Предыдущая статья, в которой шла речь о частицах света («Братство кольца. Фотон»), заканчивалась на оптимистической ноте: «Итак, все детали компьютерного графического конструктора физических явлений и процессов готовы к использованию. Осталось только найти ему подходящее и полезное применение (в практическом моделировании физической реальности) …».
Первым испытанием для выше упомянутого «конструктора» должно было стать прекрасно всем известное и досконально изученное явление отражения/преломления света, однако в ходе подготовки статьи на эту тему возникла необходимость в предварительном обсуждении двух принципиальных вопросов, без чего проверка работоспособности предлагаемой модели частиц света оказалась попросту невозможной.
Отражение фотонов поверхностью раздела двух сред допустимо рассматривать как процесс, подобный процессу столкновения объектов, одним из которых является шар, а другим неподвижная массивная стена. Само же столкновение представляет собой предельный случай контактного взаимодействия объектов, оказавшихся одновременно в приблизительно одной и той же точке пространства. Поэтому вначале следует разобраться с понятием одновременности объектов и событий, а также вникнуть в некоторые важные детали процесса столкновения тел.
В данной статье обсудим понятие одновременности. В ходе анализа понятия интервала между событиями, фиксируемыми в собственной системе отсчета объекта, с которым происходят эти события, выяснилось, что, в отличие от математического времени, физическое время дискретно и неоднородно («Пространство-время в специальной теории относительности. часть2. «Не верь глазам своим»)
Оказалось, что любой объект проявляет свое существование только относительно тех наблюдателей, для которых данное мгновение настоящего времени одно и то же (общее), как для объекта, так и наблюдателей. То есть такие наблюдатели в этот момент проявляют свое существование одновременно с объектом. Можно сказать, что в это мгновение все они «видят» и друг друга, и отслеживаемый объект.
Не менее важно и то, что эти состояния одновременности повторяются только по истечении определенного промежутка времени. Мгновения настоящего, таким образом, оказываются разделенными промежутками времени конечной длительности – квантами собственного времени этого объекта, в течении которых он не существует для данного наблюдателя как объект слежения, или говоря шире, в течение этого промежутка времени объект вообще не доступен ни для какого взаимодействия. Одним словом, вследствие дискретности физического времени, существование объектов не является непрерывным.
Вероятно, что все выше изложенное, может быть, и интересно само по себе, однако непонятно, какое отношение оно имеет к «ссоре» Эйнштейна с Бором, фигурирующей в названии данной статьи? О какой «ссоре» идет речь?
Совсем не секрет, что поводов для разногласий у двух великих физиков было более чем достаточно. Однако одним из самых принципиальных среди них по праву считают разногласие в трактовке понятия одновременности. Сразу отметим, что это понятие тесно связано с принципом локальности существования объектов, с которыми эти самые события и происходят.
Хотя Эйнштейна, как ученого, я ставлю, все-таки, несколько выше Бора, и в бесконечной полемике между ними всегда мысленно был на стороне первого из них, но, с некоторых пор, мне стало казаться, что в анализе состояния одновременности и принципа локальности объектов и событий, они оба, по сути дела, «наступают на одни и те же грабли». Только ручка граблей Эйнштейна приближается ко лбу с конечной скоростью (со скоростью света), тогда как Бор получает в лоб мгновенно (ручка граблей движется с бесконечной скоростью).
Приемлемое для обеих сторон решение проблемы локальности было предложено лишь во второй половине XX века американским физиком Ричардом Фейнманом, который имел только косвенное отношение ко всей этой истории. Более того, по всей видимости, он даже не отдавал себе отчета в том, что как-то мимоходом сформулировал один из фундаментальных принципов физики.
Как известно, создавая специальную теорию относительности, Эйнштейн предложил следующее определение понятия времени: «Время» события - это одновременное с событием показание покоящихся часов, которые находятся в месте события и которые идут синхронно с некоторыми определенными покоящимися [в другом месте, не совпадающим с местом данного события] часами …».
На первый взгляд, используемое Эйнштейном понятие одновременности событий кажется интуитивно ясным и не нуждается, в каком бы то ни было, анализе, но это не совсем так. Одновременность событий, происходящих в одном и том же месте пространства, действительно, не создает никаких проблем. Проблемы появляются при рассмотрении одновременности событий разделенных в пространстве некоторым расстоянием.
