Временно пространственный континуум. Персональные пространственно-временные континуумы. Пришельцы из будущего

Итак, что известно по этой теме...

Современная наука допускает несколько возможных способов путешествия в будущее (строго говоря, любой человек путешествует в будущее, даже когда он просто лежит на диване, так что речь идет об ускоренном путешествии):

1. Физический (на основе следствий теории относительности):
   • Движение со скоростью, близкой к скорости света. Время путешествия, измеренное по часам того, кто двигался с такой скоростью, всегда меньше измеренного по часам того, кто оставался неподвижен («парадокс близнецов»).
   • Нахождение в области сверхвысокой гравитации, например вблизи горизонта событий чёрной дыры.
2. Биологический - остановка метаболизма тела с последующим восстановлением. Например, замораживание (крионика).

Способы путешествия в прошлое

Есть несколько гипотетически возможных способов попасть в прошлое:

1. Общая теория относительности допускает возможность существования «кротовин» (английский термин wormhole - червоточина). Это нечто вроде туннелей (возможно, очень коротких), соединяющих удалённые области в пространстве. Разрабатывая теорию кротовин, К. Торн и М. Моррис заметили, что если перемещать один конец (А) короткой кротовины с большой скоростью, а потом приблизить его к другому концу (Б), то - в силу вышеупомянутого «парадокса близнецов» - объект, попавший в момент времени T во вход А, может (см. ниже) выйти из Б в момент, предшествующий T (таким способом, однако, невозможно попасть во время, предшествующее созданию машины времени).
   Из уравнений Эйнштейна следует, что кротовина схлопнется раньше, чем путешественник сумеет пройти через неё (как, например, в случае «моста Розена-Эйнштейна» - первой описанной кротовины), если её не будет удерживать от этого так называемая «экзотическая материя» - материя с отрицательной плотностью энергии. Существование экзотической материи подтверждено как теоретически, так и экспериментально (эффект Казимира).
2. В 1936 г. Ван Штокум нашёл, что тело, вращающееся вокруг массивного и бесконечно длинного цилиндра, попадёт в прошлое (позже Ф. Типлер предположил, что это возможно и в случае цилиндра конечной длины). Таким цилиндром могла бы быть так называемая космическая струна, но нет надёжных свидетельств, что космические струны существуют, и вряд ли есть способ создавать новые.
3. Можно, наконец, вообще ничего не предпринимать, а просто дождаться пока машина времени образуется сама собой. Не видно никаких оснований ожидать, что это произойдёт, но важно, что если она все же образуется, то это не войдет в противоречие ни с какими известными законами природы. Простейшая модель такой ситуации - машина времени Дойча-Политцера.

В 1948 г. Курт Гёдель нашел решение для составленных Эйнштейном уравнений гравитационного поля, описывающих вращающуюся Вселенную. Путешествуя в пространстве такой Вселенной, космонавт может достичь своего прошлого. ... В такой Вселенной свет (и, соответственно, причинно-следственная связь между объектами) будет вовлечен во вращательное движение, что позволит материальным объектам описывать траектории, замкнутые не только в пространстве, но и во времени. Пожав плечами, решение Геделя отложили в сторону как математический парадокс - в конце концов, нет свидетельств того, что вся наша Вселенная вращается. Тем не менее полученный Геделем результат показал, что теория относительности не исключает перемещения назад во времени. Более того, сам Эйнштейн был озадачен этим фактом.

Считается, что при нынешнем технологическом уровне машину времени построить невозможно. Однако, время от времени в печати появляются сообщения о секретных экспериментах по перемещению во времени, якобы проводимых военными.

Наиболее известны два таких «эксперимента»:

1. Филадельфийский эксперимент (проект «Радуга», Philadelphia Experiment). Якобы в 1943 году на базе ВМС США в Филадельфии изучали проблему невидимости военных кораблей для радаров. Руководил проектом Джон фон Нейман. В ходе этих исследований был создан «электромагнитный пузырь» - экран, который отводил излучение радаров мимо корабля. Однажды в ходе этих экспериментов «электромагнитным пузырём» был окружён военный корабль «Элдридж», который вдруг исчез у всех на глазах, а потом возник на удалении в сотни миль в Норфолке (штат Виргиния). Команда корабля уверяла, что они побывали в будущем. Комиссия признала всех членов команды сумасшедшими, а проект был закрыт. (Подробнее см. ст. Что случилось с эсминцем «Элдридж»?).
2. Проект Montauk (проект «Феникс»). Исследования, которые якобы проводились с 1943 года по 1983 год на военной базе США рядом с городом Монтаук (штат Нью-Йорк). В ходе этих экспериментов испытуемым облучали мозг высокочастотными радиоимпульсами, что приводило к возникновению у них различных галлюцинаций. Многие испытуемые сообщали, что они побывали в будущем. После того, как несколько испытуемых сошли с ума, проект был закрыт (см. ст. «Монтаук: Эксперименты со временем» .).

Высока вероятность, что сообщения о подобных экспериментах являются лишь выдумками журналистов и/или людей с неуравновешенной психикой (см. ст. Тайна корабля-невидимки «Элдридж» разгадана .) Но некоторые люди верят, что реальные события были приукрашены выдумками, чтобы они не привлекли внимания военных Советского Союза.

По мнению некоторых сторонников существования паранормальных явлений, сам человек является природной машиной времени и может совершать путешествия во времени. В рамках данных представлений составляются каталоги геологических и палеонтологических находок, в частности, отпечатков якобы человеческих ступней или обуви, а также металлические болты и гвозди в слоях пород возрастом несколько сотен миллионов лет. Например, экспедицией «Космопоиск » из Московского авиационного института (руководитель - В. А. Чернобров) на юге Калужской области был найден такой болт в булыжнике, возраст которого сторонники аномальных находок оценивают в 200 миллионов лет. Уфологи пытаются объяснить подобные артефакты прилётом инопланетян, креационисты разных религий - либо (как индуисты М. Кремо и Р. Томпсон) глубокой древностью (сотни миллионов или даже миллиарды лет) человечества, либо (как некоторые протестанты или православные) малым (несколько тысяч лет) возрастом Земли. С точки зрения общепринятых в геологии и палеонтологии представлений, такие «аномальные» находки либо вообще не являются следами присутствия человека (отпечатки якобы человеческих ног являются разломами в породе), либо представляют из себя включение артефактов (болты, гайки, молотки и т. д.) в современные конкреции.

Рассекреченные наблюдения

Они лишь недавно стали известны широкой публике. Речь идет о спонтанных по своей природе проникновениях случайных наблюдателей в прошлые эпохи, которые видели все происходящее как бы со стороны, не имея возможности вмешиваться в ход тогдашних событий. Об этом свидетельствуют ранее скрываемые сведения из правительственных архивов США и СССР, более чем за 20 лет наблюдений.

Так, например, в 1976 году военный летчик Виктор Орлов, пролетая над территорией СССР на своем МиГе, к своему удивлению и ужасу, наблюдал происходящее внизу сражение, которое никоим образом нельзя было связать с современностью. Свои впечатления он подробно отразил в отчете. Специалисты-историки пришли к выводу, что советский летчик каким-то непостижимым образом переместился в Америку XIX века, явившись невольным свидетелем одной из важных битв в тогдашней гражданской войне Севера и Юга.

Ровно через 20 лет другой советский летчик Александр Устимов, совершая полет в пределах территории Советского Союза, внезапно обнаружил, что находится над Древним Египтом, разглядев внизу одну свежепостроенную пирамиду и фундаменты других, возле которых он заметил множество работающих на строительстве полуголых людей.

В 1994 году военный летчик из США Р. Уитмен, пролетающий над Флоридой, внезапно оказался, как он считает, над территорией средневековой Европы. Он увидел огромные костры, на которых сжигали груды мертвецов. По-видимому, он также переместился не только в пространстве, но и во времени,
попав в ту эпоху, когда в Европе была эпидемия чумы…

Таких случаев насчитывается до нескольких десятков. Однако большая их часть, по крайней мере в СССР, не дошла до сведений руководства страны. Летчики резонно рассуждали, что донесение такого рода сведения высокому начальству чревато тем, что их отстранят от дальнейших полетов, усомнившись в их психической полноценности. Та информация, которая дошла до руководства, сразу стала засекреченной, поскольку генералы не знали, что с ней делать, но в то же время боялись ее обнародовать…

Датский физик Покс Хеглунд, позднее анализируя эти и подобные им случаи, отметил, что видения картин прошлого длились в пределах 20 секунд и не зависели от скорости движения самолета. Кроме того, не отмечалось ни единого случая проникновения пилотов в будущее.

