Стріла часу
Що таке час? Як коротко і ясно визначити одне з основних понять фізики і філософії? У наших повсякденних розмовах ми ні про що не говоримо так часто і з такою впевненістю, як про час. І коли ми говоримо про нього, ми, безсумнівно, розуміємо, про що йдеться. Однак що ж таке час з погляду фізики? Чи є...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вісник НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2012 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/36393 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Стріла часу / Б.Ю. Жиляєв // Вісн. НАН України. — 2012. — № 4. — С. 23-29. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859989538695282688 |
|---|---|
| author | Жиляєв, Б.Ю. |
| author_facet | Жиляєв, Б.Ю. |
| citation_txt | Стріла часу / Б.Ю. Жиляєв // Вісн. НАН України. — 2012. — № 4. — С. 23-29. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вісник НАН України |
| description | Що таке час? Як коротко і ясно визначити одне з основних понять фізики і філософії? У наших повсякденних розмовах ми ні про що не говоримо так часто і з такою впевненістю, як про час. І коли ми говоримо про нього, ми, безсумнівно, розуміємо, про що йдеться. Однак що ж таке час з погляду фізики? Чи є він єдиним у межах Всесвіту? На ці непрості запитання намагається дати відповідь завідувач лабораторії швидкоплинних процесів у зірках Головної астрономічної обсерваторії Національної академії наук України, кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Борис Юхимович Жиляєв.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:31:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
23ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
ГРАНІ НАУКИ
Б.Ю. ЖИЛЯЄВ
СТРІЛА ЧАСУ
Що таке час? Як коротко і ясно визначити одне з основних понять фізики і філософії? У наших повсякденних
розмовах ми ні про що не говоримо так часто і з такою впевненістю, як про час. І коли ми говоримо про нього, ми,
безсумнівно, розуміємо, про що йдеться. Однак що ж таке час з погляду фізики? Чи є він єдиним у межах Всесвіту?
На ці непрості запитання намагається дати відповідь завідувач лабораторії швидкоплинних процесів у зірках Го-
ловної астрономічної обсерваторії Національної академії наук України, кандидат фізико-математичних наук,
старший науковий співробітник Борис Юхимович Жиляєв.
© Б.Ю. Жиляєв, 2012
ВСТУП
Не знайдеться людини, яка б не знала, що
таке час. І немає на Землі людини, яка знає,
що таке час. Ще Аристотель двадцять чоти-
ри століття тому говорив: «З усього невідо-
мого час — найневідоміше». І вторячи йому,
Августин Блаженний у V ст. зізнавався:
«Що таке час? Якщо ніхто мене про це не за-
питує, я знаю, що таке час. Але якщо я захо-
чу пояснити — то не знаю». Аристотеля й
Августина Блаженного ми з повним правом
можемо називати вченими. Адже перші уні-
верситети в Європі створювала католицька
церква. І ми знаємо, що великий астроном
Миколай Коперник був єпископом, а Йо-
ганн Кеплер, видатний небесний механік,
утримував свою сім’ю, працюючи астроло-
гом при дворі чеського короля.
У повсякденному житті ми асоціюємо час
з годинником. Годинниковий механізм за-
безпечує хід часу в потрібному темпі в зада-
ному напрямі. Напрям ходу і темп — ось і
все, що відомо пересічному громадянину
про час. Проте коли ми говоримо про час у
вселенському масштабі, виникають запи-
тання. У фізиків є майже абсолютна впевне-
ність, що час на Землі і в якій-небудь дале-
кій галактиці в сузір’ї Гончих Псів іде одна-
ково. І не лише там, а й усюди.
Ісаак Ньютон вважав, що у Всесвіті існує
єдиний абсолютний час. Спеціальна теорія
відносності (СТВ) стверджує, що час тече од-
наково в усіх інерційних системах координат.
Слід підкреслити, що в механіці Ньютона й
Ейнштейна сталість ходу часу є постулатом.
