какое время во вселенной
Величайшая загадка Вселенной: из чего состоит пространство-время?
«Из чего сделано пространство-время?», задается вопросом физик Арон Уолл из Стэнфордского института теоретической физики. В течение последних нет физики по-разному пытаются осмыслить загадку пространства-времени, рассматривая его не просто как пустой фон, на котором разворачивается история Вселенной, а скорее как поток квантовой информации, перетекающей из одной точки в другую. Уолл и его коллеги все больше убеждаются, что такое представление пространства-времени может быть ключом к разработке теории, которая сможет объяснить гравитацию с использованием принципов квантовой механики. Об этом физики мечтают еще со времен Альберта Эйнштейна.
Пространство и время — это две, наверное, самые неуловимые вещи в мире.
Петр Зенчиковский из Института ядерной физики Польской академии наук задается таким же вопросом, что и Уолл. Является ли пространство-время абсолютной, неизменной, вечно и всегда присутствующей ареной, на которой разворачиваются события? Или, возможно, это динамическое создание, возникающее как бы на определенном масштабе расстояний, времени или энергии? Упоминание абсолюта не приветствуется в современной физике. Считается, что пространство-время эмерджентно, то есть возникает откуда-то. Непонятно только, откуда.
Что такое пространство-время?
Большинство физиков считает, что структура пространства-времени формируется непонятным образом в пределах масштабов Планка, то есть на масштабах, близких к одной триллионной от триллионной доли метра. Однако есть некоторые убеждения, которые ставят под вопрос однозначность такого толкования. Существует немало аргументов в пользу того факта, что возникновение пространства-времени может происходить в результате процессов, которые намного ближе к нашей реальности: на уровне кварков и их конгломератов.
«Математика — это одно, отношение с реальным миром — другое», говорит Зенчиковский. «Например, величина массы Планка кажется подозрительной. Можно было бы ожидать, что у нее будет значение, более характерное для мира квантов. Между тем, оно соответствует примерно 1/10 массы блохи, которая определенно является классическим объектом».
Большинство физиков склонны предполагать, что пространство-время создается на планковских масштабах, на расстояниях, близких к одной триллионной триллионной доли метра (
Вопросы о природе пространства и времени озадачивали человечества с древних времен. Может ли время быть отдельным от материи, создающим «контейнер» для движений и событий, которые происходят при участии частиц, как это предполагал Демокрит в 5 веке до н.э.? Или, может быть, все это атрибуты материи и не могут без нее существовать, как предположил Аристотель столетием позже?
Несмотря на то, что прошла уже тысяча лет с тех пор, эти вопросы до сих пор не решены. Более того, оба подхода — несмотря на их очевидное различие — глубоко укоренились в столпах современной физики. В квантовой механике события происходят на жесткой арене с равномерно текущим временем.
Между тем, в общей теории относительности вещество деформирует упругое пространство-время (растягивает и скручивает его), а пространство-время сообщает частицам, как двигаться. Другими словами, в одной из теорий актеры выходят на уже подготовленную сцену, чтобы играть свои роли, а в другой они создают сцену во время представления, что, в свою очередь, влияет и на их поведение.
«В настоящее время мы сперва стремимся построить квантованное дискретное пространство-время и затем «населить» его дискретной материей. Но если пространство-время будет продуктом кварков и адронов, зависимость будет обратной: дискретное свойство материи должно усиливать дискретность пространства-времени», говорит Зенчиковский и добавляет: «Планк опирался на математику. Он хотел создать единицы из мельчайших возможных постоянных. Но математика это одно, а отношение с реальным миром другое. Значение планковской массы кажется подозрительным. Можно было бы ожидать, что у нее будет более подходящая характеристика для мира квантов. Но она соответствует примерно 1/10 массы блохи, которая определенно является классическим объектом».
Смотришь в космос и не понимаешь, где у него конец
«Игры с постоянными могут быть рискованными, потому что многое зависит от того, какие константы мы выбираем. К примеру, если бы пространство-время действительно являлось продуктом кварков и адронов, то его свойства, включая скорость света, также должны быть эмерджентными. А это означало бы, что скорость света не может быть среди основных констант», отмечает Зенчиковский.
Другим фактором в пользу образования пространства-времени в масштабе кварков и адронов являются свойства самих элементарных частиц. Стандартная модель, например, не объясняет, почему существует три поколения частиц, откуда берутся их массы или почему существуют так называемые внутренние квантовые числа, которые включают изоспин, гиперзаряд и цвет. В картине, представленной профессором Зенчиковским, эти значения могут быть связаны с определенным шестимерным пространством, созданным положением частиц и их импульсами. Построенное таким образом пространство одинаково уважает положение частиц (материя) и их движения (процессы). Выясняется, что свойства масс или внутренние квантовые числа могут быть следствием алгебраических свойств шестимерного пространства. Более того, эти свойства также объясняют невозможность наблюдать свободные кварки.
