Что понимают под стрелой времени. Направление времени. Физические «стрелы времени»

Стрела времени

Для характеристики однонаправленности и необратимости времени английский астрофизик А. Эддингтон (1882—1944) в 1928 г. ввел понятие стрелы времени. Оно применимо к описанию таких природных процессов, которые протекают спонтанно, самопроизвольно и только в одном направлении. К ним относится большинство реальных физических процессов (теплопередача, теплообмен, диффузия, вязкость, распад элементарных частиц, процессы трения), а также процессы космической, химической, биологической и психологической эволюции.

При описании этих процессов в современной научной картине мира принято различать три стрелы времени: 1) термодинамическую, 2) психологическую, 3) космологическую.

Термодинамическая стрела времени характеризует то направление времени, в котором энтропия возрастает. Максимально возможное значение энтропии замкнутой системы достигается в тепловом равновесии.

Психологическая стрела времени связана с особенностями восприятия длительности протекающих в мире процессов органами чувств человека. Она позволяет установить различие между прошлым, настоящим и будущим и характеризует направленность времени от прошлого к будущему. При этом нельзя отождествлять процедуру измерения времени с самим временем 1 .

Космологическая стрела времени определяет направление эволюции нестационарной, неравновесной Вселенной. Согласно современной космологической модели Фридмана—Хаббла, Вселенная расширяется, а не сжимается. По предположению американского физика Р. Дик- ке, Вселенная расширяется не в пустоту, а в среду, уже заполненную элементарными частицами. Они вступают во взаимодействие с нашей Вселенной и в процессе расширения Вселенной оказываются в ней. Так происходит, по мнению Дикке, пополнение нашей Вселенной «новой материей» [1] [2] .

Термодинамическая, психологическая и космологическая стрелы времени совпадают по направлению, что и создает возможность для существования и развития разумных индивидов [3] .

Существование стрелы времени не могло быть доказано в рамках классической механики, поскольку механистический детерминизм не обладает таким важнейшим свойством, как необратимость во времени. Раскрывая законы статики и динамики материальных объектов, он не формулирует теоретический аппарат для описания их эволюции и развития.

Необратимость времени не была осмыслена и в теории относительности А. Эйнштейна. В том виде, в каком время входит в принципы теории относительности, оно не содержит различий между прошлым и будущим. Во второй половине XX в. с появлением синергетики и физики неравновесных процессов появилась возможность математическим путем объяснить существование стрелы времени. При этом синергетика исходит из следующих положений.

• 1. Все системы, допускающие несводимое вероятностное описание, будут считаться хаотическими, так как эти системы можно описать не в терминах отдельных траекторий, а только в терминах пучков (ансамблей) траекторий.
• 2. Хаос позволяет включить стрелу времени в фундаментальное описание материальных систем.
• 3. Вероятностное описание системы в терминах пучка (ансамбля) траекторий невозможно и не может быть применимо к отдельной траектории. И в таком необратимом вероятностном описании прошлое и будущее играют различные роли 1 .

Пространство обладает свойством однородности и изотропности, а время — свойством однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность — в равноправии всех направлений. Во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчета, любую можно принимать за начальную.

Указанные свойства пространства и времени связаны с главными законами физики — законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это — одно из существенных выражений симметрии в мире. Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига (однородности пространства) — закон сохранения импульса; симметрии в отношении поворота координатных осей (изотропности пространства) — закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем системам отсчета.

Особо следует сказать о структуре микро- и мегапространства. Микропространство является квантованным, ему присуща ячеистая структура. Специфика микропространства связана и с существованием виртуальных частиц, взаимным превращением элементарных частиц, их аннигиляцией. В микромире действует больше, чем в макромире, законов сохранения. Одна и та же элементарная частица может подчиняться нескольким законам сохранения [4] [5] .

В мегамире метрические свойства пространства зависят от распределения полей тяготения. Чем больше поле тяготения, тем сильнее сокращается протяженность пространственных объектов. При этом пространство, как уже отмечалось выше, оказывается не плоским, а приобретает кривизну. Кривизна пространства увеличивается по мере приближения к областям с повышенной плотностью материи.

• [1] Лазарев С. С. Понятие «время» и геологическая летопись земной коры // Вопросы философии. — 2002. — № 1. — С. 84.
• [2] Васильев М., Климентович Н., Станюкович К. Сила, что движет мирами. — М.:Атомиздат, 1978. — С. 124.
• [3] См. подробнее: Потеев М.И. Концепции современного естествознания. — СПб.:Питер, 1999. — С. 95.
• [4] Пригожий Я, Стенгерс И. Время, хаос, квант. — М.: Прогресс, 1994. — С. 9.
• [5] Корнеева Л.И. Проблемы познания микромира. — М.: Мысль, 1978. — С. 25.

Охарактеризуйте стрелы времени;

Стрела времени-метафорическое обозначение направления времени. Это концепция , описывающая время как прямую (т. Е. математически одномерный объект) , протянутую из прошлого в будущее. Из любых двух несовпадающих точек оси времени одна всегда является будущим относительно другой.

«Стрела времени» позволяет нам отличать прошлое от будущего. «Стрела времени» как понятие фиксирует необратимость времени.

