5. Способы измерения времени.

Простые наблюдения показывают, что день сменяется ночью, образуя повторяющийся цикл – сутки. Времена года, сменяя друг друга, составляют большой цикл – год. Из-за этой простоты и очевидности первый известный людям счет времени, возникший в глубокой древности и употребляющийся до сих пор, - циклический (сравнить русские однокоренные слова: вертеть, веретено).

Развивающиеся потребности людей привели к созданию более крупных циклов – 12-летних (японский календарь), а затем и 60-летних (каждому животному из 12-летнего цикла приписывался один из 5 цветов). Это позволяло описать события, произошедшие в течение одной человеческой жизни.

Для описания исторических событий, хранящихся в памяти народов, и 60-летнего цикла было далеко не достаточно. Тогда и возникло линейное исчисление времени. При таком подходе требуется установить «начало отсчета», т.е. момент, условно принимаемый за ноль. Обычно это какое-либо яркое полумифическое событие в прошлом: основание Рима (у римлян), год первой Олимпиады в античной Греции, Рождество Христово у христиан.

Л.Н.Гумилев отмечает особый взгляд на время, существовавший на Востоке: время рассматривалось как колебательный или волновой процесс. При этом «определенные временные отрезки выделяются в зависимости от насыщенности событиями. При этом создаются большие дискретные «участки» времени. Китайцы называли все это одним легким словом «превратность». Каждая «превратность» происходит в тот или иной момент исторического времени и, начавшись, неизбежно кончается, сменившись другой «превратностью». Такое ощущение дискретности (прерывности) времени помогает фиксировать и понимать ход исторических событий, их взаимосвязь и последовательность».

Похожий подход к проблеме времени существует и в геологии, когда длительные промежутки времени с особыми геологическими условиями мы именуем эрами и периодами. Границы между ними, конечно, весьма условны и размыты, но различия проявляются достаточно четко.

Однако во всех этих случаях надо осознавать, что упомянутые системы – это лишь плод человеческого разума, а физическая реальность времени пока остается за пределами нашего понимания.

6. Основные свойства времени.

• Длительность – продолжительность существования любого материального объекта или процесса;

• Однородность – любые явления, происходящие в разные моменты времени, но в совершенно одинаковых условиях, будут протекать одинаково;

• Одномерность – положение тела во времени определяется единственной координатой;

• Непрерывность – между любыми двумя моментами времени всегда можно выделить третий.

• Необратимость – направленность из прошлого в будущее, невозможность вернуться в прошлое, не изменив ничего в окружающих систему телах. Этот факт известен всем нам из обыденной жизни, но физические аспекты необратимости времени требуется раскрыть.

О последних двух свойствах времени ниже будет говориться подробнее.

7. Проблемы в представлениях о времени.

1) Первая проблема состоит в том, как определить понятие одновременности. Решение проблемы синхронизации часов предлагается в специальной теории относительности, где событие – это точка в 4-мерном пространстве-времени, и время зависит от скорости движения системы координат. Понятие одновременности теряет смысл – события, одновременные в одной системе координат, не одновременны в другой (см. лекцию 7). Результатом будет нарушение принципа причинности – того классического лапласовского детерминизма, на который привыкла опираться классическая наука.

2) Очень сложно говорить о непрерывности времени, изучая законы микромира. Существует физический предел времени t_min = l_min/c~10^-15/10⁸~10^-23сек – время, за которое свет проходит расстояние, равное диаметру ядра. При таких малых масштабах длины и времени невозможно точно определить ни координату, ни скорость, ни энергию частицы, поэтому слова о каком-то моменте времени просто теряют смысл. Тем не менее пока науке неизвестны и факты, подтверждающие дискретный характер времени. Поэтому пока непрерывность рассматривается как одно из основных его свойств.

3) Если время - лишь одна из равноправных координатных осей в 4-мерном пространстве-времени, как это принято в специальной теории относительности, то ничто не препятствует провести как прямой, так и обратный процесс – в отрицательном направлении оси t. Уравнения классической физики также позволяют это сделать, заменив t на –t. Однако множество фактов говорит о том, что время – величина особая, оно имеет направление, и все реальные процессы необратимы. Например, волны являются расходящимися, продукты радиоактивного распада никогда не образуют вновь исходный атом, газ, запущенный в откачанный сосуд, не соберется вновь около входа в него. Более того, в природе не существует обратимых процессов – все они являются идеализацией. Это позволило А.Эддингтону ввести особый термин – «стрела времени». О том, что именно, с точки зрения физики, определяет эту специфику времени, смотрите лекцию 15.

4) Однако время нельзя считать измерением метрической геометрии. В геометрии, конечно, время может быть выражено вектором. Но такое его выражение совсем не охватывает всех его свойств в природных явлениях. Так, например, имеется резкое эмпирическое различие времени для живого и косного естественного тела биосферы (В.И.Вернадский). В живом оно проявляется в поколениях – явлении, абсолютно отсутствующем в косных телах.

Смена поколений есть своеобразное биологическое проявление времени, резко отличающее одно живое вещество от другого, с различным для каждого масштабом сравнения. Жизнь бактерии длится всего несколько часов, но за это время она успевает совершить множество циклов деления. Для человека время также течет различно в зависимости от возраста, здоровья, эмоционального состояния.

5)В соответствии с современными представлениями, Вселенная не существовала вечно. В какой форме находилось время в первые мгновения после рождения Вселенной и имеет ли смысл говорить о времени до этого события?

Итак, говоря о пространстве-времени, мы только указываем на неотделимость их друг от друга. Для науки нет пространства без энергии и материи и в таком же смысле и без времени. В конкретной научной работе и в реальной жизни человек имеет дело не с абстрактным абсолютным пространством геометрии, а с гораздо более сложным реальным пространством природы.