Космология и проблема времени

[Kartashow]

Вопрос о том, что представляет собой  Вселенная, содержит в себе две составляющие: что видит наблюдатель и что при этом с ним самим происходит? Интересующимся постановкой проблемы времени в контексте классической космологии рекомендую посмотреть материалы:
 
http://zhurnal.lib.ru/editors/k/kartashow_a_s/a1vselennaiavd.shtml,
http://zhurnal.lib.ru/editors/k/kartashow_a_s/e5mashtabnoinvar.shtml,
http://zhurnal.lib.ru/editors/k/kartashow_a_s/auniversaltime.shtml,
 http://zhurnal.lib.ru/editors/k/kartashow_a_s/c5illiustracia.shtml 

Проблема времени в космологии тесно связана с вопросом: большой взрыв (БВ) это начало времен или горизонт времен? 
Что представляет собой признание физической реальности акта творения мира, лежащее в основе определения начальных условий БВ? Получается, что мы постулируем некие физические условия на бесконечности и пытаемся их приспособить к тому, что наблюдаем в настоящий момент.
Правильно ли это?
Как справедливо заметил Э. Мах, "не во вкусе физика" применять к недоступной нам бесконечности знания, полученные в земных ускорителях, и делать расчеты физических условий спустя доли секунды, секунду, минуту, час после акта творения, чтобы распространить эти условия до настоящего времени и сравнить их с «непосредственно данным».
Во вкусе физика как раз обратный подход: искать свойства «бесконечного» в деталях «непосредственно данного», заранее ничего физического, вроде «большого взрыва», на бесконечности не предполагая. Одна из таких деталей состоит в том, что физический наблюдатель всегда современен, - т.е. он находится в процессе преобразования времени, - и это обязательное условие его существования может оказывать существенное влияние на восприятие окружающего мира. Не являются ли наблюдаемые общие (однородные и изотропные) эволюционные изменения вселенной иллюзией, подобной пространственной перспективе? «Двигаясь» во времени, не переносим ли мы условия нашего существования на свойства наблюдаемых объектов подобно тому, как Птолемей принимал вращение Земли за вращение небесных сфер?
В космологической литературе давно, в качестве загадки, обсуждается вопрос об удивительно тонкой привязке начальных условий расширения к факту существования разумного наблюдателя. Удивительно, что из множества физически возможных вариантов расширения, приводящих к безжизненной вселенной, мир все же выбрал именно такой вариант, при котором появился человек. Вероятность такого исхода оценивается близкой к нулю. Привязка расширения вселенной к преобразованию времени наблюдателя, а не к начальным условиям, более правдоподобна с точки зрения атропоцентризма вселенной, и позволяет, в принципе, отказаться от невероятного физического эволюционного пути вселенной без человека - к самому человеку, признав, что этого пути просто не было. Не заблуждаемся ли мы, отождествляя вид на мир из окна с самим миром?
Хотелось бы обсудить эти вопросы.

[Riddick]

Спасибо за интересные статьи, г-н Карташов!

Мне тоже представляется, что есть череда событий (процессов), а время - поэтическая абстракция.

В Вашей первой статье есть фраза

"...временной компонент определяет энергию..."

Не могли бы Вы разъяснить её содержание? По-возможности подробнее?

Если Вас не затруднит, спасибо.

[Kartashow]