І мимоволі закрадається думка про того не-
відомого Годинникаря, який задає один на-
прям і однаковий хід Космічному Часу в усіх
куточках неосяжного Всесвіту. І сам творець
загальної теорії відносності (ЗТВ) Альберт
Ейнштейн неодноразово висловлював з цьо-
го приводу вражаючі думки: «Все визначено
силами, над якими ми не владні ... однаковою
мірою для комахи і для зірки. Людські істоти,
овочі або космічний пил — усі ми танцюємо
під загадковий час, модульований десь неви-
димим виконавцем».
СТРІЛА ЧАСУ АРТУРА ЕДДІНГТОНА
Як зазначається в Оксфордському слов-
нику з філософії, на відміну від простору ми
сприймаємо час як напрям. Існує асиметрія
між уже відомим минулим і майбутнім, яко-
го ще немає. Стріла часу є те, що дає часу на-
прям. Термін «стріла часу» в 1927 р. ввів у
науковий обіг британський астроном Артур
Еддінгтон (Arthur Stanley Eddington). Було
помічено, що багато фізичних процесів на
мікроскопічному рівні відбуваються симе-
трично в часі. Це означає, що теоретичні
24 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
ГРАНІ НАУКИ
рівняння, які описують рухи атомів, зали-
шаються незмінними, якщо напрям часу в
них змінити на протилежний. Однак коли
ми розглядаємо речі на макроскопічному
рівні, ситуація змінюється. Нам починає
здаватися, що є очевидний напрям ходу по-
дій. Стріла часу є тим, що вводить елемент
асиметрії в навколишній світ.
Можна виділити ряд аспектів спрямова-
ності часу.
1. Згідно з другим законом термодинамі-
ки, ентропія (міра хаосу) зростає з минулого
в майбутнє.
2. Всесвіт розширюється в часі.
3. Причинні зв’язки працюють тільки в
одному напрямі, майбутні події не можуть
впливати на минулі.
4. Ми пам’ятаємо минуле, але не можемо
пам’ятати майбутнє.
5. Ми можемо змінити майбутнє в тому
сенсі, в якому не можемо змінити минуле.
Як зазначено в Оксфордському словнику
з філософії, лише повне розуміння часу дало
б нам можливість знати чи є ці п’ять аспек-
тів стріли часу наслідком істинної необхід-
ності або невідомих обставин.
Як пише лауреат Нобелівської премії з хі-
мії Ілля Пригожин, без стріли часу не було б
привілейованого моменту, відомого як «те-
перішнє». Без стріли часу неможливо уяви-
ти собі буття. Без стріли часу світ завмер би
в нерухомості фотографічного відбитка.
Сказане, проте, — всього лише констата-
ція деяких спостережень. Потрібен більш
пильний погляд на речі, щоб дістатися до
першопричини.
ІСТОРИЧНА
І ТЕРМОДИНАМІЧНА СТРІЛИ ЧАСУ
Як зазначає відомий американський фі-
зик Девід Лейзер (David Layzer), історичні
процеси мають спільну властивість — вони
генерують порядок і породжують інформа-
цію, вони трансформують просте у складне.
З іншого боку, якщо ми покладемо шмато-
чок цукру в чай, цукор розчиниться й інфор-
мація про нього зникне — ми не дізнаємося,
чи був то шматочок, чи ложечка цукру, і без-
лад загалом збільшиться. Незворотні проце-
си руйнують макроскопічну інформацію (в
нашому прикладі це молекулярна дифузія
під час розчинення цукру). Вони є маніфес-
тантами другого закону термодинаміки. Цей
закон стверджує, що всі природні процеси
генерують (збільшують) ентропію, що є чис-
ловою мірою хаосу.
Щоб продемонструвати закон зростання ен-
тропії в дії, розглянемо простий приклад, зо-
бражений на рис. 1. Нехай у замкненому при-
міщенні знаходяться два тіла, нагрівник з тем-
пературою Т1 і термостат з температурою Т2.
