Сделай Сам Свою Работу на 5

Программа построения неметрической физики.





Если оставить время в качестве всеобщей (философской) категории, то оно должно сохранить фундаментальную роль и в науке о природе. Но поскольку время теряет свои метрические свойства, то следует развивать представления о его неметрических свойствах, а в отношении физического познания – создавать неметрическую планковскую физику, в которой время приобретает некоторые принципиально новые формы. Особенно остро эта проблема встает в планковской космологии. В частности потому, что в ней остается только один квант времени (момент рождения Вселенной). В рамках концепции времени как длительности между процессами и событиями мы должны отыскать в неметрическом подходе такие процессы, которые могут происходить вне метрических отношений пространства и времени. Это могут быть пространства большей сложности[32].

Определяющим свойством метрических пространств, которые представляют собой важный класс топологических пространств, является возможность задания для любых двух точек х, у расстояния r(х,у) между этими точками. Это расстояние должно обладать следующими свойствами:

1) r(х,у) = r(у,х);



2) r(х,у) = 0, r(х,у) > 0 при х ¹ у;

3) r(х,у) £ r(х,z) + r(z,у) (неравенство треугольника)[33].

 

Важность метрического пространства для физики состоит в том, что в таком пространстве возможно проводить измерения.

Тем не менее, возможно, что время действительно исчезает, но это не означает в данной программе, что время как характеристика движения исчезает совсем, ведь тогда исчезает физика как наука, описывающая природные процессы. Чрезвычайно трудно представить себе физические процессы вне времени. Но время может исчезнуть в том смысле, как мы его понимаем. Просто время теряет свои метрические характеристики. Так, невозможно измерить период времени между двумя планковскими моментами времени в квантовой гравитации: между планковскими «тиками»[34] нет никакой длительности. Возможно, время приобретает дополнительные топологические свойства к уже существующим свойствам однонаправленности, одномерности и т.д. Но в неметрической физике будет нечего измерять.

Квантовая и особенно планковская космология неизбежно ведут к неметрической физике (или к физике без времени – см. далее). Хотя, на планковском масштабе время существует, но оно квантовано. Но между квантами времени времени нет, в частности, потому что нет планковского кванта невремени. Это приводит к любопытной онтологии: на данном уровне господствует (темпорально) предельно квантованная мерцающая (мигающая) реальность. Почти по Беркли...



Любопытный и парадоксальный пример неметрической природы времени – кротовые норы[35]: движущийся объект исчезает в одной горловине кротовой норы, а затем появляется из другой, может быть за несколько световых лет от первой в нашем обычном пространстве. Для внешнего наблюдателя время между падением в одну горловину и появлением в другой, конечно же, остановлено. Можно сказать - исчезает. Для внутреннего же наблюдателя, который связан с объектом, попавшим в горловину кротовой норы, проходит конечное время. В данном случае собственное время и внешнее время резко и радикально расходятся. Различие между этими двумя типами времени существует и в теории относительности. Возможно, что в случае кротовых нор можно говорить о еще большей их радикализации. Похоже, что с топологическими ручками и кротовыми норами связано еще какая-то более радикальная концептуализация физических представлений.

Нужно отметить, что в настоящее время исследуются отдельные элементы неметрической физики. Существуют и теории, претендующие на фундаментальные, которые являются полностью неметрическими. Ярким примером подобной теории является теория петлевой квантовой гравитации. Но этим исследованиям в их совокупности не хватает масштабности и коллективной целенаправленности, чтобы стать программой научных исследований. Должно возникнуть еще больше серьезных результатов, а самое главное – должны быть получены новые концептуальные идеи и принципы. Неметрическая программа должна стать такой же фундаментальной как программа геометризации физики, в то время как современная ситуация с неметрической физикой отчасти напоминает положение дел в формирующейся программе топологизации физики.



 

5. Программа «Физика без времени».

Но существует еще более радикальный путь: попытаться строить физику без времени!

Как мы уже видели выше, в ряде фундаментальных направлений современной теоретической физики – например, в петлевой квантовой гравитации – оформляется тенденция исключения из физики времени на планковском масштабе. Эта же тенденция изначально заложена в теорию твисторов: «Обычные пространственно-временные понятия не фигурируют изначально среди ингредиентов теории твисторов, а должны быть построены из них»[36]. Что это означает? Может ли физика обойтись без времени? Можно ли представить себе физические процессы вне времени? Это кажется невозможным, и любые предлагаемые подобные варианты представляют собой жалкие уловки, из которых слишком явно «торчат уши».

