Третийй постулат
Поэтому между их проявлением существует сколь угодно малое, но не равное нулю, временное различие... определенного знака».
Читателям, заинтересованным в более углубленном знакомстве с причинной механикой Н. Козырева, следует обратиться к его трудам [16].
Мне, честно говоря, не терпится еще раз испытать удовольствие от экспериментов Н. Козырева.
Удовольствие, но одновременно и смутное беспокойство.
Второй постулат
Поэтому между ними существует сколь угодно малое, но не равное нулю, пространственное различие...»
Первый постулат
Этим свойством определяется отличие прошедшего от будущего».
Представления о времени в конце XX века
И это несмотря на то, что, начиная с 60-х годов эйнштейновское (реляционное и релятивистское) понимание времени получает все новые и новые неоспоримые (или, по мнению оппонентов, казалось бы, неоспоримые) подтверждения.
И дело тут не только в том, что теория относительности как сравнительно новое миропонимание встречает сопротивление, ибо новому всегда сопротивляются, и дело не в сложности теории относительности.
Главная причина, очевидно, в том, что до сих пор никто, включая Эйнштейна, не смог убедительно ответить на «детский» вопрос -«Что такое время?»
Николай Александрович Козырев (1908-1983), знаменитый российский астрофизик, профессор Пулковской (а до того Крымской) обсерватории, известен не только тем, что является первооткрывателем тектонической (вулканической) деятельности на Луне или тем, что предложил (в качестве гипотезы) новый - неядерный источник разогрева космических тел.
Он предложил свое видение времени, увязав в единую теорию и время, и причину лунного вулканизма, и природу внутризвездного теплообразования [16].
Вот что пишет об этом А.Н. Дадаев, автор биографического очерка о Н. Козыреве:
«Согласно его теории, небесные тела... представляют собой машины, которые вырабатывают энергию, а «сырьем для переработки» служит время».
Свое видение времени Н. Козырев обосновал в созданной им «причинной механике».
Новая механика основана «не на равенстве действия и противодействия, т.е. не на симметрии взаимодействующих сил, а на асимметрии и необратимости причин и следствий, связь между которыми устанавливается последовательностью во времени, его направленностью, причем физическое время выступает, таким образом, в качестве «движущей силы», или носителя энергии...»
Рассуждения таковы: мы неизбежно распространяем действия второго начала термодинамики на всю Вселенную, но его следствием была бы полная деградация - тепловая и радиоактивная смерть, никаких признаков которой мы, однако, не наблюдаем...
Следовательно, «в природе существуют постоянно действующие причины, препятствующие возрастанию энтропии»*.
Как постоянно препятствующий, постоянно действующий и всеобъемлющий фактор снова выступает физическое время, которое «в силу своей направленности может совершать работу и производить энергию».
В статье Л. Шихобалова [17] четко и достаточно полно отражены и основы причинной механики Н. Козырева, и суть представлений Козырева о времени.
Автор указывает на три допущения, на которых строится причинная механика. Первое заключается в том, что Козырев принимает субстанциальную концепцию времени.
Он «предполагает, что время представляет собой самостоятельное явление природы и оно может каким-то образом (выделено мною. - А.Б.) воздействовать на объекты нашего мира и протекающие в нем процессы...»
Второе допущение утверждает, что «время, наряду с обычным свойством длительности, измеряемой часами, обладает еще и другими свойствами». Эти другие свойства Н. Козырев называет активными.
Таким свойством он считает, например, плотность времени.
Третье допущение Н. Козырева гласит:
«Активные свойства времени могут быть исследованы экспериментально». Н. Козырев выдвинул три постулата о физических свойствах времени.
Я приведу их без комментариев.
В следующей главе я попытаюсь реляционное видение времени сравнить с субстанциальными представлениями Н. Козырева.
Итак, постулаты.
Важнейшее следствие
Эта скорость в вакууме, или, как говорили в прошлом веке, в пустоте, составляет около 300 000 км/с. (Современное наиболее точное значение скорости света -299 792 456,2 м/с.)
Потрясающе огромная скорость, но самым удивительным все же было не это.