Термостатом можна вважати повітря в примі-
щенні. Припустімо, нагрівник потужністю 1
кіловат увімкнули на 10 секунд і він нагрівся
до 100 градусів. Німецький фізик Рудольф
Клаузіус у 1843 р. сформулював концепцію
ентропії для того, щоб чисельно розраховува-
ти дисипацію теплоти. Ентропію за Клаузіу-
сом визначають як кількість теплоти Q, поді-
лену на температуру: S = Q/T. У нашому ви-
падку Q = 1 000·10 Вт·с = 10 000 Дж. Ентропія
дорівнює S = 10 000/100 = 100 Дж/град =
= 100 Кл (Кл — клаузіус, одиниця виміру ен-
тропії, названа на честь одного із засновників
термодинаміки).
Через деякий час температури нагрівника
і повітря в кімнаті стануть однакові й дорів-
нюватимуть Т2. Зміна ентропії становитиме
ΔS = Q·(1/T2 — 1/T1). Припустимо, темпера-
тура в кімнаті дорівнює Т2 = 20 град, ентро-
пія в кімнаті — S = 10 000/20 = 500 Дж/град
= 500 Кл. А зміна ентропії становить ΔS =
400 Кл. У результаті ентропія збільшилася.
Другий закон термодинаміки стверджує,
що ентропія (S) ізольованої системи може
лише збільшуватися. Потік енергії у формі
теплоти Q від гарячого тіла (T1) до холодно-
го (T2) з плином часу приведе до встанов-
лення температурної рівноваги. Зростання
ентропії з плином часу є «абсолютним пра-
вилом». Весь наш практичний досвід підка-
зує, що температурна рівновага досягається
перенесенням теплоти від гарячого тіла до
холодного і ніколи – навпаки. Отже, зміни
ентропії можна розглядати як свого роду го-
динник, що йде в одному напрямі. Зазначи-
25ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
ГРАНІ НАУКИ
мо, що другий закон термодинаміки — це
проста констатація дослідних даних. Артур
Еддінгтон якось зауважив, що швидше може
бути порушений закон збереження енергії,
ніж закон зростання ентропії.
Ми навели приклад історичної й термо-
динамічної стріл часу. Цікаво, що ні та, ні
друга не спостерігаються на мікроскопічно-
му рівні. «Порядок» — макроскопічний кон-
цепт, він не має сенсу, коли йдеться про
окремий атом або молекулу. У світі части-
нок є рух, але немає еволюції. Проте ні мі-
кроскопічна, ні макроскопічна точка зору
не дають і натяку на те, де зароджується
стріла часу.
НЕЗВОРОТНІСТЬ
У своїх міркуваннях Девід Лейзер зазна-
чає, що як історична, так і термодинамічна
стріли часу характеризують природні про-
цеси, які відбуваються в одному напрямі,
вони визначають події, які не можуть бути
змінені, які неможливо повернути до почат-
кового стану. Що робить ці процеси незво-
ротними? Якщо всі феномени можна роз-
глядати як результат взаємодії елементар-
них частинок, то, як зазначено вище, на
мікроскопічному рівні закони фізики де-
монструють симетрію в часі. Залишається,
правда, ще можливість, що на субатомному
рівні закони фізики не мають ідеальної си-
метрії. І справді, було знайдено, що розпад
нейтрального К-мезона в ядерній фізиці де-
монструє асиметрію в часі.
Очевидне порушення симетрії K-ме зо на-
ми спостерігається, однак, лише в експери-
ментах з фізики високих енергій. K-мезони
не є компонентами звичайної речовини і не
відіграють жодної ролі в макроскопічних
процесах, які визначають історичну й тер-
модинамічну стріли часу. Якщо корінь не-
зворотності не можна знайти в законах, що
керують мікроскопічними подіями, то його
потрібно шукати в тих обмеженнях, які є в
цих подіях. Закони й обмеження — додатко-
ві аспекти фізичного опису природи. Проте
пошук цих обмежень затягнувся на багато
десятиліть.
Історія з К-мезонами переконує нас у тому,
що стріла часу існує і на субатомному рівні,
всередині однієї елементарної частинки, де
не йдеться ні про речовину у відомих нам
формах, ні про закони руху цієї речовини.
