Розмір архіву з книгою Як влаштована машина часу? 77.98 KB
Станіслав Миколайович Зигуненко
Як влаштована машина часу?
Станіслав Миколайович Зигуненко
Як влаштована машина часу?
Спіраль або пряма?
Ще тисячоліття тому наші предки якось усвідомили час силою свого розуму і уяви, дали йому ім'я і навіть навчилися його вимірювати. І як тепер з'ясовується, придбані ними знання зовсім не приносять користі для нас сьогодні.
Якщо сучасній людині поставити запитання: «Як плине час?», То більшість з нас швидше за все уподібнить його якоїсь річці, що тече з майбутнього в минуле і ніколи не повертає свої води назад.
А от давні греки так не вважали. «Час не подібно прямій лінії, безмежно триваючої в обох напрямках. Рух часу з'єднує кінець з початком, і це відбувається незліченну кількість разів. Завдяки цьому час нескінченно ». Ця точка зору, яка належала сучасникові Геракліта філософу Проклу, протрималася багато століть, і навіть середньовічна інквізиція не змогла з нею остаточно розправитися. І все вигоди такого настільки наочного уявлення про час нам, мабуть, не завадило б детально обговорити.
Звичайно, стародавні багато в чому і помилялися. Так, скажімо, тривалість «великого року», тобто одного кільцевого циклу, згідно з Платоном, обчислювалася в 36 тисяч років. Сьогодні ми знаємо, що це не так. Що, втім, не заважає нам погоджуватися з іншим висловом великого мислителя: «... ми не змогли б сказати жодного слова про природу Всесвіту, якщо б ніколи не бачили ні зірок, ні сонця, ні неба. Оскільки ж день і ніч, кругообіг місяців і років, рівнодення і сонцестояння зримо, очі відкрили нам число, дали поняття про час і спонукали дослідити природу Всесвіту ».
Ну а тим, хто цікавиться взаємозв'язком оточуючого нас світу і часу, дозвольте нагадати слова ще одного вченого античності - Лукреція. У своїй величезною, повної усіляких відомостей поемі «Про природу речей» він, зокрема, пише:
«Також і часу немає самого по собі, але предмети
Самі ведуть до відчуття того, що в століттях відбувалося,
Що відбувається тепер і що буде після цього пізніше.
І неминуче визнати, що ніким відчуватися не може
Час саме по собі, поза руху тіл і спокою ... »
Але все-таки як воно рухається, цей самий час, по прямій або по колу?
- А ніяк! - вирішив це питання відомий в давнину любитель парадоксів Зенон Елейський. - Руху в світі немає ...
І на підтвердження свого твердження висловив апорію (т. Е. Загадку) «Стріла», яка дійшла до нас в переказі Арістотеля.
Як ми уявляємо собі політ стріли? Її рух - це зміна положення в просторі. Летюча стріла в різний час знаходиться в різних місцях. Але ж ми з вами живемо митями. Ну а коли так, значить, в будь-яка визначена мить стріла знаходиться в певному, єдиному положенні. Вона знаходиться в даному місці точно так, як якщо б вона лежала тут завжди. А значить, вважав Зенон, її аж ніяк не можна відрізнити від іншої стріли, яка дійсно покоїться в даному місці. А якщо не можна відрізнити рухому стрілу від спочиває, значить, ніякого руху і не існує ...
Цей висновок викликало великі чутки в науковому світі Завдяки їм ім'я Зенона виявилося не загубленим у віках. Навіть сучасні вчені так і не можуть однозначно визначити своє ставлення як до самого Зенону, так і до його апоріям. Одні вважають, що знаменита Апорія справила величезний вплив на розвиток науки. Інші ж вважають, що то дуже стара і ... дурна проблема.
А поки ви будете визначати своє власне ставлення до Зенону і його загадок, дозвольте сказати наступне. Зенона потрібно подякувати вже за те, що він змусив вчених пильніше вдивлятися в навколишній світ, поставив питання, зачіпали за живе, і в кінці кінців дозволив просунути науку далі. А вона, в свою чергу, дала відповіді на багато питань, в тому числі і на питання: «Час рухається по колу або по прямій?»
