О ПРОСТРАНСТВЕ, ВРЕМЕНИ И ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
У историков науки припасено нимало примеров странного способа мышления античных философов, которые почему-то не догадывались проверить результаты своих высоких размышлений элементарным опытом.
Например, Аристотель в результате логических построений картины мира приходил к выводу, что стрела, пущенная под некоторым углом к горизонту, должна двигаться по прямой линии до тех пор, пока не истощится сила, переданная ей тетивой. После чего она, по его мнению, должна упасть вертикально вниз.
Казалось бы, чего проще, взять и проверить это при очередной прогулке по берегу Эгейского моря. Найти подходящую по размеру и форме гальку, подбросить её под углом к горизонту и проследить траекторию полёта. Однако это простое действие почему-то было недоступно пониманию античных философов. Убеждённость в непогрешимости логических построений была много выше результатов приземлённого эксперимента.
Но если бы историки науки обратили внимание на образ мышления современных физиков, то их удивлению не было бы границ. Правда современные физики для них ещё не история.
Если траекторию полёта стрелы рассматривать как аналогию, то наши физики запускают стрелы постоянно и измеряют параметры траектории их полёта самыми совершенными приборами. Но парадокс заключается в том, что при анализе данных они постоянно видят одну и ту же «ломанную линию»!
Древние греки хотя бы не догадывались проверить результаты своих размышлений опытным путём. У современных же физиков с этим как раз всё в порядке. Но в силу какого-то неведомого обстоятельства они все как один за показаниями приборов видят «ломанную линию» вместо баллистической траектории полёта стрелы.
История науки когда-нибудь обязательно разберется с этим феноменом. Но это случится не скоро. Во всяком случае точно не при нашей жизни. Поэтому попытаемся разобраться в этом парадоксе самостоятельно.
«Ломаной линией» для современной физики является система отсчета с общим временем, то есть такая система отсчета, в которой признаётся понятие "одновременность" в качестве физического (!) понятия. Всё, что физики наблюдают вокруг, сквозь призму этой системы трансформируется у них в голове в новую реальность, которая далеко не всегда совпадает с физической реальностью. Но всё по порядку.
Второй том теоретической физики Л.Д. Ландау и Е.М. Лившица «Теория поля» (не пугайтесь, математики не будет) начинается с утверждения:
«Для описания процессов, происходящих в природе, необходимо иметь, как говорят, систему отсчета. Под системой отсчета понимают систему координат, служащую для указания положения частиц в пространстве, вместе со связанными с этой системой часами, служащими для указания времени».
Далее классики советской теоретической физики рассуждают о характере взаимодействия материальных частиц. Они вполне справедливо замечают, что «мгновенных взаимодействий в природе не существует», а что взаимодействие распространяется с конечной скоростью, равной скорости света С. Здесь всё понятно. Но вот дальше пошли странности.
Далее они утверждают, что классическая механика, исходящая из представления о мгновенности распространения взаимодействий, заключает в себе некоторую неточность, и что эту неточность устраняет релятивистская механика. (На время забудем о том, что мы «закрыли» релятивизм. Сейчас речь не об этом).
Выделим ход их мысли:
1. Мгновенных взаимодействий в природе не существует;
2. Механика, исходящая из представления о мгновенности распространения взаимодействий, заключает в себе «некоторую неточность»;
3. Эту «неточность» устраняет релятивистская механика.
Вы обнаружили логическую ошибку в этих рассуждениях? Если нет, то давайте разбираться вместе. Это очень важно для понимания того, почему у современной физики стрела всегда летит по «ломанной линии».
Дело в том, что релятивизм «устраняет» проблемы отношений между движущимися объектами. Он соответствующим образом деформирует пространство и временя. И всё! Релятивизм не решает главной проблемы «некоторой неточности» механики: немгновенности распространения взаимодействий в природе! Она как была, так и осталась.