Ілля Пригожин виконав титанічну роботу
в пошуках джерел стріли часу. Він почав з
класичної механіки, де первинним елемен-
том вважається траєкторія руху частинки.
Оскільки рівняння механіки симетричні
щодо часу, в «траєкторному» описі немає ні
незворотності, ні ентропії, ні, врешті, стріли
часу. Парадокс, на думку Пригожина, був
розв’язаний за допомогою теореми фран-
цузького математика Анрі Пуанкаре, сфор-
мульованої ним у 1889 р. Суть теореми по-
лягає в тому, що системи, які складаються з
багатьох частинок, у результаті взаємодії
між частинками стають «не інтегровними».
Це врешті-решт призводить до неможливос-
ті точно розрахувати траєкторії частинок. І
єдиним виходом стає перехід до імовірніс-
ного (статистичного) опису руху таких сис-
тем. Адже незворотність, ентропія, а з ними
й стріла часу — породження імовірнісного
опису. Причому важливо зазначити, що тео-
рема Пуанкаре говорить про принципово
нерозв’язну проблему траєкторій для «не ін-
тегровних» систем. Можливо, буде цікаво
знати, що класична задача двох тіл про орбі-
ту Землі навколо Сонця є «інтегровною»,
тобто траєкторія в цьому разі існує і може
бути точно обчислена. Це відомі еліпси в за-
дачі Кеплера. А ось задача трьох тіл нале-
жить уже до класу «не інтегровних», для неї
точних траєкторій не існує в принципі. Й
Рис. 1. Зростання ентропії в ізольованій системі
26 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
ГРАНІ НАУКИ
описувати еволюцію потрійних систем зі-
рок в астрономії доводиться вже методами
статистичного моделювання за допомогою
перебирання мас і початкових значень коор-
динат і швидкостей компонент. Розпад та-
ких систем можна трактувати лише в термі-
нах імовірностей залежно від того, яку кон-
фігурацію початкових значень параметрів
ми обрали. Якщо шлях якоїсь комети (зада-
ча двох тіл) може бути обчислений в аналі-
тичному вигляді на будь-який момент як у
віддаленому минулому, так і у віддаленому
майбутньому, то в аналогічній задачі трьох
тіл аналітичного розв’язку вже не існує. Це
означає, що якщо ми спостерігаємо в Галак-
тиці систему з трьох зірок (а таких систем
ми бачимо чимало), то ми нічого не можемо
сказати про те, як виглядатиме цей триплет
через тисячу років.
Так математика формально вирішила про-
блему стріли часу. Інша справа — чи переко-
нує такий формальний результат пересічно-
го громадянина? Однак у математиці є по-
стулат: «формально — означає правильно».
МАШИНА ЧАСУ
Можливо, багатьом здасться дивним той
факт, що серйозна наука фізика не заперечує
можливості подорожей у часі. Проте на шля-
ху їх практичного здійснення стоять величез-
ні за своїми масштабами енергетичні пробле-
ми. Наприклад, для створення часового туне-
лю для подорожі в просторі-часі розміром у
людський зріст потрібна енергія, еквівалент-
на енергії маси ста таких планет, як Земля.
Щодо машини часу варто спочатку визна-
читися з термінологією. Подорож у часі при-
пускає, що минуле і майбутнє потенційно іс-
нують як реальності подібно до теперішнього.
Причому існують у певний момент і в певно-
му місці. Інакше подорожі втрачають сенс. Це
означає, що ми реально (інша справа — яким
чином) можемо опинитися в ситуації, напри-
клад, побачення з самим собою, перебуваючи
в різних часах. Проблема в тому, як це здій-
снити. І ще одне питання: як усе це виглядає
з погляду моралі та можливих відносин і
вчинків. При цьому слід, очевидно, виходити
з того, що логіка земних стосунків не може
бути прийнята за основу поведінки в подоро-
жах у часі. Тут мають домінувати принципи
космічного характеру, а не сублімація наших
інстинктів. Незвичайність ситуації зобов’язує
нас прийняти кодекс поведінки, що виклю-
чає конфлікти. Інтуїція підказує, що в іншо-
му разі подорож не відбудеться. Постає пи-
тання: з якої причини? Та хіба мало в нашому
житті причин, про джерела яких ми можемо
лише здогадуватися?