«Возникновение пространства-времени может быть связано с изменениями в организации материи, происходящей в масштабе кварков и адронов, в более первичном шестимерном фазовом пространстве. Однако не совсем понятно, что дальше делать с этой картиной. Каждый последующий шаг потребует выхода за пределы того, что мы знаем. И мы даже не знаем правил игры, по которым Природа играет с нами, нам все равно приходится их угадывать. Однако представляется разумным, что все конструкции начинаются с материи, потому что она является физически и экспериментально доступной. В этом подходе пространство-время будет лишь нашей идеализацией отношений между элементами материи», суммирует профессор Зенчиковский.
Согласитесь с ним? Расскажите в нашем чате в Телеграме.
Время и его взаимодействие с материей
© pixabay.com
Время — это изменение координат всех частиц/энергий в пространстве Вселенной(-ых) относительно друг друга. Движение и наличие этих частиц/энергий — основные условия существования времени. Движение этих частиц/энергий имеет разный характер. Расширение Вселенной, движение планет относительно друг друга, относительно своей оси, вектор, характер, направление и т.д. определяют свойства времени.
Относительность времени
Секунда — это относительное время, а точнее скорость и характер движения частиц/энергий относительно друг друга в заданной системе координат. Общепринятые скорость и время — это лишь относительные скорость и время на данный период «дыхания» Вселенной(-ых) в конкретной системе координат, в которой эти параметры периодически меняются, меняя тем самым и все остальные законы пространства Вселенной(-ых).
Время внутри объектов (Вселенная, галактика, Земля, человек, клетка, кварк и т.д.) имеет разные свойства и протекает по-разному относительно друг друга по причине изменения координат относительно условного центра Вселенной, относительно друг друга и относительно остальных предположительно бесконечно существующих систем координат, неизвестных человечеству на данный период развития. То есть время для конкретной системы координат (Вселенная, галактика, солнечная система и т.д.) представляет собой некую «матрешку», в которой каждая система имеет как свою скорость движения и вращения, так и дополняется более крупными системами, частью которых она является. Каждая из систем дополнительно раскручивается другими, представляя собой некий маховик с ускорением на границах этих систем. Человек, попадая в космос нашей Солнечной системы выходит из системы координат планеты и на него перестает действовать скорость вращения Земли и тем самым время для него замедляется. Предполагается, чем больше система, тем время больше замедляется относительно более мелких.
© pixabay.com
Вопрос возможности отсутствия движения, как основного условия существования времени — нерешенный основной вопрос математики решения взаимодействия нуля и бесконечности.
Пояснения
Часы отмеряют количество циклов — это лишь дополнительный «куцый» инструмент для определения наших координат относительно Солнца и не более, так как нам не хватает знаний.
Когда человек стоит на месте, то в его системе координат (Земля + время), он стоит на месте и движется только время, но относительно других систем координат, неподвижный человек движется с огромной скоростью. Это сумма скоростей и направлений таких разных систем, как: вращение Земли вокруг своей оси, вращение Земли вокруг Солнца, движение Земли внутри нашей Галактики, движение самой Галактики в межзвездном пространстве и т.д. Сложение всех этих изменений движений и есть изменение той самой координаты в пространстве, которую мы называем время. Проблема в том, что мы не знаем эту координату, поэтому и используем в формулах этот «куцый» инструмент, помогающий нам условно определить законы движений.
Представьте, что вы в межзвездном пространстве решили встретиться с кем-то. Как вы это сделаете? Вы с планеты Земля, а ваш друг с планеты Пандора. По каким часам будете ориентироваться? А если вас трое из разных систем? Проблема в том, что система координат намного сложнее, чем мы себе представляем, поэтому ориентироваться мы в ней не можем и привязали себя к Солнцу и Земле.
Условный центр Вселенной
А теперь представьте условный центр Вселенной и что вы знаете траекторию, скорость, направление Земли относительно этого центра. В таком случае вы сможете ориентироваться как по GPS. Но я думаю, все еще интереснее и если существуют инопланетяне, которые путешествуют в межзвездном пространстве, то ориентируются они даже не по какому-то условному центру Вселенной, а по более сложной системе координат, учитывающей движение всех известных им систем координат: планет, галактик, черных дыр и других. Так же учитывается, вероятно, влияние этих скоростей друг на друга, выраженные в массе, гравитации и подобных свойств движений энергий. Что-то вроде продвинутого навигатора.