В принципе, конечно же, можно рассматривать физические процессы чисто формально, не вводя представлений о времени в явном виде. Существует, например, алгебраическая квантовая теория поля, первоначальный вариант дискретной комбинаторной физики Р.Пенроуза[37] и др. Но это слишком формальный путь. На наш взгляд, время может быть исключено из физики при следующих условиях и в следующих смыслах:

1) Если будет исследоваться (при исследовании) некий онтологически радикально удаленный от макромира уровень физической реальности, на котором наблюдателю, обладающему макроскопической природой со всеми ее особенностями, будет невозможно не только наблюдать, причем даже опосредовано, но и конструировать эти физические процессы. В случае рассмотрения времени как характеристики физических процессов (например, время – как периодичность вращения Земли или даже показания стрелок часов) в описанной ситуации придется сделать вывод, что время исчезает. При этом мы можем привыкнуть к тому, что времени нет, и будем строить абстрактные, чисто математические теории. Существенно, что в этом случае мы не можем говорить об исчезновении времени во всеобщем философском онтологическом смысле. Тем не менее, не исключено, что здесь время исчезает для нас навсегда.

По существу ситуация следующая: на нашем уровне любые представления о времени, которое связано с протеканием физических процессов, будут в пределе закрыты. Здесь время будет иметь предел, например, планковский. Но разум сможет найти в единой Вселенной новые какие-то эмпирические коннекты, связи с этими более глубокими уровнями реальности. Этому есть важный пример.

Казалось бы квантово-полевой вакуум вообще бесчастичный, но тем не менее он напрямую взаимодействует даже с макромиром (с макрообъектами – известный эффект Казимира). На это в данном случае вся надежда. По существу мир эмпирически никогда не закрыт ни на каком уровне. Но он не односвязен. Все уровни реальности качественно различны, эмерджентно различны и к этому надо привыкать.

Таким образом, эта программа уже начала выполняться. Например, в спинорной теории;

2) Если окажется, что прошлое, настоящее и будущее, а также направление времени не имеют какого-то принципиального физического значения. Подобная трактовка появляется, например, в теории спиновых сетей: «странное «время, текущее вспять» в условиях квантового перепутывания есть всего лишь отражение этого безразличия к направлению течения времени, присущего спиновым сетям»[38]. А также: как считает де Витт:«В квантовой теории гравитации сама геометрия пространства-времени должна беспрерывно флуктуировать, так что может стереться даже различие между прошлым и будущим»[39];

3) Если в теоретической физике с течением времени процедура конструирования будет полностью доминировать и все больше будет появляться моделей с любым физическим содержанием, которое не сможет быть ни верифицировано, ни фальсифицировано в течение неопределенно долгого (большого) времени. В этом случае станет неэффективным понятие эмпирического времени, т.е. время как характеристика физических (феноменологических) процессов: к подобному феномену просто не будут больше обращаться[40]. Существенно, что время здесь рассматривается исключительно как реляционный феномен[41].

Принципиальную важность приобретает вопрос о том, присуще ли время природе? Существует ли оно объективно и какова его природа: она реляционна, субстанциональна, или …?[42] И здесь, конечно, должны быть крайне важны и интересны любые аргументы, хотя бы отчасти проясняющие эту ситуацию. Любопытно, что время согласно СТО равно нулю (или неопределенно?) для фотона[43]. Т.е. в современной физике на фундаментальном уровне существуют объекты (те же фотоны, гравитоны), которые существуют, фактически, вне времени.

В ряде моделей планковской физики (теория струн, петлевая квантовая гравитация) привычное непрерывное (течение) время появляется только на «более большом», на «более грубом» макроскопическом уровне. Т.е. время, также как и пространство становится принципиально эмерджентной сущностью. По крайней мере, таким становится обычное, непрерывное время. Несомненно, что это – серьезное изменение представлений о природе времени. Но принципиально важно, что и в этом случае даже на планковском уровне время не исчезает полностью. Остаются планковские «тики».

Но планковское время (=10-43 сек) имеет очень странную природу:

- это – не длящееся время. Оно квантовано и с точки зрения квантовой теории не корректно рассматривать длительности «внутри» 10-43 сек. Оно не течет[44];

- у него нет направленности (отсутствие стрелы времени);

- у него (и «внутри» него) нет ни прошлого, ни будущего, а возможно только квант настоящего, который представляет собой этот странный «интервал» 10-43 сек.

Между этими программами существуют различия. 1) В неметрической физике и пространство и время продолжают существовать. Но они приобретают радикально другую форму: эмерджентно-дискретную. При этом они исчезают из феноменологической физики. 2) В физике без времени время отсутствует принципиально. Это – какая-то принципиально другая физика.

Обсуждение оснований этих программ, конечно же, требует специального обсуждения, а какая из них окажется ближе к истине покажет наше обычное время.

 

 

// Метавселенная, пространство, время – М., ИФРАН. – 2013.

 


[1] См., например: Молчанов Ю.Б. Четыре концепции времени в философии и физике. – М., Наука. – 1977. – 192с.

[2] При том, что в ряде фундаментальных физических теорий время обратимо. Например, в классической механике.