Як пише Мічіо Каку, відомий космолог,
професор Міського університету Нью-Йор-
ка, у своїй книзі «Паралельні світи», Біл-
лем ван Стокум в 1937 р. знайшов розв’язок
рівнянь Ейнштейна, які уможливлюють по-
дорож у часі. Машина часу ван Стокума є
циліндром, що обертається зі швидкістю,
близькою до швидкості світла. При цьому
створюється «ефект залучення» системи
відліку координат (frame-dragging). Ман-
дрівник, облетівши навколо циліндра, по
суті може повернутися назад у часі, в мо-
мент, що передує моменту відльоту. При
цьому чим швидше обертання циліндра, тим
далі можна полинути назад у часі. У цій іс-
торії нас насамперед цікавлять не деталі по-
льоту, а сама можливість подорожі в часі,
яка дістає, таким чином, чіткий доказ.
Як зазначає Мічіо Каку, Ейнштейн запро-
понував концепт викривленого простору, а
час став більше нагадувати ріку, що вилася
по Всесвіту, то прискорюючи, то уповільню-
ючи свій біг. Ейнштейна турбувала небезпе-
ка того, що ріка часу може замкнутися сама
на собі. І, можливо, в річці часу можуть іс-
нувати «вири і рукави».
У теорії відносності Ейнштейна є кілька
аномалій, які, здається, перебувають за
межами здорового глузду. По-перше, це ши-
роко відомі чорні діри і менш відомі «крото-
ві нори», або «червоточини» (wormhole).
Останні ввів у науковий обіг Джон Уілер
(John A. Wheeler), фізик-теоретик з Прин-
стонського університету. Ці химерні утво-
рення називають ще просторово-часовими
«порталами», які можуть бути «воротами» в
інші виміри.
27ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
ГРАНІ НАУКИ
Якщо уявити черв’яка, для якого Всесві-
том є яблуко, то він буде двовимірною істо-
тою, доки подорожує по поверхні яблука.
Двовимірною, оскільки на яблуці, як і на
глобусі, є лише дві координати — довгота і
широта. Проте черв’як може скоротити свій
шлях у π/2 разів, якщо вгризеться в яблуко і
через утворену червоточину досягне проти-
лежного боку яблука. Червоточина стає
«порталом», просторово-часовим тунелем
для подорожі черв’яка в яблуці. І зауважи-
мо, що для черв’яка цей похід є мандрівкою
через інший, третій вимір, а червоточина —
машиною часу.
В концепції Ейнштейна викривленого
простору-часу загальної теорії відносності
час схожий на ріку, де, як і в звичайній річці,
можуть бути рукави. Ігор Новіков, відомий
російський фахівець з космології, викорис-
товував цей поетичний образ у своїй книзі
«Ріка часу» («The River of Time»), виданій
Кембриджським університетом у 2001 р.
Для подорожі в часі можна створити особ-
ливий просторово-часовий портал — «пет-
лю часу», або, просто кажучи, рукав.
Очевидно, подорож має сенс, коли ман-
дрівник пересуватиметься в часі досить
швидко. На шкоду строгості, але з користю
для наочності скористаємося аналогією між
плином часу і течією води в трубах. На рис. 2
зображено схему напірної трубки Прандтля
для вимірювання тиску в потоці рідини.
