Начало. Продолжение здесь.
Понятие синхронизации времени и пространства можно понимать либо в абстрактном, либо в реальном физическом смысле. В общем случае произвольной разметки абстрактного пространства-времени (ПВ) значения координат "координата время" и " координата пространственная " могут быть заданы произвольно, без всякой взаимной связи и связи с физической реальностью. И, скорее всего, без всякой синхронизации времени. И говорить о синхронизации времени как о чем то имеющем реальное значение в случае произвольной разметки ПВ координатами не имеет смысла. Имеет значение и смысл только синхронизация в физическом смысле. Примерно это же можно сказать и пространственных координатах. Поэтому
Абстрактное понимание синхронизации заключается только в том, что ПВ разделяется на множество пространственных гиперплоскостей, и в пределах каждой гиперплоскости все пары точек имеют одно и то же значение координаты "время" и одно и то же нулевое значение координатного расстояния "промежуток времени" между ними. Тогда можно сказать, что синхронизация произведена, но физического смысла она, скорее всего, не имеет. И не надо думать, что эта абстрактная синхронизация времени может быть произведена единственным образом.
В физическом смысле синхронизация заключается в физической интерпретации одновременных точек. В принципе это понимается так же, как и в абстрактном смысле – это множество точек с одними и теми же показаниями часов. Но реальных, физических, часов. Даже если Человек не всегда имел часы. Но у человека есть понимание "сейчас" как аналога понимания физической синхронности как момента времени, разделяющего окружающую его реальность на "прошлое", "будущее" и "сейчас". И понимание этого у него находится в голове, и видит его своими глазами: то, что видит глаз сейчас, принимает и обрабатывает мозг, и есть момент "сейчас".
Физически существующая в ПВ синхронизация реальна и конкретна и дана нам по умолчанию в наших видениях и ощущениях. Она не зависима от координатного, но её можно смоделировать абстрактно с определённой точностью как координатное разбиение пространства-времени (ПВ). Есть несколько способов синхронизации абстрактного и физического времени – отдельно для абсолютного ПВ (АПВ) и общего (относительного) вида ПВ (ОПВ).
Для АПВ свойство одновременности и взаимной синхронизации времени двух произвольных точек ПВ просто постулируется через равенство значения координаты "время" для этих точек. Более того, это "равенство времени" для любых точек не зависит от конкретной системы координат. Таким ПВ является галилеево ПВ (ГПВ), в котором точки гиперплоскости с одним и тем же значением координаты времени считаются одновременными, и это свойство на взаимной основе переносится на физическое понимание одновременности и синхронности времени. И это понимание очень хорошо подтверждается на реальном опыте любого человека. Хоть современного, хоть исторического. Более того, эта одновременность оказывается одной и той же для любого человека везде и во все времена.
Но современного учёного–физика такая абсолютная синхронизация времени уже не удовлетворяет. Действительно, человек видит глазами, а глаза видят посредством электромагнитных волн (ЭМВ) оптического диапазона. А ЭМВ распространяются пусть и с очень большой, но все же с конечной скоростью, равной примерно 300 000 000 м/с. Т.е. человек фактически видит уже события прошедшего времени. Более того, два человека, находящие на удалении друг от друга, уже видят разновременные события из-за разного расстояния между наблюдателями и источником сигнала и разного времени прохождения информационного сигнала между источником и наблюдателем. Можно ли учитывать такой факт? В ГПВ, оказывается, можно. И от понимания того, что наша реальность может быть смоделирована как ГПВ, можно не отказываться. Для решения вопроса о синхронизации времени всего лишь нужно учесть время распространения ЭМВ от источника события до глаза человека. Но этим уже отвергается "бытовое" определение одновременности.
Другой вопрос: а нужно ли учитывать время распространения сигнала от источника до наблюдателя? В быту такой необходимости, видимо, нет. Человек разумный живёт тысячи лет, и как то он этого даже не заметил. Ну, разве что, кроме астрономов. Им приходится учитывать поправки на положение планет и их спутников на небосводе при их наблюдении в зависимости от положения в Солнечной системе.
Но сюрпризы Природы на этом не заканчиваются. Несмотря на то, что в ГПВ мы справились с конечностью скорости распространения света, мы все же получили неприятный сюрприз. Вместе с ним мы получили, что нарушается принцип относительности . А именно, ЭМВ отказываются подчиняться принципу относительности, т.к. она выделяет в ГПВ для себя некоторую ИСО, выполняющего роль АСО, в которой скорость распространения волны изотропна. А в других ИСО скорость распространения ЭМВ будет не изотропной. ГПВ и с этим могла бы справиться – но оказывается, что по современным представлениям физиков, в любой другой ИСО скорость распространения волны одна и та же, и, более того, имеет то же самое значение в любом направлении. Об этом говорят эксперименты Майкельсона–Морли (ММ), проведённые ещё в конце XIX века. Т.е. никакого АСО на самом деле нет! Следствием этого факта является замедление часов и сокращение линеек движущегося наблюдателя. А также может быть зависимость факта одновременности от скорости наблюдающего. Т.е. свойство одновременности двух событий является свойством относительным. Если замедление времени и сокращение расстояний сложно показать графически, то нарушение свойства одновременности достаточно просто можно показать даже графически на рисунке (см. ниже Рисунок 1.1).