«Оказалось, что, движется ли наблюдатель навстречу световому лучу или убегает в противоположном направлении, скорость луча относительно него не меняется!..
Странным образом скорость света всегда остается неизменной».
К тому времени, когда «странностями» физики занялся Эйнштейн, выдающиеся ученые Фитцджеральд и Лоренц уже определили свое отношение к проблеме независимости скорости света относительно скорости источника света. Фитцджеральд предложил считать опыт Майкельсона доказательством пора-; зрительного факта: не скорость света зависит от скорости его излучателя, а размеры всех тел зависят от скорости их движения относительно наблюдателя. Эту гипотезу обосновал своей электронной теорией Лоренц, а Пуанкаре на ней построил новую теорию относительности...
Так называемыми «преобразованиями» Лоренц показал, что собственное время движущегося тела и его размеры также зависят от скорости движения тела относительно наблюдателя.
А Эйнштейн, с присущей ему решительностью, обобщил эти гипотезы: «...один и тот же световой луч распространяется в пустоте со скоростью с не только в системе : отсчета К, но и в каждой другой системе..., движущейся равномерно и прямолинейно относительно К» [11].
Такое экстравагантное понимание света и позволило Эйнштейну произвести,
по существу, революцию в области физики - поставить свет в .совершенно особое положение.
Абсолютизировать свет и сформулировать свой знаменитый второй постулат, процитированный ранее.
Некоторые сторонники теории относительности, признавая, что скорость света определяет предельную скорость любых взаимодействий, утверждают также, что и время - это... только функция скорости света.
Мы ознакомились с некоторыми основными положениями теории относительности. Конечно, это знакомство было недопустимо кратким и поверхностным.
Я выделил только два постулата Эйнштейна, поскольку они являются главными в релятивистской физике, связаны с пониманием времени, и поэтому именно они сегодня подвергаются наиболее яростным нападкам со стороны критиков теории относительности.
Эксперимент
В эксперименте луч света от одного источника, попадая (под углом 45°) на плоскопараллельную пластину, образует два когерентных луча.
В дальнейшем направление одного из этих лучей совпадает с направлением движения Земли, направление другого - перпендикулярно ему. В приборе (интерферометре Майкельсона) каждый луч проходил одно и то же расстояние (около 22 м) и попадал к наблюдателю, который по интерференционной картине имел принципиальную возможность установить, как зависит скорость распространения лучей света от их направления относительно движения Земли.
Ожидаемая разница во времени прохождения сигналов должна была составить крохотную долю секунды - три, деленное на единицу с шестнадцатью нулями.
Но при этом технические возможности прибора позволяли измерить запаздывание, еще в сто раз меньшее. И что же?
Определить скорость движения Земли относительно неподвижного мирового эфира не удалось.
И первый опыт Майкельсона, и последующие, включая опыты 1887 г. (совместно с Мор-ли), четко засвидетельствовали, что движения Земли относительно эфира нет.
Отсюда напрашивался вывод, что либо эфир движется вместе с Землей, либо... его вообще нет.
И то и другое совершенно противоречило объяснению результатов опыта Физо.
И то и другое потрясло физиков и физику.
Прежде всего, был нанесен смертельный удар по теории эфира.
И дело тут не только в несоответствии опытов Физо и Майкельсона.
Постепенно стало ясно, что эфир (если он есть) представляет из себя субстанцию с противоречивыми свойствами.
С одной стороны, он должен был бы обладать некой «тонкостью», подвижностью и проницаемостью, чтобы не препятствовать движению небесных тел (и макротел, и микротел), а с другой - он должен обладать невероятной жесткостью, чтобы передавать поперечные волны света. В работах Сен-Венана, Релея и Столетова было доказано, что ни одно вещество не может обладать такими свойствами, так как они несовместимы.
Кроме того, в опытах Физо и Майкельсона-Морли было продемонстрировано, что свет не подчиняется правилу сложения скоростей.
Нам сегодня даже трудно себе представить, как велико было смущение физиков.
Но недаром говорят, что в науке отрицательный результат - это тоже результат.
Когда Майкельсон осуществил свой первый эксперимент, Эйнштейну было два года.