Интересно, что Стрибер все же отвергает возможность контакта с инопланетянами на американской территории. Во-первых, потому, что страна крайне милитаризована, повсюду военные базы, а действия вооруженных сил не оставляют надежд на мирный исход контакта. Американские военные начали стрелять по НЛО еще в сороковых годах ХХ века. Во-вторых, политическая воля нынешних властей США такова, что контакт будет использован только во вред остальному сообществу. В Белом Доме откровенно грезят идеями мирового господства. В-третьих, американское население до зубов вооружено и потому непредсказуемо.

Спонтанные путешествия во времени

Если случаи с пилотами еще можно как-то связать с гипнозом, мистификацией или даже с временным расстройством психики, вызванным кислородным голоданием мозга на больших высотах, то другие случаи никак нельзя отнести к проявлениям обмана или помешательства.

Речь идет не о наблюдениях картин прошлого, а о мгновенном физическом перемещении людей из одной эпохи в другую, совершаемом неизвестной силой помимо их воли и желания.

Так, к примеру, во время движения поезда из Лондона в Глазго в 1912 году в одном из вагонов неожиданно возник испуганный пожилой мужчина, одетый по моде XVIII века.

Пассажиры, как могли, пытались успокоить странного попутчика. «Я - Пимп Дрейк, кучер из Четнема! Куда я попал?» - вопил человек, трясясь от страха. Кто-то побежал за кондуктором, но когда они вернулись, человека уже не было… В качестве доказательства его присутствия на сиденье осталась треуголка и кнут, которые он до этого сжимал в руках… Специалисты-этнографы, которым показали находку, с уверенностью заявили, что обе эти вещи действительно относятся к временам почти двухсотлетней давности. Позднее было установлено, что селение под названием Четнем до сих пор существует в той местности, где шел поезд, а в церковно-приходской книге этого поселка обнаружилось имя Пимпа Дрейка. Причем на полях этого документа был помещен рассказ о том, как Пимп Дрейк увидел дышащий огнём и дымом «дьявольский экипаж», внутри которого он внезапно оказался, а потом так же быстро из него исчез…

Другая странная история сохранилась в архиве полиции Нью-Йорка. Там говорится, что осенью 1952 года на Бродвее автомобиль насмерть сбил мужчину, внезапно появившегося посреди проезжей части, но странно было не это. Полицейский и врач, которые осматривали труп, были удивлены тем, что покойный одет по моде прошлого века. В карманах сюртука мертвеца они нашли паспорт, выданный сто лет назад, но выглядевший как новый, а также серебряные карманные часы и перочинный нож, датированные тем же временем. Более того, полиция установила, что улица, указанная на визитке покойного, не существует уже полвека. Продолжив поиски, детективы установили, что этот человек действительно жил в Нью-Йорке, но примерно 70 лет назад вышел на улицу и назад не вернулся. На сохранившейся у родственников его фотографии они узнали незнакомца, погибшего под колесами автомобиля. На нем был тот же самый костюм, что и в морге, а на обратной стороне фотографии дата - апрель 1884 года…

Если открытый контакт будет всеохватным и очевидным, то всем СМИ уже будет не до смеха. Придётся признать, что они были неправы на протяжении последних шестидесяти лет и попросту дезинформировали население. Не исключено, что они ещё долго будут обращаться с информацией неподобающим образом и станут мелочно выискивать подвохи. И вообще трудно сказать, как они отреагируют на столь важное событие. Может, по инерции будут отрицать всё и вся, как это нередко делается сейчас, при менее масштабных уфологических событиях.

Пришельцы из будущего

Несколько лет назад в Нью-Йорке по обвинению в мошенничестве был арестован некто Эндрю Карлсин. Он, вложив в акции меньше тысячи долларов, уже через 2 недели на бирже заработал 350 миллионов баксов. Примечательно, что совершаемые им торговые операции первоначально совсем не сулили выигрыша. Власти штата обвинили Карлсина, что он получил прибыльную для себя информацию незаконным путем, поскольку не нашли других доводов для столь поразительного результата.

Однако на допросе Карлсин неожиданно заявил, что он якобы появился из 2256 года и, обладая сведениями обо всех банковских операциях за истекшие годы, решил обогатиться. Он категорически отказался показать свою машину времени, но сделал заманчивое для властей предложение - сообщить несколько предстоящих важных событий, включающих мастонахождение Бен Ладена и изобретение лекарства от СПИДа…

Согласно непроверенным сведениям, кто-то внес за него залог в миллион долларов, чтобы он вышел из тюрьмы, после чего Карлсин исчез и, по-видимому, навсегда…

Другой путешественник во времени, якобы прибывший к нам из 2034 года, назвал себя Джон Титор. Именно этот человек и сообщил ряд удивительных событий, которые, по его мнению, произойдут в последующие годы. К примеру, он сказал, что около 2034 года будут открыты новые фундаментальные законы, позволяющие с большой скоростью перемещаться не только в пространстве, но и во времени. Он также рассказал о цели своего путешествия в наше время. С его слов, он посетил сначала 1975 год, чтобы захватить с собой один из первых персональных компьютеров фирмы IBM, наиболее важные детали к которому якобы были утрачены, но стали необходимы в его время для новых моделей. Выполнив обещанное, Титор решил заглянуть в 2000 год, чтобы встретиться со своими родителями и с самим собой в двухлетнем возрасте. Именно здесь, с трудом убедив родителей, что он является их повзрослевшим сыном, Титор воспользовался их компьютером, чтобы обратиться к миру, а потом вернуться в свое время. В частности он, не называя дат, предсказал несколько событий: полет китайского космонавта, коровье бешенство, войну в Ираке и т. д… К 2036 году, по мнению Титора, интернет окончательно заменит собой телевидение и телефон, а полеты в космос станут обыденным делом…

2. Население, которое не желает и (или) не способно реагировать агрессивно.

Виртуальные путешествия во времени

К ним относятся различного рода предсказания, пророчества и гадания. Несмотря на то что огромная часть такого рода информации исходит от людей, только считающих себя ясновидцами, но не являющихся таковыми, а также тот факт, что и у пророков бывают проколы, к этой возможности надо отнестись с полной серьезностью.

Физически невыводимые предсказания вполне возможны. При этом человек, совершающий такой прогноз, обладает особого рода способностями, позволяющими ему на время проникнуть за пределы нашего мира, в мир сверхпричин, получая оттуда беспрецедентную информацию о будущем. При этом зачастую не имеет значения, с помощью какой конкретной методики предсказатель получает эти сведения, т. е. гадает ли он на картах, на бобах или на кофейной гуще, обращается ли он к астрологу или к хироманту. Важно сказать, что такого рода овладение будущими сведениями, как правило, имеет не конкретный, а, скорее, рекомендательный или предупредительный характер, давая возможность человеку, получающему эту новость, самому сделать выбор, как себя вести.

Индия была бы включена в этот перечень, если бы не сложные религиозные проблемы, которые непременно там возникнут.

Путешественники во времени изрядно наследили в своем прошлом

Если все предыдущие описанные случаи еще как-то можно заподозрить в недостоверности, преувеличении или заблуждении, то вот упомянутые ниже факты никак нельзя отнести к таковым. Речь идет о так называемых хрональных артефактах - вещах, предметах, явно изготовленных человеком, найденных при археологических раскопках и в геологических слоях, относящихся к такому времени, где ни человека, ни самих вещей быть не должно.

Так, к примеру, китайские археологи были сбиты с толку, когда обнаружили современные швейцарские часы в 400?летнем китайском захоронении, которое вплоть до наших времен никто не вскрывал. У этих женских часиков с металлическим браслетом действительно был такой вид, что они находились под землей почти половину тысячелетия. Стрелки часов навечно замерли, а внутри браслета выгравировано название швейцарской фирмы Swiss. Часы этой марки и сейчас популярны во всех странах мира…

В 80-х годах XIX века во время бурения скважины в одном из штатов США обнаружили металлический предмет, явно искусственного происхождения. Возраст находки составлял около 400 тысяч лет. Это была монета из неизвестного сплава и с иероглифами на обеих сторонах, которые не удалось расшифровать. Известно, что человек современного типа появился на нашей планете около ста тысяч лет назад, а на американском континенте и того позже.

