1.2 Походження понять часу і простору, їх основні властивості

Поняття, що вміщуються в одному-єдиному слові "час", такі різні, такі далекі за змістом один від одного, що іноді не дуже і віриться в їх генетичну спорідненість. Залежно від обстановки і настрою, почувши слово "час", можна представити і вічність - щось незрозуміле, але величезне і нерухоме, як застиглий туман, в якому плавають - ворушаться усі тіла і усі події, але можна і просто подивитися на свій ручний годинник...

І такий розкид представлень і асоціацій - це, звичайно ж, не випадковість; така історична доля у цього слова....

Нам треба хоч би в першому наближенні погоджувати основні поняття. Напевно, передусім, при найглобальнішому підході, час - це "основна, разом з простором, форма існування матерії". Тобто час безумовно пов'язаний з матерією, а матерія обов'язково проявляється в часі.

Наступне поняття часу, в якійсь мірі витікає з попереднього, звучить так: час виражає "координацію подій (явищ), що змінюють один одного, їх послідовність і відносну тривалість". Іншими словами, час визначає, в який момент, в якій послідовності і з якою інтенсивністю відбувається зміна подій. Так трактують слово "час" сучасні словники. Ось в цьому сенсі термін "час" і вживається надалі в тих випадках, коли про час говориться взагалі, коли немає уточнювальних і звужуючих визначень і коли інше не виходить з контексту.

На певному етапі розвитку знань з'явилося дуже важливе поняття "Власний час" тіла, що свідчить про те, що за певних умов одне і те ж тіло може мати різний час. Згідно теорії відносності власним часом називається тривалість подій, що відбуваються у визначеному місці, яка вимірюється по годиннику, що знаходиться в цьому ж місці. Іншими словами, "час, відлічуваний по годиннику, що рухається в місці з цим об'єктом, називається власним часом цього об'єкту".

Момент часу - це тимчасова координата, що відповідає певній події.

Подія - це щось, що відбувається в певній точці простору і в певний момент часу.

Тимчасова тривалість між двома встановленими моментами часу (двома певними подіями) визначає інтервал часу.

Є подія, наприклад - схід сонця. Нехай ця подія трапляється три роки підряд в один і той же день першого січня. Якщо між першим і другим сходом тривалість буде більше, ніж між другим і третім, то це означає, що часовий інтервал між сходом Сонця з роками зменшується, а темп (чи хід) часу, що визначає настання цих подій, відповідно зростає. (Природно, при цьому ми маємо бути упевнені, що сама Земля обертається строго рівномірно і що усі інші чинники, що впливають на схід Сонця, - незмінні.)

Таким чином, під темпом часу ми розуміємо швидкість здійснення послідовних подій.

Темп часу - величина завжди відносна.

Темп власного часу різних тіл може бути зіставлений і з локальним часом іншого тіла, і з усередненим часом системи, в яку входить тіло, і з деяким прийнятим еталонним часом. Але завжди - це зіставлення тривалості однієї секунди з тривалістю іншої.

Іншими словами, темп часу - це інтенсивність часу в співвідношенні з "іншим" часом, інтенсивність, що характеризується частотою подій в системі.

Власний час будь-якої матеріальної системи визначається через показання годинників, які фіксують інтервали часу між певними послідовними подіями, але залежить власний час завжди від темпу часу в системі.

Коли говориться про те, що в якійсь матеріальній системі час сповільнюється або прискорюється, то мається на увазі, що сповільнюється або прискорюється темп часу в цій системі. При цьому власний час при уповільненні темпу часу як би розтягується, оскільки збільшуються інтервали часу між подіями (сповільнюється хід годинника), а при прискоренні темпу часу, навпаки, - власний час як би стискається (прискорюється хід годинника).

Відмітимо, що темп часу і інтервал власного часу будь-якого тіла (будь-якої системи) пов'язані між собою обернено пропорційно. Таким чином, чим більше прискорений темп часу матеріальної системи, тим більше стислий (стягнутий) власний час в системі і навпаки, чим більше уповільнений темп часу, тим більше розтягнутий власний час. (Якщо там, де ми живемо, значно підвищиться темп часу, то ми швидше ростимемо і раніше старітимемо і це можна буде помітити з сусідньої локальності. Але якщо темп часу підвищиться у всьому світі, то ми цього не помітимо, оскільки тривалість усіх процесів також буде скорочена.)

Відмітимо, що когерентність - це властивість деякого процесу (явища), що полягає в постійності або закономірному зв'язку між елементами (характеристиками) процесу.

Простір і час сьогодні розглядаються в єдності, їх координатами визначається будь-яка подія. Простір-час визначають ще і як чотиривимірний простір, точки якого відповідають подіям.

Як можна уявити собі викривлення простору-часу?

Простір (простір-час) називається викривленим, якщо в ньому неможливо ввести координатну систему, яка може вважатися прямолінійною. Прикладом викривленого простору є сфера. У викривленому просторі виділяють так звані геодезичні лінії. Відстань між двома точками уздовж цих ліній є найкоротшою в порівнянні з будь-якою іншою відстанню між цими ж точками.

З позицій фізичного сенсу викривлення простору можна представити так.

Будь-який об'єм простору містить в собі щось матеріальне : елементарні частинки, речовина або матеріальні поля. Стан цього об'єму, або по-науковому - просторово тимчасовій локальності, залежить як від взаємодії матерії усередині об'єму, такі від взаємодії цієї локальності із зовнішнім світом (з середовищем). Якщо в цей об'єм помістити яке-небудь тіло, то воно, в силу певного стану нашого об'єму, саме матиме певний стан, займе певне положення, рухатиметься по певній траєкторії і матиме певний власний час. Якщо тепер відносно недалеко від вибраного нами об'єму виявиться масивне гравітуюче тіло, то стан нашого об'єму зміниться, оскільки в нім зміниться напруженість гравітаційного поля. Тіло в нашій локальності, у свою чергу, змінить (у загальному випадку) і положення, і швидкість, і темп власного часу. Тобто наш подумки виділений об'єм так зміниться, що умовне тіло, поміщене в нього, змінить і свій стан, і свою поведінку. Якщо скористатися аналогією, то можна уявити собі, що наше тіло спочатку рухалося по рівній поверхні, а потім раптом почало підійматися на пагорб. Змінилася метрика, змінилися показники простору-часу. У подібних випадках з позицій теорії відносності і стверджують, що змінився радіус кривизни простору-часу, сталося викривлення простору. Як бачите, відповідно до теорії відносності кривизна простору-часу визначає стан будь-якої локальності Всесвітом, а радіус кривизни характеризує, яка це кривизна - велика або мала. Взаємозалежність кривизни простору-часу (кривизни взагалі) і радіусу кривизни можна представити аналогічно: чим більше гумовий м'яч, тим більше його радіус, але менше кривизна його поверхні.

Теорія відносності стверджує, що за наявності гравітаційного поля простір-час вже не плоский, а викривлений. Чим вагоміша дія гравітації на простір-час, тим більше кривизна простору-часу (менше радіус кривизни).

У свою чергу, геометричні параметри простору визнаються внутрішніми властивостями простору, який, таким чином, здатний породжувати гравітаційне поле. Чим більше викривлений простір, тим більше гравітаційне поле він породжує.

Наукове визначення: простір називається викривленим, якщо результат паралельного перенесення вектора з однієї точки в іншу залежить від вибору шляху, по якому робиться перенесення; мірою кривизни є кут повороту вектора при перенесенні його по замкнутому контуру, віднесений до одиниці площі.