Синергетические проблемы исследования феномена времени и устройства Вселенной
1.Цель исследования
До 1915 г. пространство и время воспринимались как некая жесткая арена для событий, на которую все происходящее на ней никак не влияет. Так обстояло дело даже в Специальной теории относительности. Тела двигались, силы притягивали и отталкивали, но время и пространство просто оставались самими собой, их это не касалось. И было естественно думать, что пространство и время являются бесконечными и вечными.
Представление о времени у многих ученых коренным образом изменилось после публикации А. Эйнштейном в 1915 году своей знаменитой работы, известной ныне как Общая теория относительности. Теперь «пространство и время - динамические величины: когда движется тело или действует сила, это изменяет кривизну пространства-времени, а структура пространства-времени в свою очередь влияет на то, как движутся тела и действуют силы. Пространство и время не только влияют на все, что происходит во Вселенной, но и сами изменяются под влиянием всего в ней происходящего»[1]. В итоге возникли, и стали широко использоваться новые понятия: «Собственное время наблюдателя» и «Мнимое время»[1-5]. Иногда также пользуются термином «Комплексное время»[6, 7]. Появилось новое понятие: «Стрела времени»[ 1, 6, 8-11]. Оно было введено А.С. Еддингтоном, известным астрономом и физиком, популяризатором Общей теории относительности.
Говоря о мнимом времени, имеют в виду время, стрела которого направлена противоположно стреле реального времени [1, 7].
Если под реальным временем имеют в виду время, стрела которого направлена от прошлого к будущему, то говорят, что оно представляет собой психологическое время. А если под реальным временем имеют в виду время, направленное в сторону увеличения энтропии, то говорят, что оно представляет собой термодинамическое время. Часто также говорят о космологическом времени. Под этим понимают общепризнанное реальное время.
Выяснилось, что все эти последние три понятия являются синонимами, т.е. они являются обозначениями одного и того же времени[1]. Об этом времени в дальнейшем мы будем говорить, что оно представляет собой общепризнанное космологическое время. Обозначим его через t.
Говоря о собственном времени наблюдателя, имеют в виду время, которое показывают «собственные часы наблюдателя».
В современной биологии и медицинской науке вместо собственных часов наблюдателя, говорят о «Биологических часах». Сегодня общепризнано, что каждый живой организм имеет свои собственные биологические часы[6, 12 - 15].Точнее, в каждом организме имеется столько часов, сколько в нем клеток. Дело в том, что основной механизм биологических часов находится внутри клетки. Установлено, что все эти часы работают согласованно «под общим руководством» часов, помещенных в головном мозге в супрахиазменном ядре таламуса [14].
Возникают вопросы:
1. Определимо ли вообще понятие «Время» или это понятие относится к первичным понятиям типа «Множество»?
2.Отличаются ли друг от друга биологические часы и часы наблюдателя? И если – да, то в чем это различие выражается?
3. Является ли мнимое время «достоянием» лишь живой природы и микромира неживой природы, или оно существует во всей нашей реальности?
4. Если мнимое время является «достоянием» всей нашей реальности, то проявляется ли оно одинаково в живой и неживой природе?
5. Что собой представляет Вселенная и можно ли описывать ее главные особенности?
6. Имеется ли у Вселенной определенное время возникновения и определенное время исчезновения?
7. Можно ли рассмотреть Вселенную в качестве наблюдателя?
8. Если Вселенная является одним из наблюдателей, то является ли ее собственное время равным времени t, или собственное время Вселенной и время t – два разных времени?
9. Имеются ли у наблюдателей, кроме собственных часов времени, и другие собственные измерительные приборы?
10. Если у наблюдателей имеются свои собственные измерительные приборы, то зависят ли от состояний наблюдателей единицы измерения, используемые в этих измерительных приборах?
11. Если единицы измерения, используемые в измерительных приборах наблюдателей, зависят от состояний наблюдателей, то каковы эти зависимости: - для каждого наблюдателя они свои собственные, или существует некая универсальная зависимость, общая для всех наблюдателей независимо от их природы и фактического состояния?
12. Если существует универсальная зависимость единиц измерения от состояний наблюдателей, то какая эта зависимость?
Выяснение этих вопросов - цель настоящего исследования.