До создания специальной теории относительности оставалось двадцать четыре...
Ученые теперь должны были отказываться от пространства, заполненного эфиром.
Если эфира нет, то не пустота же между небесными телами?
Как через пустоту может происходить гравитационное взаимодействие?
И как все-таки понимать, что свет не подчиняется правилу сложения скоростей?
Движения всех тел подчиняются этому правилу, а свет нет.
Что такое свет?
К концу века ученые уже были готовы ответить на этот вопрос.
В работах М. Фарадея, Дж. Максвелла, Г. Герца было с высокой степенью достоверности доказано, что свет - это колебания электромагнитного поля, которое может распространяться в пространстве в виде электромагнитных волн.
Этот вывод также нанес удар по эфиру, ибо оказалось, что для своего распространения свет не нуждается в эфире.
Но оставим на время в покое многострадальный эфир.
Современная физика
Этот постулат вызывает наибольшее сомнение у критиков теории относительности.
Все началось этак лет 150 тому назад. В XIX веке все физики знали, что Вселенная заполнена эфиром.
Что такое эфир?
Одно из представлений: это среда (тончайшее вещество) с определенными свойствами, в которой существуют все тела Вселенной.
Ученых давно занимал вопрос, подчиняется ли распространение света в эфире правилу сложения скоростей.
Чтобы пояснить это правило, часто приводят пример с поездом, движущимся мимо станции, на платформе которой стоит наблюдатель.
Предположим, что наблюдатель стоит на месте в точке А, а поезд, продолжая путь, приходит в пункт Б.
Скорость, с которой он двигался относительно неподвижного наблюдателя, равна частному от деления расстояния от наблюдателя до пункта Б на время, которое понадобилось поезду, чтобы пройти этот путь.
Если же наблюдатель, как только его минует поезд, побежит за ним вслед, то теперь скорость поезда относительно наблюдателя будет меньше, так как уменьшилось расстояние межу точками А и Б (наблюдатель ведь бежал вслед за поездом).
И наоборот, если стоящий в точке А наблюдатель в момент, когда мимо него пройдет последний вагон, побежит не за поездом, а в противоположную сторону, то скорость поезда относительно наблюдателя будет увеличена.
Закон сложения скоростей распространяется и на все другие явления природы, например на звуковые волны.
В 1851 г. уникальный опыт осуществил известный французский физик Физо.
Принципиально идея опыта заключалась в следующем.
Свет выходил из одного источника (одной точки), разделялся на два луча и каждый луч направлялся в трубы, по которым под давлением двигалась вода. При этом один луч распространялся по ходу течения воды; второй - против.
Пройдя трубы, оба луча сходились в одну точку и вместе приходили к наблюдателю. Расстояния, проходимые лучами, были совершенно одинаковыми.
Предполагалось, что луч света, который распространялся по ходу течения воды, будет иметь несколько увеличенную скорость, а луч, распространяющийся против течения воды, наоборот - скорость уменьшенную. А так как световой луч - это волна, то ожидалось, что, придя к наблюдателю, эти лучи будут смещены по фазе, т.е. впадины и гребни одной волны сместятся относительно гребней и впадин другой и, таким образом, будет наблюдаться чередование светлых и темных полос (интерференция).
Физо полагал, что по смещению фаз лучей света удастся подтвердить общее правило сложения скоростей...
Увы, результаты опыта оказались ошеломляюще отрицательными.
Вывод противоречил законам классической механики.
Свет не подчиняется правилу сложения скоростей. Впоследствии и сам Физо, и другие многократно повторяли опыт (в том числе и при движении света в газовой среде), но результат оставался неизменным.
Сомнения в его достоверности отпали.
Был сделан вывод о том, что при скоростях, сопоставимых со скоростью света, законы ньютоновской физики не срабатывают.
Такой вывод не мог оставить физиков равнодушными - рушились представления о применимости законов физики ко всем явлениям, ставилась под сомнение их универсальность.
Стали искать причины, которые бы объяснили результаты опытов, но так, чтобы при этом не разрушались основы физики. И, конечно, объяснение нашлось.