Один кінець трубки вводять в трубу і вста-
новлюють паралельно потоку, а другий —
перпендикулярно. Відповідно до рівняння
Бернуллі, сума статичного і динамічного
тиску, пропорційна квадрату швидкості, за-
лишається сталою вздовж лінії течії. Рідина
в трубці Прандтля тектиме швидше, ніж у
головній трубі, внаслідок надлишкового тис-
ку ΔР і меншого перерізу. Частинки рідини,
що увійшли в трубку, знов опиняться в осно-
вному потоці, причому раніше, ніж частин-
ки, з якими вони розійшлися на вході в труб-
ку. Отже, трубка Прандтля в річці часу може
відігравати роль машини часу. Трубка, спря-
мована за течією, забезпечить подорож у
майбутнє, спрямована проти течії — в мину-
ле. Чим тонша трубка, тим з більшою швид-
кістю відбувається подорож у часі. Нескін-
ченно тонкі петлі часу в принципі дають
змогу здійснити нескінченно далекі подоро-
жі за розумний проміжок часу. Один з най-
впливовіших космологів сучасності Стівен
Хокінг (Stephen W. Hawking) з Кемб ри дж-
ського університету одного разу пожартував:
«Якби просторово-часові тунелі існували,
вони були б ідеальним засобом для швидко-
го переміщення в Космосі. Можна було б
зранку пройти таким тунелем в інший кінець
галактики і повернутися до обіду».
Отже, для подорожі в часі потрібно ство-
рити петлю часу. Це потребує викривлення
простору. Для створення часового тунелю
розміром з людський зріст потрібно викона-
ти певну роботу. Можна підрахувати, що не-
обхідна для цієї процедури енергія дорівнює
енергії, яку випромінює Сонце впродовж ста
тисяч років... Таким чином, теоретично зада-
чу можна розв’язати, а практично — ні.
Іншою привабливою перспективою є мож-
ливість бачити минуле і майбутнє, не пере-
міщуючись у просторі-часі. Така можливість
пов’язана з релятивістськими гравітаційни-
ми хвилями (ГХ). Інакше кажучи, ГХ мо-
жуть діяти як ліхтар, здатний освітити ми-
нуле чи майбутнє.
Будь-яке матеріальне середовище може
бути полігоном для поширення хвиль. Усім
відомі хвилі тяжіння на воді, звукові хвилі в
повітрі, електромагнітні хвилі у вакуумі.
Звук – це поздовжні коливання (хвилі тис-
ку), а світло — поперечні коливання елек-
тричного і магнітного полів. Гравітаційне
поле, що заповнює весь простір Всесвіту, є
Рис. 2. Схема трубки Прандтля
28 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
ГРАНІ НАУКИ
середовищем для поширення гравітаційних
хвиль. ГХ мають складнішу, тензорну струк-
туру. Це хвилі напруження простору-часу,
що поширюються зі швидкістю світла. Будь-
яка хвиля — це збурення стану середовища,
в якому хвиля поширюється. ГХ – це, грубо
кажучи, збурення як метрики простору, так і
плину часу.
Плаваючи у спокійному морі, ми бачимо
лише малу ділянку простору навколо себе.
Однак варто піднятися великій хвилі — і пе-
ред нами відкривається далечінь аж до са-
мого горизонту. Хвиля дарує нам можли-
вість бачити далі, ніж зазвичай.
Гравітаційні хвилі — це хвилі метрики
про стору-часу, і на гребені цих хвиль від-
кривається перспектива побачити події, від-
далені не лише в просторі, а й у часі. І тут
вступає в гру ще один важливий фактор.
Ми бачимо навколишній світ у проекції на
сітківку ока. Фактично ми бачимо не тіла, а
відображення їхніх поверхонь на площину.
Всі особливості цих поверхонь ми вивчаємо
за їхнім відображенням. У 1955 р. американ-
ський математик Хасслер Уітні (Hassler
Whitney) показав, що особливості відобра-
жень бувають лише двох типів — складки і
зборки, решту можна звести до цих двох.
Властивості особливостей відображень збе-
рігаються і в багатовимірних просторах.
За наявності ГХ ми бачимо відображення
просторово-часових подій крізь їх призму. З
погляду теорії відносності можна говорити
лише про простір-час, а не окремо про про-
стір і про час, оскільки згідно з принципом
відносності просторові й часова координати
не є незалежними. Це означає, що особли-
вості відображень можуть бути не тільки в
просторових, а й у часовій координаті.
