Время в классической физике.

Параллельно с философскими представлениями о времени развивалась и естественнонаучная концепция времени. Одним из первых исследований, где была затронута эта проблема, была знаменитая работа Ньютона " Математические начала натуральной философии", легшая впоследствии в основу механики. В частности Ньютон писал [17]:

" I. Абсолютное истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно, и иначе называется длительностью. Относительное, кажущееся или обыденное время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя, совершаемая при посредстве какого-либо движения, мера продолжительности, углубляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как-то: час, день, месяц, год." -- (стр. 30 ) " Возможно, что не существует ( в природе ) такого равномерного движения, которым время могло бы измеряться с совершенной точностью. Все движения могут ускоряться или замедляться, течение абсолютного времени измениться не может." -- (стр. 32)

Здесь следует сделать несколько пояснений. Время для Ньютона было измеряемой длительностью. Он не исследовал, подобно Аристотелю, длительность какого именно процесса или движения измеряет время, - сам процесс для него был единственным и естественным -- вращения Земли. Ньютон указывает способ вычисления времени, он отмечает, что необходимо вводить поправку уравнения времени, что, впрочем, делали и до него, по крайней мере со времен Тихо Браге (см. [18]). Ньютона, да и других естествоиспытателей, работавших после него в XVIII-XIX веках, мало интересовал анализ самого понятия времени. Им было вполне достаточно операционного определения времени: " время -- это то, что измеряют часы, устроенные следующим образом, что...". Важно здесь то, что если " часы" одни, и они идут в некотором смысле равномерно, то и проблем не возникает.

Однако механистическое понимание времени содержит в себе нечто большее, чем можно непосредственно почерпнуть из текстов. Здесь надо подробнее остановиться на понимании пространства-времени в классической физике. Пространство здесь понимается как бесконечное трехмерное многообразие с евклидовой метрикой, в котором выделяется фиксированная точка и строится ортонормированный ориентируемый базис с началом в ней. Вводится масштаб длины -- жесткий стержень (который был реально изготовлен, хранился во французском городке Севре и служил с 1792 по 1983 год эталоном длины). Стержень жесткий, его длина не зависит ни от координат измеряемого объекта, ни от времени, ни от скорости, ни вообще от чего-либо в принципе. И вводится время -- прибор, выдающий показания, пропорциональные часовому углу звезды, -- его прообразом могут служить маятниковые часы -- прибор со своим масштабом (звездные сутки), -- никак не связанным с масштабом длины. Наглядным образом этого воззрения может служить сосуд бесконечных размеров битком набитый, словно мошкарой, математическимим точками, -- такими маленькими штучками, всюду плотными, без длины и ширины и бесконечноделимыми, в котором зафиксированы три взаимноортогональных стержня, а в центре идут маятниковые часы, ход которых в совершенстве совпадает с вращением Земли. Важно здесь и то, что независимо от выбора начала системы координат, время всегда оставалось одинаковым. И это утверждение было выведено как обобщение наблюдательных фактов. Еще Галилей (см. [19] ) указывал на это. Действительно, разве результаты измерений будут различаться, если их проводить в Пулкове или проводить в Гринвиче? Разве показания хронометра, совершившего плавание на корабле, будет заметно отличаться от показаний хронометра, оставшегося на берегу? Эксперимент тех лет однозначно отвечал --- нет. Именно здесь лежат истоки представления об абсолютном времени. Здесь сыграло роль то, что в качестве эталона служила Земля, объект, который находится в распоряжении любого наблюдателя. Во-вторых, важно и то, что Земля оказалась хорошим эталоном сo стабильностью порядка 10 в степени -8. Отсюда постепенно глобальный характер опредленного таким образом времени стал абсолютизироваться. При построении в XIX веке теоретической механики время уже достаточно вольно трактуется как некоторая всеобъемлющая, всепроникающая величина, инвариантная в силу преобразований Галилея. В такой трактовке несколько утрачивается изначальный смысл времени -- оно становится неким вездесущим аргументом, проникающим практически во все уравнения. Ведь, вспомним, уравнения динамики есть дифференциальные уравнения по времени.

Таким образом, подытоживая, можно сказать, что в классической механике XVIII-XIX веков представление о времени было двояким: с одной стороны время, эта буковка t присутствует всюду, оно проникает во все уравнения без изменений, и ни от чего не зависит. С другой стороны существует Служба Времени, котрая постоянно измеряет часовые углы выбранных звезд. И эти самые часовые углы минус прямые восхождения есть время. Я бы назвал его астрономическим временем в отличие от первого времени, которое я назову теоретическим. Потом это измеренное астрономическое время переносится путем введения поправок на другие часы, и, если требуется, сравнивается с теоретическим временем -- буковкой t. Этот кентавр аргумент-угол, оказывается дожил и до сегодняшних дней. Tем более, если учесть, что при измерении часовых углов можно вводить или не вводить ряд поправок, то у нас получится с десяток различных сортов времени (истинное, квази-истинное, UT0, UT1, UT2, UTC и т. п.). Получается даже не кентавр, а многоголовый Змей Горыныч.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: