Природа времени

      Всё человеческое мировоззрение, вся наука построены на признании существования пространства, вещества, энергии и времени. С научной точки зрения эти реалии постулируются и лежат в основе физических теорий и математических моделей. Если пространство, вещество, энергия зримы и весомы, то время («форма существования материи» - в философской трактовке), как бы этого не хотелось, носит налёт неопределённости, нематериальности, мистической «вечности» и, в конце концов, субъективности. Постулат непрерывности времени, независимости ни отчего, абсолютности играет опорную роль в практической и научной деятельности, но в настоящее время, для продолжения познания требует подтверждения.

      Первое сомнение в абсолютности времени посеял Эйнштейн в специальной теории относительности (замедление времени в движущихся системах). В теоретическом плане этот феномен вроде бы понятен, но обыденным сознанием воспринимается с трудом. И всё потому, что природа времени не объяснена. Общая теория относительности лишила время независимости в Природе и связала его с пространством. Поэтому сейчас наука оперирует понятием пространства – времени как физическим явлением. Но поскольку причинность происхождения времени по прежнему остаётся неизвестной, то это незнание не позволяет в полной мере использовать достижения теории относительности.  Ниже мы попытаемся дать своё обоснование происхождения времени как физической, а не воображаемой реальности. Чтобы не интриговать читателя, сформулируем свой тезис так.

      Время не абсолютно в том смысле, что одинаково (одно и тоже) для всех объектов окружающего мира. Каждый объект имеет своё время как время своей жизни, свою «быстроту» времённого процесса, как энергетического процесса. Время не есть причина, общий фон процесса, время есть следствие, результат обменных энергетических процессов.

      Древнейшее изобретение, песочные часы хорошо демонстрируют, что такое время.

2. Иллюзия абсолютности времени.

      Если окружающий мир материален, то эта материальность реализуется в существовании множества объектов, энергетически связанных или не связанных между собой. Если объекты существуют, то есть начало и конец их существования. Конечность срока жизни всего существующего есть самый суровый закон Природы, и это даёт ключ к пониманию времени.

      Как рассматривать вопрос о времени жизни системы и входящих в неё подсистем. Например, солнечная система и составляющие её планеты, кометы и астероиды. Каждое из составляющих солнечной системы существует за счёт заключённой в нём энергии (потенциальной и кинетической) и энергии получаемой из вне. Никаких других связей любого объекта, кроме энергетических, нет. Для каждого объекта есть свой процесс появления, развития и разрушения (деструкции). В каждом объекте время «идёт» по своему, по собственным «часам». Общее для всех планет Солнце никаких условий на ход времени на планетах не накладывает, кроме как интенсивностью энергообмена между Солнцем и планетами. Любая планета солнечной системы испытывает влияние космического пространства, однако определяющим для срока жизни планет является влияние Солнца. Солнце определяет срок жизни любого объекта на Земле.

      Таким образом, срок жизни любого материального объекта определяется энергообменом внутри системы, к которой принадлежит объект. Срок жизни системы является эквивалентом абсолютного времени для объекта, входящего в систему.

      В основе всего мироздания лежит существование микромира элементарных частиц, которые тоже имеют срок, время своей жизни. За счёт каких сил, энергий существует микромир? Это есть главный вопрос, который решает современная физика, но удовлетворительного ответа пока нет. В порядке убывания интенсивности энергетического взаимодействия в микромире физика выделяет:
      - сильное взаимодействие (внутриядерные силы),
      - электромагнитное взаимодействие,
      - слабое взаимодействие (внутриатомные силы),
      - гравитационное взаимодействие.