Объекты вообще могут не двигаться друг относительно друга. Они могут преспокойно оставаться на своих местах. И, тем не менее, понятие одновременности событий для каждого из них будет совершенно разное! И происходит это в силу конечной скорости распространения взаимодействий.
Похоже, что для физиков выбор системы отсчета является рутинным делом, чем-то вроде подготовки чистого листа бумаги и заточки карандаша перед работой. Но в действительности это очень серьёзная и ответственная процедура.
Вместе с такой системой отсчёта, сознательно или нет, физик задаёт модель, в которой каждый объект локализован в своей части пространства, но в общем времени. По каким-то непонятным каналам связи осуществляется мгновенная синхронизация поведения пространственно удалённых объектов.
В такой модели задается строго определённый тип отношений между объектами: «актуальный объект взаимодействует с таким же актуальным объектом». Неважно какие физические процессы будут рассматриваться, характер отношений между его участниками изменить уже нельзя. Например, при описании процессов в коллайдере будут сталкиваться актуальные протоны с такими же актуальными протонами. При описании процессов во Вселенной гравитационно будут взаимодействовать актуальные галактики с такими же актуальными галактиками.
О том, что реальные объекты взаимодействуют опосредованно, то есть посредством частиц переносчиков взаимодействий, имеющих конечную скорость, после выбора системы отсчёта с общим временем можно забыть. Это уже не имеет ровным счётом никакого значения. Правила игры задала система отсчета и точка!
Классическая и релятивистская механики, оперируя общим для всего пространства временем, (классическая – абсолютным, релятивистская – временем наблюдателя) по умолчанию исходят из одновременности событий в системе, а, следовательно, и из мгновенности распространения взаимодействия. Поэтому «некоторой неточности» не избегает ни одна, ни другая механика!
Одновременность, нормально воспринимаемая как математический образ, совершенно неприемлема для описания реальных, физических процессов. Она исключает временной лаг, необходимый для образования логической пары: «причина-следствие».
В ПРИРОДЕ НЕ СУЩЕСТВУЕТ ПОНЯТИЯ "ОДНОВРЕМЕННОСТь" ДЛЯ РАЗНЕСЕННЫХ ТОЧЕК ПРОСТРАНСТВА!
Оно не является физическим понятием, в силу отсутствия в мире каких-либо причинно-следственных связей между такими точками в контексте одновременности.
В силу этого обстоятельства не существует и общего для всего пространства времени!
А что же тогда существует?
Для дальнейших рассуждений введём два понятия:
1. Наблюдаемая реальность;
2. Актуальная реальность.
Под реальностью вообще будем понимать нечто материальное, объективно существующее в данный момент времени, и доступное для контроля и измерения в рамках корректного (возможно, мысленного) физического эксперимента.
Различие между наблюдаемой и актуальной реальностями рассмотрим на примере ночного звёздного неба.
НАБЛЮДАЕМАЯ РЕАЛЬНОСТЬ – это звезды, галактики и другие космические объекты в том состоянии, в котором их видит наблюдатель.
Уточним, что под «наблюдателем» будем понимать не только и не столько романтичных наблюдателей на скамейке под Луной, сколько любой физический объект от элементарной частицы до галактики. А под «наблюдением» будем понимать процесс приема электромагнитных, гравитационных и иных воздействий от объектов окружающего мира.
Главной особенностью наблюдаемой реальности, является то, что в силу конечности скорости света С, наблюдатель видит удаленные объекты в их прошлых состояниях. Если расстояние до наблюдаемого объекта равно Rн, то время Tн, прошедшее с момента излучения им сигнала определяется зависимостью
Tн = Rн /С.
Для определения расстояний Rн до космических объектов астрофизики используют метод годичного параллакса и метод стандартных свеч (цефеид и сверхновых). Последний метод позволяет определять расстояние до источников излучения, расположенных в окрестностях границ наблюдаемой Вселенной.