На Рисунок 1.1a показан случай иллюстрации одновременности в ГПВ для покоящегося в условно–реальном АСО наблюдателя M. Здесь имеем два события Aл и Aп, которые с т.з. покоящегося наблюдателя M будут одновременными, т.к. два сигнала, переданных ЭМВ от источников сигналов Aл и Aп,, приходят в точку его нахождения M одновременно: ∆tл = ∆tп.
На Рисунок 1.1b показан этот же случай, но только с т.з. движущегося наблюдателя. Время, в течение которого ЭМВ от источников достигнет наблюдателя, будет не одинаковым от левого и правого источников: ∆t'л ≠ ∆t'п. Сигнал, отправленный источником Aл, придёт к наблюдателю M позже (в пространственно–временной точке M(л)), чем сигнал, посланный источником Aп (в пространственно–временной точке M(п)). А это есть нарушение принципа относительности Галилея в процессах, связанных с распространением ЭМВ, что
"законы Природы не зависят от того, движется или не движется система отсчета с экспериментальной установкой".
Для нашего эксперимента это означает, что и в ИСО, и в АИСО результат должен быть одним и тем же: сигналы должны прийти как к покоящемуся, так к движущемуся наблюдателю одновременно... (мозгу простого обывателя это абсолютно не логично. Но это так).
Но в рамках ГПВ эту неодновременность можно скорректировать, зная собственную скорость в АСО и расстояние до источников сигнала. Для этого достаточно измерить расстояние L до источников и собственную скорость v в АСО как половину разности скоростей распространения ЭМ сигнала в направлении двух источников. Этого достаточно для определения корректировки в ГПВ:
Если эксперимент покажет именно это значение корректировки, то ПВ является галилеевым ПВ.
Но эксперименты ММ показали, что собственную скорость в АСО измерить невозможно. Т.е. независимо от того, какую скорость имеет движущийся наблюдатель относительно первоначально выбранного покоящегося ИСО = АСО, собственную скорость относительно этого ИСО=АСО собственными средствами измерения (в нашем случае – через анизотропию скорости распространения ЭМВ) произвести не может. Т.е. в любом ИСО должно получаться, что ∆t'л = ∆t'п. Более того, t'л = t'п и t'л(0) = t'п(0). В рамках ГПВ добиться этого невозможно.
Те же эксперименты ММ показали, что даже в случае движущегося наблюдателя точки M'(л) и M'(п)совпадают. С другой стороны, физически ПВ не изменилось. И графическая картина движения наблюдателя не изменилась и осталась вдоль линии OM. И для того, чтобы сигналы к наблюдателю пришли одновременно, необходимо, чтобы догоняющий сигнал был сформирован раньше, а сигнал с противоположной стороны был сформирован позже, но таким образом, что конечные точки их совпадут. При этом должно получиться, что t'л = t'п и t'л(0) = t'п(0). Для того, чтобы это сделать, с объектами рисунка Рисунок 1.1b выполним следующие операции :
1. Сместить концы траектории сигнальных лучей M'(л) и M'(п) параллельно самим себе в одну точку M на её траектории. Этим мы получим событие одновременности прихода двух сигналов от источников.
2. Провести через начала лучей A'л и A'п прямую линию. Этим мы получим множество событий одновременности источников сигналов. Можно сказать, этим способом мы их засинхронизировали в новой парадигме. А именно, в парадигме относительности времени.
3. Передвинем полученную конструкцию вдоль линии движения таким образом, чтобы построенная нами прямая линия прошла через начало координат. При этом прямая линия будет новой пространственной осью координат x', проходящей через синхронизированные в новой парадигме источники, а линия движения наблюдателя – временной осью координат.
В результате получим Рисунок 1.1c модели ПВ с вновь полученными осями координат t' и x', полностью удовлетворяющие принципу относительности даже по отношению к ЭМВ. Уравнение преобразования координат, модифицированное с учётом выполненных изменений, будет следующим:
Фактически в результате мы получили преобразования Лоренца, которая играет основную роль в Специальной Теории Относительности (СТО) А. Эйнштейна, созданную им в 1905 году. Но без расчёта коэффициента релятивизма "γ". Можно было бы найти и коэффициент релятивизма γ, но я здесь не буду заниматься этим и оставлю на следующую статью (продолжение здесь.). Коэффициент релятивизма "γ" у А. Эйнштейна равен следующему значению:
Можно было бы на этом закончить тему о синхронизации времени в ПВ, но оказалось, что есть продолжение этой темы. Оказалось, что синхронизация времени должна быть произведена на основе определения поля метрического тензора gij и определённого на её основе расстояния, названного "интервал", который является моделью физического времени. По этому пути пошёл упомянутый выше А. Эйнштейн и в 1915 году создал на этой основе новую физическую Общую Теорию Относительности (ОТО).