Что бы ни думал человек о времени и его природе, а для бытового использования необходимо каким-либо образом его измерять. При этом не особенно важно, правильно ли мы понимаем сущность времени. И не особенно важно, что же мы в конечном итоге измеряем. Главное заключается в том, чтобы результат измерения соответствовал тому, что человек интуитивно вкладывает в понятие времени. А человек в бытовом понимании воспринимает время как некую длительность явления или процесса, некий интервал между двумя событиями. Причем этот промежуток времени должен быть соотнесён с другим интуитивно понятным и привычным временным промежутком. Такими эталонами времени стали природные периодические процессы – сутки, лунный месяц, год. Для измерения более коротких временных интервалов пришлось делить сутки на небольшие отрезки времени. Так появились часы и минуты. Для их измерения пришлось придумывать измерительные приборы – часы.
Принцип работы устройства для измерения времени не имеет особого значения. Это могут быть солнечные часы с движущейся тенью от предмета. Это может быть сосуд с выливающейся из него через небольшое отверстие водой. Это могут быть песочные часы или качающийся на длинной нити тяжёлый маятник. Каждое из этих устройств позволяет измерять промежутки времени, которые согласуются между собой. Результат этих измерений в физике принято называть временем.
Долгое время физики считали, что время это абсолютная непрерывная величина, равномерное течение которой определяет ход всех процессов в природе. Но теория относительности показала, что время это относительное понятие, что на ход времени влияет как скорость движения, так и гравитационное поле. Теория относительности утверждает, что в гравитационном поле время замедляется (https://ru.wikipedia.org/wiki/Гравитационное_замедление_времени ). Ранее я полагал, что понимаю смысл этого явления. Но при попытке проиллюстрировать это явление я столкнулся с определенными трудностями.
Предлагаю читателям рассмотреть мысленный эксперимент, который несколько смутил меня.
Два исследователя решили проверить влияние гравитации на ход часов. В качестве измерительного прибора они выбрали обычный маятник – тяжелый шарик, прикрепленный к подвесу на длинной нити. Известно, что период колебаний маятника не зависит от массы груза, а определяется длиной нити (https://ru.wikipedia.org/wiki/Математический_маятник ). Исследователи выбрали такие параметры, чтобы период колебаний был равен одной секунде. Или другими словами – период колебаний этого маятника они назвали секундой.
Далее. Исследователи выбрали гору или возвышенность на поверхности Земли в форме полусферы. В ходе эксперимента первый человек должен обойти гору до противоположной стороны вдоль основания, а второй – подняться в гору до вершины и спуститься с противоположной стороны. Выйдя из одной точки, в конечном итоге, они должны встретиться в точке у подножия горы с противоположной стороны. Поскольку возвышенность имеет форму полусферы, то длины пути каждого человека равны между собой. Чтобы исключить зависимость результата от скорости движения, исследователи решили двигаться с одинаковой скоростью – за одну секунду перемещаться на один метр. Для этого они предварительно даже сделали отметки на каждом пути с интервалом в один метр.
После такой подготовки они взяли каждый по одинаковому маятнику и отправились в путь. Как только маятник совершает полное колебание, они перемещаются на следующую отметку на своём пути. То есть каждый двигается со скоростью один метр за полный период колебания маятника. То есть перемещаются на один метр за секунду. Одновременно ли они придут в конечную точку? Конечно нет.
Дело в том, что период колебаний маятника зависит от силы тяжести. И при поднятии в гору период колебаний маятника будет увеличиваться в связи с уменьшением силы тяжести. То есть человек, идущий по горе, будет делать свои шаги реже по сравнению с человеком, идущим около основания горы. В эксперименте было получено, что, идущий около горы человек сделал число шагов N и потратил на свой путь такое же количество секунд N . Идущий по горе человек сделал тоже такое же число шагов N и потратил, с его точки зрения, такое же количество секунд N . Но при этом он пришёл в конечную точку позднее первого человека. Таким образом, до момента встречи у первого человека прошло больше секунд, чем у второго. То есть у первого человека прошло больше времени? Что это значит? Можно ли сказать, что гравитация ускоряет время или замедляет его (https://ru.wikipedia.org/wiki/Гравитационное_замедление_времени )?
Исследователи не удовлетворились полученными результатами. Они засомневались, можно ли использовать маятник в качестве устройства для измерения времени? Они решили повторить эксперимент и дополнительно сверять темп хода своих часов с другим эталоном. Для этого они решили сравнивать период колебаний маятника с периодом колебаний какого-либо электромагнитного излучения. Перед отправлением в путь они сверили периоды колебаний своих маятников и эталонного излучения. Излучатель остался у первого исследователя внизу горы. Второй исследователь в течение своего пути регистрировал принимаемый сигнал от излучателя и сравнивал его частоту с частотой колебаний своего маятника. Оказалось, что соотношение частот по-прежнему не изменилось. То есть измеряемое маятником время не отличается от измерения с помощью излучения. Это происходит в результате явления, называемого гравитационным красным смещением (https://ru.wikipedia.org/wiki/Гравитационное_красное_смещение ). Известно, что частота излучения уменьшается при удалении от гравитирующего объекта. То есть период колебаний излучения увеличивается, так же как и у маятника. Физика объясняет это изменением темпа хода часов в гравитационном поле. Таким образом, исследователи повторили свой эксперимент и получили аналогичный результат. У первого человека до момента встречи со вторым прошло больше секунд, чем у второго по его часам.
Получается, что в нашем опыте с увеличением гравитации увеличивается частота маятника и частота излучения. Полагаю, что аналогично этому увеличивается и скорость протекания прочих физических процессов.
Так что же это означает? Можно ли интерпретировать полученный результат как влияние гравитации на ход времени? Гравитация ускоряет время или замедляет? А может время ни при чём, и всё объясняется другими явлениями? А возможно мы просто с помощью часов измеряем не время, а другую величину?
От ответов на эти вопросы зависит понимание времени.