2. Принцип неопределенности Гейзенберга
Немецкий ученый Макс Планк в 1900 г. принял гипотезу, согласно которой свет, рентгеновские лучи и другие волны не могут испускаться с произвольной интенсивностью, а должны испускаться только некими порциями, которые Планк назвал квантами. Кроме того, Планк предположил, что каждый квант излучения несет определенное количество энергии, которое тем больше, чем выше частота волн. Таким образом, при достаточно высокой частоте энергия одного кванта может превышать имеющееся количество энергии и, следовательно, высокочастотное излучение окажется подавленным, а интенсивность, с которой тело теряет энергию, будет конечной.
Гипотеза квантов прекрасно согласовалась с наблюдаемыми значениями интенсивности излучения горячих тел. Однако, эта гипотеза привлекла особое внимание по следующей причине.
В 1926 году другой немецкий ученый, Вернер Гейзенберг, сформулировал знаменитый Принцип неопределенности. Чтобы предсказать, каким будет положение и скорость частицы, нужно уметь производить точные измерения ее положения и скорости в настоящий момент. Очевидно, что для этого надо направить на частицу свет. Часть световых волн на ней рассеется, и таким образом мы определим положение частицы в пространстве. Однако точность этого измерения будет не выше, чем расстояние между гребнями двух соседних волн, и поэтому для точного измерения положения частицы необходим коротковолновый свет. Согласно же гипотезе Планка, свет невозможно использовать произвольно малыми порциями, и не бывает меньшей порции, чем один квант. Этот квант света внесет возмущение в движение частицы и непредсказуемо изменит ее скорость. Кроме того, чем точнее измеряется положение, тем короче должны быть длины световых волн, а следовательно, тем больше будет энергия одного кванта. Это значит, что возмущение скорости частицы станет больше. Иными словами, чем точнее вы пытаетесь измерить положение частицы, тем менее точными будут измерения ее скорости, и наоборот. Гейзенберг показал, что неопределенность в положении частицы, умноженная на неопределенность в её скорости и на её массу, не может быть меньше некоторого числа, которое называется сейчас постоянной Планка. Это число не зависит ни от способа, которым измеряется положение или скорость частицы, ни от типа этой частицы, т. е. Принцип неопределенности Гейзенберга, является фундаментальным, обязательным свойством нашего мира.
3. Предмет Общей физической теории природы. Теория целостности
Под событием (явлением) обычно понимают все то, что вообще может происходить при осуществлении определенной совокупности условий A. Событие представляет собой факт реализации некого варианта b из полного множества вариантов B. Таков смысл понятия события, например, в предложение: «Вчера произошло большое событие: - наконец - то, после долгих лет ремонта был открыть Большой театр».
Множество вариантов может быть полным в одних условиях и не может быть таким в других условиях. Следовательно, то, что множество B является полным, это, прежде всего, означает что, вполне определенной является соответствующая совокупность условий A.
Если при заданной совокупности условий A множество B состоит всего-навсего из одного варианта b, то вероятность реализации этого варианта равна 1. В этом случае говорят, что событие является достоверным. А если множество B состоит из двух и более вариантов, то вероятность реализации каждого из этих вариантов будет равна или меньше 0.5. В этом случае говорят, что событие является случайным.
Реализация события всегда происходит вполне в определенный момент времени. Ввиду этого для определения события необходимо задание не только пространства, в котором совокупность условий A может быть реализована, но и момента времени, когда эта совокупность условий будет реализована.
Достоверное событие, в отличие от точки пространства, является точкой пространства - времени. Следовательно. Его можно считать заданным, если задана соответствующая точка пространства - времени.
По С. Хокингу Специальная теория относительности привела к необходимости изучения событий, происходящих в макроскопической физической природе [1]. Говоря о событии, он имеет в виду нечто, происходящее в определенной точке пространства в определенный момент времени, т.е. это «нечто» представляет собой достоверное событие.
Общая теория относительности привела к необходимости рассматривать пространство и время, как динамические величины, которые зависят не только друг от друга, а от всего того, что вокруг происходит. В итоге, потеряло смысл говорить о точке задания события в пространстве - времени. Вместо этого стали говорить о задании множества возможных реализаций случайного события.
Итак, Специальная теория относительности привела к необходимости изучения достоверных событий, а Общая теория относительности – случайных событий. Но и те и другие события являются событиями, происходящими в макроскопической физической природе.