Приблизительно в то же время в штате Айдахо на большой глубине была найдена изящная скульптура женщины из керамики. Ее возраст насчитывал около двух миллионов лет.

В сороковые годы XIX века в Великобритании рабочими каменоломен была найдена золотая нить, буквально вмурованная в камень. Она насчитывала более 300 тысяч лет. В те же годы в США в куске угля была найдена крепко спаянная с породой золотая цепочка. Возраст этого украшения, которым могли воспользоваться разве что динозавры, несколько миллионов лет.

В том же XIX веке в Великобритании во время работ по добыче природного камня была найдена металлическая ваза с прихотливым чеканным узором на ее поверхности в виде гирлянды цветов. Возраст вазы 600 миллионов лет.

В 1961 году в Калифорнии нашли предмет, похожий на свечу зажигания. Археологи определили, что странный предмет и окружающие окаменелости имеют возраст около 500 тысяч лет.

В 1968 году в штате Юта (США) Вильям Майстер нашел окаменевшие отпечатки протекторов ботинок, причем левый ботинок наступил на трилобита, останки которого окаменели вместе с отпечатком. Возраст находки 400-500 миллионов лет.

Словом, незадачливые путешественники во времени наследили основательно в различных эпохах.

По мнению ряда ведущих российских уфологов, в космосе есть немало цивилизаций, которые довольно равнодушно относятся к событиям на Земле. Они не испытывают никаких чувств и интереса к Земле, считая наш район захолустьем Вселенной. Среди них есть немало сообществ, которые пессимистически оценивают шансы на развитие человечества, видя людей неисправимыми и не поддающимися обучению. Они уверены, что в течение тысячелетий человечество не только не продвинулось в лучшую сторону, но и наоборот - деградирует. И в духовном, и в умственном отношении.

Несколько слов о возможности таких путешествий

Примерно о том же пишет Рей Брэдбери в своем фантастическом рассказе «И грянул гром», где рассказывается, как один путешественник во времени, проникнувший с помощью особых технологий в эпоху динозавров, случайно раздавил ногой бабочку. В результате вся человеческая история и даже биологический вид гомо сапиенса значительно изменились. Но, с другой стороны, если бы это было на самом деле так, то все путешествия во времени нужно было бы запретить или поставить под жесткий контроль. В действительности же обнаруженные артефакты говорят об обратном. Можно только представить, сколько еще таких, пока ненайденных, находок таится в глубинах нашей планеты! Также можно сказать, что путешествия во времени, разумеется, будут контролироваться, когда они станут открытыми. В противном случае какой-нибудь авантюрист смог бы действительно изменить историю, обеспечив пушками и пулеметами армию Чингисхана, а Гитлера - современными ракетами с ядерной начинкой…

Иновремяне, как называет таких туристов известный исследователь В. А. Чернобров, разумеется, будут терять пуговицы, авторучки, записные книжки, расчески, гвозди и прочие мелочи, которые потом будут находить и уже находят их удивленные предки в слоях породы, относящихся к различным историческим и геологическим эпохам.

Нам же остаётся только надеяться, что наши потомки не пойдут на более рискованные опыты со временем…

Что такое пространственно-временной континуум?

Что мы знаем про это? Давайте не будет тут сильно умничать и писать забубенные тексты языком, который большинство не захочет понимать, а попробуем по простому вместе с вами разобраться.

Пространственно-временной континуум - это математическая модель, абстракция, с помощью которой люди пытаются описать реальность.

Слово "континуум" указывает на то, что реальность в этой модели обладает свойством непрерывности. Пространство и время - еще два свойства реальности.

В конкретной модели пространственно-временного континуума все эти свойства объединены особым образом.
Существуют разные модели пространства-времени, среди которых условно называемые "пространство-время Аристотеля", "пространство-время Галилея", "пространство-время Ньютона", "пространство-время Минковского", "пространство-время Эйнштейна" и, вероятно, другие. Сейчас общепринятой моделью является пространство-время Эйнштейна.

Континнуум это одно из выражений бесконечности. Причем, непрерывной бесконечности. Самым простым примером является множество действительных чисел. Ну... еще проще: между любыми двумя точками всегда есть как минимум еще одна точка:)))

Континуум пространства и времени - это не только то, что между пространством и временем нет разрывов...
А еще и то, что пространство и время есть везде и всегда. Нет места, где бы вдруг пространство разорвалось, а потом где-то снова начиналось:) Нет точки, где время отсутствует...

Вот еще есть такая аналогия:

Слияние трех измерений пространства и одного измерения времени в единый четырехмерный.... ну скажем объект.
Представь себе линию. Это время. По линии мы можем двигаться только вперед-назад. Теперь возьмем КАЖДУЮ точку линии (а она[линия] бесконечна) и представим, что в точке скрыта еще одна бесконечная прямая.
Затем в каждой точке новой прямой представим еще одну "свернутую" бесконечную прямую. А потом еще, и еще, и еще...
Всего должно получиться 11 бесконечных линий.

1 - Время; 2-4 - Пространство; 5 - Гравитация; 6 - Эл.-магнетизм.....

А теперь немного сложнее.

Современная теория пространства-времени имеет 4 измерения, 3 из которых пространственные и одно временное . При этом три координаты пространства и одна времени равноправны, и только от наблюдателя зависит, какая из них будет принята за систему отсчета. То есть, они взаимозаменяемы. Пространство-время имеет динамическую природу, а инструмент, с помощью которого измерения взаимодействуют с физическими телами и объектами – это гравитация.

Согласно положениям современной физики, пространственно-временной континуум – это непрерывное многообразие, оно не плоское, но может изменять кривизну динамически, в зависимости от условий.

Для многих шокирующим фактом является то, что время ставится в этой теории наравне с остальными координатами. Причина этого в том, что теория относительности основывается на том, что время зависит от скорости наблюдателя, который находится в точке отсчета. Время вовсе не является независимым от измерений пространства, оно неотделимо от них.

Наиболее привычной системой является четырехмерное пространство-время, оно оказывается достаточным для решения многих задач. Но в теориях описания Вселенной измерений гораздо больше. Например, бозонный вариант теории суперструн (наиболее старый из ее вариантов) требовал наличия 27 измерений. Сегодня эта теория усовершенствована, количество измерений сведено к 10. Ученые надеются, что удастся компактифицировать теорию до наблюдаемых 4 измерений. Возможно, что остальные дополнительные измерения просто свернуты и имеют Планковские размеры. Но в этом случае они все же должны как-то проявляться. Этот вопрос активно изучается физиками в настоящее время.

Все это забавно и ужасно интересно, но мне кажется, пока этому не будет дано хоть какое нибудь практическое и осязательное применение - все это будет как сказки на ночь. А что вы думаете о таких серьезных изысканиях? Не похоже ли это на борьбу с глобальным потеплением которого оказывается не существует?

Предположение о том, что за категорией «пространство» должна стоять, некая универсальная материальная субстан­ция, само по себе не ново. Впервые об этом обстоятельно за­думались, когда были обнаружены волновые свойства света. Реализация волновых процессов предполагает наличие неко­торой физической системы или среды, способной приходить в состояние волнового возмущения и нести на себе энергию. В соответствии с этими представлениями, волновые признаки света наиболее естественным образом объясняются существо­ванием особого рода светоносного эфира, являющегося выра­жением определенных свойств материального пространства и обеспечивающего процесс распространения световых волн. Долгое время идея светоносного эфира занимала прочное место в теоретических рассуждениях, и казалось, что остает­ся только закрепить приоритет этой гипотезы с помощью до­полнительных экспериментальных наблюдений. Выдвигались различные, чаще всего довольно неуклюжие, модели «газооб­разного» или «желеобразного» состояния эфира, что соот­ветствовало продольному или поперечному характеру проис­хождения световых волн.

Мы хорошо понимаем, что идея светоносного эфира сооб­щает физическому пространству качества объективной реаль­ности, которые должны поддаваться наблюдению и регистри­роваться наряду с материальными объектами вещества. В та­ком случае, движение должно рассматриваться не только, как видимое перемещение материальных объектов друг относи­тельно друга, но и как поддающееся контролю перемещение материальных объектов относительно наблюдаемого прос­транства, выступающего в роли светоносной среды. В этой ситуации вполне закономерными представляются попытки рассматривать материальное пространство, как абсолютную неподвижную систему отсчета, относительно которой спра­ведливо проводить всевозможные измерения и наблюдения. В конце прошлого века ни у кого не вызывало сомнения, в том числе и у физиков-экспериментаторов Майкельсона и Морли, что земные приборы должны регистрировать скорость посту­пательного движения нашей планеты (по своей орбите вокруг Солнца) относительно светоносного пространства.

