08. 3 Базовое соотношение в физическом мире

              08.3. Базовое пространственно-временное соотношение в физическом мире

В последнее время всё чаще можно слышать утверждения о том, что современная космология находится в глубочайшем кризисе. Подобные утверждения можно найти не только в специальной литературе, но и, например, на канале TheSimplySpace на YouTube. Причиной этого кризиса стали результаты работы телескопа Джеймса Уэбба, показавшие, что спустя 200 – 250 млн. лет после предполагаемого Большого взрыва уже существовало большое количество галактик, которых по теории быть не должно.  Подобные объекты, согласно теории, должны были начать формироваться миллиард лет спустя, а тут готовые галактики и в огромном количестве. Непорядок!
Однако, реальные причины кризиса кроются совершенно в другом. Мы убедились, что современные космологи рассматривают «наблюдаемую Вселенную» не как окно в физический мир, а как пелену, скрывающую «настоящую Вселенную», объекты которой находятся в одном времени. С чем связана удивительная неспособность теоретиков подняться до понимания простой истины, заключающейся в том, что «наблюдаемая Вселенная» – это и есть реальный физический мир, и другого нет и не будет?


Подобное заблуждение связано с унаследованной космологией ошибки теоретической физики, которая почти не сказывается на результатах моделирования физических явлений в микро- и макро-масштабах, но которая становится фатальной в масштабах наблюдаемой Вселенной. Эта ошибка генетически вшита во все её теории вследствие использования в них систем отсчета с ОБЩИМ временем.

Как известно, любая физическая теория явно или неявно начинается с выбора системы отсчёта. Процитируем (уже в который раз) фрагмент из второго тома теоретической физики Л.Д. Ландау и Е.М. Лившица «Теория поля», в котором даётся определение системы отсчёта:

 «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».

А какое единое время, какую одновременность «для описания процессов» имеют в виду классики советской теоретической физики?  Не формально-математическое, а физическое?

Физический мир воспринимается целостно благодаря тому, что все объекты, находящееся на разных расстояниях от наблюдателя: дома, машины, облака, солнце, звёзды и прочее, он видит одновременно.

Почему это происходит? Очевидно, потому, что фотоны, испущенные этими объектами, независимо от расстояния до них, одновременно воздействуют на сетчатку его глаза, как, собственно, и на любой другой приёмник излучения. Поскольку свет, и другие фундаментальные взаимодействия распространяются с конечной скоростью порядка 300 000 км/сек, то ОДНОВРЕМЕННОСТИ принимаемых здесь и сейчас возмущений от удалённых объектов соответствует НЕОДНОВРЕМЕННОСТЬ излучения ими этих самых возмущений.


На Земле приёмо-передачу возмущений между разнесенными объектами разделяют нано-, микросекунды. Поэтому с учётом ограниченной способности человеческого мозга сепарировать события, произошедшие в интервале времени порядка сотой доли секунды, применение понятия «одновременность» на Земле вполне допустимо.


 Но вот в отношении небесных объектов, корректность применения этого понятия нарушается. Так от Луны свет идёт более 1 секунды, от Солнца около 8 минут. Ночное звёздное небо позволяет «одновременно» наблюдать события, которые произошли десятки, сотни, тысячи лет назад. Так невооруженным глазом человек может увидеть звезду V762 Кассиопеи, удалённую от него на расстояние 16 300 световых лет. Эта звезда отправила в путь свои фотоны ещё до Неолитической аграрной революции, то есть тогда, когда человек ещё не покинул свою экологическую нишу в живой природе.

 Ещё дальше удалена от наблюдателя видимая невооруженным глазом галактика Туманность Андромеды – около 2,5 миллионов лет! Только представьте себе, что она отправила в путь фотоны, принимаемые здесь и сейчас, тогда, когда предки человека мало чем отличались от современных шимпанзе и горилл.

 Ну а современные телескопы позволяют «одновременно» наблюдать объекты, удалённые от нас на десятки, сотни миллионов и миллиарды световых лет. Мы можем наблюдать столь удаленные объекты, что свет от них был испущен тогда, когда не существовало не только звезды по имени Солнце, но возможно и галактики Млечный Путь.


Спрашивается, а о какой тогда одновременности событий в космологии может идти речь, если источник и приёмник излучения, причину и следствие разделяют тысячи, миллионы, миллиарды лет?

