Четырёхмерное пространство-время

В теории относительности Альберта Эйнштейна использовано  четырёхмерное пространство-время, которое было заимствовано у Германа Минковского. Необходимо отметить, что Минковский был в Цюрихе одним из учителей молодого Эйнштейна.

Четырёхмерное пространство-время было описано Минковским в 1908 году. Каждому событию в этом математическом пространстве соответствует точка в лоренцевых или галилеевых координатах плюс та же точка по оси времени. Иными словами, три координаты пространства Минковского по сути представляют собой обычные декартовы координаты трёхмерного евклидова пространства, а четвёртая ; координату ct, где c ; скорость света, t ; время события. Связь между пространственными расстояниями и промежутками времени, разделяющими события, описывается квадратом интервала:

s2 = c2 (t1 – t 0)2 – (x1 - x0)2 - (y1 - y0)2 - (z1 - z0)2

Здесь фигурируют исходные (x0 y0 z0) и конечные (x1 y1 z1) координаты движущейся точки, а также начальное (t 0) и конечное (t1) время. Время введено в виде ct, чтобы размерность  всех членов уравнения была одинакова - квадрат длины.

На самом же деле первым, кто математически описал четырёхмерное пространство, был вовсе не Минковский, а Анри Пуанкаре, сделавший это в 1905 году. Пуанкаре за три года до Минковского объединил пространство и время в единое четырёхмерное пространство-время [Фущич В. И., Никитин А. Г. Симметрия уравнений Максвелла. Киев: Наукова думка, 1983, с.6]. Пуанкаре писал: «Преобразования Лоренца представляют собой не что иное, как поворот в пространстве четырёх измерений [А. Пуанкаре. О динамике электрона. — В кн.: Принцип относительности: Сборник работ классиков релятивизма.— М.: Атомиздат, 1973, с.90-160].

Кстати, уравнения Лоренца, описывающие движение тела в пространстве, ловкий Эйнштейн беззастенчиво заимствовал без ссылок на Лоренца. У Пуанкаре он заимствовал (также без ссылок) знаменитую формулу E = mc2, о чём признался в 1945-м году. Ни Эйнштейн, ни Минковский не ссылались в своих публикациях на Пуанкаре.

Однако пальма первенства модели четырёхмерного пространства-времени должна на самом-то деле принадлежать вовсе не упомянутым математикам,  а гениальному писателю Герберту Уэллсу. В научно-фантастической повести «Машина времени», опубликованной в 1895-м году (в конце девятнадцатого века!), он написал буквально следующее: «Каждое реальное тело должно обладать четырьмя измерениями: длиной, шириной, высотой и продолжительность существования… Существуют четыре измерения, из которых три мы называем пространственными, а четвёртое – временным…. Время и есть то, что подразумевается под четвёртым измерением, хотя некоторые трактующие о нём, не знают, о чём говорят… Единственное различие между временем и любым из трёх пространственных измерений заключается в том, что наше сознание движется по нему… Время – только особый вид пространства».

Читали ли Пуанкаре, Минковский и Эйнштейн книгу Уэллса? Почти наверняка да. «Машина времени» была бестселлером и продавалась по всему миру. Книгу с таким названием перечисленные учёные мужи не могли не прочесть. Но признаться в этом никто из них почему-то не захотел.

Теперь вернёмся к сути вопроса – о четырёхмерности реального физического пространства.

Адекватны ли галилеевы, декартовы или лоренцовы координаты для реального мира? Для Земли да, но для Вселенной нет. По сути они являются примитивно-бытовой математической абстракцией. Во Вселенной имеются галактики, звёзды и планеты. Именно звёзды должны служить координатами, если мы хотим привязать уравнения к реальному физическому миру. Поскольку звёзды движутся, а также рождаются и исчезают, то получается, что реальная система координат сильно «плывёт». Кроме того, Вселенная анизотропна. Из сказанного следует, что любое движение в мире не относительно, а абсолютно. Всё это чрезвычайно неудобно для математиков и физиков, но таков реальный мир.

