2.2 Симетрія простору і часу

Термін “симетрія» (грецьке sumetria - однорідність, співрозмірність, пропорціональність, гармонійність в об’єкті) увійшов у наукову термінологію із спостережень симетричних або асиметричних тіл, предметів, різноманітних об’єктів живої і неживої природи.

Відомий математик Г. Вейль запропонував таке просте і точне визначення симетрії, згідно з яким симетричним є тіло, котре можна довільним чином змінювати, дістаючи в результаті те ж саме, що було на початку.

Поняття про симетрію характеризує перехід об’єктів у самих себе або один об’єкт у інший в результаті здійснення над ними певних перетворень, які називають перетвореннями симетрії. В більш широкому розумінні симетрія - це властивість незмінності окремих властивостей, характеристик, процесів та відношень об’єктів при певних перетвореннях.

Симетрія простору полягає у повній еквівалентності, нерозрізненості всіх просторових точок між собою. Простір однорідний, у ньому немає особливих, виділених точок, тому при переході від одних точок простору до інших довільна система перетворюється сама в себе., залишається незмінною, тобто є незалежною від вибору просторових точок.

Отже, переміщення у просторі є одним із перетворень симетрії, а сам простір симетричний, оскільки існує повна еквівалентність між собою всіх його точок. Він ізотропний, тобто всі напрями у просторі рівноправні. Таким чином, простір симетричний у розумінні поворотів довільних систем і їх незалежності до цих поворотів, він не накладає ніяких змін на системи або процеси залежно від їх орієнтації.

Суть симетрії часу полягає в його однорідності, у відсутності виділених точок на осі часу. В результаті природні явища, процеси і самі матеріальні об’єкти зовсім не залежать від того, в який момент вони протікають або спостерігаються. Час не накладає ніяких змін на хід природних процесів, вони відбуваються за своїми внутрішніми законами, і, якщо вихідні умови однакові то явища і процеси протікають однаково в довільні моменти часу. Звідси – всі точки на осі часу еквівалентні, симетричні.

2.3 Уявлення про час і простір у кінці XX століття

Дивно, але і у кінці XX століття чотири концепції часу, що з'явилися ще в Древній Греції, продовжують відстоювати своє право на існування. І це попри те, що, починаючи з 60-х років ейнштейнівське (реляційне і релятивістське) розуміння часу отримує усі нові і нові безперечні (чи, на думку опонентів, здавалося б, безперечні) підтвердження. І річ тут не лише в тому, що теорія відносності як порівняно нове світобачення зустрічає опір, бо новому завжди чинять опір, і справа не в складності теорії відносності. Головна причина, очевидно, в тому, що досі ніхто, включаючи Ейнштейна, не зміг переконливо відповісти на "дитяче" питання - "Що таке час?

Микола Олександрович Козирєв (1908-1983 рр.), знаменитий російський астрофізик, професор Пулковської обсерваторії, відомий не лише тим, що є першовідкривачем тектонічної (вулканічної) діяльності на Місяці або тим, що запропонував (в якості гіпотези) нове - неядерне джерело розігрівання космічних тел. Він запропонував своє бачення часу, пов'язавши в єдину теорію і час, і причину місячного вулканізму, і природу внутрішньозоряного теплоутворення.

Ось що пише про це А.Н. Дадаєв, автор біографічного нарису про М. Козирєва : "Згідно його теорії, небесні тіла. є машинами, які виробляють енергію, а "сировиною для переробки" служить час". Своє бачення часу М. Козирєв обґрунтував в створеній їм "причинній механіці". Нова механіка заснована "не на рівності дії і протидії, тобто не на симетрії взаємодіючих сил, а на асиметрії і безповоротності причин і наслідків, зв'язок між якими встановлюється послідовністю в часі, його спрямованістю, причому фізичний час виступає, таким чином, в якості "рушійної сили", або носія енергії". Міркування такі: ми неминуче поширюємо дії другого початку термодинаміки на увесь Всесвіт, але його наслідком була б повна деградація - теплова і радіоактивна смерть, ніяких ознак якої ми, проте, не спостерігаємо. Отже, "в природі існують постійно діючі причини, що перешкоджають зростанню ентропії". Як постійно перешкоджаючий, постійно діючий і усеосяжний чинник знову виступає фізичний час, який "в силу своєї спрямованості може здійснювати роботу і робити енергію".