В силу конечности возраста Вселенной Тв и постоянства скорости света для любого наблюдателя, обнаруживаем, что он, любой наблюдатель, всегда будет находиться в центре наблюдаемой части Вселенной, представляющей собой трехмерное пространство, ограниченное космологическим горизонтом в виде сферы радиуса
Rг = Тв * С.
Причем, не просто находиться, а покоиться в ее центре. Получается вот такая эгоцентрическая система отсчета, в которой наблюдатель располагается в центре, в настоящем времени, а наблюдаемые объекты – в прошлом времени, зависящем от их расстояния до наблюдателя. Причём, чем дальше наблюдаемый объект, тем старше информация о нем, и тем меньше возраст Вселенной Твн, ассоциируемой с этим объектом:
Твн = Тв - Tн = Тв - R(н)/С
Таким образом, в наблюдаемой реальности с актуальным объектом-наблюдателем взаимодействуют не такие же актуальные объекты, как он сам, а фантомы из прошлого. В пределе, наблюдатель может «увидеть» Вселенную в момент её рождения, но ни при каких условиях он не в состоянии увидеть объекты, находящиеся с ним в одном временном срезе (смотри рисунок в начале этюда). Как видим, наблюдаемой реальности чужда пространственная одновременность событий.
Что является материальным носителем наблюдаемой реальности, кроме самого наблюдателя? Очевидно, что звезды и галактики, расстояние до которых можно определить, в наблюдаемом месте уже отсутствуют. Поэтому на реальность они претендовать не могут. То, что наблюдается сейчас, было реальностью тысячи, миллионы, миллиарды лет назад, причем, каждый в свое время. Тогда материальными носителями наблюдаемой реальности являются принимаемые «здесь и сейчас» гравитационные, электромагнитные и прочие возмущения от их источников. Причём, многие из источников в настоящее время могут и не существовать, в то время, как возмущения от них продолжают приниматься «наблюдателями». Это значит, что материально «наблюдаемая Вселенная» представляет собой малую область пространства, в пределе – точку, в которой локально одновременно сходятся частицы переносчики взаимодействий из всех её областей.
Если сделать следующий логический шаг, то обнаружим, что каждая точка Вселенной представляет собой такую «наблюдаемую Вселенную». Следовательно, сама Вселенная состоит из совокупности точек, в каждой из которых сохраняется вся её история с момента рождения. Способность сохранения положительной истории (её созидательной части) называется генетической памятью.
Таким образом, историческая, генетическая память – это основное свойство каждой точки Вселенной, о существовании которого современная физика даже не догадывается. Благодаря генетической памяти Вселенная столь устойчиво воспроизводит законы физики и свойства своих микрообъектов.
АКТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ возникает из понимания того, что каждый (или почти каждый) объект наблюдаемого звездного неба реально существует и сейчас, но за время Tн переместился из точки Rн в точку Rа (рисунок в начале этюда).
В отличии от наблюдаемой реальности, представляющей собой точку пространства, актуальная реальность материализована во всей Вселенной, приведенной к одному временному срезу. В силу этого обстоятельства актуальная реальность объективна, её описание не зависит от местоположения наблюдателя. Скажем больше, его наличие она даже не предусматривает. Это позволяет на основе актуальной реальности создавать универсальные физические теории. Но у такой реальности есть один существенный недостаток – ее нельзя наблюдать.
Актуальная реальность – это плод деятельности человеческого мозга, это ментальная реальность. В силу недоступности мыслительного процесса объектам физического мира, пассивное «наблюдение», без права реакции на еще ненаступившее воздействие, представляет собой единственную форму их отношений в физическом мире. НАБЛЮДАТЬ - значит ВЗАИМОДЕЙСТВОВАТЬ! Поэтому наблюдаемая реальность – это реальность физического мира, в то время как актуальная реальность – это её аппроксимация. Системы отсчета с общим временем как раз и представляют собой практическое воплощение такой аппроксимации. Но в актуальной реальность нет и не могут существовать взаимодействия: нет наблюдения, наблюдаемости - нет и взаимодействия! Ведь фотоны и другие переносчики взаимодействий не поспевают за мгновенностью мысли физика.