Если попытаться привязать систему координат к микромиру, как это наивно делают в квантовой механике, то ситуация ещё хуже - из-за быстрой подвижности и принципа неопределенности. Вообще в атомном микромире нет никаких x, y, z. Учебники и статьи по квантовой механике представляют собой изощрённые математические упражнения, не адекватные описываемым объёктам, но иногда удачно пригодные. Эйнштейн не зря критиковал квантовую механику.

В математической модели Минковского член ct является независимым от других членов уравнения, точно также, как каждая из координат не зависит от другой (x не зависит от  y , а y от z и т.д.). Параметр t не выражен напрямую через x, y, z. Он лишь формально связан с координатами через s2, физический смысл которого не определён. Модель Минковского по сути подразумевает, что нет прямой зависимости времени от координат. Но это не соответствует реальности. Любое измерение времени представляет собой сравнение координат, например, координат автомобиля с координатами стрелки ручных часов. В реальности параметр времени не является независимым. Эйнштейн правильно подметил это, хотя базировался на модели Минковского, где подразумевается обратное. Неевклидово математическое пространство Минковского было использовано Эйнштейном в качестве геометрической интерпретации связи пространства и времени, хотя никакой прямой связи в уравнении Минковского на самом-то деле нет.

Не существует никакого времени самого по себе. Время, как удобный параметр, напрямую определяется движением реальных объектов. Поскольку квантовые переходы дискретны, то и время дискретно. Эйнштейн, говоривший о дискретности квантов энергии, до дискретности времени не додумался. Некорректно использованные им уравнения Лоренца, где фигурирует непрерывное время, являются лишь грубым приближением, справедливым только при малых скоростях (многократно меньших скорости света) и больших размерах (многократно больших длины световой волны).

Момент времени фиксируется субъективно – самим наблюдателем. Поэтому ещё раз нужно подчеркнуть, что никакого времени, как материального объекта, в природе не существует. Существуют часы, но не время. Значит, никакого путешествия во времени осуществить нельзя, разве только в фантастических романах и фильмах. Обратить вспять подвижность всей Вселенной можно только в воображении.

Невозможно «прыгнуть» ни в прошлое, ни в будущее, ибо в мире есть только настоящее. Хотя, в принципе, можно ускоренно (или замедленно) перейти в локальное будущее, если ускорить (или замедлить) молекулярное и внутримолекулярное движение в некоторой ограниченной области пространства.


Рецензии
Николай, Вы пишете: "в мире есть только настоящее"

Но вспомните слова Блаженного Августина: "Что я измеряю время, это я знаю, но я не могу измерить будущего, ибо его ещё нет, не могу измерить настоящего, потому что в нём нет длительности, не могу измерить прошлого, потому что его уже нет. Что же я измеряю? Время, которое проходит, но ещё не прошло?". Разве его точка зрения на настоящее не верна? Разве настоящее не неуловимо (неизмеримо) краткий миг? По большому счету человек реально воспринимает только уже прошедшее, настоящее приходит к нему с некоторым запозданием. Полагаю, в рамках физики объяснить природу времени крайне затруднительно, здесь нужна метафизика и её терминология. А в целом - это область исследований, где следует избегать категоричных суждений о возможности и невозможности тех или иных явлений. Ведь по большому счёту, нелепо что-то категорически утверждать не обладая полноценным знанием предмета.
Всего доброго!

Лео Корсо   11.11.2018 12:05     Заявить о нарушении
Верно до слова "полагаю".

Николай Векшин   13.11.2018 18:09   Заявить о нарушении
Если неверно, что "в рамках физики объяснить природу времени крайне затруднительно", то почему до сих пор физики не сделали этого?

Лео Корсо   13.11.2018 21:49   Заявить о нарушении
На это произведение написано 5 рецензий, здесь отображается последняя, остальные - в полном списке.