.RU

Общее  место - Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г


Общее  место


 

^ О чём речь?


 
«Большинство физиков убеждено в том, что в их области знания давно царит тишь да гладь да божья благодать… Подобное благодушное настроение царило среди физиков и в конце прошлого века, но, как известно, всего через несколько лет их благополучный мир до основания разрушили квантовая теория и теория относительности… Может ли произойти нечто подобное ровно сто лет спустя, в начале XXI столетия?» (Жвирблис,8). Судите сами. Вот описание восприятия мира одного из самых крупных поэтов ХХ века Иосифа Бродского: «Пространство и время – вот основные категории, с помощью которых Бродский описывает универсум; взаимопроникновение их он обнаруживает с помощью языка, сталкивая семантически разнородные слова и в сходном звучании их показывая родство несоотносимых с точки зрения обыденной логики явлений:
 
«Дорога в тысячу ли начинается с одного
шага», гласит пословица. Жалко, что от него
не зависит дорога обратно, превосходящая многократно
тысячу ли. Особенно отсчитываемая от «о».
^ Одна ли тысяча ли, две ли тысячи ли –
Тысяча означает, что ты сейчас вдали
От родимого крова, и зараза бессмысленности со слова
Перекидывается на цифры; особенно на нули.
 
Диффузия пространства и времени выразительно продемонстрирована здесь, благодаря фонетическому созвучию слов «тысяча», соотнесённого с единицей измерения пространства, - ли, и «ты сейчас», знаменующего время. И то, и другое равно обессмысливается, проникается «заразой бессмысленности», так как становится невозможным различить меру пространства ли и способ выражения неопределенности ли. И даже горестный возглас прощания, вопль скорби «о» графически ничем не отличается от цифры, обозначающей некое отсутствие. Слова, чувства, цифры, время, пространство – все суть абсурд, бессмыслица». (Безносов, 484 – 485).
Так, с ощущением «заразы бессмысленности», воспринимает мироздание Поэт. И так же – «… время, пространство – все суть абсурд» - трактует это восприятие его исследователь, хотя и филолог до мозга костей, но человек, физическая картина мира для которого, как мне доподлинно известно, была написана и Резерфордом, и Эйнштейном и Бором. Что же сказать о мироощущении «среднего современника», того, чье восприятие действительности формируется «картой будней»? Не знаю… Мне редко доводилось беседовать на такие «абсурдно-бессмысленные темы» вообще с кем-либо. Может быть именно поэтому я и хочу рассказать о том, что может быть извлечено из бессмысленности и абсурда пространства и времени в случае, если читатель готов отрешиться от обыденности.
А теперь дело за вами – продолжить ли чтение, поверив, что автор искренен в своих обещаниях, или заняться чем-то более надёжным в смысле пользы затраченных усилий.
   

^ Что такое стрела времени?


 
Стрела времени – строгий научный термин, введённый знаменитым английским астрономом и физиком Артуром Стэнли Эддингтоном в 30-х годах нашего века для характеристики такого общеизвестного свойства времени, как его однозначная направленность из Прошлого в Будущее. Стрела – это образ однонаправленного движения. Громадный опыт цивилизации свидетельствует о том, что это так. Но почему это так? Всегда ли это так? И для какого времени это так?
 

^ Стрелы времени Дэвида Лейзера


 
Совсем недавно гарвардский астроном Дэвид Лейзер выдвинул идею о том, что
«... мы обладаем способностью воспринимать три различные «стрелы времени»: стрелу, связанную с непрерывным расширением Вселенной после Большого взрыва; стрелу, связанную с энтропией, и стрелу, связанную с биологической и исторической эволюцией». (Тоффлер, 31).
Первая стрела (ее следует назвать космологической) связана с тем фактом, что наша Вселенная расширяется в каждой своей точке, то есть в Прошлом она была меньше и горячее, а в Будущем будет больше и холоднее. И это ее свойство является всеобщим – оно справедливо для любой пространственной точки.
Согласен с этим и Поэт (Бродский, 362):
 