Кварки и подобные фундаментальные частицы представлены в виде энергии, где движение этой энергии ограниченно определенными рамками (системой координат). Два основных условия существования Вселенной – это энергия и движение. Одно без другого немыслимо с точки зрения наблюдений. Все остальное – это свойства этих разнообразных движений.
И немного о скорости. Скорость – это разница изменений расстояний между объектами, поэтому она всегда относительная величина расстояний. Не так, как мы привыкли «расстояние во времени», а лишь изменение расстояний между объектами относительно условных систем координат.
О пространстве и времени во Вселенной
Пространство и время – это философские категории для обозначения протяженности и длительности (эмпирически проявляющихся качеств Вселенной). В истории философии (и в целом науки) наличие представлений или понятий пространства и времени никогда и никем не отрицались. Оспаривалось лишь, принадлежат ли пространство и время самому предметному миру, или же являются особыми свойствами самого человека как существа разумного (его системы восприятия и мышления).
Для стихийного материализма и натурфилософских представлений характерно понимание пространства и времени как объективно существующих качеств Вселенной (всего внешнего мира). Свое логическое завершение такой подход нашел в физике и натурфилософии И. Ньютона. В его концепцию были включены понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Первое есть бесконечная протяженность, “вместилище” для всей материи Вселенной, а второе – равномерно текущая бесконечная длительность Вселенной. И то, и другое не зависят от каких-либо процессов внутри самой материи.
Именно такая “абсолютная независимость” пространства и времени Вселенной позволила И. Канту сделать парадоксальный вывод о том, что они, по-видимому, вообще принадлежат не миру нашего опыта, а самим познавательным способностям человека как существа разумного. Иными словами, Вселенная, существующая вне человека и безотносительно к его познанию, обладает принципиально недоступными нам параметрами. Лишь когда мы делаем ее фрагменты “вещами-для-нас”, мы оформляем их пространством и временем. Пространство и время для И. Канта – это априорные (до-опытные) формы чувственного созерцания, изначально присущие человеческому восприятию. По И. Канту, вывести, абстрагировать из реальности пространство и время невозможно.
Традиция объективного идеализма Нового времени продолжила платоновский подход. Пространство и время выступают как всеобщие внешние условия бытия тел во Вселенной, но созданные вместе с материей Богом или вселенским (космическим) разумом (религиозные концепции) или выступающие как формы Абсолютной Идеи (например, у Г. Гегеля).
Диалектико-материалистическое учение о пространстве и времени состояло в понимании последних как “всеобщих атрибутов и форм движения материи”. Тем самым считалось, что пространство и время неразрывно связаны с материей, а к их свойствам относились: единство прерывного и непрерывного, количественная и качественная бесконечность. Различали метрические характеристики (т.е. связанные с процессами измерения) и топологические (например, связность и симметрия пространства, и одномерность, необратимость времени).
Огромный вклад в формирование современных представлений о пространстве и времени внесла теория относительности А. Эйнштейна, выработавшая положение о едином “материально-пространственно-временном континууме”, где все три параметра взаимосвязаны и относительны друг друга. Необходимо отметить, что дальнейшее развитие физической наукой понятий пространства и времени во Вселенной привело к определенным логическим и теоретико-познавательным трудностям, поэтому в настоящее время невозможно говорить о проблеме статуса пространства и времени как о закрытой, вполне разрешенной философской проблеме.
Вопросы соотношения безграничности и бесконечности, обратимости и необратимости, многомерности Вселенной еще предстоит ученым осмыслить. Пристальное внимание уделяется исследователями начала XXI века новым аспектам пространства и времени – историческое (цивилизационное) пространство и время, психологическое, культурное, духовное. Понимать ли эти аспекты как грани реального бытия или лишь моменты нашего познания Вселенной? Многие вопросы остаются открытыми и на них еще предстоит дать ответы ученым. Это может произойти как в ближайшей перспективе, так и в отдаленной.
Во вселенной не существует времени
Учёные из научно-исследовательского центра Бистра в Птю, Словения, выдвинули теорию, что ньютоновская идея времени как абсолютной меры, которая движется сама по себе, а также что время является четвёртым существующим измерением – неверны. Они предложили заменить эти концепции времени новым взглядом, который лучше соотносится с физическим миром: время – это всего лишь нумерологический порядок физических изменений.
Эта точка зрения не означает, что времени не существует, но скорее, что время больше связано с пространством, чем с идеей абсолютного времени. Другими словами, если концепция четырёхмерного пространства-времени предполагает существование трёх пространственных измерений и одного временного, то новая парадигма гласит, что более корректно представлять пространство-время как четыре измерения реального пространства. Что означает, что вселенная по своей сути «безвременна».
