В статье рассмотрены ключевые понятия значимости времени в фундаментальной физической картине, а также обозначена необходимость пересмотра роли временной переменной для исследований в области космологии, квантовой физики и других смежных дисциплин.
Ключевые слова: время, физическая реальность, квант.
Говоря о понятии времени, как и о любом другом физическом явлении, необходимо четко представлять себе предмет дискуссии и внимательно ориентироваться в определениях. На данный момент мы не имеем четкой, проверяемой и сколько-нибудь надежной теории, которая объяснила бы нам, что из себя представляет непосредственно время. Специальная теория относительности (СТО) с помощью элегантных математических вычислений качественно обрисовывает свойства времени при условии широкого варьирования скоростей, но не слова не говорит о том, что собой представляет это загадочное понятие “время”.
Проводить исследования природы этого физического явления в рамках макрообъектов (каких бы то ни было инструментов для измерения времени или нашего субъективного его ощущения), совершенно точно нельзя. Некоторые его свойства, безусловно, можно регистрировать такими способами, но докопаться до сути явления невозможно. Я полагаю, и не просто так, что раздел физики, под директиву которого попадает эта проблема — это квантовая механика и именно специалисты по миру субатомных частиц должны непременно озаботиться ею и срочно приступить к решению.
Именно на поле микрочастиц и их взаимодействий развертываются процессы, следствия которых мы наблюдаем в мире макрообъектов. Конечно, нельзя не согласиться с тем, что некоторые макро-физические процессы просто нет необходимости рассматривать через призму взаимодействий микрочастиц, так, например, поведение небесных тел в геометрии пространства-времени вряд ли получится целиком и полностью объяснить, скажем, с помощью описания волновым уравнением всех его составляющих частиц, оно просто для этого не предусмотрено. Я ни в коем случае не утверждаю, что время можно объяснить с помощью одного уравнения или одной единственной закономерности квантового мира, конечно нет. Но совокупность свойств их поведения на поле релятивисткой механики может дать новое понимание реальности, в котором мы все так нуждаемся.
Приведу пример: возьмем наручные часы высокой точности и отправим их на гипотетическом космическом корабле путешествовать со скоростью близкой к скорости света на пару дней, а вторые точно такие же часы оставим на Земле. В соответствии с СТО (специальной теорией относительности) мы получим разницу во времени между часами на Земле и часами, которые побывали в головокружительном путешествии. Количественное описание замедления времени при движении с постоянной скоростью позволяет рассчитать представленная ниже формула (форм.1). Но почему так происходит? Мы знаем, что во время полета на сверхскоростях время замедляется, но что именно замедляется? Что именно происходит в этих часах, чего не происходит в часах, которые были оставлены на Земле? Этот вопрос нужно повторить про себя еще несколько раз, ведь тут мы не думаем о свойствах времени, но о том, какие механизмы являются причиной этих наблюдаемых свойств.
(форм. 1)
Если на релятивистских скоростях меняются макроскопические свойства часов (стрелка идет медленнее), то, следовательно, на микроуровне идут те или иные процессы, которые стали причиной для такого поведения.
Еще одна иллюстрация: хорошо известно, что теоретически мы можем отправиться в будущее еще одним путем — в этом нам поможет черная дыра. Что будет, если гипотетический космический корабль подлетит в плотную к горизонту событий черной дыры и пробудет там некоторое время? Время на часах, которые установлены на космическом корабле будут вести себя иначе, оно будет идти намного медленнее в зоне повышенной гравитации, но отметим важный момент, что для астронавтов ничего необычного не произойдет, для них часы будут идти с привычной скоростью. Не может ли это быть свидетельством того, что квантовые эффекты, которые проявляют себя в часовых механизмах, в какой-то мере идентичны квантовым механизмам, происходящим в телах астронавтов?
Рис.1.Virtual Graviton
Сейчас увереннее можно говорить о том, что время — это не свойство пространства в его классическом понимании (пространство-время), но все более фундаментальное свойство мира субатомных частиц, где гравитоны (кванты гравитационного поля) являются зернистыми составляющими пространства (рис.1). Обозначим, что разница между, например, фотонами (квантами электромагнитного поля) и гравитонами состоит в том, что фотоны существуют в пространстве, тогда как кванты гравитации сами являются пространством. Если представить, что время — это своеобразный счетчик взаимодействий квантов гравитации, то согласно уравнению Уиллера-Девитта (форм.2), мы сможем отказаться от классической временной переменной.