Системы отсчета с общим временем категорически непригодны для описания физических процессов там, где невозможно локализовать пространственные и временные параметры объектов.
Применительно к микромиру невозможно локализовать пространственные параметры элементарных частиц. Физики уже приходили туда со своим инвентарём и получили за него щелчок по носу. Микромир не хотел подстраиваться под актуальные отношения. И надо отдать должное, физики не стали настаивать на планетарных и прочих моделях. Появился новый раздел физики – квантовая механика, где характеристики пространственной локализации микрообъекта носят вероятностную природу. Правда, сами физики долгое время не хотели верить, что «Бог играет в кости».
Но точно также система отсчёта с общим временем не подходит для описания процессов в Мегамире. Здесь невозможно локализовать время.
Астрофизики с достаточной точностью могут вычислить пространственные координаты любого объекта во Вселенной. Если, к примеру, не подходит метод годичного параллакса и метод стандартных свеч, то можно воспользоваться законом Хаббла, позволяющим определить расстояние до объекта по величине наблюдаемого красного смещения спектральных линий.
Но ни при каких условиях астрофизики не смогут привести все объекты к одному временному срезу. Если в микромире объекты невозможно локализовать в пространстве, то в Мегамире – во времени. Поэтому актуальная реальность в виде актуально взаимодействующей Вселенной – это чисто гипотетическая конструкция, которой нет и быть не может! Изображённая в начале этюда картинка показывает логику актуальной реальности. Но она имеет право на существование не больше, чем картинка атома в виде вращающихся вокруг ядра электронов.
Космический телескоп Хаббл представляет физикам прекрасные снимки других галактик. Они понимают и соглашаются, что свет от этих галактик шел тысячи, миллионы и миллиарды лет. И что дальше? Да ничего. Они данные наблюдаемой реальности воспринимают как данные актуальной реальности. Не верите?
В 1929 году Эдвин Хаббл, знаменитый, и, вероятно, самый влиятельный астроном ХХ века, обнаружил прямую зависимость величин космологического красного смещения удалённых галактик от расстояний до них. Если это явление рассматривать в актуальной реальности, то нельзя предложить никакой другой причины, кроме эффекта Доплера, возникающего в связи с удалением галактик друг от друга. Остаётся сделать только один шаг до гипотезы, ставшей сегодня парадигмой, расширяющейся Вселенной! Что и было сделано. И ни одного серьёзного контраргумента! Предлагаемые альтернативы в виде «утомлённых» фотонов и переизлучении фотонов в межзвёздной газовой среде не выдерживают критики. Они не конкуренты эффекту Доплера. Поэтому закон Хаббла – это зависимость скорости убегания галактик от расстояния до них.
Чем такая интерпретация космологического красного смещения плоха? Причин много. Одну из них мы указали в Предисловии: в момент рождения Вселенной законов физики не существовало. Поэтому душещипательная картина Большого взрыва, как начала физической Вселенной – слишком примитивна, чтобы уделять ей серьёзное внимание. К большому сожалению, физики не очень щепетильны в вопросах соблюдения законов логики.
Но можно предположить, что физики найдут другое «логическое решение», например, заставив Вселенную быстренько создать свои законы, и далее расширяться, следуя им. Это безусловно абсурд, но тем не менее, рассмотрим почему этого не может быть.
Расширение Вселенной – это логический парадокс. Для того, чтобы это понять построим логическую цепочку:
1. Вселенная – это всё, что существует. Ничего другого нет.
2. Вселенная расширяется.
Вопрос: Во что расширяется Вселенная, если кроме неё ничего больше не существует, ни пространства, ни времени?
Ответ: Вселенная может расширяться только сама в себя!
Как вам такое развитие событий? Но физикам такие глупые вопросы в голову не приходят. Для них логические нестыковки – это норма мышления.