Добрый день!
В уравнениях ОТО используются тензорные величины, в частности тензор энергии-импульса. Для решения уравнений, т. е расчета гравитационного поля в рассматриваемой области, необходимо задать граничные значения энергии-импульса. Адресация его компонент образована следующим образом: оси четырехмерной системы координат нумеруются с 1 по 4, причем первые три - пространственные координаты, а четвертая - временная. Адреса значений тензора получаются из всех возможных двухзначных комбинаций номеров координат; из них  пространственно-временные комбинации (14, 24 и т.п) - это адреса импульсов (инерция),
а чисто временной компонент 44 - энергии. Ну а комбинации чисто пространственных координат определяют геометрию пространства (гравитацию). Элемент расстояния в пространстве времени - это квадратичная форма из четырех компонент (11, 22, 33 и 44), образованных элементами расстояний по каждой координате, с коэфффицинтами, определяемыми тензором энергии-импульса. Расчет этих коэффициентов по заданным граничным условиям тензора энергии-импульса и есть задача решения гравитационных уравнений, в результате которого мы получаем метрическое поле пространства времени. Временной компонент, таким образом,  связан с энергией.
Это формальная сторона Вашего вопроса в рамках ОТО. С общей же физической точки зрения, закон сохранения энергии является прямым следствием однородности времени, т.е. инвариантности физических уравнений при преобразовании времени,  закон сохранения импульса - следствием однородности пространства (инвариантности при продольных перемещениях), а закон сохранения импульса - изотропности пространства (инвариантности при всевозможных поворотах).
Как видите, время это все-таки не поэтическая, а физическая абстракция череды событий - равно как и расстояние есть абстракция размещения предметов в пространстве. Другое дело, что характер размещения предметов - явный, а смена череды событий происходит неявно, т.е. мы не знаем как это происходит. Однако я убежден, что у этой смены должна быть физическая подоплека. В этом, собственно говоря, суть идеологии очерков.

[Riddick]

Здравствуйте!

Большое спасибо за ответ!
Вообще, читать Ваши очерки очень приятно - подкупает Ясность, с которой Вы Обобщаете Сложные Абстракции!

Я правильно понимаю, что говоря
"...при преобразовании времени..."
Вы подразумеваете дробление или уплотнение исследуемого интервала времени? ("за минуту", "за секунду", "за час")

А вот в "ближнем опыте" - не из формальных математических преобразований, а "из жизни", можно привести какие-то примеры, которые показывают связь времени и энергии?

Ну вот например, я взял гусиное перо, обмакнул его в чернильницу и написал эти слова. Прошло 5 секунд. За это время, Земля повернулась на какой-то угол, на поверхность Земли выпало столько-то тонн дождя, родилось столько-то людей, умерло столько-то людей и было съедено столько-то пудов мороженого... :-) Где здесь энергия?

Можно по-другому: в гусином пере есть энергия птицеводов, в чернильнице - стеклодувов и металлургов с кузнецами, - если чернильница с крышкой, в чернилах - химиков, в бумаге - лесников и фабрикантов... Да и я приложил энергию, чтобы написать эти слова... :-) Может быть энергия здесь?

Кстати, а что такое "энергия", собственно?

[Kartashow]

Спасибо за отклик!
«Где здесь энергия?» - это Вы в саму точку попали. Энергия - сохраняющаяся во времени величина, один из так называемых физических инвариантов, которые необходимы, чтобы ориентироваться в мире, где все течет, все изменяется, все движется в пространстве – что-то вроде реперов в геодезии. И этим все сказано. Более предметно можно говорить лишь о видах энергии (механической, электрической, ядерной и т. п.) – сохраняющихся физических величин, которые были «сконструированы» при изучении конкретных физических явлений.
Писатель, птицелов, стеклодув и кузнец могут вообще не утруждаться, тратя свою механическую, электрическую и какую угодно из известных видов энергии, а время все равно будет идти. Физики не любят говорить о «движении» во времени как раз потому, что для этого явления пока не обнаружено физического инварианта. Но если ход времени – все же физический процесс, на чем настаивал, например, Роджер Пенроуз в дискуссии со Стивеном Хоукингом, то такой инвариант должен быть в закромах природы. Как только физики обнаружат его, они сразу «полюбят» движение во времени и одновременно поймут почему «тело сохраняет равномерное прямолинейное движение, когда на него не действуют силы» (закон инерции).
Есть подозрение, что неуловимость этого инварианта связана с тем, что он имеет прямое отношение условиям существования самого наблюдателя. В самом деле, глядя на себя ежедневно в зеркало, мы не заметим изменений внешности пока не достанем свою старую фотографию и не сопоставим наблюдаемую в зеркале картину с нею. Если условия нашего существования таковы, что нет ни фотографии, ни доброжелательного соседа, который, встретив нас, воскликнет: «Как ты постарел, приятель!», - то нам будет казаться, что все вокруг меняется, кроме нас самих. Но у нас в таких условиях все же есть шанс догадаться, что расплывчатость предметов вокруг является следствием нашей близорукости, а общие изменения качества изображения предметов - результат возрастных изменений. Ситуация лишь тогда становится действительно безнадежной, когда условия таковы, что ничего, кроме собственного отражения в зеркале, мы не наблюдаем - в таких условиях мы бы вообще ничего не знали о времени, и этой проблемы не существовало. А раз она существует, значит, ее разрешение все же можно искать в общих изменениях окружающего мира, описываемых космологией, имея при этом в виду, что такие изменения происходят не только с наблюдаемой вселенной, но и с наблюдателем, и если удастся отделить одно от другого, то проблема времени будет решена.
Преобразование времени это некое правило (функция) связывающая одно время, как физическую величину, с другим: оно может уплотнять, разуплотнять и даже дробить физическую величину. Например, если я улетаю, «в звезды врезываясь», а вы остаетесь, то ход времени у вас и у меня будет разным, и чтобы перейти от одного к другому, нужно применить конкретное правило (его обнаружил Эйнштейн). Если вы стареете, а я остаюсь вечно молодым (упаси боже!), то это означает, что вы перемещаетесь относительно прошлого, а я нет. Скажем так: я «заморозил» ход времени, который был, когда мне было 20 лет, и донес информацию о нем до настоящего времени. Будет ли отличаться ваше время от моего? Если перемещение во времени – физический процесс, то такое отличие должно быть в виде конкретного правила для согласования времен, потому что если бы его не было, мы бы все были вечно молодыми.