(форм. 2)
Таким образом, мы вынуждены перейти на очень шаткое поле теоретических моделей, которые на данный момент не могут согласовываться с экспериментальными данными просто в следствии отсутствия таковых.
В обыденности мы не измеряем время само по себе, а лишь занимаемся сравнением величин и измерением функций. Конечно, весьма удобно использовать некое “истинное для всех” время t для расчета, скажем, пути от точки А в точку B в пределах города или для того, чтобы не перегреть наш ужин в микроволновой печи, но то, что удобно для нас по каким-то причинам, совсем не должно быть истинным фундаментальным механизмом природы. Сейчас в этой статье мы отталкиваемся от того, что на фундаментальном уровне невозможно измерить переменную t, она является хорошим допущением, но не истинным параметром.
Теперь вернемся к нашим примерам с гипотетическими космическими кораблями. Объяснить замеренные изменения хода часов с помощью ложного временного параметра явно не представляется возможным, но как только мы переходим к объяснениям в мир субатомных частиц, то говорить о времени как таковом уже просто не имеет смысла. Мы можем лишь наблюдать его поверхностные свойства в виде макроявлений, но это следствие элементарных процессов, в которых кванты пространства и материи непрерывно взаимодействуют друг с другом.
(∂ + m) ψ = 0
Явление запутанности квантовых состояний могло бы навести нас на эту мысль гораздо раньше. Известно, что частицы могут быть связаны между собой на невероятно больших расстояниях, а измерение физических свойств одной из частиц моментально приведет в действие другую частицу.
Уравнение Дирака
Законы физики не позволяют обмениваться информацией со скоростью превышающей скорость света. Но явление запутанности является парадоксом только в том случае, если т. н. информацией преодолевается некое расстояние. Но кто сказал, что информация вообще имеет место там быть? Возможно, что передача состояний происходит по принципу, который мы затронули чуть выше: кванты пространства и материи непрерывно взаимодействуют друг с другом. А на кванты пространства запрет на сверхсветовые скорости не распространяется. Именно здесь может скрываться разгадка парадоксальности явления квантовой запутанности, но это уже отдельная, глобальная тема, посвященная теории квантовой гравитации и ее интерпретациям.
Продемонстрированный парадокс квантовой запутанности показал нам еще раз, что понятие времени в его классическом виде бессмысленно с фундаментальной точки зрения, в этом рудименте нет особой нужды. Если действия между элементарными частицами возможны в обход запрета на превышение скорости света, а обмен состояниями это не обмен информацией, а взаимодействие квантов пространства и вещества, то в таком случае мы вновь вступаем на зыбкую почву теоретических моделей, — моделей, в которых отсутствует переменная времени t, но присутствует переменная взаимодействия.
Существуют субатомные частицы, переносчики взаимодействия, поля в которых они существуют. Некоторые теоретические частицы, такие как гравитоны и вовсе потенциально являются структурными блоками пространства, и объяснить наблюдаемые нами искажения “истинного” времени мы сможем, только отказавшись от этого понятия со всеми его недостатками и достоинствами. Ради того, чтобы понять, как работает наш мир, наша Вселенная и мы сами, ведь как возможно вы уже догадались, мы, скорее всего, тоже подвержены влиянию непрерывного взаимодействия пространства и материи, а может и вовсе являемся следствием этих взаимодействий. Пришло время отказаться от фундаментального понятия переменной времени t и заменить его на фундаментальное понятие переменной взаимодействия, с этого момента начнется подлинная революция в квантовой физике, следствием которой станет глобальное переосмысление нашей с вами реальности.
Литература:
- Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Квантовая механика (нерелятивистская теория). — Издание 3-е, переработанное и дополненное. — М.: Наука, 1974. — 752 с. — («Теоретическая физика», том III).
- Чернин А. Д. Физика времени. — М.: Наука, 1987.
- Савельев И. В. Курс физики. В 3-х тт. Том 3 “Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц”: Учебник/ И.В Савельев — СПБ.: Лань, 2018. — 308с.