Время есть холод. Всякое тело, рано
^ Или поздно, становится пищею телескопа:
Остывает с годами, удаляется от светила…
 
Чем холоднее во Вселенной, тем больше времени она прожила. И «пища телескопа» – космические тела – действительно в подавляющей своей массе удаляются от нас и нашего светила. Здесь, как, впрочем, и всегда, когда имеешь дело с настоящей поэзией, поэтическая истина вбирает в себя и физическую. Но поэзия по самой своей природе многозначна. А в понимании космологической стрелы времени хотелось бы большей ясности.
Почему космологическое расширение Вселенной связано с какой-то стрелой времени? Да потому, что наблюдая Вселенную сегодня, мы видим далекие галактики на определенном расстоянии от нас. Завтрашние наблюдения (завтрашние, естественно, не буквально) дадут результаты, из которых мы увидим – галактики стали дальше. А если обратиться к прошлым наблюдениям, то можно узнать, что когда-то все объекты во Вселенной были ближе друг к другу. Таким образом, наблюдения за расширением Вселенной однозначно свидетельствуют о том, что мы идем из Прошлого в Будущее.
Энтропийная стрела определяется Вторым началом термодинамики – энтропия и однозначно связанный с ней хаос в любой изолированной системе в целом не может уменьшаться (может не меняться, если система достигла состояния равновесия, а может и возрастать, когда до равновесия далеко). Рост хаоса и определяет направление времени. (Вчерашний хаос во Вселенной всегда меньше сегодняшнего. А завтрашний, как справедливо предрекла нам Алла Пугачева – «то ли еще будет!»). Под хаосом в термодинамике понимается такое устройство сложной замкнутой системы, при котором она «может находиться с равной вероятностью в любом допустимом стационарном квантовом состоянии». (Киттель,31).
Конечно, сказанное об энтропийной и космологической стрелах времени пока только обозначает рассматриваемые проблемы.
Историческая стрела времени возникает из-за того, что мы уверены: Прошлое не может быть изменено ни в какой части и никаким образом, а Будущее - в той или иной степени! - в наших руках. Иными словами, всегда оказывалось, что всякий поступок – необратим. Хотя, как всем хорошо известно, попытки не то чтобы изменить, но хотя бы «подкорректировать в правильном направлении» Прошлое в «исторической науке» предпринимались неоднократно, и, даже, как казалось некоторым идеологам, попытки эти удавались. Но неизбежно оказывалось, что «удачи» эти только кажущиеся. А попытки коррекции пусть не Прошлого в Истории, а только личного прошлого, по тем или иным причинам (чаще всего этического характера) предпринимал практически каждый читатель. И здесь отрицательный результат кажется общеизвестным…
Подробное рассмотрение исторической стрелы времени столь интересно, что требует отдельного разговора. А сейчас продолжим знакомство с двумя другими стрелами.
 

