Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Для физиков аристотелевский взгляд на время заключается в том, что время для них — измеримая физическая величина, аддитивная числовая мера временного интервала. Этот взгляд проявляется в связи, устанавливаемой между временем и пространственными расстояниями, непосредственно измеряемыми с помощью общих физических законов, то есть таких законов, которые не зависят от частных свойств материи. Динамический закон Галилея — Ньютона F = my — общий закон, который связывает время как физическую величину стремя непосредственно измеряемыми (с помощью линеек и .динамометров или весов) величинами: пространством, силой, массой. Этот закон в конечном итоге позволяет, хотя и косвенным способом, рассматривать время как измеримую величину. К числу общих формул относятся также формулы Лоренца — Пуанкаре, характеризующие переход от одной инерциальной системы отсчета к другой (и впервые введенные Фойгтом в 1887 году). В связи с включением в них универсальной постоянной с эти формулы впервые дали возможность сводить измерение времени к измерению пространства. Таким образом, совершенно неожидан-
109
но удалось безупречно осуществить синтез, о котором мечтал еще Аристотель.
Развитие понятия времени связано с развитием хронометрии. Динамический закон Галилея — Ньютона нашел свое воплощение в часах и хронометрах Гюйгенса. Кроме того, этот закон представляет собой ключ к чтению небесных часов; небесная кинематика Кеплера, пришедшая на смену кинематике Эндокса и Птолемея, привела к появлению небесной динамики Галилея и Ньютона. Многовековое усовершенствование механических и электромагнитных хронометров обеспечило появление совершенно новых хронометров с молекулярной или атомной стабилизацией, которые являются идеальными аристотелевскими часами.
Но прежде чем углубляться в проблему времени как физической величины, нельзя не коснуться кратко другого, также очень увлекательного аспекта проблемы времени.
Что стало бы с термодинамикой, если бы после открытия физической эквивалентности между теплотой и работой не был бы сразу же сформулирован второй принцип, обосновывающий, а по возможности и объясняющий глубокую причину исключительного своеобразия, присущего теплоте? Это своеобразие проявляется в хорошо известных опытах, в том числе устанавливающих общность теплоты и работы. Задолго до открытия универсального коэффициента, характеризующего связь между теплотой и работой, было известно, что изотермическое превращение работы в теплоту вполне осуществимо, но обратное превращение невозможно, а также что тепло переходит от нагретых источников к более холодным.
Можно понять возражение Бергсона против того, что он довольно точнаназывал «сведение времени к пространству» в механике, электромагнитной теории и, наконец, в теории относительности. Конечно, физик не может отказаться от сведения времени к пространству — этой столь древней и плодотворной идеи. Лишь после тщательного рассмотрения всех аспектов первого принципа науки о времени возникает необходимость так же тщательно рассмотреть бергсоновский аспект времени, который я бы назвал вторым принципом науки о времени: своеобразная неповторимость, необратимость течения времени. Ведь всем известно, что в пространстве можно перемещаться
по
во всех направлениях, но, увы, невозможно ни вернуться в прошлое, ни заглянуть в будущее.
Рассмотрим теперь аристотелевский аспект, заключающийся в сведении времени к пространственным представлениям. Как мы уже показали, основное уравнение динамики Галилея-—Ньютона Р = ту впервые дало подлинно научное определение времени как измеримой физической величины. Обратим внимание на очень тесную связь между проблемой времени, рассматриваемого как измеримая физическая величина, и специальным принципом относительности.
То, что сегодня мы называем специальным принципом относительности, первоначально было открыто как принцип относительности динамики. Не сразу усваиваемый, если основываться просто на здравом смысле (свидетели— студенты, изучающие механику), он противопоставляется двум предыдущим принципам, один из которых слишком ограниченный, другой — слишком уж общий. Опыт предыдущих поколений и опыт нашего детства, связанный с представлением о «неподвижной Земле», казалось бы, свидетельствуют о естественности представления об абсолютной пространственной системе отсчета. Однако классическая кинематика, описывающая движение твердых фигур евклидова пространства в зависимости от универсального времени вынуждает отказаться от этого представления; вместо него вводится принцип относительности движения, согласно которому при описании движений эквивалентны все твердые пространственные системы отсчета вне зависимости от того, находятся они в равномерном или ускоренном относительном движении.
Эти два противоположных принципа — принцип кажущегося существования абсолютной системы отсчета и принцип относительности движения — выглядят более примитивными и более естественными/чем специальный принцип относительности динамики. Не сразу стало ясно, что опыт с маятником Фуко позволяет обнаружить вращение Земли, и замечательным достижением Галилея следует считать то, что он первым выступил в защиту специального принципа относительности. Поступить так было далеко не просто; существовали, во-первых, укоренившаяся традиция и, во-вторых, принципы об абсолютной пространственной системе отсчета (неподвижная Земля) и об относительном движении (с равным правом