Аристотель, який назвав Зенона першим діалектиком, в стилі діалектики і відповів на це питання. Він об'єднав коло і пряму - вийшла спіраль. Правда, Аристотель не пропонував свій винахід в якості нового способу часу. Але спіраль з'єднує воєдино те, що раніше здавалося несумісним, що протиставлялося один одному, коли говорили про наочному поданні часу.
Таким чином, наука про час отримала новий образ, фізичне тлумачення якого належало знайти послідовникам античних мислителів.
Час Галілея і Ньютона
Натиск інквізиції на багато століть призупинив матеріалістичне пізнання світу. Кращі представники людства, подібно Джордано Бруно, горіли за свої ідеї на вогнищах, подібно Галилею, піддавалися принизливій процедурі зречення від єресі.
Але істину все ж не вдалося утримати в темницях. Мабуть, саме значне наукове досягнення епохи Відродження - вчення Коперника. Почавши зі спроб удосконалення геоцентричної системи Птолемея, що вважав, що в центрі Всесвіту знаходиться Земля, він врешті-решт прийшов до ідеї системи геліоцентричної: Земля, як і всі інші планети, обертається навколо Сонця.
Це був поворот від церковної догми до наукових поглядів на природу. Нова система світогляду дала поштовх до розвитку небесної механіки Галілея і Ньютона. А це, в свою чергу, послужило відправною точкою до створення першої наукової теорії часу.
Глибокі роздуми над різними видами руху в навколишньому світі привели Галілея до принципу відносності. Наприклад, мандрівник, що знаходиться в каюті пливе корабля, з повною підставою може вважати, що книга, що лежить на його столі, знаходиться в стані спокою. У той же час людина на березі бачить, що корабель пливе, а значить, у нього є всі підстави вважати, що книга рухається з тією ж швидкістю, що і корабель.
Так чи рухається справді книга або покоїться? На це питання не можна відповісти однозначно. Відповідь залежить від точки відліку. Якщо ми приймемо точку зору мандрівника, то книга знаходиться в спокої. Якщо будемо розглядати ситуацію з точки зору стоїть на березі, то книга, звичайно, рухається.
Таким чином, з принципу відносності випливає, що між спокоєм і рухом - якщо тільки воно прямолінійно і рівномірно - немає принципової різниці. Той же мандрівник, що знаходиться в закритій каюті корабля, що рухається по спокійному морю, не помічає ніяких ознак цього руху. Мухи вільно літають по всій каюті. А якщо м'ячик підкинути вертикально, то він впаде прямо вниз, не прагнучи впасти ближче до корми. Надокучливого ж шуму мотора за часів Галілея не знали - вітрила працювали безшумно ...
Таким чином, виходить, що ми ще раз повертаємося до точки зору Зенона, що вважав, як пам'ятаєте: руху немає взагалі, оскільки в кожен окремий проміжок часу його не можна виявити. Дуже образно цей парадокс описав А. С. Пушкін:
«І рухи немає, сказав мудрець брадатий.
Інший змовчав і став перед ним ходити.
Сильніше б не міг заперечити;
Хвалили все відповідь хитромудрий.
Але, панове, кумедний випадок цей
Інший приклад на пам'ять мені призводить:
Адже кожен день перед нами Сонце ходить,
Проте ж прав впертий Галілей ».
Той же Галілей визначив і силу, яка об'єднує тіла, що знаходяться в абсолютному і відносному спокої, - це сила інерції. Вона ніяк не проявляє себе, поки тіло дійсно покоїться або знаходиться в рівномірному прямолінійному русі. Але варто лише трохи пригальмувати його або змусити рухатися криволинейно, як негайно починає проявляти себе прискорення. Ми за інерцією, т. Е. За рахунок її сили, як би намагаємося відновити втрачений спокій.
З цієї відправної точки, користуючись поняттями швидкості і прискорення, введеними його попередником, і відправився далі Ньютон, який народився в рік смерті Галілея. У своїх роботах він встановив, що існує зв'язок між силою і прискоренням: прискорення прямо пропорційно силі, що впливає на тіло.
Однак щоб зробити цей зв'язок повністю визначеною, щоб від слів перейти до формул, Ісааку Ньютону довелося ввести нове поняття - масу. Тоді і народився знаменитий закон:
Його називають другим законом Ньютона. Першим же вважається закон інерції, який по справедливості треба б вважати законом Галілея, Ньютон лише уточнив його формулювання. І нарешті, третій закон стверджує рівність дії і протидії.