[Riddick]

Преобразование времени это некое правило (функция) связывающая одно время, как физическую величину, с другим: оно может уплотнять, разуплотнять и даже дробить физическую величину.

Превосходно сформулировано!
Блестящие идеи!

Спасибо Вам!

Нужно подумать.

[bob]

обе ссылки не удалось открыть.

[Дмитрий Вибе]

обе ссылки не удалось открыть.

Теперь должны работать.

[bob]

Теперь должны работать.

Спасибо.

[Kartashow]

Не понимаю, что происходит на форуме? По этой теме так и не получил отзыв Дмитрия Вебе , а кроме того, совсем исчезла вторая тема " Сотворение мира это физическая реальность или иллюзия?". Там был интересный вопрос, не помню от кого. Поэтому помещаю ответ на него здесь, поскольку темы связанные.

С термометром это Вы хорошую метафору придумали. Действительно, если бы наши термометры могли измерять только рост температуры, то мы бы не могли определить абсолютную температуру, потому что нет «нуля» - точки отсчета, за которую обычно принимается какое либо явное физическое явление, имеющееся под рукой, например, температура замерзания воды.
Что-то похожее происходит со временем, потому что «под рукой» у нас нет физической точки отсчета, а «точка замерзания» Вселенной – вещь совершенно умозрительная (что там было, когда нас не было, и была ли эта точка замерзания? – кто его знает). Поэтому и возраст вселенной – вещь умозрительная. Иными словами (сосчитайте сколько раз здесь использовано слово «время»): мы умеем физически измерять только ход времени в данный момент времени, относительно СОвременных отметок на наших часах, которые все время «плывут» вместе с нами во времени, но куда они плывут, откуда и почему, нам совершенно неведомо.
Говоря о «начальных условиях» и «возрасте» Вселенной, космология оперирует понятием «абсолютного времени», что, на мой взгляд, противоречит релятивистской картине мира, в которой существенное значение имеет наблюдатель – в этом вся идеология современной физики! В связи с этим многие считают, что космология это вообще не физическая наука, а чистая математика.
 Проблема заключается в том, что для физического процесса роста «температуры» времени не установлена пока сохраняющаяся в этом процессе величина – инвариант, подобная энергии для физических процессов, происходящих в пространстве, т.е. такой точки отсчета, которая была бы не где-нибудь в бесконечном прошлом, а всегда под рукой у наблюдателя. Поэтому всякие разговоры о «возрасте» вселенной и некой абсолютной шкале времени мне представляются архаичными - напоминающими представления древних о плоской земле, имеющей край.
Посмотрите вдаль на горизонт в пространстве и попробуйте сказать, на каком расстоянии он находится? При этом представьте себе, что вы – мыслящее «дерево», не способное двигаться в пространстве, и  ничего не знаете о кривизне поверхности земли. Вы будете убеждены тогда, что горизонт - это край земли, потому что вы так видите. Постепенное уменьшение размеров других деревьев и их исчезновение на горизонте вы будете воспринимать как реальное, физическое исчезновение, поскольку представление о существовании пространственной перспективы дает только способность произвольно перемещаться в пространстве, а ее-то у дерева как раз и нет.
Не правда ли, это очень напоминает современные представления о начале вселенной как физическом явлении? Между тем, если время и пространство симметричны, то в нашем взгляде на мир мы должны учитывать не только пространственную перспективу, но и возможность существования перспективы во времени, отдавая себе отчет при этом, что явление перспективы имеет отношение только к особенностям «физики» нашего зрения, а не к физике остальных деревьев.
Если воспользоваться этой аналогией между временем и пространством, то стрела времени это как раз перспективные линии во времени, сходящиеся в острие на временном горизонте. Различие с пространством здесь только в том, что мы не можем вертеть головой на все четыре стороны и всегда обращены затылком к этому острию, способные наблюдать только противоположную сторону – прошлое.