Согласно Принципу неопределенности Гейзенберга, в Квантовой механике потеряло смысл говорить о задании конкретных координат физического тела. Вместе этого, стали говорить о случайном событии и задании его возможных реализаций и вероятностей этих реализаций [1, 3].
Таким образом, Принцип неопределенности Гейзенберга привёл к необходимости изучения случайных событий, происходящих в микроскопической физической природе.
Итак, изучение случайных событий, происходящих в макроскопической неживой природе – предмет Общей теории относительности, а изучение случайных событий, происходящих в микроскопической неживой природе – предмет Квантовой механики. Следовательно, предметом изучения физической теории, в которую Общая теория относительности и Квантовая механика могли бы войти, как частные теории, должны быть случайные события, одинаково происходящие и в макроскопической неживой природе, и в микроскопической неживой природе.
Возникает вопрос: существуют ли вообще события, которые одинаково происходят как в макроскопической неживой природе, так и в микроскопической неживой природе? Да, существуют. Это события, вследствие которых в определенных условиях и в определенный в период времени сохраняется практически неизменным каждый конкретный объект: - кварк остается кварком, электрон – электроном, Земля – Землей, Солнечная система – Солнечной системой и т.д.
Могут ли ныне известные физические силы способствовать реализации этих событий?
В настоящее время различают гравитационные, электромагнитные, слабые - ядерные и сильные - ядерные физические силы.
Гравитационные силы носят универсальный характер. Это означает, что всякая частица находится под действием гравитационной силы, величина которой зависит от массы или энергии частицы. Это очень слабая сила, которую мы вообще не заметили бы, если бы не два ее специфических свойства: - гравитационные силы действуют на больших расстояниях и всегда являются силами притяжения. Следовательно, очень слабые гравитационные силы взаимодействия отдельных частиц в двух телах большого размера таких, например, как Земля и Солнце, могут в сумме дать очень большую силу. В квантово-механическом подходе к гравитационному полю считается, что гравитационная сила, действующая между двумя частицами материи, переносится частицей со спином 2, которая называется гравитоном. Гравитон не обладает собственной массой, и поэтому переносимая им сила является дальнодействующей.
Электромагнитные силы действуют между электрически заряженными частицами, как, например, электроны и кварки, но не отвечают за взаимодействие таких незаряженных частиц, как гравитоны. Электромагнитные взаимодействия гораздо сильнее гравитационного: электромагнитная сила, действующая между двумя электронами, примерно в 1040 раз больше гравитационной силы. Электромагнитное взаимодействие описывается как результат обмена большим числом виртуальных частиц-переносчиков со спином 1, которые называются фотонами. Эти частицы, как и гравитоны, не имеют массы.
Слабые ядерные силы отвечают за радиоактивность и существуют между всеми частицами вещества со спином 1⁄2, но в них не участвуют фотоны и гравитоны. Слабые ядерные силы представляют собой результаты обмена частиц - переносчиков со спином 1, которые называют бозонами.
Сильные ядерные силы удерживают кварки внутри протона и нейтрона, а нейтроны и протоны - внутри атомного ядра. Переносчиком сильного взаимодействия считается частица со спином 1, которая называется глюоном.
Как видно, из всех ныне известных физических сил только гравитационные силы являются универсальными. Но гравитационные силы, как указывалось выше, очень слабые силы и они практически не могут оказывать влияния на события, происходящие в микроскопическом мире.
Возникает вопрос: - существует ли вообще физическая сила, которая способствует реализации событий, которые одинаково происходят, как в макроскопической неживой природе, так и в микроскопической неживой природе? Если - нет, то основания для создания Общей физической теории природы нет. И тогда придется смириться с тем, что микроскопический мир будет описываться Квантовой механикой, а макроскопический мир – Общей теорией относительности.
Другое дело, если существует физическая сила, способствующая реализации событий, которые одинаково происходят, как в макроскопической неживой природе, так и в микроскопической неживой природе. Если такая сила существует, то вопрос ее обнаружения – дело времени. В конце концов, она будет найдена. Но если такая сила существует, то она будет действовать одинаково как на малых, так и на больших расстояниях. Но переносчиками сил, действующих на длинных расстояниях, служат частицы с целочисленными спинами и не имеющие массы. Следовательно, переносчиком физической силы, способствующей реализации событий, которые одинаково происходят, как в макроскопической , так и в микроскопической неживой природе, будет частица с целочисленным спином и не имеющая массы.