Ещё раз подчеркнём, что логика фундаментальных взаимодействий, что на Земле, что в глубоком космосе работает совершенно одинаково. Но вот гигантские масштабы космоса позволяют очевидным образом обнаружить и понять то, что совершенно не очевидно на Земле. Окружающий нас мир – это не мир объектов, как привыкли думать теоретики, а мир событий, причинно-следственно организованных в непрерывные процессы существования Физического мира!


Откорректируем, в связи со сказанным, один из примеров, рассмотренных выше, где автор сознательно сжульничал, утверждая, что невооруженным глазом человек может увидеть звезду V762 Кассиопеи. Однако это не так! Человек, как, впрочем, и любое физическое тело, никогда и нигде не сможет увидеть другой объект. Они могут обнаружить только признаки его присутствия в виде потока фотонов или гравитационных возмущений. И всё! Поэтому правильно говорить надо так:
 
«Человек в качестве финального события процесса энергообмена со звездой V762 Кассиопеи может невооруженным глазом воспринимать её фотоны, которые как начальное событие были излучены звездой 16 300 лет назад». 

В подобных процессах необходимо выделять, как минимум, два события – это излучение (1) и приём (2) фотонов, которые невозможно втиснуть в рамки одновременности! А о процессе движении фотонов у нас будет отдельный разговор.

Таким образом, если вводить понятие «одновременность» событий для разнесенных точек пространства, то физически оно может быть применено ко всем объектам наблюдаемой Вселенной с точки зрения приёмника излучений. Но никоим образом оно неприменимо в отношении событий, связанных с излучением фотонов. А значит введение в системах отсчёта общего времени для всех взаимодействующих (приёмо-передающих) объектов является грубейшей ошибкой, приводящей к искажению логики взаимодействий в физическом мире. А в масштабах Метагалактики такие системы отсчета ведут к формированию ложного представления о Вселенной!

Поясним это формально-математически.

Для формализации описания физического мира, как и положено, необходимо выбрать систему отсчёта (СО). И здесь нам придётся не согласиться с её определением, данным уважаемыми классиками. В чем проблема?

А проблема в том, что СО нужна «для описания процессов». Подчеркнем ещё раз: для ОПИСАНИЯ ПРОЦЕССОВ. А любой процесс состоит из последовательности СОБЫТИЙ. Событие – это физическое явление, которое происходит в определённый момент времени, в определённой точке пространства. То есть любое событие задаётся точкой в «пространственно-временных» координатах. А вот точка в пространственных координатах определяет только вневременное положение объекта, а поэтому годится для изображения застывших планов и схем. Например, планов зданий, улиц, городов, схем взаимного расположения планет в Солнечной системе и т.п.


Итак, ещё раз подчеркнём, что система координат предназначена для указания положения ОБЪЕКТОВ в пространстве, а система отсчёта для указания положений точек СОБЫТИЙ, связанных с этими объектами.  Поэтому под системой отсчета надо понимать четырехмерную систему пространственно-временных координат, точки которой служат для указания событий. Эта четырёхмерное пространство-время не имеет ничего общего с пространством Минковского, что будет показано ниже.


Очевидно, что в истинно физической системе отсчёта равенство всех точек пространства нарушается. Особенное положение в ней будет принадлежать наблюдателю – приёмнику излучений, того самого, в отношении которого допустимо введение понятия «одновременность». Он и будет являться точкой начала системы отсчёта. В масштабах Метагалактики на все времена такой точкой будет галактика Млечный Путь. Этот выбор не должен вызывать внутреннего протеста, поскольку единственным местом для землян, в котором возможна верификация (проверка наблюдением) столь глобальной теории, по-крайней мере, на ближайший миллиард лет, является Млечный Путь.


Таким образом от геоцентрической теории мира Птолемея, через гелиоцентрическую теорию Коперника, через отрицание ньютоновского равенства всех точек во Вселенной мы приходим к новой «центрической» теории – Галактикоцентрической теории физического мира. Для наблюдателей, расположенных в других точках Вселенной, будет точно такая же система отсчёта, но с другим центром. То есть всякий раз центром физического мира будет точка, в которой находится наблюдатель! Очевидно, что общим названием таких систем отсчёта будет название «эгоцентрическая система отсчёта».


Итак, тип системы отсчёта мы выбрали. Теперь рассмотрим базовое пространственно-временное отношение в такой системе, накладывающее ограничения на выбор возможных событий в физическом мире.