Що можуть означати складки і зборки Уіт-
ні на часовій осі? Особливості при проецію-
ванні виникають у разі, якщо в одній точці
проекції відображуються кілька точок прое-
ційованої поверхні. Це означає, що деякому
моменту «нашого» часу може відповідати
один або кілька прообразів часу з відображу-
ваного різноманіття. Ми можемо побачити
образи далекого минулого або майбутнього, а
також накладення різночасових подій.
Рис. 3 наочно демонструє складки Уітні
на часовій осі спостерігача, який спостерігає
віддалений об’єкт у полі потужної гравіта-
ційної хвилі. ГХ періодично то прискорює,
то уповільнює плин часу в об’єкті спостере-
жень. Тому події в ньому, як здається спо-
стерігачеві, відбуваються нерівномірно в
часі. В результаті спостерігач бачить події то
з випередженням, то з запізненням у часі. А
в деякі моменти часу (в інтервалі 5,07–5,43
на рис. 3) спостерігач бачитиме три зобра-
ження об’єкта в різні моменти його історії.
Генератором ГХ може бути тіло, що обер-
тається. Як ми вже говорили, машина часу
ван Стокума у вигляді обертового циліндра
дає можливість подорожувати в часі. Отже,
відповідний генератор ГХ може стати для
нас просторово-часовим кінематографом,
або, більш сучасно, 4D-vision.
Варто ще раз підкреслити, що стосовно
подорожі в часі ми не можемо говорити
окремо про місце й окремо про час події, з
якою стикається мандрівник. Час і простір у
теорії відносності не є незалежними величи-
нами, а об’єднуються в єдиний чотириви-
мірний комплекс. Щоб зрозуміти суть подо-
рожей, потрібно відійти від звичного комп-
лексу ЩО-ДЕ-КОЛИ і навчитися мислити
в комплексі ЩОДЕКОЛИ.
Рис. 3. Складки Уітні на часовій осі спостерігача
29ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 4
ГРАНІ НАУКИ
ПРО ФІЗИКУ ЧАСУ
Простору і часу у фізиці відведено роль аб-
страктних координат. По суті це голі коорди-
натні осі, які нічого не дають нашій уяві, ні
про що не говорять розуму. Вони є просто за-
собами опису, не пояснюючи, що за ними сто-
їть. Маніпуляції з простором-часом можливі
лише в рамках рівнянь Ейнштейна загальної
теорії відносності (ЗТВ), де учасниками гри є
матерія і простір-час. Отже, жодних очевид-
них способів впливу на простір-час немає,
принаймні сама теорія на них явно не вказує.
Щоб надати просторово-часовим координа-
там фізичного змісту, їх потрібно зробити
функціями інших координат. Нагадаємо, що
під час опису матеріального універсуму ЗТВ
оперує з вельми окремим видом 4-вимірних
просторів (різноманіть), так званим псевдо-
рімановим простором. Такий вибір пов’язаний
з необхідністю плавного переходу від ЗТВ до
класичної механіки Ньютона, коли швидко-
сті стають малими й релятивістські ефекти
перестають відігравати помітну роль. Цікаво,
що сам Бернхард Ріман, який дав ЗТВ мате-
матичний апарат, допускав можливість, що
матеріальний атом може бути проекцією чет-
вертого виміру на простір трьох вимірів.
Нові геометричні уявлення було введено у
зв’язку зі створенням єдиної теорії поля. Такі
спроби було зроблено ще в 20-ті роки Т. Калу-
цею й О. Клейном у межах п’ятивимірних теорій.
Введення п’ятого і більшого числа вимірів при-
водить до появи нових полів, до формальної за-
лежності простору-часу від додаткових коорди-
нат. Таким чином, розгляд просторів з великим
числом вимірів відкриває нові перспективи. На-
приклад, можна сконструювати метрики (тобто
геометричні конструкції), в яких 5-й вимір впли-
ватиме на «час» (точніше, на координату, сприй-
няту нами як час), а 6-й і 7-й виміри — на «про-
стір» (точніше, на координати, сприйняті нами
як простір). Так теоретично відкривається мож-
ливість впливати на простір-час з вищих вимірів.
