в инерциальной системе отсчета и является прямым следствием динамического принципа, лежащего в основе релятивистской механики. Следует подчеркнуть, что существование зависимости хода времени от состояния движения частицы в силовом поле указывает на реальную возможность управления ходом времени с помощью силовых полей.
Отметим важную особенность неинерциальной системы отсчета, в которой осуществляется состояние невесомости частицы: существует такая пространственно- временная область, в которой рассматриваемую систему отсчета можно приближенно считать инерциальной. В связи с тем, что такие системы отсчета (мы предлагает называть их квазиинерциальными в отличие от истинных инерциальных систем отсчета), вообще говоря, не равноправны между собой (см. предыдущий раздел), приобретает особое значение установление строгого критерия инерциальности системы отсчета. Динамические критерии инерциального и неинерциального состояний рассматриваются в работах Б.И. Пещевицкого. По-видимому, гелиоцентрическая система отсчета относится к числу квазиинерциальных систем отсчета, будучи инерциальной с достаточной точностью лишь в ограниченной области пространства (например, в пределах нашей Галактики) . Автор благодарит Ю.Д. Арепьева за интерес к работе и стимулирующие обсуждения.