В двух недавних публикациях в «Physics Essays» Амрит Сорли, Дэвид Фискалетти, и Дюзан Клинар, объясняют, что мы привыкли считать время абсолютной количественной величиной, которая играет роль независимой переменной (время t часто откладывается на Х-оси графиков, отображающих эволюцию физической системы). Но как они замечают – мы никогда на самом деле не измеряем величину t. Что мы измеряем – так это частоту и скорость изменения объекта. Но само по себе t представляет собой всего лишь математическую величину, и не обладает физическим существованием.
«Пространство Минковского не является трёхмерным + время, оно является четырёхмерным», пишут учёные в своей статье. «Точка зрения, считающая время физической сущностью, в которой происходят материальные изменения, здесь заменена более удобной точкой зрения, в которой время – это всего лишь нумерологический порядок материальных изменений. Эта точка зрения лучше согласуется с физическим миром и лучше объясняет мгновенные физические феномены: гравитацию, электростатическое взаимодействие, и многие другие».
«Идея что время является четвёртым измерением пространства, не принесла особого прогресса в физику и, строго говоря, находится в противоречии с формализмом специальной теории относительности», говорят они. «Сейчас мы разрабатываем парадигму трёхмерного квантового пространства, основанную на работах Макса Планка. По всей видимости, вселенная является трёхмерной от макроуровня до микроуровня в Планковском объёме, который является трёхмерным. В этом трёхмерном пространстве не существует «сокращения длины», нет никакого «замедления времени». Что действительно существует – так это скорость материальных изменений в релятивистском эйнштейновском смысле».
Исследователи предлагают такой пример этой концепции времени: представьте себе фотон, который движется между двумя точками пространства. Расстояние между этими двумя точками состоит из планковских расстояний, каждое из которых представляет собой наименьшее расстояние, на которое может переместиться фотон (фундаментальная единица этого движения – это планковское время). Когда фотон проходит планковское расстояние, он движется исключительно в пространстве, но не в абсолютном времени, объясняют учёные. Фотон можно представить как движущийся из точки 1 в точку 2, и его позиция в точке 1 «предшествует» его позиции в точке 2 в том смысле, что номер 1 предшествует номеру 2 в нумерологическом порядке. А нумерологический порядок не эквивалентен временному порядку. Другими словами, номер 1 не существует раньше номера 2 во времени, а только лишь в нумерологическом порядке.
Который час во Вселенной?
Мы смотрим кино и играем в игры, в которых разнообразные стражи галактик перемещаются от планеты к планете, от галактики к галактике. Откуда они знают точное время? Не приходится же им постоянно подкручивать колесико на своих «свотчах»? Или где-то проходит гигантский Гринвич через всю Вселенную? Который час в нашем мире?
Эйнштейн говорил, что все относительно. Мы знаем, что все познается в сравнении. Но в физике это «все» относительно. Относительно скорости света, которая постоянна относительно любой точки отсчета. Итак, давайте кое-что изучим.
Если посветить фонариком перед собой, можно отметить, что луч света движется со скоростью 300 000 км/с, то есть это — скорость света. Если вы будете двигаться на 200 000 км/с быстрее меня и светить перед собой фонариком, я увижу, что свет от вашего фонаря движется со скоростью 300 000 км/с. Это с моей точки зрения. С вашей точки зрения, по-видимому, он будет двигаться со скоростью 100 000 км/с.
Но если вы захотите измерить скорость света из вашего фонарика относительно вас, его скорость тоже будет 300 000 км/с. Возможно, изменяется скорость, с которой вы ощущаете время? Для вас оно будет казаться нормальным, но с моей точки зрения ваше время будет идти медленнее. Мы договорились о том, как быстро свет движется в километрах в секунду, но не решили, насколько длинная секунда. При этом не договорились о длине метра.
Это кажется странным, потому что нам пространство и время кажутся абсолютными вещами, а свет — нечто такое, что движется сквозь пространство. Это наш опыт. Если задуматься о том, что время и пространство — растяжимые и подвижные понятия, можно слегка тронуться умом.
Забавно то, что абсолютным является свет, а пространство и время относительны. Поэтому время зависит от вашей точки зрения, а значит не существует единого абсолютного времени.
Таким образом, из-за относительности каждая точка во Вселенной ощущает время с разной скоростью. Когда мы наблюдаем космический микроволновый фон, мы выясняем, что движемся со скоростью 630 км/с относительно фона. Это означает, что мы испытываем время немного медленнее, чем то, что будет в состоянии покоя относительно космического фона.
Ненамного медленнее, но если учесть возраст Вселенной, наши космические часы отстали на 30 000 лет. Так что можете переводить часы.