Будучи приверженцами идеи светоносного эфира, эти уче­ные наделяли абсолютное пространство некоторыми гипоте­тическими свойствами, позволяющими пространству прихо­дить в состояние волнового возмущения и функционировать, как механическая светопередающая среда. Из чего неизбеж­но следовало, что скорость прохождения светового сигнала у поверхности Земли должна быть неодинаковой в различных направлениях и зависить от ориентации полета планеты в аб­солютном светоносном пространстве. Иными словами, дол­жно выполняться простое правило сложения скоростей, учи­тывающее скорость распространения света в гипотетическом эфире и скорость полета нашей планеты относительно свето-несущего пространства. Ожидалось, что в результате сравне­ния сумм этих скоростей но различным направлениям, удас­тся вывести абсолютную скорость полета Земли относительно неподвижного светоносного пространства Вселенной.
Когда Майкельсон и Морли решили провести свои знаме­нитые эксперименты по обнаружению эффекта эфирного вет­ра, они, надо полагать, в немалой степени были воодушевле­ны успехами опытов Фуко. Эти опыты позволяли лаборатор­ным путем наблюдать вращение Земли на своей оси. Если удавалось с помощью земных приборов регистрировать ре­зультаты такого вращения, казалась вполне закономерным наблюдать движение нашей планеты относительно абсолют­ного светоносного пространства, фигурирующего в качестве универсальной системы отсчета. Имея в виду, что Земля ле­тит вокруг Солнца по своей орбите со скоростью около трид­цати километров в секунду.

Ученые блестяще подготовили и выполнили серию остро­умных экспериментов, которые, как представлялось, обязаны были зарегистрировать наличие эфирного ветра. Велико же было разочарование естествоиспытателей, когда их приборы отказались выдавать ожидаемые результаты. Скорость про­хождения световых сигналов по всем направлениям остава­лась неизменной. Как будто, Земля сохраняет состояние по­коя относительно светового эфира и нет никаких признаков эффекта сложения скоростей. Отрицательные результаты эк­спериментов по регистрации эфирного ветра привели науч­ную мысль в глубокое замешательство. Слишком настоятель­но требовалось введение в научный обиход активной прост­ранственной материальной среды, способной выполнять вол-нообразующую функцию (в свете все более ярко проявляю­щейся волновой природы физики микромира). И, конечно, очень уж хотелось иметь надежную универсальную систему отсчета, связанную с мировым пространственным и времен­ным каркасом. Всеобъемлюющую систему отсчета, на фоне которой удобно было бы разворачивать глобальную картину окружающего мира из любой точки Вселенной. Однако неп­реодолимая логика результатов экспериментальных данных всячески препятствовала выполнению этих, как казалось, вполне обоснованных ожиданий.
Обстановка, тем не менее, требовала принятия каких-то эффективно приемлемых объяснений. Ведь отрицательные результаты экспериментов - это тоже своеобразный итог и, как всякий итог, он нуждается в соответствующих коммента­риях. Надо сказать, что мы подчас заблуждаемся, превозно­ся в науке роль эксперимента. По настоящему судьбоносные решения принимаются не экспериментами, как таковыми, а пояснительными сопровождениями к ним. И здесь, как пов­сюду в человеческой деятельности, присутствуют заинтересо­ванные стороны. Одно и то же событие, или явление, они мо­гут интерпретировать удобным для своего мировоззрения об­разом, отвечающим субъективным творческим устремлениям. Последнее сполна проявилось в дебатах по итогам экспери­ментов Майкельсона-Морли.

В этой связи зададимся вопросом, на каком основании Альберт Эйнштейн, по итогам экспериментов не подтвердив­ших наличие эфирного ветра, сделал категорическое заявле­ние - будто никакого светоносного эфира в природе не су­ществует и быть не должно. Ведь подобный вывод на самом деле не такой уж и бесспорный, как может показаться на пер­вый взгляд. Майкельсон и Морли поставили перед собой кон­кретную задачу, заключающуюся в попытках регистрации эффекта эфирного ветра. Эксперименты, как оказалось, дали отрицательные результаты. То есть они четко зафиксировали, что никакого эфирного ветра у поверхности нашей планеты не наблюдается. Вот, собственно говоря, в чем заключаются и чем ограничиваются действительно бесспорные выводы по итогам комментируемых экспериментов. Эйнштейн же произ­вольно развивает это положение и совершает отнюдь не бе­зупречный с логической точки зрения шаг. Он заявляет, что если нет эфирного ветра, то нет и не может быть никакого светоносного эфира. Формально в этом случае сработала по­рочная практика, когда берет верх известный принцип: «если факты против нас, то тем хуже для фактов».

В самом деле, задумаемся, а почему Эйнштейн так нераз­рывно увязывает между собой существование светоносного эфира и эффект эфирного ветра? Ведь эти, вполне самостоя­тельные физические аргументы, могут иметь и независимое самовыражение. Сама по себе, идея существования светового эфира, вовсе не обязана однозначным образом приводить к эффекту эфирного ветра. Нам известно, что для возникнове­ния эффекта эфирного ветра необходимо строгое выполнение двух принципиальных условий. Во-первых, наличие свето­носного эфира и, во-вторых, наличие пары относительных скоростей (постоянной скорости распространения светового сигнала в пустоте и собственной скорости полета Земли отно­сительно светонесущего пространства). Невыполнение любо­го из двух обязательных условий приводит к отрицательным результатам экспериментов по обнаружению эфирного ветра. Эйнштейн строил свои рассуждения наиболее простым путем, как бы лежащим на поверхности. Он предположил, что эфир­ного ветра нет за отсутствием светоносного эфира и объявил это положение принципиальным условием функционирова­ния своей теории относительности. Однако, сохраняет свою актуальность так и не получивший должного развития другой способ толкования результатов экспериментов Майкельсона-Морли. Альтернативный вариант формулируется следующим образом: эфирного ветра нет потому, что отсутствует фактор наличия одной из пары относительных скоростей, являющих­ся обязательным условием для возникновения эффекта эфир­ного ветра. То есть, отсутствует принципиально необходимая скорость перемещения Земли относительно светонесущего пространства.

Если наша планета в действительности обращается вокруг Солнца, из этого никоим образом не следует однозначно, что она перемещается относительно светоносного пространства. Для того чтобы утверждение: «Земля движится относительно светового эфира со скоростью тридцать километров в секун­ду», имело реальный физический смысл, мы должны уметь показать, что метрическая структура мирового светоносного эфира жестко связана именно с солнечной массой. Без выпол­нения этого ключевого требования, любые эксперементы по обнаружению эффекта эфирного ветра, не могут, и не дол­жны приводить к положительным результатам. Однако у нас нет убедительных причин абсолютизировать солнечную массу и рассматривать ее, как привелигерованный материальный объект во Вселенной, с которым только и связана метрика светового эфира. Стало быть, нет никаких причин увязывать скорость обращения нашей планеты по своей орбите вокруг Солнца, со скоростью полета Земли относительно мирового светонесущего пространства.

Надо отметить, что попытки устранения одной из двух скоростей, обеспечивающих возможность регистрации эффек­та эфирного ветра, предпринимались в науке неоднократно.

Как правило, это было связано с идеей гравитационной при­вязки светоносного эфира к массе нашей планеты. Предпола­галось, что Земля во время полета в абсолютном пространс­тве, увлекает вместе с собой пространственную светоносную оболочку, подобно тому, как она увлекает в своем движении оболочку атмосферы. Очевидно, что подобная версия устра­няет фактор перемещения Земли относительно светоносного эфира и позволяет развивать контр-эйнштейновскую интер­претацию результатов экспериментов Майкельсона-Морли. Принципиальная слабость этой идеи заключается в разнооб­разных «технических» трудностях, возникающих в связи с реализацией модели подходящего светоносного эфира, спо­собного перемещаться относительно абсолютного пространс­тва вместе с массой планеты.