Отже, три цих закону навели порядок в нашій уяві про навколишній світ. Однак Ньютон на тому не заспокоївся. Він шукав силу, яка б приводила в рух всі небесні тіла. І великий фізик врешті-решт знайшов її. Такою силою виявилося гравітаційний вплив, вироблене введеної їм масою тіла: два тіла притягуються одне до одного із силою, прямо пропорційною добутку їх мас і обернено пропорційною квадрату відстані між ними. Причому закон однаково ефективно діє по відношенню до тіл будь-якого розміру і в будь-якому місці - каменю на Землі або планеті у Всесвіті.
Так народилася класична механіка Ньютона - Галілея, за допомогою якої вдалося пояснити до найдрібніших деталей рух планет, явище океанських припливів, що викликається тяжінням Місяця, рух каменя, кинутого під кутом до земного горизонту, і обертання штучного супутника.
Однак, щоб вимірювати швидкості і прискорення, вироблені силами, треба було знати час, протягом якого вони діяли. Механіка не може існувати без часу точно так же, як геометрія без простору.
Вимірювати час, звичайно, хотілося б ідеально точними годинами, хід яких не залежав би від відбуваються навколо подій. Такі ритмічно йдуть годинник називають інерційних, так як їх свідчення не залежать від того, чи дійсно вони знаходяться в спокої або все беруть участь в русі - прямолінійній і рівномірному. Пам'ятайте, ми говорили про мандрівника, який з досвіду, проведеного в закритій каюті, не може визначити, рухається він чи знаходиться в спокої. Так і по інерціальним годинах, які знаходяться в цій каюті, не можна виявити будь-які відхилення по відношенню до годинника, що йде на березі. Всі інерціальні годинник показує якесь абсолютне час, хід якого завжди однаковий для всього Всесвіту.
Це поняття абсолютного часу, введене в механіку Галілея - Ньютона як аксіома, стало наріжним каменем фундаменту, на якому спочиває будівля класичної фізики. «Абсолютна, істинне математичний час, само по собі і по самій своїй суті, без жодного відношення до будь-чого зовнішнього, протікає рівномірно й інакше називається тривалістю». Таке визначення йому Ньютон дає на самому початку своїх знаменитих «Начал», відокремлюючи його від того часу, яке показують реальні годинник з їх аж ніяк не ідеальною точністю. Про цей час Ньютон каже з легким нальотом іронії, наділяючи його епітетом «буденне».
Абсолют часу і простору
Взагалі І. Ньютон був не дуже високої думки про творіння Господа Бога. (Хоча не забувайте, що великий фізик був глибоко віруючою людиною, за ним значаться і праці в області теології.) Але це, втім, не заважало йому залишатися критичним, суворо дотримуватися фактів, коли справа стосувалося не потойбічного, а реального, фізичного світу.
«Можливо, що не існує (в природі) такого рівномірного руху, - писав він, - яким час могло б вимірюватися з цілковитою точністю. Всі рухи можуть прискорюватися або сповільнюватися, протягом же абсолютного часу змінитися не 'може. Тривалість або тривалість існування речей одна і та ж, швидкі чи руху (за якими вимірюється час), повільні чи, або їх зовсім немає ».
'Але навіщо тоді Ньютону знадобилося поняття абсолютного часу, яке спричинило за собою і поняття абсолютного простору, тобто не має кордонів, скрізь і всюди однакового за своїми властивостями, що вміщає в себе всі природні тіла і дає місце всім природним явищам. Для зручності вирішення завдань тієї ж практики.
Як писав в одній зі своїх статей Альберт Ейнштейн, «мета Ньютона полягала в тому, щоб дати відповідь на питання: # X201e; Чи існує просте правило для повного обчислення рухів небесних тіл нашої планетної системи за заданим станом руху всіх цих тіл в один певний момент часу? # X201c; І Ньютон дав просту відповідь на це питання. Але для цього йому довелося абстрагуватися від усього випадкового і дріб'язкового, тобто від реальності перейти до ідеалу, інакше він просто б заплутався в дріб'язковості реальних поправок. І його теорія вірою і правдою служила практиці багато десятків років, поки не з'явилася теорія відносності.
Все в світі відносно