[bob]

Вопрос о том, что представляет собой  Вселенная, содержит в себе две составляющие: что видит наблюдатель и что при этом с ним самим происходит? Интересующимся постановкой проблемы времени в контексте классической космологии рекомендую посмотреть материалы: http://zhurnal.lib.ru/editors/k/kartashow_a_s/a1vselennaiavd.shtml и http://zhurnal.lib.ru/editors/k/kartashow_a_s/auniversaltime.shtml. Лучше смотреть их именно в такой последовательности, хотя они были написаны - в обратной. Возможно для искушенных в классической космологии первый из этих очерков покажется скучноватым, поскольку там излагаются "азбучные" истины, но я все же советую прочесть до конца и посмотреть как в эти азбучные истины вплетается проблема времени.

Уважаемый Александр Сергеевич. Статьи хорошие, глубокие. Действительно проблема физического времени ещё не получила достаточного освещения. С моей точки зрения, детальное рассмотрение может прояснить многие вопросы. Но я предпочитаю исходить не из феномена "статистического" времени, получаемого интуитивным суммированием по огромному числу объектов, а из его элементарных основ. База для построения временной цепочки - квантовые события. А в них, при современном рассмотрении, время практически отсутствует. Одной из предпосылок великого объединения, в частности, является известный факт поворота диаграммы Фейнмана относительно временной оси для получения базовых явлений квантовой механики - явления поглощения и испускания фотона электроном, двухфотонной аннигиляции и образования электрон-позитронной пары. См. рис.

P.S.  Обратите также внимание на то, что позитрон трактуется Р. Фейнманом, как электрон, обращённый во времени. А вот что такое на тех же диаграммах обращённый во времени фотон? - Нет ответа.

[bob]

Не понимаю, что происходит на форуме? По этой теме так и не получил отзыв Дмитрия Вебе , а кроме того, совсем исчезла вторая тема " Сотворение мира это физическая реальность или иллюзия?".

Ничего страшного не происходит. Вы не обратили внимания на неоднократное предупреждение о предстоящем объединении этих тем и последующее объединение
http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,24122.60.html
Не держать в топе раздела веера тем по одной и той же проблематике - обычная практика.

[Kartashow]

Здравствуйте bob!
Спасибо за разъяснения по форуму и за ссылку - буду теперь знать где.
Но может быть лучше было бы прицепить к  теме: Космология и проблема времени?
Или же и эта тема будет "слита"?
Спасибо также за отклик по теме. Безусловно, в квантовой физике своя проблематика времени, и возможно, она является базовой по отношению к феноменологическим проблемам. Я только хочу обратить Ваше внимание в связи с этим на ответ № 9, где речь идет "явлении перспективы", относящейся более к физике  зрения наблюдателя, нежели к физике наблюдаемого мира. В данном случае базовую роль играет именно феноменология, равно как и в релятивистских эффектах.

[bob]

Или же и эта тема будет "слита"?

Эта тема о природе времени, а не о начальной точке. Так что не будет. В-принципе, здесь была какая-то подобная тема, но очень давно.

