Сергей Сергеев – Пространство и время глазами дилетанта (страница 7)

Вообще, физические константы нашей Вселенной настроены так тонко, что некоторые учёные даже высказывают мысль, будто это не могло быть случайным, а всё дело в Высшем Разуме. Не будем развивать эту мысль, просто отметим, что сделать ускорение одновременно всех процессов так, чтобы это было тождественно ускорению времени, невозможно в принципе. Невозможно, чтоб в реалиях всё происходило как на экране при ускоренной или замедленной съёмке.

Ещё раз заострим внимание на том, что часы в данном примере нам нужны не для измерения выдуманного нами времени, а для того, чтобы иметь эталон равномерно протекающего процесса, относительно которого можно было бы судить о скорости протекания других процессов. (Ну, и об их ускорении-замедлении, если таковые имеются.) А ещё, что не менее важно, чтобы находясь в любом месте огромного механизма и непосредственно наблюдая положение лишь видимых нами шестерён, можно было определить положение других шестерён, которые мы не видим в силу их удалённости от нас. Если сказать проще, то используя иллюзорное понятие «время» мы можем, наблюдая одни процессы, знать о других процессах, которые недоступны для непосредственного наблюдения. Даже о тех процессах, которые ещё не начались, но начнутся, когда непосредственно наблюдаемый нами процесс перейдёт в определённую стадию (когда наблюдаемые нами шестерни расположатся определённым образом).

Объяснение получилось несколько замысловатое, но давайте рассмотрим, как мы с помощью времени осуществляем наблюдение за процессами в повседневной жизни.

А в повседневной жизни все эти «наблюдения» и «анализы» происходящих процессов выглядят просто и буднично. Основные процессы для нашего сознания разбиты на циклы, и к этим циклам «привязаны» различные события. Главный для нас цикл это год. Один оборот Земли вокруг Солнца. Этот цикл естественным образом поделен на другие циклы – сутки. Ну, а час, минута, секунда – это всё чисто условные единицы, выдуманные для удобства, чтоб легче ориентироваться, на каком этапе находится наблюдаемый суточный цикл. И в этих единицах, как известно, нам показывает время известный всем прибор под названием часы. Посредством часов мы можем как бы видеть условные метки, на которые мы разбили наблюдаемый нами цикл – сутки. И по этим меткам мы можем судить о других процессах, которые не доступны нам для непосредственного наблюдения.

«А в тюрьме сейчас макароны дают», – сказал персонаж известного фильма, хотя находился за многие километры от того места, о котором говорил и, естественно, не мог непосредственно наблюдать происходящих там процессов (наблюдать расположение «шестерён» в том месте). Но ему известно понятие «время», и пользуясь им, он легко определил стадию того процесса, которого не видел.

Не менее важным является и тот факт, что через понятие «время» мы можем определять момент начала некоторых процессов, которые в данный момент не существуют и, естественно, никак себя не проявляют. Например, знаем, что когда стрелки часов покажут такое-то время (определённую метку происходящего сейчас процесса) то по телевизору начнётся такая-то передача (с вокзала отправится электричка, с такого-то аэродрома полетит самолёт, наступит рассвет и т.д.).

6

И всё-таки один очень важный момент мы не затронули. Что такое равномерно протекающий эталонный процесс? Или, применительно к нашему механизму, скорость вращения какой шестерни можно принять за эталон? Из наших рассуждений получилось, что это можно сделать просто «на глазок». Но чисто интуитивно возникает ощущение, что это не так: равномерное движение, равномерное колебание, должны обладать каким-то свойством, чем-то таким, что однозначно отличает его от неравномерного движения (колебания).

Вообще-то, с равномерным движением всё ясно: если все силы, действующие на движущееся тело, уравновешивают друг друга, тогда движение равномерное. В принципе, это вполне объективная оценка равномерности. А что с колебательным процессом? Напрашивается мысль, что и здесь что-то должно уравновешивать друг друга.

Давайте рассмотрим колебания маятника, то есть, движение какого-то грузика, подвешенного на верёвочке. Предположим, что всё идеально, то есть, нет никакого трения и сопротивления воздуха. Тогда колебания будут иметь постоянную амплитуду и период. Ну, постоянство амплитуды мы можем зафиксировать визуально, а как мы можем утверждать, что период колебаний тоже постоянен? Сравнить с каким-то эталоном? А эталон с чем сравнить?

А может, здесь можно найти аналогию с равномерным прямолинейным движением, где «гарантом» равномерности является равновесие действующих на движущее тело сил? Да, по сути, так оно и есть, только со своими особенностями.