      Попытка физиков связать все эти взаимодействия в единую теорию поля пока не увенчались успехами. Можно ли сравнить, измерить время жизни разных объектов одной единицей измерения, одним эталоном? Видимо можно, если человек ввёл такую единицу сначала для измерения срока своей жизни, а потом и для всего, что познаёт. Но не произошло ли при этом подмены общего частным, явления фактом, далёкого близким? Человек в результате познания окружающего мира нашёл, как ему кажется, универсальный способ измерения времени через периодичность вращения Земли. Выведенная единица времени – секунда стала эталоном  для всех наблюдаемых и предполагаемых процессов, хотя и никак не связана с этими процессами. Единица измерения взяла на себя роль самой сути времени, феномена времени, никак не отражая независимость времени или его зависимость от чего-либо. Такая абсолютизация единицы измерения отражает подмену сути явления его измерением.

      Критически настроенный читатель может возразить: «А как же единица измерения расстояния (пространства) – метр, массы – грамм?» Ответ тут достаточно прост. Вещество рассредоточено в пространстве. Это есть сама материальность окружающего мира. Пространство и вещество первичны, они участвуют в любом энергетическом процессе. Живая природа чувствует реальность мира через вещество и пространство, и введённые единицы измерения всего лишь инструмент. Но время не первично. Время это тень, сопровождающая реально существующий объект, а не сцена на которой разворачиваются процессы материального мира.

3.Время жизни как функция изменения энергии.

      Всё существующее материально, всё материальное обладает энергией. Существование объекта это обмен энергией с окружающей средой. Невозможно найти объекта ни в микро, ни в макромире, который бы не поглощал, не излучал энергию. Нет ничего абсолютно изолированного. Начало жизни, существования любого объекта начинается с первичного материального начала, материальной точки, обладающей энергией ;0. В последующих рассуждениях мы будем оперировать понятием полной энергии, включающей потенциальную и кинетическую, внутреннюю и поглощенную из вне.

      Камень, как представитель неживой природы, начинается с песчинки, обладающей полной энергией E[0]. Травинка, как представитель живой природы, начинается с семечка, обладающего своей начальной энергией. Камень за множество круговоротов Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца под влиянием температуры, влажности, ветра превратится снова в песчинку с конечной энергией E[к]. Травинка, пройдя все стадии живой природы всего за один тёплый сезон, превратиться в несколько семян и сухой остаток с какой-то своей конечной энергией. За время своей жизни и камень, и травинка увеличат свою энергию от начальной E[0] до какой-то максимальной E[max] и в конце концов уменьшат до какой-то конечной E[к]. В течении существования любого объекта его энергия изменяется за счёт поглощения энергии из среды и излучения в среду. В течение срока жизни энергия объекта  будет иметь максимальное значение хотя бы один раз.

      Принимаем порцию поглощаемой полной энергии +delta(E), порцию излучаемой энергии - -delta(E). Количественно эти порции поглощения – излучения могут быть разными, но всегда будет какая-то итоговая величина delta(E). Для построения математической модели это несущественно.

      Соотношение
            delta(t)=delta(E)/E, где E – полная энергия объекта      (3-1)
возьмём из теории электромагнитного излучения (Дж. Орир, «Физика», том2 - Москва, Мир, 1981, с.372). Этой формулой оценивается время жизни возбуждённого состояния атома при испускании фотона. delta(t)  характеризует временной интервал в жизни атома при излучении – поглощении частицы – энергии delta(E). Таким образом, физикой признаётся, что отношение приращения delta(E) ко всей полной энергии E эквивалентно временному интервалу. Мы используем этот подход для оценки времени жизни объекта в целом. Физической основой такого подхода является принятие энергетического обмена как реально происходящего процесса и изменяющего состояние объекта. Никакой другой причины для изменения состояния объекта нет. В выражении (3-1) символом '=' обозначаем пропорциональность левой и правой частей. Если ввести коэффициент пропорциональности P, определяющий размерность delta(t) выражения, можно написать точное выражение
            delta(t)=P*delta(E)/E      (3-2).
Мы вполне сознательно избегаем использования размерности времени в секундах, т.к. могут быть другие единицы измерения.