^ Стрелы времени и СТО Эйнштейна


 
Специальная теория относительности (СТО) Эйнштейна описывает влияние скорости относительного движения систем в нашей Вселенной на протекающие в ней физические процессы.
Сейчас мы не будем углубляться в тонкости СТО, а для тех, кто «при чтении научно-популярных книг по теории относительности» боится «превратно понять написанное, да еще и заразиться при этом дурной привычкой глубокомысленно щеголять словами, точное значение которых и самому не ясно» (Соколовский, 4), рекомендую самостоятельно поработать с книгой автора цитаты. Кроме того, рекомендую и популярную работу самого Эйнштейна, предназначенную как раз для ознакомления с предметом. (Эйнштейн-1917). Это действительно, по моему мнению, полезно.
Но об одном из принципиальных нововведений СТО поговорим подробнее.
Имеется в виду понятие пространства-времени. Исторически они всегда были отдельно – пространство и время. У Эйнштейна и Минковского получилось нечто новое – пространство-время. Оказалось, что все события (механические, электрические, политические и даже семейные) протекают с участием в качестве «фундаментальной среды» определенного симбиоза пространства и времени. Новое понятие пространства-времени потребовало и соответствующего математического аппарата. Он в основном был сконструирован в 1908 году немецким математиком и физиком Германом Минковским (родившимся, кстати, в белорусском селе Алексоты Минской губернии). (Храмов, 198). (Или, как уточняют современники, «в Алексотах, предместье Ковны» (Гильберт и др.,8).)
Кстати, в биографии Минковского есть и еще один привлекающий внимание эпизод. Дело в том, что он, будучи преподавателем цюрихского политехникума, имел среди своих учеников и… А.Эйнштейна. При этом «Герман Минковский, учитель Альберта в политехникуме, отзывался о своем ученике не очень лестно (студент пропускал занятия, часто был невнимателен и неподготовлен)…» (Мицук, 22)
Геометрический аппарат Минковского применяется для описания физических процессов в условно безгравитационных средах, то есть тогда, когда влияние гравитации на геометрические характеристики пространства может не учитываться. Реально аппарат Минковского достаточно сложен (не математически, а идейно), поэтому для наших целей упростим его. Предупреждаю – от такого упрощения заметно страдают многие его функциональные возможности. В связи с этим напомню один анекдот. Однажды одного одессита спросили, нравится ли ему пение Карузо? На это одессит ответил: «Не знаю, чем это все так восхищаются? Сам я, правда, Карузо не слышал, но Циперович напел мне несколько мелодий из репертуара Карузо по телефону…». И рассмотрение, изложенное ниже, вероятно, излагает идеи Минковского, в духе напетой Циперовичем по телефону мелодии Карузо. Но для первого знакомства будет достаточно и «телефонной версии».
Итак, рассмотрим для простоты одномерное пространство X с текущим в нём временем t. Геометрически это сочетание параметров можно изобразить в виде декартовой системы координат, где по оси абсцисс отложена пространственная координата X, а по оси ординат – временнáя координата t.
На рисунке 1 изображена такая координатная система. Каждая точка в ней – мгновенное событие (условно говоря, вспышка света или крик кукушки). Каждая линия – совокупность событий, связанных с каким-то объектом. Эта линия (на рисунке AB) называется мировой линией объекта. Тангенс угла наклона касательной к мировой линии является мгновенной скоростью. Точка О начала координат выбирается произвольно. (Например, Рождество Христово в Вифлееме). На рисунке изображена мировая линия объекта так, как ее могли бы представить во времена Галилея и Ньютона.
 
 
^ Рис. 1. Пространство и время Ньютона.
 