У статті Л. Шихобалова чітко і досить повно відбиті і основи причинної механіки М. Козирєва, і суть уявлень Козирєва про час.

Автор вказує на три припущення, на яких будується причинна механіка. Перше полягає в тому, що Козирєв приймає субстанціональну концепцію часу. Він "припускає, що час є самостійним явищем природи і він може якимсь чином впливати на об'єкти нашого світу і процеси", що протікають в нім. Друге допущення стверджує, що "час, разом із звичайною властивістю тривалості, вимірюваної годинами, має ще і інші властивості". Ці інші властивості Н. Козирєв називає активними. Такою властивістю він вважає, наприклад, щільність часу. Третє допущення М. Козирєва свідчить: "Активні властивості часу можуть бути досліджені експериментально".

М. Козирєв висунув три постулати про фізичні властивості часу.

Перший. "Час має особливу властивість, що створює відмінність причин і наслідків, яка може бути названа спрямованістю, або ходом. Цією властивістю визначається відмінність того, що пройшов від майбутнього".

Другий. "Причини і наслідки завжди розділяються простором. Тому між ними існує скільки завгодно мала, але нерівна нулю, просторова відмінність…".

Третій. "Причини і наслідки розрізняються часом. Тому між їх проявом існує скільки завгодно мала, але не рівна нулю, тимчасова відмінність певного знаку".

Усі досліди М. Козирєва поставлені виходячи з єдиної передумови про те, що час впливає на речовину. Проте залежно від об'єктів дослідження і процесів, залучених в експеримент, досліди можуть бути умовно розділені на дві групи: лабораторні і астрономічні.

М. Козирєв пише: "Наші численні лабораторні досліди показали, що у часу, окрім пасивної властивості тривалості, існують ще і активні властивості: спрямованість ходу і щільність. Час не лише відкриває можливості для розвитку процесів, але як деяка фізична реальність може впливати на них і на стан речовини".

Приблизно у ті ж роки, що і Козирєв, свою оригінальну теорію часу розробив і Альберт Йосипович Вейник - член-кореспондент Білоруської Академії наук. Свої уявлення про час А. Вейник розвинув у рамках "теорії термодинаміки реальних процесів", яку він називав також "загальною теорією" (ЗТ).

Ось що він пише: "В новій теорії важливу роль грають невідомі раніше хрональне і метричне явища. Хрональне, як і будь-яке істинно просте явище, складається з особливої хрональної речовини і його поведінки і підкоряється усім законам загальної теорії. Найважливіші властивості хронального явища з'ясовуються, якщо спробувати застосувати до нього рівняння першого початку загальної теорії - закону збереження енергії. Відомо, що термодинамічний чинник інтенсивності, або інтенсіал - тиск, температура, електричний потенціал і т. п. що входить в рівняння першого початку, характеризує активність зв'язаної з ним поведінки системи. Наприклад, температура визначає термічну активність тіла, електричний потенціал - його електричну активність і т. д., причому зі збільшенням інтенсіалів що відповідають активності зростають. Отже, хрональный інтенсіал, або хронал, повинен визначати хрональну активність тіла, тобто темп усіх процесів, і з ростом хронала ця активність (темп) повинна зростати. З іншого боку, час, що має відношення до темпу (хрональному явищу), визначає тривалість всіляких подій, процесів, явищ. Отже, хронал… і тривалість пов'язані між собою зворотною залежністю. Тут важливо відразу обмовитися, що наш звичний час. теж визначає тривалість. Проте величина цього часу – реально не існуюча, умовний соціальний час, придуманий людиною. Природа не знає цього часу. Він "тече" практично рівномірно… і завжди в одному напрямі. …Реальний фізичний час… є характеристика будь-якого даного тіла, неживого або живого. Вона однозначно визначається хрональним "зарядом" цього тіла. З ростом хронала тіла швидкість ходу реального часу сповільнюється, а темп процесів зростає".