В момент, когда грузик маятника находится в крайней боковой точке, то он обладает максимальной потенциальной энергией. Затем, как и положено, под действием гравитации он начинает падать вниз, но верёвочка искривляет траекторию его движения, то есть на грузик действуют несколько сил, причём, их величина и направление меняются. Долетел грузик до самой нижней точки, и под действием разных (по величине и направлению) сил начал подниматься вверх, растрачивая накопленную кинетическую энергию. Где же здесь постоянство?

Дело в том, что силы, действующие на грузик, хоть и не уравновешены в каждый отдельно взятый момент, но под их воздействием кинетическая энергия грузика перетекает в потенциальную и наоборот. То есть силы, воздействующие на грузик, «консервируются» в энергии грузика, а затем снова «возрождаются» в прежнем виде. И так при каждом колебании. То есть, здесь существует своеобразное динамическое равновесие сил. В этом сходство колебательного процесса с равномерным движением тела. Только при равномерном движении действующие силы компенсируют друг друга статически, а при колебательном процессе динамически (с некоторой «отсрочкой»).

А теперь представим себе, что рядом с рассматриваемым нами маятником качается точно такой же маятник, но не равномерно, а с ускорениями-замедлениями. Такое возможно? Возможно, но только если на этот маятник будут воздействовать внешние силы. Это будет уже не маятник.

Итак, если маятник находится в состоянии свободных колебаний, то мы смело можем считать его своеобразным генератором колебаний постоянной частоты. Это постоянство частоты (то есть, динамического понятия) обусловлено постоянством чисто физических воздействий, – постоянством силы притяжения Земли и постоянством длины верёвочки маятника.

Получается, что равномерность изменений (колебаний) маятника мы оцениваем вовсе не «на глазок», а по вполне объективным критериям.

Естественно, маятник это не единственная система, вырабатывающая какое-то равномерное изменение. Земля вращается вокруг Солнца тоже равномерно (естественно, с некоторыми допущениями, вызванными не идеальностью мироздания). И Луна вокруг Земли вращается с постоянным периодом. Здесь о равномерности периодов вращения мы тоже можем судить вполне объективно, основываясь на постоянной величине параметров, вызывающих вращение.

Вообще, всяких колебательных процессов в мире больше, чем достаточно. Например, есть известное практически всем устройство, называемое «колебательный контур». На маятник совсем не похоже, но принцип колебательного процесса, по сути, тот же. Та же замкнутая система с «динамическим равновесием» действующих в ней сил, и с постоянной величиной статических параметров (ёмкости и индуктивности), порождающих эти силы.

Так что, объективно выбрать эталон равномерного изменения не такая уж проблема. А имея такой эталон, можно вполне объективно судить и о скоростях-ускорениях-замедлениях всех прочих изменений. Эталон в виде колебаний удобен тем, что о «количестве» изменений легко судить по количеству полных периодов колебаний.

А вот в нашем выдуманном механизме мы не могли объективно выбрать эталон равномерного изменения. Уклончиво сформулировали, что за такой эталон можно принять шестерню по своей субъективной оценке. Но теперь-то мы знаем, что о равномерности изменений некоторых систем мы можем судить вполне объективно. Просто как-то не смогли в нашем мысленном эксперименте найти место маятнику или ещё каким-то равномерным колебаниям. Да и бессмысленно было их туда «встраивать»: ведь мы к тому моменту ещё не обосновали, каким образом можно судить о равномерности колебаний.

7

Так что же мы имеем? Давайте снова вернёмся к началу нашего мысленного эксперимента с механизмом из шестерён.

Первое, что надо отметить, это тот факт, что если бы мы не имели память, то не смогли бы определить, крутится шестерня или стоит на месте. То есть, прошлое существует не в реалиях, а лишь в нашей памяти. То же самое и с понятием «будущее»: его в реалиях нет, оно есть лишь в нашем воображении. В реальном мире всегда есть только настоящее. Ощущение времени, то есть, ощущение чего-то постоянно текущего порождается наличием у нас памяти и воображения.

Второе. Движение объекта это само по себе вовсе не какая-то объективная характеристика объекта (как, скажем, его физические размеры, цвет, химический состав и т.д.), а пространственная характеристика этого объекта относительно окружающей его среды. Если окружающая объект среда меняет своё положение так, что объект относительно неё не меняет своих пространственных характеристик, то он воспринимается неподвижным. (Собственно мы это наблюдаем постоянно: любой дом, столб, мост и т.д. воспринимается неподвижным, хотя всё движется вместе с Землёй.)