«Была принята гипотеза существования неподвижного мирового эфира, согласно которой все тела Вселенной движутся в неподвижном эфире». Физики рассуждали так: «...расстояние между молекулами воды примерно в десять тысяч раз (а между молекулами газа - в сто тысяч раз) больше, чем размеры самих молекул».
А так как все во Вселенной заполнено эфиром, то эфир заполнял и расстояния между молекулами воды в опытах Физо.
Получалось, таким образом, что лучи света распространялись в неподвижном эфире, а, следовательно, и не с чем было складывать скорость света. Объяснение было найдено, и, казалось, физики могут спать спокойно.
Однако в науке покоя не может быть в принципе.
Возник вопрос: если мировой эфир неподвижен и это как бы неподвижная система отсчета, то нельзя ли определить скорость движения Земли относительно неподвижного эфира?
Современная техника
Куда же исчезли 5 миллиардных долей секунды?
Оказывается, часы, установленные в самолете, «заметили» - учли замедление времени за счет скорости самолета относительно Земли.
В экспериментах (неоднократно) было доказано, что Эйнштейн был прав, предполагая, что элементарные частицы, будучи разогнанными в ускорителе до околосветовой скорости, должны замедлить темп своего времени.
В эксперименте, проведенном в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН), на мощном ускорителе разгонялись частицы, называемые «мюонами». Частицы эти крайне нестабильны.
В состоянии «покоя», т.е. при малых скоростях, продолжительность их жизни - почти миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино.
В эксперименте, разумеется, определялось не время жизни отдельных частиц, а период полураспада определенного количества частиц (потом рассчитывалось среднее время жизни условной частицы).
Так вот, оказалось, что при околосветовых скоростях движения частиц время их полураспада, а значит, и продолжительность их жизни резко возрастает.
Темп времени для них оказывается замедленным. В ЦЕРН мюоны «удалось разогнать до скорости, столь близкой к скорости света, что их масштаб времени растянулся в 24 раза» [15].
Конечно, приведенными примерами не ограничиваются свидетельства, подтверждающие справедливость теории относительности.
И все-таки, все-таки...
Почему растет число научных работ, в которых предпринимаются попытки ее ниспровержения? Неужели все дело только в непонимании эйнштейновских глубин?
Почему все чаще звучат голоса тех, кто ощущает ситуацию в теоретической физике как кризисную?
Перегрузка
Получается, что если космический корабль летит с неизменной перегрузкой, например 2g, то за 40 лет по корабельным часам он долетит до центра Галактики и вернется обратно, а на Земле за это время пройдет около 60 тысяч лет.
Значительная часть следствий теорий относительности носит характер научного предвидения и оказалась доступной для подтверждения в наблюдениях или экспериментах.
Так, блестяще подтвердилось (по мнению сторонников релятивистской физики), что луч света в сильном гравитационном поле должен изменить траекторию - искривиться.
И действительно, 19 мая 1919 г. во время солнечного затмения знаменитый английский астрофизик Артур Эддингтон зафиксировал отклонение луча света от далекой звезды в поле тяготения Солнца *.
Начиная с 60-х годов, теория относительности получает все новые и новые экспериментальные и наблюдательные подтверждения.
Вот несколько примеров в популярном изложении известного астрофизика проф. И. Новикова.
"В 1968 г. американский физик И. Шапиро измерил замедление времени у поверхности Солнца...
Он проводил радиолокацию Меркурия, когда тот, двигаясь вокруг Солнца, находился от него с противоположной стороны по отношению к Земле.
Радиолокационный луч проходил вблизи поверхности Солнца, и из-за замедления времени ему требовалось чуть больше (времени) на прохождение туда и обратно, чем на покрытие такого же расстояния, когда Меркурий находился вдали от Солнца.
Эта задержка (около одной десятитысячной доли секунды) действительно была зафиксирована и измерена" [14].
Особенно интересно, что замедление течения времени в поле тяготения было измерено непосредственно в лабораторных условиях на Земле.
Это сделали в 1960 г. американские физики Р. Паунд и Г. Ребка (Гарвардский университет).
Они сравнивали ход времени у основания башни и на ее вершине - на высоте 22,6 метра, где ход времени должен быть чуть быстрее.
