Время в теории относительности.

Новый экспериментальный материал в начале XX века заставил серьезно пересмотреть фундамент физики. Постановка вороса: что такое время позволила глубже проникнуть в суть физических законов. Действительно, откуда следует, что время должно быть одинаковым во всех системах отсчета? Если мы будем рассматривать время как некоторую метафизическую сущность, связанную с реальностью посредством Службы Времени, то ответ на этот вопрос может лежать только в области метафизики. Ну, а если эту проблему сформулировать по-научному? Вопрос сводится к установлению процедуры сличения (синхронизации) часов. Как проводилась синхронизация часов в классической физике? Брали много-много хронометров, ставили по Службе Времени, грузили на парусник и везли в другое место, там снова сверяли со звездами (именно так это происходило в 1841 году, когда перевозили около 40 хронометров из Гринвича в Пулково, правда с целью измерения разности долгот). Но синхронизацию первых, (Гринвичских) часов со вторыми, мы провели не мгновенно, а спустя некоторое время (реально несколько месяцев), за которое ход обоих часов мог произвольно измениться. Kак провести синхронизацию часов мгновенно? Заставив двигаться парусник с бесконечной скоростью. Иначе принципиально невозможно доказать, что ход Гринвичских часов полностью совпадает с ходом часов Пулковских. Впервые это осознал Эйнштейн. Он предложил процедуру синхронизации, названную его именем, основанную на обмене световыми сигналами. Следующий шаг -- объявить временем величину, которая получается при синхронизации по Эйнштейну. Благодаря этому новому подходу утверждение об одинаковости хода часов в разных системах отсчета сформулировано так, что справедливость этого можно проверить на опыте. Впрочем, сразу из конечности скорости распространению любого сигнала следует, что ход движущихся часов будет отличаться от хода часов покоящихся. Учет гравитационного потенциала тел приводит (уже в рамках ОТО) к тому, что ход часов будет разным в разных точках пространства, даже если часы неподвижны. Таким образом время теряет свою вездесущность, теперь уже нет глобального аргумента t, или, точнее, это утверждение опровергается опытом; время может быть только локальным, а связь между локальным временем различных часов определяется уравнениями теории относительности.

Хотелось бы подчеркнуть, что такой решительный поворот стал возможен потому, что мы отказались от толкования времени как отвлеченной сущности. Время -- это то, что мы можем измерять. Если мы сможем измерять время и проводить синхронизацию часов лишь с помощью сигналов, распространяющихся с конечной скоростью, то из этого с неизбежностью следует относительность времени. Другими словами удалось показать, что абсолютное время ненаблюдаемо в принципе, и поэтому должно быть безжалостно изгнано из физики (но не из философии).

Равномерность времени.

Еще Ньютон, как мы видели, указывал, что время, которое он положил в основу своей механики, должно быть равномерным. Но что означает равномерность - это Ньютон не обсуждает. К чему может привести тот факт, что наши часы идут неравномерно? Как ни странно, но об этом воросе не задумывались до тех пор, пока, как говорится, не грянул гром. Вообще движение Луны по орбите мешало спокойно спать (днем, конечно) многим поколениям астрономов, начиная еще со времен древнего Вавилона. Но к концу XIX века, несмотря ни на какие ухищрения, оставалось некое загадочное неравенство. Получаось, что Луна по каким-то причинам ускорялась. Нарушался ни много ни мало как закон сохранения энергии. Потом выяснилось, что аналогичные вариации, пропорциональные суточному движению, имеют и все планеты. Выходило, что между планетами и Луной существовала какая-то загадочная связь. Не сразу удалось понять, что дело не в планетах, а ... в Земле, используемой как эталон времени.

В 1918 году Нетер доказала одну фундаментальную теорему, из котрой следовала связь законов сохранения с однородностью времени. Закон сохранения энергии, оказалось, можно трактовать как следствие выбора равномерного (однородного) времени. Другими словами достаточно потребовать независимости физических законов от того, когда происходило событие, то есть, от абсолютной датировки, как в результате мы получим закон сохранения энергии и наоборот. Любой другой характер времени приведет к тому, что энергия перестанет сохраняться, а будет сохраняться другая величина, зависящая от неоднородности нашего времени. Что и произошло при исследовании движения Луны. Таким образом равномерность времени теряет характер некоторой неотъемлемой черты времени самого по себе, а приобретает характер очень удобного соглашения, значительно упрощающего уравнения. Принимая неоднородное время, мы при проведении высокоточных измерений обнаружим между невзаимодействующими процессами связь, как это произошло с Луной и другими планетами, связь, физического содержания не имеющую, и проистекающую единственно из неоднородности принятого времени. Таким образом выбор однородного времени позволяет также избавиться от нежелательной корреляции невзаимодействующих процессов.