Между тем сама теоретическая установка, на перемещение акцентов с абсолютного светоносного эфира в пользу персо­нально ориентированного светонесущего пространства, орга­нически связанного с массой исследуемого объекта, находит­ся в хорошем согласии с эйнштейновскими световыми посту­латами. На самом деле, ничто не запрещает предположить, что каждый материальный объект обладающий массой покоя, будь-то наша планета, присутствует и взаимодействует с аб­солютным материальным пространством Вселенной, таким образом, что у Земли образуется свое персанально ориенти­рованное светоносное пространство. Именно наличие персо­нального, метрически связанного с центром массы нашей пла­неты четырехмерного пространство-времени, обеспечивает выполнение световых постулатов и препятствует возникнове­нию эффекта эфирного ветра.

Если это положение сделать всеобщим и объявить, что не только Земля, но и каждый материальный объект обладаю­щий массой покоя располагает во Вселенной своим персо­нальным светоносным пространством-временем, то закон о постоянстве скорости света в пустоте станет обязательным для наблюдателя связанного с любым телом отсчета. Тогда один и тот же луч света будет иметь одинаковую скорость для наблюдателей движущихся со своими приборами друг отно­сительно друга. Идея существования персонального светонос­ного эфира хорошо согласовывается с энштейновскими свето­выми постулатами, хотя и вопреки категорическим заявлени­ям автора теории относительности, провозгласившего недо­пустимость присутствия светоносного эфира.

Конечно, наполнить идею, отстаивающую наличие персо­нального светоносного пространства-времени, конкретным физическим содержанием и развить ее до фундаментальных, в том числе и математических следствий, куда как сложнее, нежели избранный Эйнштейном путь отрицания светоносного эфира. Тем не менее мы настоятельно подчеркиваем, что мно­гократно подтвержденные результаты экспериментов по обна­ружению эфирного ветра, в принципе позволяет разрабаты­вать контр-эйнштейновскую теорию движения, не вступаю­щую в противоречие с присутствием светоносного эфира. Ни­же мы покажем, что подобная, скажем так, эфироприемлемая концепция кинематики движения способствует выведению те­ории относительности на более содержательный уровень, поз­воляющий задействовать в ее орбите квантовые закономер­ности.

Как мы уже говорили, на момент построения специальной теории относительности, призванной описывать инерциальное состояние физических систем, вокруг атрибутации кате­гории «пространство» сложилась крайне противоречивая си­туация, в связи с результатами экспериментов Майкелсона-Морли. С одной стороны, эксперименты четко продемонстри­ровали, что никакого эфирного ветра нет. С другой стороны, эти же эксперименты явно указывали на принадлежность околоземного пространства к наблюдаемой материальной суб­станции, ибо исследуемое пространство распологало набором конкретных физических свойств. Последние были лаконично сформулированы Эйнштейном в его световых постулатах. Должно быть понятно, что вне материальной атрибутации световые постулаты выглядят, как интеллектуальные призра­ки, поэтому мы просто обязаны отнести околоземное прос­транство, снабженное световыми постулатами, к наблюдаемой материальной субстанции. В результате, выстроилась очень ответственная дилемма - то ли следовало отказаться от идеи светоносного эфира, то ли для околоземного пространства требовалось находить такое теоретическое понятийное сопро­вождение, которое объединяло в себе, казалось бы, взаимоис­ключающие свойства. Потому что воображаемое нами около­земное пространство должно работать в режиме световых постулатов и, следовательно, поддаваться материальной атри­бутации. В то же самое время, воображаемое нами пространс­тво должно исключать явление эфирного ветра.

В этой крайне противоречивой обстановке, Эйнштейн, как известно, не пошел по пути нахождения для околоземного пространства адекватного физического образа, удовлетворяю­щего результатам экспериментов Майкельсона-Морли. Он решил упростить ситуацию с помощью отказа от самой идеи светоносного пространства. Однако, отказавшись от идеи све­тового эфира и не предложив взамен никакой сколь угодно приемлимой альтернативы, для атрибутации снабженного световыми постулатами околоземного пространства, автор те­ории относительности поставил себя в исключительно слож­ное положение.

Ему ничего не оставалось, как перевести ре­шение этого преимущественно физического вопроса в матема­тическую плоскость. Ученый набросил на околоземное прос­транство четырехмерную координатную сетку и стал исполь­зовать ее, как мировой пространственно-временной каркас, на фоне которого развернул картину окружающего мира. А что­бы математическая координатная система обрела статус, как бы объективной реальности и действительно соответствовала результатам экспериментов по обнаружению эфирного ветра, Эйнштейн вынужден был совершить беспрецедентный шаг. Он наделил математическую структуру физическими свойст­вами, которые были компактно сформулированы в световых постулатах.
Разумеется, надо отдавать должное решительности учено­го, рискнувшего возвести математическую структуру в ранг физического аргумента, но при этом необходимо отдавать се­бе отчет, что подобное положение не является нормой. Под­мена физических реалий математическими конструкциями, вне всякого сомнения, процедура вынужденная, она требует настойчивого поиска подлинной физической сути, стоящей за этими абстрактными построениями, особенно в решении фун­даментальных проблем. Здесь всегда существует скрытая опасность увода наших знаний в область искусственных ин-телектуальных сентенций. Мы, естественно, должны надеять­ся, что выведенные нами математические закономерности от­ражают реальное положение дел в окружающем мире, и мо­гут выступать в качестве следствий наблюдаемых физических явлений. Но ни при каких обстоятельствах математические конструкции не должны выступать в роли самих причин, обуславливающих объективные физические свойства. Потому что два яблока плюс два яблока - будет, конечно, четыре яб­лока. Но для того чтобы совместить четыре яблока, необхо­димо проделать определенную работу, связанную, например, с преодолением инерции. Сами яблоки, по команде «два плюс два», прыгают только в цирке.

Спору нет, любая физическая идея, претендующая на со­ответствие объективной реальности, должна доводится до ма­тематических следствий. Математические уравнения, при всей своей абстрактности, обладают внутренней строгостью. Во взаимодействии с понятийными формулировками они, как бы контролируют чистоту наших теоретических построений от возможно логического произвола. Между тем, это положе­ние не должно принимать формы противоположной зависи­мости, когда математические построения возводятся в ранг физических аргументов. Методология нарочитого «вытягива­ния» математических структур на уровень физических реа­лий, вне всякого сомнения, процедура вынужденная. Она яв­ляется прямым следствием дефицита понятийного арсенала, задействованного в современном научном обращении.

Борис Дмитриев

Пространство-время -- физическая модель, дополняющая пространство временным измерением и, таким образом, создающая новую теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом. В соответствии с теорией относительности, Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное измерение.

Концепцию пространства-времени допускает и ньютоновская механика, но в ней это объединение искусственно, так как пространство-время классической механики -- прямое произведение пространства на время, то есть пространство и время независимы друг от друга. В контексте теории относительности время неотделимо от трех пространственных измерений и зависит от скорости наблюдателя (см. собственное время).

Количество измерений, необходимых для описания Вселенной, окончательно не определено. Теория струн, например, требовала наличия 10, а теперь даже 11 измерений (в рамках М-теории). Предполагается, что дополнительные (ненаблюдаемые) 6 или 7 измерений свёрнуты до планковских размеров, так что экспериментально они пока не могут быть обнаружены. Ожидается, тем не менее, что эти измерения каким-то образом проявляют себя в макроскопическом масштабе.

Первый вариант модели естественного объединения пространства и времени, пространство Минковского, был создан Германом Минковским в 1908 году на основе специальной теории относительности Эйнштейна.

Несмотря на то, что, на первый взгляд, временное измерение абстрактно, понятие времени как измерения вполне конкретно. Когда мы хотим с кем-то встретиться, мы говорим, где «в пространстве» мы рассчитываем встретиться с ним, например, на 9-м этаже здания на углу Верхней Полевой улицы и шоссе Энтузиастов. В этом описании содержатся три элемента информации (9-й этаж, Верхняя полевая улица, шоссе Энтузиастов), описывающих конкретное место в трёх пространственных измерениях Вселенной. Не менее важным является указание времени встречи, например, в 3 часа пополудни. Эта часть информации указывает, где «во времени» состоится встреча. Следовательно, события описываются четырьмя элементами информации: тремя, указывающими расположение в пространстве, и одним, указывающим положение во времени. Таким образом характеризуется положение события в пространстве и времени, то есть в пространстве-времени. В этом смысле время представляет собой ещё одно измерение. .