      Если проинтегрировать (3-1), то получим
            t=ln(E)      (3-3)

      Можно сформулировать общую закономерность: время жизни объекта пропорционально логарифму  его полной энергии. Если проинтегрировать с учётом граничных условий в течении жизни объекта, т.е. начальной энергии E[0], возможного максимума энергии E[max], и конечной энергии E[к], то получим
            t=integral{E[0],E[max]}(delta(E)/E) - integral{E[max],E[k]}(delta(E)/E) = 2*ln(E[max]) - (ln(E[0]+ln(E[k]))       (3-4)

      Последнее выражение отражает тот факт, что время полного цикла жизни объекта складывается из времени накопления энергии и времени её траты. Выражение (3-4) можно использовать для практических вычислений при выборе коэффициента размерности P. В реальных материальных системах соотношение между E[max], E[0], E[k] может быть в пользу E[max] >> E[0], E[к]. Поэтому (3-4) может быть упрощено
            t=2*ln(E[max])       (3-5)

      Математическую модель можно расширить для системы  n элементов, одинаковые или разные полные энергии, и тем самым определить время жизни системы как единого целого.

      Если численно n <= E[i], то имеем случай рассмотренный в (3-5). Если n >> E[i] , то имеем случай особо показательный для микромира, в котором главным фактором является количество элементарных частиц n. Физика микромира начала с изучения энергии элементарных частиц «поштучно» и пришла к проблеме вероятностной оценки этой энергии и координаты нахождения частицы. Эта вероятность отражает тот факт, что в микромире важна не только энергия частиц, но и количество частиц, фактически бесконечное. Количество (по энергии и массе) элементарных частиц, динамизм их взаимодействий стали главной проблемой для дальнейшего изучения. Поэтому, если n >> E[i], то ln(n) >> ln(E[i]), и время жизни объекта в каком либо фазовом состоянии (газообразное, жидкое, твёрдое) определяется количеством частиц, его составляющих, а не их единичной энергией, т.е.
            t=ln(n)       (3-6)

      Простота выражения, на наш взгляд, очень содержательна.
      а) Время жизни системы с большим количеством элементов, при n >> E[i],  определяется количеством элементов.
      б) Если множество элементов системы постоянно воспроизводится, то система может жить «вечно».

      Этим условиям полностью отвечает микромир как основа всего остального мира.  В живой природе на планете Земля также можно найти подтверждения этим простым выводам.

      Выражение (3-6) можно преобразовать введением других параметров. Возьмём конечное число частиц n и заключим их в определённый объём V. Введём также массу частиц m, возможно усреднённую. Тогда
            t=ln(n*(V/V)(m/m)) = ln((n*m/V)*(V/m)) = ln(R*(V/m))       (3-7)
R=n*m/V - плотность материи в единице объёма. Если объём V выделяется для какого-то локального объекта, например, камня, то R - плотность вещества в этом камне. Но это может быть и газовое облако, и планета. Из этого соотношения следуют следующие выводы:
      а) Чем больше плотность материи в объекте, тем больше время его жизни.
      б) Чем меньше масса частицы, тем больше срок жизни объекта, состоящего из этих частиц.

      Последний вывод позволяет глубже проникнуть в тайны микромира. Важно отметить, что в правой части выражения (3-7) не входит параметр энергии в явном виде, но входит параметр пространства. Это значит, что время и пространство дополняют друг друга.

      Параметром пространства является плотность массы R, которая предполагается одинаковой для выделенного объёма V. Но что происходит, если равномерность распределения частиц в объёме нарушается? Продифференцируем (3-11), левую часть по t, правую по R, учитывая, что R под знаком логарифма
            dt=dR/(R*(V/m))       (3-8)

      Изменение плотности dR в любом месте объёма означает появления неравновесного состояния или зародыша флуктуации. Причиной флуктуации в микромире может быть поглощение из вне частицы (кванта энергии), что вызовёт испускание своей порции энергии, или увеличение проводимости, или цепную реакцию деления ядра и т.д. В макромире, например, появление источника теплоты может вызвать локальный прогрев и всю связанную с этим цепочку локальных фазовых изменений.