Пусть некоторый объект П, находящийся в центре эгоцентрической системы отсчета, принимает излучение от объекта И, находящегося от него на расстоянии Rип. Тогда принимаемые здесь и сейчас излучения объектом П, в силу конечности скорости света с, были испущены объектом И некоторое время Тип назад:

                Тип = Rип /с.

Если текущий возраст физического мира равен Тф, то его возраст в момент излучения возмущений объектом И был равен

                Ти = Тф – Rип /с.

  Поскольку для наблюдателя-приёмника излучений все остальные объекты физического мира являются источниками излучений, то имеет смысл время Ти и расстояние Rип представить в виде непрерывных переменных t и r (см. рисунок в начале главы). Тогда предыдущее выражение в общем случае примет вид

                t = Тф - r /с.               (1)

Теперь из выражения (1) возьмем производную времени t по радиусу (расстоянию) r

                dt/dr = - 1/с                (2)

Полученное выражение представляет собой базовое пространственно-временное соотношение физического мира, устанавливающее, что скорость «старения» наблюдаемой части Вселенной по мере удалении от наблюдателя обратно пропорциональна скорости света.

Возвращаясь к системам отсчета с общим временем, напомним, что для всех точек её системы координат справедливо выражение

                t (r) = Тф = const                (3)
               
И, следовательно, производная времени t по радиусу r будет равна

                dt/dr = 0                (4)

Выражение (4) представляет собой пространственно-временное соотношение для «одновременной» Вселенной.

Из сравнения выражений (2) и (4) замечаем, что последнее получается из первого тогда, когда скорость света равна бесконечности. То есть теоретики, принимая систему отсчета с общим временем, по умолчанию вместе с ней принимают такое мироустройство, в котором скорость света равна бесконечности. Это обстоятельство связано с тем, что они, расположив объекты в одном времени, вынудили события «излучения» и «приёма» фотонов совершаться одновременно. Причём речь идет не об излучении и приёме фотонов вообще, что безусловно может происходить одновременно, а об излучении и приёме вполне конкретных фотонов, как двух граничных событиях одного процесса!

Для наглядности рассмотрим рисунок в начале главы.
Физики рассматривают события во Вселенной в переменных «пространство – время», где все объекты расположены на плоскости t = Тф и синхронно перемещаются вместе с ростом возраста Вселенной. В этом случае событие, связанное с излучением фотонов, происходит в точке И`, а событие, связанное с приёмом излучения происходит в точке П, расположенной на той же самой плоскости. Причём, поскольку это система отсчёта, а не система координат, то такой процесс, не имеющий временного люфта, возможен только при скорости света равной бесконечности.

 
В действительности, в реальном физическом мире все взаимодействия происходят по поверхности светового конуса четырёхмерного пространства-времени прошлого, удовлетворяющей выражению (2). В этом случае событие, связанное с излучением фотонов, происходит в прошлом, в точке И, а событие, связанное с приёмом излучения, - в настоящем времени, в точке П. Таким образом все разрешённые взаимодействия в физическом мире лежат на поверхности указанного конуса, и никак иначе!


У специалистов, знакомых с работами Эйнштейна, могут возникнуть сомнения в справедливости данного утверждения.
 В качестве аргумента могут привести пример движения объектов со скоростями меньшими скорости света, событийные точки которых не будут ложиться на указанный световой конус. Данные оппоненты были бы абсолютно правы, если рассматривались события не вселенского, а локального масштаба.

Напомним, что мы рассматриваем УСТРОЙСТВО ФИЗИЧЕСКОГО МИРА в целом, где начальной точкой системы отсчёта является галактика Млечный Путь. Поэтому в выбранном масштабе все возможные перемещения объектов на расстояния порядка 100 000 световых лет будут представляться неподвижными точками. Другими словами, применительно к устройству физического мира мы рассматриваем актуальную информацию, связанную с приёмом излучений от далёких неподвижных объектов.

 
Тот, кто привык манипулировать движением галактик в расширяющейся Вселенной, этого не поймёт. Поэтому им напомним, что рассматриваются не математические абстракции, а физическая теория, которая подлежит обязательной проверке наблюдением. Хотя, конечно, по истинному смещению их спектральных линий определять скорости и направления их относительного лучевого движения не возбраняется.

Так чем будет отличаться мировосприятие в двух разных системах отсчёта: с общим временем и эгоцентрической? Об этом поговорим в следующем разделе.

                Продолжение следует