[3] Ashtekar A. Quantum Nature of the Big Bang – arXiv:gr-qc/0602086. v. 2. 6 аpr. 2006.

[4] Хокинг С. Черные дыры и молодые вселенные [пер. с англ. М. Кононова]. — СПб. : Амфора. ТИД Амфора, 2004. - с.93

[5] Там же.

[6] Там же.

[7] Там же. - с.133

[8] Там же. - с.93-94

[9] См., например: Барашенков В.С. Многомерное время. - Знание-Сила. - 1995, №12. - с.62.

[10] В квантовом случае – планковского состояния.

[11] Хитрости философии науки в отношении соотношения верифицируемости и фальсифицируемости научных результатов мы оставим пока в стороне.

[12] Эрекаев В.Д. Кинематическая онтология в специальной теории относительности. - Тезисы докладов и выступлений IV Российского философского конгресса (Москва, 24-28 мая 2005 г.). – М., 2005. - С.486-487

 

[13]Линде А.Д. Инфляция, квантовая космология и антропный принцип.

http://www.astronet.ru/db/msg/1181084/node0.html

[14] Там же

[15] Там же

[16] Энциклопедия физики и техники. - http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4202.html

 

[17] Smolin L. The unique universe http://physicsworld.com/cws/article/indepth/39306

[18] Пенроуз Р. Путь к реальности, или законы, управляющие вселенной. – М., R&C Dinamics. – 2007. - с.790

[19] Де Витт Б. Квантовая гравитация. – В мире науки. - № 2 · Февраль, 1984 · С. 50–62

[20] Bojowald M. Loop Quantum Cosmology // arXiv:gr-qc/0601085v1 20 Jan 2006 – P.1.

[21] Пенроуз Р. Путь к реальности, или законы, управляющие вселенной. – М., R&C Dinamics. – 2007. - с.798.

[22] Из: A. Ashtekar, T. Pawlowski, P. Singh, Physical Review Letters, 96, 141301 (12.4.2006)

[23] Или произошел любой другой периодический (физический) процесс.

[24] Напомним, что, с нашей точки зрения, бесконечная делимость времени с квантовой точки зрения не является корректной, тем более на планковском уровне.

[25] Грин Б. Ткань космоса: Пространство, время и текстура реальности. – М., 2009. - С. 339.

[26] Там же. - С. 340.

[27] Там же. - С. 356

[28] Там же.

[29] Vaas R. Time before Time - Classifications of universes in contemporary cosmology, and how to avoid the antinomy of the beginning and eternity of the world // arXiv:physics/0408111 - 25 Aug 2004

[30] Yakir Aharonov and Eyal Y. Gruss . Two-time interpretation of quantum mechanics // arXiv:quant-ph/0507269 v1 28 Jul 2005

[31] Xiaodong Chen. Three Dimensional Time Theory: to Unify the Principles of Basic Quantum Physics and Relativity. - arXiv:quant-ph/0510010 v1 3 Oct 2005

[32] Эрекаев В.Д. О развитии понятия движения в пространствах сложной природы // Аналитическая механика, устойчивость и управление движением. VIII Четаевская международная конференция. Тезисы. – Казань 2002. - С.377-378

 

[33] Дубровин Б.А., Новиков С.П., Фоменко А.Т. Современная геометрия. – М., Наука. – 1979. – С.411.

[34] Смолин Л. Атомы пространства и времени // В мире науки. - апрель 2004. - http://trames.ru/eoireitumdem/library/hronos/smolin_atomy.htm

 

[35] См, например: Торн К. Черные дыры и складки времени. – М., Изд-во физмат литературы. - 2007

[36] Пенроуз Р. Путь к реальности, или законы, управляющие вселенной. – М., R&C Dinamics. – 2007. -с.798.

[37] Там же. – С. 785

[38] Пенроуз Р. Путь к реальности, или законы, управляющие вселенной. – М., R&C Dinamics. – 2007. - с.798

[39] Де Витт Б. Квантовая гравитация. – В мире науки. - № 2 · Февраль, 1984 · С. 50–62

[40] И некоторые подобные прецеденты наблюдаются уже в современной теоретической физике.

[41] Вполне допустимо существование и других условий.

[42] Различные существующие в науке и философии варианты ответов на подобные вопросы см, например, в : Молчанов Ю.Б. Четыре концепции времени в философии и физике. – М., Наука. – 1977. – 192с.

[43] Фотона как частице света без необходимости рассмотрения его квантовых свойств. В последнем случае необходимо добавлять еще соотношения неопределенностей в некотором предельном случае, связанным с предельностью скорости света в природе (согласно СТО).

[44] Существенно, что это имеет место не только на предельном квантовом уровне: «… переосмысление некоторых выводов Эйнштейна из специальной теории относительности показывает, что время не течёт».

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.