У кінці XX століття інтерес до робіт М. Козирєва і особливо А. Вейника помітно знизився, принаймні, у широкої громадськості. Якщо ідеї М. Козирєва продовжують підживлювати окремі розробки, що переважно стосуються "миттєвої дальнодії", то ідеї А. Вейника тихо осідають на дно наукових архівів.

Дуже показово, що і М. Козирєв, і А. Вейник і багато інших сучасних авторів, пропонуючи своє бачення часу, дипломатично відхилилися від критичного зіставлення своїх представлень з релятивістськими представленнями теорії відносності. Іноді в цьому і справді немає необхідності, але найчастіше дотримується негласний принцип: не зачепиш ти - не ударять тебе. Така обережна позиція сповідується багатьма, але далеко не усіма. Дуже активні прибічники ефіру.

Показово, що реанімація інтересу до ефіру відбувається саме в наші дні. Серед учених - критиків релятивістської фізики - "ефірники" - це авангард непримиренних "підпільників". Ортодоксальна наука їх, природно, не помічає, а якщо і помічає, то десь далеко внизу. І таке відношення, звичайно ж, має під собою деяку основу. Так би мовити, "на зміну ефіру прийшло електромагнітне поле". Але " ефірники" буквально по кісточках розібрали теорію відносності, і виявилося, що багато, здавалося б, "абсолютних" істин мають альтернативи. Вони підкопуються під основи і стверджують, що деякі явища можуть пояснити переконливіше, ніж теорія відносності.

Я приведу витяги з декількох робіт, оскільки визнання існування ефіру в них прямо або побічно пов'язано з проблемами часу.

Труднощі в тих, хто вірить в ефір, можна звести до двох великих проблем. По-перше, треба пояснити негативні результати дослідів Фізо, Майкельсона (Морлі) і деякі інші, а по-друге, абсолютно необхідно довести, що ефір - це таке середовище, в якому органічно поєднуються властиві їй суперечливі властивості : з одного боку - рухливість і проникність, а з іншої - пружність і жорсткість.

Американський учений Б. Уоллес пише: "В 1964 р. я зрозумів, що на основі динамічного ефіру можна створити єдину фізичну теорію. Ефір має бути подібний до рідини, що стискається, і є першоосновою матерії у Всесвіті. Фотон і нейтрино повинні складатися з цієї матерії, що рухається по прямій, а частка або корпускула - з цієї ж матерії, що рухається по замкнутій круговій орбіті". Б. Уоллес вважає, що швидкість світла у вакуумі не є константою.

Український професор В. Олейник твердо упевнений, що час впливає на усе матеріальне і саме залежить від усього матеріального. Приблизно також вважають і російський академік М.М. Лаврентьєв, і безліч інших академіків і професорів і на Україні, і в Росії, і у всьому світі. Але дуже знаменно, що, стоячи на плечах Ейнштейна, вони, проте, продовжують вважати, що час - це деяка природна субстанція, існуюча сама по собі. Так, що взаємодіє з матерією, але існуюча як би самостійно. Хтось таку субстанцію називає матеріальною, інші - нематеріальною, але головне, що це щось, що об'єктивно співіснує поряд з матерією (речовиною). На жаль, немає в природі такого часу. Це, можливо, і реляційне, але якесь половинчасте уявлення про час, щось подібне до "напівсубстанціональної" концепції розуміння суті часу.