Пусть мы имеем плоскость или, если вы предпочитаете что-либо более конкретное, поверхность прямоугольного стола. Положение точки на этом столе можно охарактеризовать двумя числами, а не одним, как раньше. Два числа суть расстояния от двух перпендикулярных краев стола. Не одно число, а пара чисел соответствует каждой точке плоскости; каждой паре чисел соответствует определенная точка. Другими словами: плоскость есть двухмерный континуум. Тогда существуют точки, сколь угодно близкие к данной точке плоскости. Две отдаленные точки могут быть связаны кривой, разделенной на отрезки, сколь угодно малые. Таким образом, произвольная малость отрезков, последовательно укладывающихся на кривой, связывающей две отдаленные точки, каждая из которых может быть определена двумя числами, снова является характеристикой двухмерного континуума.

Еще один пример. Представим себе, что вы хотите в качестве системы координат рассматривать свою комнату. Это означает, что вы хотите любое положение тела определить относительно стен комнаты. Положение кончика лампы, если она в покое, может быть описано тремя числами: два из них определяют расстояние от двух перпендикулярных стен, а третье -- расстояние от пола или потолка. Каждой точке пространства соответствуют три определенных числа; каждым трем числам соответствует определенная точка в пространстве. Это выражается предложением: наше пространство есть трехмерный континуум. Существуют точки, весьма близкие к каждой данной точке пространства. И опять произвольная малость отрезков линии, связывающей отдаленные точки, каждая из которых представлена тремя числами, есть характеристика трехмерного континуума.

Все, что мы только что сказали, нетрудно обобщить для случая движения, не ограниченного прямой линией. В самом деле, для описания событий в природе нужно применить не два, а четыре числа. Физическое пространство, постигаемое через объекты и их движения, имеет три измерения, и положения объектов характеризуются тремя числами. Момент события есть четвертое число. Каждому событию соответствует четыре определенных числа; каким-либо четырем числам соответствует определенное событие. Поэтому: мир событий образует четырехмерный континуум. В этом нет ничего мистического, и последнее предложение одинаково справедливо и для классической физики, и для теории относительности. И опять различие обнаруживается лишь тогда, когда рассматриваются две системы координат, движущиеся друг относительно друга. Пусть движется комната, а наблюдатели внутри и вне ее определяют пространственно-временные координаты одних и тех же событий. Сторонник классической физики разобьет четырехмерный континуум на трехмерное пространство и одномерный временной континуум. Старый физик заботится только о преобразовании пространства, так как время для него абсолютно. Он находит разбиение четырехмерного мирового континуума на пространство и время естественным и удобным. Но с точки зрения теории относительности время, так же как и пространство, изменяется при переходе от одной системы координат к другой, и преобразования Лоренца рассматривают трансформационные свойства четырехмерного пространственно-временного континуума --нашего четырехмерного мира событий. .

Мир событий может быть описан динамически с помощью картины, изменяющейся во времени и набросанной на фоне трехмерного пространства. Но он может быть также описан посредством статической картины, набросанной на фоне четырехмерного пространственно-временного континуума. С точки зрения классической физики обе картины, динамическая и статическая,-- равноценны. Но с точки зрения теории относительности статическая картина более удобна и более объективна.

Даже в теории относительности мы можем еще употреблять динамическую картину, если мы ее предпочитаем. Но мы должны помнить, что это деление на время и пространство не имеет объективного смысла, так как время больше не является «абсолютным». Дальше мы еще будем пользоваться «динамическим», а не «статическим» языком, но при этом всегда будем учитывать его ограниченность. .

Пространственно-временной континуум

«Французская революция началась в Париже 14 июля 1789 года». В этом предложении установлены место и время события. Тому, кто слышит это утверждение впервые и кто не знает, что значит Париж, можно было бы сказать: это город на нашей Земле, расположенный на 2° восточной долготы и 49° северной широты. Два числа характеризовали бы тогда место, а 14 июля 1789 года - время, в которое произошло событие. В физике точная характеристика, когда и где произошло событие, чрезвычайно важна, гораздо важнее, чем в истории, так как эти числа образуют основу количественного описания.

Ради простоты мы рассматривали прежде только движение вдоль прямой. Нашей координатной системой был твердый стержень с началом, но без конца. Сохраним это ограничение. Отметим на стержне различные точки; положение каждой из них может быть охарактеризовано только одним числом - координатой точки. Говоря, что координата точки равна 7,586 м, мы подразумеваем, что ее расстояние от начала стержня равно 7,586 м. Наоборот, если кто-то задает мне любое число и единицу измерения, я всегда могу найти точку на стержне, соответствующую этому числу. Мы видим, что каждому числу соответствует определенная точка на стержне, а каждой точке соответствует определенное число. Этот факт выражается математиками в следующем предложении:

Все точки стержня образуют одномерный континуум.

Тогда существует точка, сколь угодно близкая к данной точке стержня. Мы можем связать две отдаленные точки на стержне рядом отрезков, расположенных один за другим, каждый из которых сколь угодно мал. Таким образом, тот факт, что эти отрезки, связывающие отдаленные точки, могут быть взяты сколь угодно малыми, является характеристикой континуума.

Возьмем другой пример. Пусть мы имеем плоскость или, если вы предпочитаете что-либо более конкретное, поверхность прямоугольного стола (рис. 66). Положение точки на этом столе можно охарактеризовать двумя числами, а не одним, как раньше. Два числа суть расстояния от двух перпендикулярных краев стола. Не одно число, а пара чисел соответствует каждой точке плоскости; каждой паре чисел соответствует определенная точка. Другими словами, плоскость есть двумерный континуум. Тогда существуют точки, сколь угодно близкие к данной точке плоскости. Две отдаленные точки могут быть связаны кривой, разделенной на отрезки, сколь угодно малые. Таким образом, произвольная малость отрезков, последовательно укладывающихся на кривой, связывающей две отдаленные точки, каждая из которых может быть определена двумя числами, снова является характеристикой двумерного континуума.

Еще один пример. Представим себе, что вы хотите в качестве системы координат рассматривать свою комнату. Это означает, что вы хотите любое положение тела определить относительно стен комнаты. Положение центра лампы, если она в покое, может быть описано тремя числами: два из них определяют расстояние от двух перпендикулярных стен, а третье - расстояние от пола или потолка. Каждой точке пространства соответствуют три определенных числа; каждым трем числам соответствует определенная точка в пространстве (рис. 67). Это выражается предложением:

Наше пространство есть трехмерный континуум.

Существуют точки, весьма близкие к каждой данной точке пространства. И опять произвольная малость отрезков линии, связывающей отдаленные точки, каждая из которых представлена тремя числами, есть характеристика трехмерного континуума.

Но все это едва ли относится к физике. Чтобы вернуться к физике, нужно рассмотреть движение материальных частиц. Чтобы исследовать и предсказывать явления в природе, необходимо рассматривать не только место, но и время физических событий. Возьмем снова простой пример.

Маленький камешек, который примем за частицу, падает с башни. Допустим, что высота башни равна 80 м. Со времен Галилея мы в состоянии предсказать координаты камня в произвольный момент времени после начала его падения. Ниже представлено «расписание», приближенно описывающее положение камня после 1, 2, 3 и 4 секунд.

В нашем «расписании» зарегистрированы пять событий, каждое из которых представлено двумя числами - временем и пространственной координатой каждого события. Первое событие есть начало движения камня с высоты 80 м от земли в момент времени, равный нулю. Второе событие есть совпадение камня с отметкой на стержне на высоте 75 м от земли. Это будет отмечено по истечении одной секунды. Последнее событие есть удар камня о землю.

Те сведения, которые записаны в «расписании», можно было бы представить иначе. Пять пар чисел его можно было бы представить как пять точек на плоскости. Установим сначала масштаб. Например: пусть один отрезок будет изображать метр, а другой секунду (рис. 68).

Затем начертим две перпендикулярные линии; одну из них, скажем горизонтальную, назовем временно?й осью, вертикальную же - пространственной осью. Мы сразу же видим, что наше «расписание» можно представить пятью точками в пространственно-временно?й плоскости (рис. 69).

Расстояния точек от пространственной оси представляют собой координаты времени, указанные в первой колонке «расписания», а расстояния от временно?й оси - их пространственные координаты.