      Структурирование начинается в микромире и продолжается в макромир: элементарные частицы -> атомы -> молекулы -> химические соединения -> фазовые состояния и т.д. Как бы мы не выделяли время существования отдельных объектов, наблюдения показывают, что микромир и макромир в целом существуют безмерно давно и будут существовать также безмерно долго. Значит, есть какие-то явления, которые обеспечивают круговорот материи в Природе. Если объекты микромира имеют конечный срок жизни, то существует какая-то переструктуризация, обеспечивающая этот круговорот. Формулу (3-7) можно рассматривать в целом для микро и макромира, то
            t=ln(R*(V/m)) -> inf       (3-9)

      Не отрываясь от реальности, нельзя считать плотность материи в едином объёме  бесконечно большой величиной. Также нет оснований считать объём безразмерным. Может ли в этих условиях время быть бесконечно большой величиной? Если обратиться к формулам (3-4), (3-5), то можно дать утвердительный ответ. В формулы входит величина E[max] - максимально возможное значение полной энергии, которое может достигаться многократно как в микро, так и в макромире, при этом время жизни не прерывается, а продолжается.

      В целом, то, что человек воспринимает как течение времени, есть непрерывно протекающий в пространстве процесс изменения концентрации энергии и вещества. Длительность этого процесса зависит от источника энергии и интенсивности энергообмена. Обнаружение источников энергии в разных пространствах и объектах является предметом изучения физики.

4. Время жизни в живой природе.

      Живая природа есть очень небольшая часть неживой природы, и всё, что было сказано выше о времени жизни, в полной мере относится к любому представителю живой природы. В неживой природе всё на уровне физических или химических процессов. В живой природе на уровне высших животных и, в частности, человека возникает субъективная способность «упорядочивать» Природу. Процесс познания окружающего мира невозможен без классификации наблюдений, измерений, использования инструментов и единиц измерения. Человек добился в этом невероятного совершенства. Но любое рукотворное совершенство искусственно, способно далеко увести от реальности.

      Несмотря на субъективизм в понимании причинности времени, несмотря на искусственность единицы измерения времени, человек успешно познаёт мир, и будет делать это дальше. Человек потрясающе изобретателен. Имея дело с разными энергетическими процессами, а значит и разными интенсивностями времени, имея всего один временной «аршин» - секунду, исследователь вводит в точные математические модели константы, которые масштабируют интенсивность разных энергетических процессов, а значит и время этих процессов. Для примера можно привести несколько мировых констант, в размерность которых входит земная секунда:
      скорость света c =299792,5 км/с,
      гравитационная постоянная G= 6,672 ;10(-11) Н м2 /кг2 (секунда входит через размерность ньютона Н),
      постоянная Больцмана k= 1,381;10(-25) Дж/К  (секунда входит через размерность джоуля Дж),
      постоянная Планка h = 6,626 ;10(-34) Дж ;с.

      Живая природа имеет ту особенность, что в течение всего времени своей активности потребляет энергию и может жить только потребляя. При отсутствии энергетической подпитки живой организм немедленно погибает. Человек потребляет энергию не только для физиологических потребностей, но и для активной социальной жизни. Интеллектуальная составляющая в действиях человека является результатом только энергетических процессов в организме. Человек, несмотря на свою «царскую» роль на Земле, является объектом переработки энергии. Этим определяется темп и время жизни человека. Периоды накопления энергии, максимальной её величины (работоспособности), период интенсивного расхода и, наконец, её минимум – всё это записано в геноме живого организма. Сумма  периодов накопления и расхода энергии составляет срок жизни индивида.

      Смена поколений в живой природе это отражение цикличности, круговорота, переструктуризации, свойственной всей Природе.