Це принципова світоглядна помилка, тисячолітні корені якої глибоко зміцнилися у світовій науці. Стверджувати сьогодні, що час залежить від дій на нього матерії, добре, але недостатньо і майже тривіально. Добре тільки в тому сенсі, що це дозволяє зрозуміти, як змінюється час під впливом тієї або іншої взаємодії. Але недостатньо з позицій фізичного сенсу явища, оскільки виявляється наглухо завуальованою сама суть часу. Бо часу взагалі немає поза матеріальними взаємодіями. Доводити сьогодні, що час залежить від фізичних процесів, - це все одно, що, стоячи біля напіввідкритих дверей, що ведуть до загадок часу, довго і тяжко обмірковувати, як би її підірвати, та при цьому ще переконувати себе і інших, що двері як і раніше закриті.

Розвиваючи теорію "сильно витягнутих струноподібних часток", В. Я. Бриль пропонує нам, по суті, єдину теорію Матерії. А зокрема, доводить незалежність швидкості світла від швидкості його джерела. Що стосується часу, то автор вважає, що "час, як і простір, - поняття основні для природних наук, а як відомо, основні поняття не визначаються. (і тому) можуть бути прийняті лише з міркувань зручності". Автор пропонує використати поняття "Ідеального часу як деякого ідеального еталону, без порівняння з яким неможливо судити, чи постійний період того матеріального процесу, який покладений в основу виміру відносного, нерівномірного, залежного від матеріального оточення реального місцевого часу".

На користь нігілістичної концепції можна привести деякі аргументи, які, проте, з позицій гіпотези локально-когерентного часу не витримують ніякої критики.

Нову інтерпретацію теорії відносності розробив білоруський учений А.Л. Клемец. Автор, зокрема, виходить з того, що "світло є фізичне явище, якому слід приписати абсолютно самостійне існування". Говорячи про перетворення Лоренца, А. Клемец стверджує, що в них "йдеться не про абстрактний час взагалі, а про час як характеристику руху світлового сигналу по відношенню до тієї або іншої системи відліку. Між тим, загальновизнано, що теорія відносності описує простір і час "взагалі", тобто усі тимчасові процеси, що відбуваються в тій або іншій системі відліку : фізичні, біологічні, соціальні і т. п. Як же вирішити це протиріччя між одиничним і загальним? Висновок полягає в тому, що фізичний час "взагалі" у своїй основі визначається рухом світлових сигналів (чи йому подібних), і тільки. Тобто рух світлового сигналу і фізичний час "взагалі" - це поняття тотожні. Фізичний же час є основою, фундаментом для біологічного, соціального і інших часів.

В главі "Стріла часу" своєї книги Стівен Хокінг пише: "Збільшення безладу, або ентропії, з часом - це одне з визначень так званої стріли часу, тобто можливості відрізнити минуле від майбутнього, визначити напрям часу. Можна говорити, принаймні, про три різні стріли часу. По-перше, стріла термодинамічна, що вказує напрям часу, в якому зростає безлад, або ентропія. По-друге, стріла психологічна. Цей напрям, в якому ми відчуваємо хід часу, напрям, при якому ми пам'ятаємо минуле, але не майбутнє. І по-третє, стріла космологічна. Цей напрям часу, в якому Всесвіт розширюється, а не стискається". Хокінг ставить цікаве питання: "Але що сталося б, коли Всесвіт перестав би розширюватися і став стискатися? Обернулася б при цьому термодинамічна стріла часу? Почав би зменшуватися з часом безлад"?

С. Хокінг твердо спирається на фундамент класичної теорії відносності і, розвиваючи її, прагне зберегти її чистоту. "Простір і час тепер динамічні величини: коли рухається тіло або діє сила, це змінює кривизну простору і часу, а структура простору-часу, у свою чергу, впливає на те, як рухаються тіла і діють сили. Простір і час не лише впливають на усе, що відбувається у Всесвіті, але і самі змінюються під впливом усього, що в ній відбувається".