Но мы немного отошли от темы. Итак, если трансформировать результаты наблюдений Эдвина Хаббла из наблюдаемой реальности в актуальную, то видимость логики сохраняется.
Но если всё оставить как есть в наблюдаемой реальности, то ситуация меняется. Космологическое красное смещение теперь можно связать ещё с одним параметром: с возрастом Вселенной. Чем далее находится наблюдаемая галактика, тем с более молодой Вселенной она ассоциируется!
Красное смещение - это увеличение периодов колебаний в спектральных линиях, связанное с замедлением темпа времени. Его можно рассматривать не только как следствие эффекта Доплера, но и как явление, связанное с увеличением темпа времени с ростом возраста Вселенной. Поскольку наблюдатель находится в настоящем времени, а весь остальной мир в прошлом, то темп времени наблюдателя выше, чем в остальном мире. А это значит, что он будет наблюдать "красное смещение" в спектральных линиях удалённых галактик. Причём, чем они дальше, тем больше красное смещение.
Принимая, что Вселенная когда-то родилась, обнаруживаем, что радиус космологического горизонта в момент рождения должен быть равен нулю. Это положение, не требующее доказательства. Если принять ещё один факт, что каждый объект во Вселенной, включая элементарные частицы представляют собой процесс, то темп времени будет задаваться темпом смены состояний объекта. И очевидно, что количество отношений, в которые будет вступать объект увеличиваться по мере роста космологического горизонта. И, как следствие, будет увеличиваться темп времени. Более подробно это явление рассмотрим в другом месте. А сейчас отметим, что:
КОСМОЛОГИЧЕСКОЕ КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ - ЭТО НАБЛЮДАЕМОЕ ЗАМЕДЛЕНИЕ ТЕМПА ВРЕМЕНИ В МОЛОДОЙ ВСЕЛЕННОЙ.
Возможно, что кто-то очень внимательный заметил, что мы перешли к разговору о возрасте Вселенной. Не входит ли это в противоречие с утверждением об отсутствии общего времени во Вселенной? Нет, не входит. Постоянство этого возраста обеспечивает постоянство длины пути, пройденного фотонами и другими носителями возмущений с момента её рождения, представляющего собой радиус космологического горизонта. Возраст Вселенной инвариантен относительно любых систем отсчета, как и инвариантна скорость света!
Ну и, наконец, мы здесь окончательно закроем вопрос о теории относительности.
Мы уже «закрыли» специальную теорию относительности, показав, что она стала результатом нарушения законов формальной логики. Релятивизм появился в результате разрыва «порочного круга» при определении неопределяемых понятий «пространство» и «время».
Теперь предстоит закрыть общую теорию относительности. После проведенного анализа это сделать не сложно. Намного проще, чем «закрыть» релятивизм.
Общая теория относительности базируется на представлении физического мира в виде четырехмерного пространства-времени. Но мы только что показали, что в физическом мире, в наблюдаемой реальности время не свободно от трёх пространственных координат. Оно линейно (или, по крайней мере, монотонно) зависит от них. А это значит, что время не может быть четвертой ортогональной (независимой) координатой. Можно предположить, что эта теория будет работоспособной там, где допустима аппроксимация физического пространства системой отсчета с общим временем. Возможно её применимость ограничится окрестностями Солнечной системы. Но эта теория НИКОГДА не будет применима в масштабах Вселенной!
Теперь, возвращаясь к «ломанной линии» траектории полёта стрелы, мы передаём в руки историков науки причину, по которой современная физика не способна увидеть ограниченность применения систем отсчета с общим временем.
Применительно к масштабам Вселенной это связано с отсутствием в терминологии физиков понятия «наблюдаемая реальность». Рано или поздно, им придётся обратиться к этому вопросу. В противном случае они будут продолжать рыть «кротовые норы» и делать много чего ирреального. А не хотелось бы. Пора бы и делом заняться!
(Продолжение следует)