      Для человека свойственно субъективное восприятие и «прослеживание» времени: сейчас, потом, срочно, быстро, медленно и пр. Человек является неотъемлимой частью природной среды, и круговорот явлений в Природе определяет этапы жизни человека: рождение, юность, зрелость, старение. В сознании человека постоянно происходит персональная оценка течения времени. Например, ожидание транспорта для одних проходит быстро, незаметно, для других мучительно долго. Всё зависит от целей поездки, возраста, состояния здоровья и др. Каждый тратит свою долю энергии на ожидание. Кажется, часы показывают у всех одинаково, но ощущение ожидания у каждого своё.

      Приведённые выше выражения delta(t)=delta(E)/E и t=ln(E) применимы к живому организму. Полная энергия E у каждого своя, расход энергии delta(E) меняется в широких пределах. Например, время для игроков в футбол, для болельщиков, для судей «идёт» по разному, т.к. расход энергии у этих трёх категорий присутствующих на стадионе разный. У игроков расход энергии большой, поэтому «скорость изменения времени» delta(t) больше. В интервале времени delta(t) для футболистов умещается больше событий, время идёт незаметнее, быстрее. Судьи же фиксируют только нарушения правил игры, но не переживают за исход игры, относятся к процессу игры беспристрастно. Для них время идёт равномерно, со скоростью секундомера.

      На разных этапах жизни человека (в начале, середине, в конце) ход времени оценивается субъективно. В начале жизни при малой полной энергии детского организма и при больших разовых затратах энергии время пролетает быстро. В пожилом возрасте полная энергия имеет тенденцию к уменьшению. И разовые затраты энергии уменьшаются, становятся более размеренными. Поэтому скорость протекания времени уменьшается и стабилизируется. Этап в жизни человека, который называется мудростью, не терпит спешки.

5. Наука и относительность времени.

      Что может дать науке предложенная трактовка причинности времени? Во-первых, целесообразно использовать возможность введения новой единицы измерения времени, рассчитанной на энергетической базе. Например, может быть взята полная энергия атома гелия (He), как химически пассивного, неэлектропроводного элемента, являющимся единственным сверхтекучим элементом при температуре близкой к абсолютному нулю. Количество гелия в космическом пространстве составляет около 25% от общей массы вещества. Введение единицы измерения на базе основного энергетического состояния (единственного для атома гелия состоянии) частицы микромира позволит корректно отражать временные параметры в микромире. И название такой единицы, например, гелион (Hn) звучит интернационально и благозвучно.

      При нашей трактовке времени, как функции изменения энергии, общее (абсолютное) время исчезает, остаётся пространство, наполненное энергией и веществом. Это динамичное, изменяющееся пространство и есть «генератор» времени. В этом пространстве есть подпространства со своей плотностью энергии и вещества, которые имеют своё время жизни и «быстроту» времени. Наука вычленила из динамичного пространства его геометрическую, статическую составляющую (так значительно проще изучать окружающий мир), и время было рождено как самостоятельное  явление природы. Человек совершил громадный научный подвиг, упростив задачу познания мира, Но дальнейшее познание без учёта причинности времени уже невозможно.

      В заключении хочется остановиться на таком «временном» явлении как вращение, периодическое движение. Движение вокруг центра (по кругу, эллипсу, сфере) это в первую очередь вычленение пространства, образование энергетически сбалансированной системы. Время жизни этого пространства как системы определяется её полной энергией. Вычисление времени жизни возможно по выше приведённым формулам. В то же время, видимо, можно рассчитать количество полных кругов вращений, поворотов за время жизни. Таким образом, можно рассчитать время одного оборота в масштабе своего времени жизни.

      Окружающий нас мир, начиная с микромира, везде и всегда вращается. Нет более устойчивого состояния, чем вращение. Вращение - универсальный способ сохранить своё энергетическое состояние с минимальным рассеянием в пространстве.


      P.S. Эта тема ранее была изложена в межгосударственной газете для деловых и творческих людей (совместно с белорусскими специалистами) «ГРАВИТОН» № 1 (январь) и №2 (февраль) 2002 года. Предлагаемое сейчас изложение несколько доработано.