В своих рассуждениях Эйнштейн справедливо полагал, что априори, совершенно не очевидно, что двое удаленных друг от друга часов показывают одинаковое для данного события время (стрелки часов занимают одно и то же положение на их циферблатах). Установление или опровержение указанного факта требует применения специальной процедуры, которая называется синхронизацией часов. Эта процедура не является мгновенной, так как реализуется с помощью светового сигнала, скорость которого конечна. Иначе говоря, к моменту возвращения сигнала в точку его отправки, в точке его приема, на самом деле, происходит уже другое событие. И вот оно-то по-настоящему (то есть абсолютно) одновременно событию, происходящему сейчас в точке отправки синхронизирующего сигнала.
Именно на это обстоятельство, как раз и обратил внимание Фейнман: «… Никто не может сказать, что происходит именно сейчас [в данное мгновение настоящего времени] достаточно далеко от нас, потому что это [принципиально] не наблюдаемо». Говоря другими словами, предложенная Эйнштейном процедура синхронизации часов, по большому счету, бесполезна и лишена смысла.
Посредством процедуры синхронизации часов Эйнштейн проверяет лишь тот факт, что вторые часы, удаленные от данных часов на определенное расстояние в пространстве Δs, были там некоторое конечное время Δt назад, а вовсе не то, что они продолжают находиться в том же месте сейчас. Так получается в силу конечности скорости распространения светового сигнала, с помощью которого осуществляется проверка (v = c).
А что же Бор? Он и его последователи интуитивно уверены, что временной контакт между разнесенными в пространстве объектами не утрачен, называя это обстоятельство квантовой запутанностью, и поэтому состояние одновременности их существования вообще не нуждается, в какой бы там ни было, проверке.
Утверждая это, Бор, выглядит правым, но, с другой стороны, прав и Эйнштейн, увидевший равносильность рассуждений Бора признанию того, что при Δt = 0, скорость распространения проверочного сигнала становится бесконечной (v→∞). Однако если бы скорость сигнала была бы бесконечной, то тогда потребность проведения процедуры синхронизации часов просто отпала бы сама собой, поскольку абсолютная одновременность событий не нуждается в проверке по определению, то есть использование сигнала, распространяющегося с бесконечной скоростью, тоже ситуацию не изменяет, оставляя ее в положении шахматного пата.
Бор, защищая тогда еще не сформировавшуюся окончательно концепцию запутанности квантовых объектов, согласно которой возможна мгновенная передача действия одного из них на другой, вне зависимости от расстояния между ними, находился, таким образом, на позиции признания того, что одновременность событий может быть только абсолютной. По мнению Бора, такая одновременность не требует своего подтверждения по причине бесконечной скорости передачи действия, с чем Эйнштейн, разумеется, согласиться не мог.
На основе этого разногласия, касающегося скорости передачи действия, Эйнштейн обвинил Бора в отказе от принципа локальности событий, происходящих с взаимодействующими объектами. Сам Эйнштейн всегда был убежден в том, что если объекты не находятся в непосредственном контакте, то их влияние друг на друга становится косвенным: действие, сохраняя свою локальность, передается с конечной скоростью некой промежуточной средой, заполняющей пространство между объектами.
К сожалению, ни признание Эйнштейном локальности действия, ни отрицание его локальности Бором никоим образом не способствовали выяснению сути понятия одновременности событий. Впрочем, позиция Бора, по крайней мере, подталкивала к возможному уподоблению состояния запутанности состоянию одновременности, когда объекты, утратившие непосредственный контакт в пространстве, тем не менее, сохранили его во времени, оставшись одновременными друг другу. Тогда можно утверждать, что раз контакт, пусть и половинчатый, все же существует, то действию совершенно незачем куда-то распространяться с той или иной скоростью.
Ведь и в самом деле, разнесение двух объектов, находившихся до этого в непосредственном контакте и в пространстве, и во времени означает их выход из этого состояния только в отношении пространственного расстояния между ними. Их контакт во времени (состояние одновременности существования) сохраняется, и его сохранность не зависит от того, на каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты.
