Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Воспроизведение явлений можно рассматривать как абсолютно точное лишь в том случае, если начальные состояния для всех периодов одинаковы. Однако это противоречит второму принципу термодинамики: поскольку энтропия неизменно возрастает, Вселенная не может два раза пройти через одно и то же состояние. Кроме того, если бы состояния были одинаковы, ничто не позволило бы их различить; невозможно было бы узнать, что прошло некоторое время и стрелка часов продвинулась вперед. Если бы удалось установить факт ее продвижения или же (при помощи какого-либо способа) наличие старения, то это доказывало бы, что состояния уже не тождественны.
Сравнение двух видов измерения
Мы рассмотрели неизбежные ограничения, возникающие при различных способах измерения времени: невозможность существования равномерных и периодических движений в непустой Вселенной; наличие ошибок, затрудняющее сравнение двух часов; невозможность доказать, что расхождение между двумя часами происходит не от экспериментальных ошибок; несовершенство любых инструментов.
Наряду с этим необходимо установить связь между двумя видами измерения: без такой связи, как мы уже отмечали, понятие времени было бы лишено смысла.
Законы* классической механики, как и законы теории относительности, едины для всех систем. Для часов, основанных на постоянстве скорости, как и для часов, основанных на периодичности, справедливы одни и те же законы механики; единые дифференциальные уравнения описывают зависимости между расстоянием, пройденным телом, и временем или между периодами и про-
39
межутками времени. В уравнения детерминированного механического движения входит непрерывно изменяющийся параметр времени, который наблюдается опытным путем.
Если имеют дело с быстро движущимися часами или если специальное внимание обращается на изменение законов механики при больших скоростях, то вводится релятивистское понятие времени *. Однако в любом случае законы движения всегда могут быть выражены дифференциальными уравнениями, параметры которых соответствуют наблюдаемым изменениям.
В последующих главах понятие времени будет все более усложняться: уравнения квантовой механики — это уравнения в частных производных, необходим учет квантования, переменные величины перестанут быть непосредственно наблюдаемыми, и более того, абсолютная причинность заменится на вероятностную, а понятие времени будет связано не с частицей, а с системой частиц.
Но прежде, чем уходить от привычных понятий, полезно вернуться к классической механике и к определяемому в ней времени,
ПОЛЬ ЖЕРМЕН
ВРЕМЯ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ
Невозможно изучать различные научные представления о «времени» без постоянных ссылок на «время», определяемое законами классической механики. Дальнейшие статьи послужат новым подтверждением этого положения (если такое подтверждение вообще необходимо). Эту старейшую отрасль физики почитают как мать наук, породившую другие современные теории математической физики, и тем не менее ее считают уже вышедшей из моды. Хотя законы механики кажутся такими простыми и понятными, опыт показывает, что основы классической механики не всем ясны. Методы изложения и толкование основ механики не всегда были одинаковыми и, во всяком случае, заметно изменились с так называемой «эпохи великих основоположников». Мы постараемся помочь чита-
1 Релятивистскими в современной физике называются понятия, основанные на теории относительности.— Прим, ред.
40
телю не только разобраться в том, о чем говорит и что неявно подразумевает классическая механика, но и уяснить, на основе каких постулатов в механике вводится понятие времени и как вообще можно измерять время. Для этого необходимо изучить основы механики настолько, чтобы можно было разъяснить смысл принятого в механике, но недостаточно отчетливо понимаемого многими постулата о времени. Идти по проторенным дорогам классической механики, вероятно, не столь увлекательно, как исследовать богатые возможности современной физики, тем не менее эта прогулка в данном случае будет весьма поучительной.
Сначала следует четко определить место классической механики как продолжательницы евклидовой геометрии. Процесс формирования математической или физико-математической дисциплины всегда одинаков: в результате размышления над некоторыми явлениями физического мира, то есть мира, в котором мы живем, находят четкую схему для построения некоего идеализированного мира, доступного для изучения при помощи математики, который после выявления методов сопоставления сравнивается со сложной картиной, представляемой нам опытом. Первый схематический идеализированный мир, построенный таким образом, — мир классической геометрии. Это математический мир форм и протяженности. «Греческое чудо» как раз и состоит в определении этого идеализированного мира; можно добавить только, что грекам удалось рационализировать формы и протяженность.
Конечно, мир геометрии чрезвычайно беден, и «суще-ства»,\населяющие его,—линии, поверхности и объемы — очень примитивны. Кроме того, этот мир неподвижен; в его рамках невозможно описать какое бы то ни было движение. Следующий этап, который нам нужно преодолеть,— этап «движения».