Одна и та же связь выражена двумя способами - с помощью «расписания» и точками на плоскости. Одно может быть построено из другого. Выбор между этими двумя представлениями является лишь делом вкуса, ибо в действительности они оба эквивалентны.

Сделаем теперь еще один шаг. Представим себе улучшенное «расписание», дающее положения не для каждой секунды, а, скажем, для каждой сотой или тысячной доли секунды. Тогда у нас будет много точек в нашей пространственно-временно?й плоскости. Наконец, если положение дается для каждого мгновения или, как говорят математики, если пространственная координата дается как функция времени, то совокупность точек становится непрерывной линией. Поэтому наш следующий рисунок (рис. 70) дает не отрывочные сведения, как прежде, а полное представление о движении камня.

Движение вдоль твердого стержня (башни), т. е. движение в одномерном пространстве, представлено здесь в виде кривой в двумерном пространственно-временно?м континууме. Каждой точке в нашем пространственно-временно?м континууме соответствует пара чисел, одно из которых отмечает временну?ю, а другое - пространственную координату. Наоборот, определенная точка в нашем пространственно-временно?м континууме соответствует некоторой паре чисел, характеризующей событие. Две соседние точки представляют собой два события, происшедших в местах, близких друг от друга, и в моменты времени, непосредственно следующие друг за другом.

Вы могли бы возразить против нашего способа представления следующим образом: мало смысла в том, чтобы представлять время отрезками и механически соединять его с пространством, образуя двумерный континуум из двух одномерных континуумов. Но тогда вы должны были бы столь же серьезно протестовать против всех графиков, представляющих, например, изменение температуры в Нью-Йорке в течение последнего лета, или против графиков, изображающих изменение стоимости жизни за последние несколько лет, так как в каждом из этих случаев употребляется тот же самый метод. В температурных графиках одномерный температурный континуум соединяется с одномерным временны?м континуумом в двумерный температурно-временной континуум.

Вернемся к частице, падающей с 80-метровой башни. Наша графическая картина движения есть полезное соглашение, так как она позволяет нам характеризовать положение частицы в любой произвольный момент времени. Зная, как движется частица, мы хотели бы изобразить ее движение еще раз. Сделать это можно двумя путями.

Вспомним изображение частиц, изменяющих свое положение со временем в одномерном пространстве. Мы изображаем движение как ряд событий в одномерном пространственном континууме. Мы не смешиваем время и пространство, применяя динамическую картину, в которой положения изменяются со временем.

Но можно изобразить то же самое движение другим путем. Мы можем образовать статическую картину, рассматривая кривую в двумерном пространственно-временно?м континууме. Теперь движение рассматривается как нечто заданное, существующее в двумерном пространственно-временно?м континууме, а не как нечто, изменяющееся в одномерном пространственном континууме.

Обе эти картины совершенно равноценны, и предпочтение одной из них перед другой есть лишь дело соглашения и вкуса.

То, что здесь сказано о двух картинах движения, не имеет отношения к теории относительности. Оба представления могут быть использованы с одинаковым правом, хотя классическая теория скорее предпочитала динамическую картину описания движения как того, что происходит в пространстве, статической картине, описывающей его в пространстве-времени. Но теория относительности изменила этот взгляд. Она явно предпочла статическую картину и нашла в этом представлении движения как того, что существует в пространстве-времени, более удобную и более объективную картину реальности. Мы должны еще ответить на вопрос, почему эти две картины эквивалентны с точки зрения классической физики и не эквивалентны с точки зрения теории относительности. Ответ будет понятным, если снова рассмотреть две системы координат, движущиеся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.

Согласно классической физике, наблюдатели в обеих системах, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга, найдут для одного и того же события различные пространственные координаты, но одну и ту же временну?ю координату. Таким образом, в нашем примере удар камня о землю характеризуется при нашем выборе системы координат временно?й координатой 4 и пространственной координатой 0. Согласно классической механике, наблюдатели, движущиеся прямолинейно и равномерно относительно выбранной системы координат, обнаружат, что камень достигнет земли спустя четыре секунды после начала падения. Но каждый из наблюдателей относит расстояние к своей системе координат, и они будут, вообще говоря, связывать различные пространственные координаты с событием соударения, хотя временна?я координата будет одной и той же для всех других наблюдателей, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга. Классическая физика знает только «абсолютное» время, текущее одинаково для всех наблюдателей. Для каждой системы координат двумерный континуум может быть разбит на два одномерных континуума - время и пространство. Благодаря «абсолютному» характеру времени переход от «статики» к «динамической» картине движения имеет в классической физике объективный смысл.

Но мы уже убедились в том, что классические преобразования не могут применяться в физике в общем случае. С практической точки зрения они еще пригодны для малых скоростей, но не годятся для обоснования фундаментальных физических вопросов.

Согласно теории относительности, момент соударения камня с землей не будет одним и тем же для всех наблюдателей. И временна?я, и пространственная координата будут различными в двух различных системах координат, и изменение временно?й координаты будет весьма заметным, если относительная скорость систем приближается к скорости света. Двумерный континуум не может быть разбит на два одномерных континуума, как в классической физике. Мы не можем рассматривать пространство и время раздельно при определении пространственно-временны?х координат в другой системе координат. Разделение двумерного континуума на два одномерных оказывается с точки зрения теории относительности произвольным процессом, не имеющим объективного смысла.

Все, что мы только что сказали, нетрудно обобщить для случая движения, не ограниченного прямой линией. В самом деле, для описания событий в природе нужно применить не два, а четыре числа. Физическое пространство, постигаемое через объекты и их движения, имеет три измерения, и положения объектов характеризуются тремя числами. Момент события есть четвертое число. Каждому событию соответствует четыре определенных числа; каким-либо четырем числам соответствует определенное событие. Поэтому мир событий образует четырехмерный континуум. В этом нет ничего мистического, и последнее предложение одинаково справедливо и для классической физики, и для теории относительности. И опять различие обнаруживается лишь тогда, когда рассматриваются две системы координат, движущиеся друг относительно друга. Пусть движется комната, а наблюдатели внутри и вне ее определяют пространственно-временны?е координаты одних и тех же событий. Сторонник классической физики разобьет четырехмерный континуум на трехмерное пространство и одномерный временно?й континуум. Старый физик заботится только о преобразовании пространства, так как время для него абсолютно. Он находит разбиение четырехмерного мирового континуума на пространство и время естественным и удобным. Но с точки зрения теории относительности время, так же как и пространство, изменяется при переходе от одной системы координат к другой; при этом преобразования Лоренца выражают трансформационные свойства четырехмерного пространственно-временно?го континуума - нашего четырехмерного мира событий.

Мир событий может быть описан динамически с помощью картины, изменяющейся во времени и набросанной на фоне трехмерного пространства. Но он может быть также описан посредством статической картины, набросанной на фоне четырехмерного пространственно-временно?го континуума. С точки зрения классической физики обе картины, динамическая и статическая, равноценны. Но с точки зрения теории относительности статическая картина более удобна и более объективна.

Даже в теории относительности мы можем еще употреблять динамическую картину, если мы ее предпочитаем. Но мы должны помнить, что это деление на время и пространство не имеет объективного смысла, так как время больше не является «абсолютным». Дальше мы еще будем пользоваться «динамическим», а не «статическим» языком, но при этом всегда будем учитывать его ограниченность.

Понятие пространственно-временного континуума

В классической науке пространство и время рассматривались как независимые друг от друга и от тех процессов, которые в них происходят. Благодаря созданию теории относительности было выяснено, что в действительности пространство и время – это стороны одного и того же явления.

Поэтому было введено понятие пространственно-временного континуума. Оказалось, что пространство и время определяются теми процессами, событиями, которые в них возникают и существуют. Поэтому самое простое представление о реальности – представление о том, что мир есть множество (континуум) событий, которое имеет четыре измерения: три из них пространственные, а четвертое – время.

Философию, прежде всего, интересует вопрос об отношении времени и пространства к материи, т. е. являются ли время и пространство реальными или это чистые абстракции. Философы-идеалисты отрицают зависимость времени и пространства от материи и рассматривают их то как формы индивидуального сознания (Беркли, Юм, Мах), то как априорные формы чувственного созерцания (Кант), то как категории абсолютного духа (Гегель). Материализм подчеркивает объективный характер времени и пространства. В том, что время и пространство неотделимы от материи, проявляется их универсальность и всеобщность. Пространство выражает порядок расположения одновременно сосуществующих объектов, время же – последовательность существования сменяющих друг друга явлений. Время необратимо, т. е. всякий материальный процесс развивается в одном направлении – от прошлого к будущему.