P.S. Кстати, вот её помогли поднять:
http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,1382.40.html

[Kartashow]

Эта тема о природе времени, а не о начальной точке.

Начальной точке чего? - времени! Тем не менее, думаю, что вы правы: проблема времени дает несколько иной поворот в трактовке большого взрыва. Поживем – увидим, насколько этот поворот интересен. Главный вопрос этой темы - обсуждение альтернативы: начало времен или горизонт времен? Пока что я большого интереса к нему и предметного обсуждения не увидел. Обсуждение крутится вокруг «физики» большого взрыва, и поскольку это событие случилось без нас и далеко от  нас, характер его чисто умозрительный и вольных идей хоть отбавляй.  Наверное, в этом я сам виноват, что при постановке темы ограничился ссылками на статьи - не у всех есть время прочитать большие сочинения. Поэтому, чтобы исправиться, я немного изменил "затравку" темы, включив туда выписку из "Сотворения мира.....". Вы не возражаете?

[Riddick]

"...мы должны допустить, что не только время, но и пространство преобразуется..."

"...Преобразование времени это некое правило (функция) связывающая одно время, как физическую величину, с другим: оно может уплотнять, разуплотнять и даже дробить физическую величину...."


Не можем ли мы допустить, что "преобразование времени" может всё же, оставлять некоторые следы?


Самоподобные структуры - фракталы.

Никто не понимает, почему и как они образуются.

Между тем, их объективное присутствие зафиксировано в самых разнообразных проявлениях:
в физиологии человека,
в его мировосприятии - психологии,
в живой природе,
в не живой природе,
в микромире,
в макромире.

Следующим уровнем обобщения самоподобных структур, является Хаос - описываемый соответствующей теорией.

Не можем ли мы предположить, что формирование самоподобных структур является следствием "преобразования времени?"

Если это так, то изучая их мы сможем понять, что такое время?

[Kartashow]

Не можем ли мы допустить, что "преобразование времени" может всё же, оставлять некоторые следы?

Я думаю, что если бы этого не было, то говорить о преобразовании времени не имело бы физического смысла. О возможных следах в геофизике речь идет в конце второй из статей, рекомендуемых в начале темы.
О самоподобных структурах ничего не могу сказать - не знаю. Возможно.
p.s. единственное замечание: у таких следов масштаб времени должен быть очень большим - порядка миллиарда лет.

[Riddick]

http://www.goldenmuseum.com/index_rus.html


"...p.s. единственное замечание: у таких следов масштаб времени должен быть очень большим - порядка миллиарда лет...."


Почему?

[Kartashow]

http://www.goldenmuseum.com/index_rus.html


"...p.s. единственное замечание: у таких следов масштаб времени должен быть очень большим - порядка миллиарда лет...."


Почему?

Я не могу на этом настаивать, это всего лишь моя точка зрения, связанная с тем, что я склонен рассматривать изотропное Хабблово движение во вселенной как наблюдаемый признак изотропного преобразования времени. Ему подвержены также и  все физические величины, с которыми мы имеем дело, в результате чего они необратимо изменяются. В связи с этим необратимость присутствует и во всех физических процессах, включая элементарные. Но на элементарном уровне эту необратимость обнаружить прктически невозможно, потому что масштаб времени таких изменений обпределяется обратной величиной постоянной Хаббла - а это есть величина порядка 10 миллиардов лет. В термодинамических явлениях, однако, эта необратимость может проявляться: за счет огромного количества элементарных взаимодействий эта ничтожная "ошибка" быстро накапливается, в результате чего необратимость проявляется на уровне наших ощущений.

[Riddick]

"...В термодинамических явлениях, однако, эта необратимость может проявляться: за счет огромного количества элементарных взаимодействий эта ничтожная "ошибка" быстро накапливается, в результате чего необратимость проявляется на уровне наших ощущений...."

Очень интересная мысль!


"...Замедление времени в Лоренцовых преобразованиях линейный случай увеличения плотности энергии по одной координате...."


А не может такого быть, что энергия и время, просто идут "рука об руку?"

Накапливается энергия - замедляется время. Замедляется время - снижается темп увеличения плотности энергии. Снижается темп - ускоряется время. И так бесконечно.

Так сказать обратная связь с переменным знаком?