Багатовимірний підхід дає змогу побачити в часі
інстанцію, наповнену фізичним змістом.
У матеріальному універсумі, описуваному
ЗТВ, існує тільки одна часоподібна координа-
та, яку ми асоціюємо з часом. Це є наслідком
того, що ЗТВ оперує з одним окремим видом
4-вимірних просторів. У низці робіт розгляда-
ються простори, в яких з’являється не одна, а
дві й більше часоподібних координат. Поява
додаткових вимірів часу ставить дослідників у
глухий кут. Щодо множинності «часів» фізи-
ки поки що не дійшли консенсусу.
Другий вимір часу аналізує Петро Успен-
ський у своїй книзі «Tertium Organum», вида-
ній у 1911 р. Він зазначає, що «тривимірність»
людини обмежує її сприйняття простору й
часу. Внаслідок «тривимірності» ми бачимо не
реальний універсум, а його відображення на
наш «3+1»-вимірний простір-час. Тож реаль-
ність та її відображення в нашій свідомості —
не одне й те саме. Для ілюстрації цієї відмін-
ності він проводить аналіз відчуттів плоскої
істоти, що живе на горизонтальній площині,
яку перетинає 3-вимірне дерево з гілками.
Плоска істота сприйматиме розрізи гілок як
абсолютно окремі, не пов’язані один з одним
предмети. Ідея дерева та його гілок ніколи не
зможе виникнути в уяві плоскої істоти.
Наше «3+1»-вимірне бачення, говорить П. Ус-
пенський, дає нам можливість бачити лише
«теперішнє» і не бачити минулого і майбут-
нього. Ми так само обмежені у сприйнятті часу,
як плоска істота — у сприйнятті 3-вимірного
простору. Істота з 2-вимірним баченням часу
вже не обмежена у своєму перебуванні на лінії
(стрілі) часу. Вона може віддалитися від неї і
сприймати вже не одну точку «теперішнього»,
а лінію в цілому, її погляду стає доступною вся
часова вісь з її минулим і майбутнім.
Слід зазначити, що П. Успенський інтер-
претує наше сприйняття часу і простору як
феномен свідомості. Він вважає, що в нашій
свідомості у прихованій формі існують мож-
ливості сприйняття і другого виміру часу, і
додаткових просторових вимірів. Вважаєть-
ся, що спеціальні духовні практики, психо-
тропні речовини або змінені стани свідомос-
ті здатні активізувати приховані в нас мож-
ливості. Це пояснює феномени ясновидіння,
віщих снів, передбачень майбутнього. Од-
нак ці явища ніяк не торкаються фізичного
світу, оскільки вони пов’язані не з реальни-
ми діями, а з подорожами свідомості.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-36393 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:31:14Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Жиляєв, Б.Ю. 2012-07-18T10:16:39Z 2012-07-18T10:16:39Z 2012 Стріла часу / Б.Ю. Жиляєв // Вісн. НАН України. — 2012. — № 4. — С. 23-29. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/36393 Що таке час? Як коротко і ясно визначити одне з основних понять фізики і філософії? У наших повсякденних розмовах ми ні про що не говоримо так часто і з такою впевненістю, як про час. І коли ми говоримо про нього, ми, безсумнівно, розуміємо, про що йдеться. Однак що ж таке час з погляду фізики? Чи є він єдиним у межах Всесвіту? На ці непрості запитання намагається дати відповідь завідувач лабораторії швидкоплинних процесів у зірках Головної астрономічної обсерваторії Національної академії наук України, кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Борис Юхимович Жиляєв. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Грані науки Стріла часу Article published earlier |
| spellingShingle | Стріла часу Жиляєв, Б.Ю. Грані науки |
| title | Стріла часу |
| title_full | Стріла часу |
| title_fullStr | Стріла часу |
| title_full_unstemmed | Стріла часу |
| title_short | Стріла часу |
| title_sort | стріла часу |
| topic | Грані науки |
| topic_facet | Грані науки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/36393 |
| work_keys_str_mv | AT žilâêvbû strílačasu |