Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени

Бич Анатолий Макарович

В самом деле, представим себе, что некие тела, обладающие такими внутренними свойствами, как масса и энергия покоя, находятся в исчезающе слабом гравитационном поле, скорость их движения мала по сравнению со скоростью света, а выбранная система отсчета также находится в слабом гравитационном поле, да к тому же среди самых отдаленных галактик. Все наши тела, рассматриваемые относительно такой системы отсчета, практически неподвижны. Зададим себе вопрос: какое у этих тел время? В соответствии с теорией относительности ответ, очевидно, должен быть таким: их время равно времени выбранной системы отсчета…

И тогда как бы получается, что представление о едином времени мы можем распространить

на различные части Вселенной. Так возрождается или, лучше сказать, продолжает теплиться представление о том, что время в мировом масштабе — это некоторая (как бы) субстанция, правда, теперь уже не неизменная, не абсолютная в своих проявлениях, и слово «субстанция» уже не произносится, но время все еще остается как бы одинаковым изначально (до своих проявлений через факторы относительности). Так и тянется ниточка назад от нынешних философов-физиков до Эйнштейна, от Эйнштейна через Ньютона к Аристотелю и до Анаксимандра, жившего 2600 лет назад (какой все-таки молодец этот Анаксимандр!).

Это представление и нашло отражение в космологическом принципе. Эгуже идею о том, что Вселенная однородна по времени, как однородна и по веществу, Фридман и принял как допущение, когда предложил модель расширяющейся Вселенной. Как пишет проф. Нарликар: «Фактически однородность и изотропия моделей Фридмана позволяет ввести (?! — А. Б.) единое мировое время. Два наблюдателя, находящихся в разных галактиках, могут синхронизировать ход своих часов, сравнивая физические свойства в своих окрестностях. Например, они могут отождествить моменты времени, когда плотности материи имеют одинаковое значение около обоих наблюдателей» {50}.

Обратите внимание, что и тут говорится, по существу, о сравнении внешних условий — о влиянии гравитации на часы двух наблюдателей — и, конечно, такого времяформирующего фактора, как внутренняя энергия, тут нет. Казалось бы, явное противоречие с нашей концепцией и, кажется, ничего не остается, кроме как поднять вверх руки, ибо противостоять такой компании (от Анаксимандра до Эйнштейна) невозможно.

Но противоречие это в значительной мере кажущееся, во всяком случае, неполное. Космологический принцип утверждает Вселенную, однородно заполненную веществом, проявляющую одинаковые свойства во всех направлениях. Возможно, это так, если смотреть на Вселенную как бы со стороны, если сопоставлять огромные объемы. Правда, с этим ограничением так уже свыклись, что само ограничение, а в нем суть принципа, начало как бы забываться. Согласимся и мы, что Вселенная однородна и изотропна в больших размерах — формально с этим приходится соглашаться, ибо астрофизики (в значительной мере условно) считают однородным объемом во Вселенной куб со сторонами в один миллион световых лет. [28]

28

28 Световой год — это расстояние, которое проходит луч света, движущийся со скоростью -300 тыс. км/с, за 1 год.

Как же быть с гипотезой локально-когерентного времени, если она отвергает положение космологического принципа о том, что время во Вселенной однородно? Так ли безнадежно наша гипотеза противоречит этому положению?

Да, мы теперь знаем, что время локально-когерентно, т. е. проявляет одинаковые свойства только в пределах отдельных локальностей. Но мы также знаем, что оно квазикогерентно в каждой системе, а ведь каждая система входит в систему высшего порядка, в которой время, в свою очередь, квазикогерентно. Таким образом, в конечном счете, время во Вселенной в больших объемах усредненное

и в этом смысле его можно считать в какой-то мере однородным и даже тем самым единым мировым, которое принял Фридман и с которым, как ни странно, согласился Эйнштейн.

В утверждении, что время во Вселенной усредненное и в рамках нашей гипотезы есть, конечно, натяжка, но не большая, чем в космологическом принципе, когда его допускают к применению к конечным объемам Вселенной, в нем не больше противоречий, чем противоречив сам космологический принцип. Значительно больше противоречий у нашей гипотезы с тем следствием космологического принципа, где утверждается (не очень уверенно), что темп вселенского времени одинаков в любую космологическую эпоху. Точнее сказать, наша гипотеза и эта часть космологического принципа противоположны по смыслу.

Прежде чем продолжить разговор о том, одинаково ли время в различные космологические эпохи, конкретизируем некоторые понятия.

Что происходит со светом, когда его источник удаляется (эффект Доплера) со скоростью Кот наблюдателя? Наблюдатель регистрирует свет (и это мы уже знаем) с большей длиной волны, чем излучает источник, и при этом длина волны увеличивается пропорционально величине, равной 1 + Z, где Z — величина красного смещения, зависящая от соотношения скоростей источника света и скорости света в вакууме. Далее, приращение длины волны, вызванное движением источника, определяется соотношением

Известны науке и другие типы красного смещения. Например, так называемое гравитационное. Обусловлено оно тем, что излучают массивные гравитирующие тела, точнее, когда испускается световой луч из области сильного гравитационного поля, а регистрируется в области с относительно слабым (такова Земля).

Эффекты всех типов красного смещения, в том числе гравитационного, обычно незначительны по величине по сравнению с доплеровским и не носят массового характера. Именно поэтому главным виновником красного смещения линий спектра считается удаление излучающего объекта. Никаких других причин, которые могли бы альтернативно объяснить красное смещение в спектрах излучения галактик, кроме скорости удаления самих галактик, ученые сегодня не видят.

Установлено, что если красное смещение мало по сравнению с единицей, то источник излучения удаляется от нас со скоростью V=CZ.

Хаббл обнаружил также, что красное смещение тем больше, чем слабее светимость галактики. Но, может быть, самое интересное, что установил Хаббл, так это то, что красное смещение и скорость удаления галактик увеличиваются с ростом расстояния до галактик: V=CZ=HD (где D — расстояние; Н — постоянная Хаббла, которая показывает, как изменяется скорость объекта на один миллион световых лет расстояния).

Итак, практически в течение одного десятилетия идея расширяющейся (нестационарной) Вселенной и зависимость красного смещения в спектрах излучения галактик от скорости их удаления, взаимно обосновывая друг друга, стали общепризнанными.

Правда, в последние десятилетия все чаще раздаются голоса тех, кто сомневается, что был Большой взрыв и что Вселенная расширяется именно по этой причине.

Существует хорошо аргументированная концепция стационарного состояния Вселенной, разработанная X. Бонды, Т. Гол- дом, Ф. Хойлом в 1948 г. Согласно этой теории, Вселенная всегда и везде неизменна, галактики друг от друга разлетаются, но одновременно во Вселенной возникает новое вещество. (Правда, по свидетельству С. Хокинга, впоследствии авторы добровольно отказались от своей гипотезы.)