Общее понятие пространства и времени

Любое движение предполагает так или иначе понимаемое изменение положения в пространстве, осуществляющееся в так или иначе понимаемом времени. Несмотря на кажущуюся очевидность понятий пространства, и времени, они принадлежат к числу не только фундаментальных, но и одних из самых сложных характеристик материи. Наука ХХ в. напоминала данные понятия столь неоднозначным содержанием, что они нередко становились предметом самых ожесточенных философских дискуссий. В чем же причина и смысл такого пристального внимания к этим категориям?

Самое общее понимание пространства и времени опирается на наш непосредственный эмпирический опыт. Понятие пространства возникает как из характеристики отдельно взятого тела, всегда имеющего протяженность, так из факта внеположности множества сосуществующих объектов, имеющих разное пространственное положение. Существующее определение пространства таково: оно есть форма бытия материи, характеризуемая такими свойствами, как протяженность, структурность сосуществования и взаимодействия. Понятие времени также возникает как из сравнения различных состояний одного и того же объекта, который в результате длительности своего существования неизбежно меняет свои свойства, так из факта сменяющейся последовательности разных объектов в одном и том же месте. Время, таким образом, тоже есть форма бытия материи, характеризуемая такими свойствами изменения и развития систем, как длительность, последовательность смены состояний. Понятие пространства и времени относительны: в понятие пространства отражается координация различных внеположных друг другу объектов в один и тот же момент времени, а в понятии времени отражается координация сменяющих друг друга объектов в одном и том же месте пространства.

Многомерность пространства

Теория относительности пользуется понятием единого пространственно-временного континуума, или, как иногда говорят, четырехмерного пространства, в котором к трем привычным пространственным параметрам добавляется еще и время. Это делается для того, чтобы более четко, чем это удается осуществить в обычном трехмерном пространстве, зафиксировать какой-либо материальный объект. Сам А. Эйнштейн говорил, что его удивляет та настороженность, с которой порой относятся к четырехмерному пространству, хотя оно говорит всего лишь о том, что тело с такими-то и такими-то тремя пространственными координатами находилось там именно в данный момент времени (четвертое измерение).

Другое дело многомерное пространство Гильберта. Что же это за многомерное пространство, какой физический и философский смысл имеет это понятие? Оно призвано отразить наличие у исследуемого объекта каких-либо совсем не пространственных свойств, которые только выражаются как «пространственно-подобные» с помощью различных математических операций. Так, если к трем привычным пространственным координатам объекта добавляются еще три координаты, выражающие, например, три компонента импульса этого же объекта, то для обозначения совокупности всех этих данных говорят о шестимерном фазовом пространстве, хотя собственно пространственных координат здесь, как обычно, три. Понятие шестимерного фазового пространства, таким образом, есть математическая абстракция, и оно не претендует на замену понятия трехмерного пространства. Многомерное пространство не фикция, но и не пространство в прямом смысле этого слова. Использование метода многомерности пространства является одним из приемов квантовой физики, вынужденной описывать «недоступные» чувственному восприятию, а потому и наглядному представлению явления микромира. Выражая собой конкретные физические явления микромира с помощью понятий, выработанных в классической физике макромира, многомерные пространства являются правомерной научной абстракцией, имеющей и физический и математический смысл. Здесь нет ничего сверхъестественного или бессодержательного.

Пространство-время - физическая модель, дополняющая пространство временным измерением и, таким образом, создающая новую теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом. В соответствии с теорией относительности, Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное измерение.

Количество измерений, необходимых для описания Вселенной, окончательно не определено. Теория струн, например, требовала наличия 10, а теперь даже 11 измерений (в рамках М-теории). Предполагается, что дополнительные (ненаблюдаемые) 6 или 7 измерений свёрнуты до планковских размеров, так что экспериментально они пока не могут быть обнаружены. Ожидается, тем не менее, что эти измерения каким-то образом проявляют себя в макроскопическом масштабе.

Модель естественного объединения пространства и времени

Первый вариант модели естественного объединения пространства и времени, пространство Минковского, был создан Германом Минковским в 1908 году на основе специальной теории относительности Эйнштейна.

Несмотря на то, что, на первый взгляд, временное измерение абстрактно, понятие времени как измерения вполне конкретно. Когда мы хотим с кем-то встретиться, мы говорим, где «в пространстве» мы рассчитываем встретиться с ним, например, на 9-м этаже здания на углу Верхней Полевой улицы и шоссе Энтузиастов. В этом описании содержатся три элемента информации (9-й этаж, Верхняя полевая улица, шоссе Энтузиастов), описывающих конкретное место в трёх пространственных измерениях Вселенной. Не менее важным является указание времени встречи, например, в 3 часа пополудни. Эта часть информации указывает, где «во времени» состоится встреча. Следовательно, события описываются четырьмя элементами информации: тремя, указывающими расположение в пространстве, и одним, указывающим положение во времени. Таким образом характеризуется положение события в пространстве и времени, то есть в пространстве-времени. В этом смысле время представляет собой ещё одно измерение.

Пусть мы имеем плоскость или, если вы предпочитаете что-либо более конкретное, поверхность прямоугольного стола. Положение точки на этом столе можно охарактеризовать двумя числами, а не одним, как раньше. Два числа суть расстояния от двух перпендикулярных краев стола. Не одно число, а пара чисел соответствует каждой точке плоскости; каждой паре чисел соответствует определенная точка. Другими словами: плоскость есть двухмерный континуум. Тогда существуют точки, сколь угодно близкие к данной точке плоскости. Две отдаленные точки могут быть связаны кривой, разделенной на отрезки, сколь угодно малые. Таким образом, произвольная малость отрезков, последовательно укладывающихся на кривой, связывающей две отдаленные точки, каждая из которых может быть определена двумя числами, снова является характеристикой двухмерного континуума.

Еще один пример. Представим себе, что вы хотите в качестве системы координат рассматривать свою комнату. Это означает, что вы хотите любое положение тела определить относительно стен комнаты. Положение кончика лампы, если она в покое, может быть описано тремя числами: два из них определяют расстояние от двух перпендикулярных стен, а третье - расстояние от пола или потолка. Каждой точке пространства соответствуют три определенных числа; каждым трем числам соответствует определенная точка в пространстве. Это выражается предложением: наше пространство есть трехмерный континуум. Существуют точки, весьма близкие к каждой данной точке пространства. И опять произвольная малость отрезков линии, связывающей отдаленные точки, каждая из которых представлена тремя числами, есть характеристика трехмерного континуума.

Все, что мы только что сказали, нетрудно обобщить для случая движения, не ограниченного прямой линией. В самом деле, для описания событий в природе нужно применить не два, а четыре числа. Физическое пространство, постигаемое через объекты и их движения, имеет три измерения, и положения объектов характеризуются тремя числами. Момент события есть четвертое число. Каждому событию соответствует четыре определенных числа; каким-либо четырем числам соответствует определенное событие. Поэтому: мир событий образует четырехмерный континуум. В этом нет ничего мистического, и последнее предложение одинаково справедливо и для классической физики, и для теории относительности. И опять различие обнаруживается лишь тогда, когда рассматриваются две системы координат, движущиеся друг относительно друга. Пусть движется комната, а наблюдатели внутри и вне ее определяют пространственно-временные координаты одних и тех же событий. Сторонник классической физики разобьет четырехмерный континуум на трехмерное пространство и одномерный временной континуум. Старый физик заботится только о преобразовании пространства, так как время для него абсолютно. Он находит разбиение четырехмерного мирового континуума на пространство и время естественным и удобным. Но с точки зрения теории относительности время, так же как и пространство, изменяется при переходе от одной системы координат к другой, и преобразования Лоренца рассматривают трансформационные свойства четырехмерного пространственно-временного континуума -нашего четырехмерного мира событий.

Мир событий может быть описан динамически с помощью картины, изменяющейся во времени и набросанной на фоне трехмерного пространства. Но он может быть также описан посредством статической картины, набросанной на фоне четырехмерного пространственно-временного континуума. С точки зрения классической физики обе картины, динамическая и статическая, - равноценны. Но с точки зрения теории относительности статическая картина более удобна и более объективна.