Роль часов играли при этом очень точные приборы, использующие явление излучения в некоторых условиях гамма-лучей строго определенной частоты. Разность хода часов по предсказаниям теории составляла фантастически малую величину - три десятитысячных от миллиардной доли процента.
И эта разница была зафиксирована* [14].
В 1977 г. интереснейший эксперимент провели физики из Мэрилендского университета (США).
Чрезвычайно точные атомные часы были установлены на самолете, который дважды летал по четырнадцать часов на высоте примерно десять километров.
При этом другие атомные часы оставались на Земле.
Лазерные сигналы посылались с Земли к отражателям на самолете и возвращались на Землю.
Путь летевшего самолета строго контролировался.
Установлено, что после каждого из полетов часы, находившиеся в самолете, уходили вперед на 47 миллиардных долей секунды ** [14].
Относительность времени
Эйнштейн оставил без изменения представления классической механики о непрерывном и беспредельно делимом времени.
(То есть, время - не дискретно.)
Кратко подведем итоги, что же принесла теория Эйнштейна в понимание мировых закономерностей, связанных со временем:
- время вместе с пространством составляет четырехмерный мир;
- время не абсолютно, одновременность событий имеет смысл в одной системе
отсчета или в инерциальных системах координат;
- сам ход времени зависит от движения и потому относителен.
Часы, движущиеся относительно нас (чем больше скорость, тем больше эффект), всегда представляются отстающими.
Это означает, что измеряемое ими время замедлено в своем беге;
- на время оказывают влияние силы тяготения - время течет тем медленнее, чем больше гравитация;
- скорость света зависит от гравитации и может изменяться ; только в сторону уменьшения;
- движущееся тело имеет запас кинетической энергии, и масса этого тела больше, чем масса того же тела в состоянии
покоя.
Обратим внимание на то, что, полностью отказавшись от ньютоновского понятия абсолютного времени (единого в мировом масштабе), Эйнштейн не просто показал, что время всегда относительно, он это понятие прочно увязал с воздействием на : любое материальное тело внешних факторов - таких как гравитация и скорость тела, зависящая от системы отсчета.
В первой половине XX века Эйнштейн ближе всех подошел к пониманию сущности времени.
Однако и ему, и его сторонникам оказалась присуща некоторая непоследовательность.
С позиций теории относительности, время всегда зависит от событий материального мира, от взаимодействия масс.
Крупные тела (их масса, энергия и движения) порождают гравитационные поля. Время отдельных тел зависит от того, в каком гравитационном поле они находятся, и от относительной скорости их движения.
Кроме этих внешних (или как бы внешних) причин, время материальных тел является порождением геометрии пространства.
Допускается даже, что время может существовать независимо от материи.
В результате из теории относительности мы знаем, что время объективно существует, знаем, от чего оно зависит, но не знаем, что это такое.
Исходя из своих теоретических разработок, Эйнштейн предвидел различные события, в которых должны проявляться эффекты теорий относительности.
Часть этих следствий он представил в виде мысленных экспериментов.
Например, если имеются двое часов, неподвижных относительно друг друга, и расположены они на разных расстояниях от гравитирующего тела, то быстрее будут идти те часы, которые находятся дальше от тела.
(На очень далекие от массивного тела часы тяготение практически не оказывает влияния, и там время приобретает наиболее высокий темп.)
Эйнштейн иллюстрирует это положение, привлекая в мысленный эксперимент двух братьев-близнецов.
Если два брата-близнеца живут в одном доме на разных этажах, то быстрее растет тот, который живет ближе к крыше.
Но если один из братьев остался на Земле, а второй (космонавт) улетел в космос и затем вернулся, то, по Эйнштейну, замедляется старение того брата-, который побывал в космосе.
То есть время, затраченное на полет, было различным по часам космонавта и по часам его брата-домоседа.
Темп времени в космосе был более замедленным.
В чем тут дело? Эйнштейн так объясняет этот парадокс.
Брат-космонавт при полете испытывал перегрузки (при разгоне и торможении) и, следовательно, испытывал гравитационное воздействие, а гравитация, по Эйнштейну, замедляет время.