Указание на времена Ньютона означает, что такая картинка могла быть нарисована ещё в XVII веке. При этом совсем не рассматривается так называемая метрика изображенного пространства, которая выражает количественную связь между величинами, отложенными по осям координат. Не рассматривается потому, что в эти времена никто и не связывал пространство и время. Ещё одна особенность рисунка 1 - молчаливо считается, что мировая линия объекта может изгибаться «как ей заблагорассудится», за исключением возможности загнуться вниз, т.е. в сторону уменьшения времени. А что же это запрещает? Оказывается, только житейский и исторический опыт.
Это соглашение свидетельствует - здесь видна стрела времени. Но какая? Очевидно – историческая. Она вошла в тело науки под давлением опыта цивилизации, но по сути своей является «занозой», поскольку идейно противоречит всему ее базису.
Вторая стрела вонзилась в физику в 1865 году, когда профессор Цюрихского университета Рудольф Клаузиус ввел понятие энтропии и показал, что в изолированных системах самопроизвольно могут протекать только процессы, сопровождающиеся ее ростом. (Храмов, 134). (Изолированная – значит не обменивающаяся с окружающим миром ничем – как Робинзон после кораблекрушения). Вселенная в целом – заведомо изолированная система – вне ее «ничего нет», так что обмениваться чем бы то ни было ей просто не с чем. Любой процесс в ней протекает во времени – оно растет. Растет при этом (по Клаузиусу) и энтропия. Это означает, что историческая стрела времени совпала по направлению с энтропийной. Но ясности с причинами возникновения самих стрел времени не прибавилось – физический смысл энтропии был, мягко говоря, не вполне ясен, а обратимости по времени законов классической механики никто не отменял. Правда, связь энтропии с хаосом была установлена австрийским физиком-теоретиком Людвигом Больцманом уже в 1872 году, однако долгое время не принималась всерьез. (Это сейчас формулировка связи стала классической - «Энтропия есть логарифм числа допустимых состояний системы» (Киттель, 47)).
Поскольку энтропийная стрела попала в физику гораздо позднее времен Ньютона, она никак не отражена на рис 1. Да это и неудивительно по той простой причине, что и самой картинки, изображенной на рисунке 1, ещё никто не рисовал – время и пространство существовали сами по себе.
Наступил ХХ век. В 1905 году Эйнштейн опубликовал статью «К электродинамике движущихся тел», в которой сформулировал положения, ставшие основой специальной теории относительности. (Эйнштейн-1905). А вслед за этим появились и работы Германа Минковского. Знаменитые слова Минковского, часто цитируемые в связи с его открытием, были сказаны им за несколько месяцев до смерти, 21 сентября 1908 года в докладе на 80-м съезде естествоиспытателей и врачей в Кельне: «Отныне пространство и время, рассматриваемые отдельно и независимо, обращаются в тени и только их соединение сохраняет самостоятельность» (Минковский-1911К, 1). Обращаю ваше внимание на слово «соединение». Оно многозначно в языке, и может иметь значение, не предполагавшееся автором, более того, оно могло никогда им не произноситься, попав в печатный текст по воле переводчика. Но слово, как известно, не воробей... И сегодня именно «химический» его аспект вызывает у меня некоторые ассоциации, о которых я сообщу ниже.
Как уже говорилось в предуведомлении, практически всякая научная теория аксиоматична. Что же является основной аксиомой в теории пространства-времени? Минковский формулирует ее так (он подчеркивает – «основная аксиома» и переводчик выделяет ее курсивом): « Существующая в какой-либо мировой точке субстанция может быть всегда рассматриваема, как покоющаяся при подходящем выборе пространства и времени» (Минковский-1911К, 7). Мне представляется, что данная аксиома относится к тому же классу аксиом, что и аксиома о параллельных Евклида. То есть можно построить непротиворечивую теорию пространства-времени исходя как из нее, так и из ей противоположной. Но эту возможность рассмотрим позже.
Классическая картинка, описывающая рассмотренное выше двумерное пространство-время Минковского, выглядит так, как изображено на рисунке 2. (Степень похожести рисунка на подлинный аппарат Минковского здесь несколько выше, чем в случае рисунка 1, хотя фактически такого рисунка сам Минковский и не делал).
 
 
^ Рисунок 2. Двумерное пространство-время Минковского.
 
По-прежнему на оси абсцисс отложена пространственная координата X, а на оси ординат – временнáя координата. Теперь она стала такой - Сt. (произведение скорости света на время). Несколько меняется по сравнению с рисунком 1 при такой замене физический смысл касательной к мировой линии. Теперь тангенс угла наклона равен не скорости тела V, а отношению скоростей тела и света (V/C). Но точка О – начало координат – как и на рисунке 1 выбирается произвольно и обычно соответствует положению наблюдателя.
На этот раз, в отличие от рисунка 1, здесь мы уже не можем умолчать о метрике изображённого пространства. Связь между координатами в пространстве-времени Минковского (метрика пространства) задается соотношениями, приведенными, например в (Минковский-1911К, 7) или (Эйнштейн-1923, 125), которые для данного «двумерного» случая выглядят так:  
2010-07-19 18:44 Читать похожую статью
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • © Помощь студентам
    Образовательные документы для студентов.