С. Хокінг не аналізує впливу окремих фізичних процесів на ті або інші характеристики часу. Сфера його інтересів - більше узагальнене розуміння Всесвіту. Саме тому важко сказати, як він розуміє зміну власного часу тіл при зміні їх енергетичного стану.

Видатні фізики вирішують або (враховуючи складність проблем), правильніше все-таки сказати, намагаються вирішити глобальні проблеми. Їм навіть дозволено висловлювати "божевільні" ідеї. Божевільні в тому простому розумінні цього слова, що вони суперечать здоровому глузду. (Втім, відносно "здорового глузду" той же Хокінг чудово висловився, що це не більше, ніж забобон, до якого ми звикли.)

Ось, наприклад, так звана проблема "машини часу". Подорожі, що хвилюють ідеї, в часі зустрічаються не лише в науково-фантастичній літературі - грішать цим і учені. Періодично науковий світ розбурхують гіпотези, які нібито допускають можливість подорожі в майбутнє або в минуле і при цьому (нібито) не суперечать сталим науковим представленням.

Ідея однієї з таких гіпотез уперше явилася світу в 1934 р. в розповіді Д.Р. Данєлза "Гілці часу". Як пише Мартін Гарднер, "ідея його така ж проста, наскільки і фантастична. Люди можуть здійснювати подорожі в часі. але у той момент, коли вони вступають в минуле, світ розщеплюється на два паралельні світи, в кожному з яких час тече по-своєму. Новонародженим цей Всесвіт буде для мандрівника в часі. А з точки зору спостерігача, що споглядає, наприклад, з п'ятого виміру, світова лінія мандрівника просто не переходить з одного листа просторово-часового континууму на інший, а усі всесвіти галузяться в метавсесвіті, як дерево".

Ще одна екстравагантна гіпотеза народилася в темних глибинах теоретичної фізики і до цього дня продовжує радувати серця любителів подорожей в часі. Це так звані "петлі часу". Здається, придумав їх К. Гедель в 1949 р. Всесвіт Геделя не розширюється, та зате обертається. "У такому Всесвіті відстані між усіма частками речовини незмінні". Саме тому з будь-якої точки такого Всесвіту можна відправитися в дорогу і, обійшовши світ, повернутися у вихідну точку". Інакше кажучи, мандрівник огинає цей світ не лише в просторі, але і в часі" і шлях його схожий на спіраль, накручену на циліндр. А оскільки окремі гілки спіралі можуть знаходитися недалеко один від одного, то у рамках гіпотези ставав як би можливим і перехід з однієї спіралі в іншу, тобто перехід з одного часу в інший.

Кожна з цих гіпотез по-своєму цікава, у кожної свої плюсики і величезні мінуси. І за великим рахунком, тобто з позицій ортодоксальних наукових представлень, гіпотези ці не витримують ніякої критики.

Тепер можна зробити наступні основні висновки:

1. Релятивістські (ейнштейнівські) уявлення про час сьогодні - на початку XXI століття - є офіційно визнаними і, значною мірою, пануючими.

(Час об'єктивно існує. Час залежить від взаємодії матеріальних систем (від гравітації і швидкості). Час жорстко пов'язаний з геометрією простору. Фізичний сенс самого поняття часу розкритий не повністю.)

2. Разом з ортодоксальними (релятивістськими) уявленнями про час розвиваються і альтернативні. Час розглядається і як відносно незалежна природна субстанція, і як породження окремих конкретних фізичних явищ (процесів), і як "щось", в якому минуле, сьогодення і майбутнє існують одночасно. Продовжує існувати думка, що ніякого часу немає, що це тільки придумана абстракція.

3. Єдиної теорії часу немає. Питання про те, що таке час, сьогодні такий же актуальний, як і 2500 років тому.

Причина нерозуміння часу як глобального природного явища полягає в тому, що і Ейнштейном, і його послідовниками, і опонентами не знайдена і, як наслідок цього, не обґрунтована глибинна суть фізичних процесів, що лежать в основі походження часу.