Теория целостности, изложенная в [16], изучает случайные события, одинаково происходящие в живой и неживой природе, Следовательно, эта теория является еще более общей теорией. Но Теория целостности является не физической, а синергетической теорией. Синергетика изучает не физические силы, а самые общие закономерности устройства мироздания [17-29]. Теорией целостности изучаются закономерности формирования и сосуществования организованных – целостных – образований. Этими закономерностями являются:
- Закономерность существования целостной системы,
- Закономерность внутрисистемной гармонии,
- Закономерность Всемирной гармонии.
В этом списке не случайно первым указана Закономерность существования целостных систем. «Свойство существования предшествует всем остальным свойствам систем, так как, не обладая свойством существования, система не может иметь никаких других свойств» [28].
Закономерности существования целостной системы и внутри системной гармонии были сформулированы автором настоящей статьи в 1983 году. А Закономерность Всемирной гармонии сформулировал ныне покойный А.А. Хускивадзе в 2003 году.
На основе выше перечисленных закономерностей разработан способ определения естественного глобального оптимума [16, 30]. Этим способом можно определить, в частности, индивидуальную норму человека.
Естественные глобальные оптимумы, в отличие от обычных оптимумов, вырабатываются с учетом гармоничного сочетания интересов всех без исключения «заинтересованных сторон». Задача их выработки решается всюду как в живой, так и неживой природе. Ввиду этого, закономерности выработки естественных глобальных оптимумов, являются самыми общими закономерностями гармонии природы.
Тот факт, что совокупность вышеперечисленных закономерностей позволяет определить естественные глобальные оптимумы, указывает на то, они составляют полное множество. Эти закономерности составляют полное множество в том смысле, что их знание является необходимым и достаточным для определения естественных глобальных оптимумов. Следовательно, эти закономерности и должны способствовать выработке последних оптимумов.
Существуют и другие закономерности гармонии природы [29, 31-35]. Однако, для выработки естественных глобальных оптимумов, как только что было показано, вполне достаточна выше перечисленная тройка закономерностей. Следовательно, эти закономерности, являясь самыми общими закономерностями гармонии природы, и обеспечивают существование Нашей действительности.
Итак, потенциальные части целого в отдельности не могут делать того, что они могут делать только совместно. Но для того, чтобы продукт, созданный совместными усилиями, был самый хороший в самом широком смысле, а точнее, характеристики этого продукта представляли собой естественные глобальные оптимумы, то необходимо и достаточно, выполнение следующих трех условий.
1. Потенциальные части целого должны быть объединены в единое целое в соответствии с Закономерности существования целостной системы.
2. Каждая из этих частей должна сосуществовать с остальными частями в соответствии с Закономерности внутрисистемной гармонии.
3. Как целое, созданное этими частями, так и сами эти части, должны вести себя в соответствии с Закономерности Всемирной гармонии.
Закономерности гармонии природы представляют собой лишь «правила игры», одинаково приемлемых для всех без исключения «заинтересованных сторон». Но эти закономерности никак не поясняют, какими являются силы, которые способствуют их реализации. Являются ли все эти силы только физическими силами или имеются и другие силы? Во всяком случае, первичными силами все же будут физические силы.
В настоящее время изучение самых общих закономерностей миропорядка является предметом Теории хаоса [17, 36, 37]. В этой теории, изыскивая порядок через хаос, изучаются сложные нелинейные динамические системы. В Теории целостности, изучая непосредственно самые общие закономерности гармонии природы, не делят системы на сложные и несложные, линейные и нелинейные, динамические и нединамические. В основе Теории целостности лежит идея, состоящая в том, что математические аппараты, предназначенные для исследования специальных классов систем, являются в принципе непригодными для изучения самых общих закономерностей природы. Эти закономерности, как самые общие, являются простейшими и, следовательно, они могут быть описаны только самыми простыми математическими средствами.
При изложении Теории целостности используется понятийный аппарат Теории вероятностей и математической статистики. Этот же аппарат, по-видимому, придется использовать и при изложении Общей физической теории природы. Ведь, изучение случайных событий, прежде всего, является предметом Теории вероятностей и математической статистики!
4. Стрела времени
До начала 20 –го столетия, как было сказано в параграфе 1, люди
29-04-2015, 05:14