То есть, в действительности, никакой проблемы и нет вовсе? Одновременность существования объектов и происходящих с ними событий это просто данность, которую следует принять, но нельзя, ни проверить, в чем и необходимости-то никакой нет, ни, тем более, как-то ее изменить.
Для признания объектов существующими одновременно, достаточно уже того, не нуждающегося в подтверждении факта, что они просто есть. Правда, как уже упоминалось ранее, состояние одновременности не является непрерывным, а носит дискретный характер, что все-таки требует указания некоторого физического признака, по которому можно будет судить о наличии у рассматриваемых объектов состояния одновременности или о его отсутствии. Чем это не удобный повод добавить еще несколько слов к бесконечному процессу обсуждения природы времени, как реально существующей физической величины?
Уверен, что весьма оригинальный подход к выяснению сущности времени, который когда-то продемонстрировал учитель Ньютона, известный английский математик, филолог и богослов Исаак Барроу, известен далеко не всем.
Еще во второй половине XVII века, размышляя над схоластическим парадоксом об изменении вещи, которая и остается той же и вместе с тем сейчас одна, а затем другая, он пришел к выводу о том, что «время есть сохранение какой-либо вещи в своем существовании». То есть, вещь, изменяясь, может остаться той же, только если это изменение происходит во времени. Сейчас можно сказать, что именно такая форма существования, какой является время, и позволяет вещи сохранять, в той или иной степени, собственную идентичность в течение временных интервалов любой длительности. Этот факт нередко обозначают термином «генетическое тождество» объекта (genidentity).
Итак, теперь остается только выяснить, на основании чего можно говорить о «сохранении какой-либо вещи в своем существовании». Сформулируем вопрос так: какое из свойств вещи непременно сохраняется, когда с ней что-либо происходит, если это только не ее разрушение или не превращение в другую вещь?
Самое простое, что может произойти с вещью – это ее перемещение из одного места пространства в другое. Также вещь можно вращать, деформировать, оставив ее на прежнем месте или вообще ничего с ней не делать. Очевидно, что в любом случае неизменным свойством остается масса вещи, то есть в качестве признака ее «генетического тождества» может выступить именно эта физическая величина. Постоянство среднего значения массы как раз и позволяет идентифицировать вещь с самой собой в разные моменты настоящего времени.
Поэтому будет вполне логичным признать искомым признаком того, что данный объект находится здесь и сейчас, мгновенные значения его гравитационной массы в критических точках графика зависимости массы от времени, которые, согласно используемой здесь концепции, соответствуют мгновениям настоящего времени, своим для каждого из отслеживаемых объектов.
Существуют два типа критических точек, в которых происходит резкая смена до этого момента монотонного характера изменения функции, и поэтому не фиксируемого, подобно не замечаемому однотонному шуму или однообразному фону:
1. точки поворота (b и d);
2. точки перегиба (c и e).
В точках поворота функция переходит от возрастания (b) к убыванию, и наоборот (d). В них обращается в нуль первая производная рассматриваемой функции, так как касательная в точке поворота параллельна оси абсцисс.
Точки перегиба отделяют выпуклые дуги (abc) от вогнутых (cde). Касательные в этих точках (c и e) пересекают кривую значений функции, и нулю равна вторая производная данной функции.
Предлагаемая концепция времени позволяет определить состояние одновременности следующим образом. Объекты одновременны друг другу (сосуществуют один с другим), если в этот момент (мгновение настоящего времени) их массы проходят через свои критические значения. Понятно, что абсциссы (моменты времени) критических точек функций изменения массы разных тел, вообще говоря, не совпадают, и совсем не обязаны совпадать.
То есть собственные мгновения настоящего времени оказываются разными для разных объектов (такое время, «свое» для каждого объекта Эйнштейн называл «Ich-Zeit»). В промежутках времени между совпадениями объекты перестают быть одновременными, и на это время утрачивают свою способность к взаимодействию. Такая «передышка» необходима любому объекту для того, чтобы успеть отреагировать изменением своего состояния на предыдущий акт обмена порциями энергии в ходе продолжающегося дискретного процесса взаимодействия.
Второй вопрос, заявленный в самом начале, как нуждающийся в предварительном рассмотрении, и касающийся процесса столкновения или соударения тел, обсудим в следующих статьях уже тогда, когда в этом возникнет непосредственная необходимость.