Наука выделяет три вида «стрела времени»: термодинамическую, психологическую и космологическую.Все эти виды взаимосвязаны между собой. Термодинамическая стрела времени «указывает» направление времени в макромире. Психологическая стрела представляет собой частный случай временной стрелы в термодинамике; она фиксирует необратимость процессов, идущих в головном мозге и организмах живых существ: мы помним прошлое, но не будущее. Космологическая стрела времени – глобальная интерпретация стрелы термодинамической. Она показывает, что Вселенная расширяется, а не сжимается.

Для осуществления разумной жизни и управления необходима термодинамическая и психологическая стрела времени как необратимого и направленного на расширение космического процесса. Поэтому управление представляет собой социальный феномен, возникший в ходе развития общества в масштабах макромира; в масштабах термодинамической и психологической стрелы времени, как можем мы сказать в настоящее время. Управление, анализируя прошлые результаты труда, прогнозирует будущие его результаты, получаемые в процессе совместной человеческой деятельности.
Стрела времени позволяет предвидеть, прогнозировать управленческий результат, то есть видеть его раньше, чем он наступил в реальности, и потому более уверенно двигаться к достижению намеченного успеха.

6.Могут ли стрелы времени иметь разное направление,обоснуйте.Мы знаем, что время- это совокупность отношений, выражающих координацию сменяющих друг друга состояний ( явлений) , их последовательность и длительность.

Время позволяет различать «раньше» и «позже» ,прошлое и будущее.Как количественная величина, время есть число движения, причем число, которым выражается время, может только увеличиваться. В этом заключается основное свойство времени-однонаправленность.

Стрела времени – строгий научный термин, введённый знаменитым английским астрономом и физиком Артуром Стэнли Эддингтоном в 30-х годах нашего века для характеристики такого общеизвестного свойства времени, как его однозначная направленность из Прошлого в Будущее. Стрела – это образ однонаправленного движения.

Однонаправленность времени – это логическая последовательность сменяющих друг друга явлений, событий и т. д. Из данного свойства времени можно сделать вывод о том, что возникновению следствия всегда предшествует формирование причины. Наоборот, быть НИКОГДА не может: нельзя сначала испечь хлеб, а затем помолоть муку, для того чтобы испечь именно данную буханку хлеба.

психологическая стрела времени — задается в нашем мозгу термодинамической стрелой времени.

Почему термодинамическая и космологическая стрелы времени направлены одинаково? Или, другими словами, почему беспорядок возрастает во времени в том же направлении, в каком расширяется Вселенная? Ответ– условия в фазе сжатия непригодны для существования таких разумных существ, которые могли бы спросить, почему беспорядок растет в том же направлении во времени, в котором расширяется Вселенная. Условие отсутствия границ предсказывает раздувание Вселенной на ранних стадиях развития.Для существования разумной жизни необходима сильная термодинамическая стрела. Чтобы выжить, люди должны потреблять пищу, которая выступает как носитель упорядоченной формы энергии, и превращать ее в тепло, т. е. в неупорядоченную форму энергии. Следовательно, на стадии сжатия никакой разумной жизни быть не могло. Этим объясняется, почему для нас термодинамическая и космологическая стрелы времени направлены одинаково. Из-за отсутствия границ растет беспорядок , но только в фазе расширения создаются условия для существования разумной жизни.

Итак, Законы науки не делают различия между направлением «вперед» и «назад» во времени. Но существуют по крайней мере три стрелы времени, которые отличают будущее от прошлого. Это термодинамическая стрела, т. е. то направление времени, в котором возрастает беспорядок; психологическая стрела – то направление времени, в котором мы помним прошлое, а не будущее; космологическая стрела – направление времени, в котором Вселенная не сжимается, а расширяется.Психологическая стрела практически эквивалентна термодинамической стреле, так что обе они должны быть направлены одинаково. Из условия отсутствия границ вытекает существование четко определенной термодинамической стрелы времени, потому что Вселенная должна была возникнуть в гладком и упорядоченном состоянии. А причина совпадения термодинамической и космологической стрел кроется в том, что разумные существа могут жить только в фазе расширения. Фаза сжатия для них не подходит, потому что в ней отсутствует сильная термодинамическая стрела времени.

Стрела времени существует, т к вселенная расширяется. Если в будущем она будет сжиматься, то и изменится направление стрел времени.На стадии сжатия жизнь должна течь в обратном направлен, так что люд умирали бы до своего рождения и по мере сжатия становились бы все моложе и моложе.

Последовательность : прошлое—настоящее—будущее.Они необратимы в силу действия принципов логического отображения, а содержательно- в силу действия закона возрастания энтропии, самой схемы линейной причинности и закона генетического порождения одного другим – в виде стрелы времени.

2.4. Стрела времени

2.4. Стрела времени

Какой замечательный образ придумал Артур Эддинггон для обозначения направления времени. «Стрела времени» — это так же прекрасно, как и «черная дыра» и «Большой взрыв», также замечательно, только еще немного лучше, потому что загадочнее. В самом деле, «стрела времени» — это таинственное направление могучего вселенского потока, который миллиарды лет (а может, и вечность) все течет и течет в одном направлении из прошлого через настоящее в неведомое будущее. И все события в этом потоке только неумолимо следуют этому пути. Все живое появляется, живет и умирает, и это тоже как будто бы неумолимое следование потоку времени. Так считали в древности, когда и Время, и Рок в мифических представлениях нередко выступали как синонимы. Так считали и во времена Ньютона, когда господствовала субстанциальная концепция, в соответствии с которой время существует само по себе, на все влияет и ни от чего не зависит. Но так продолжают многие думать и сегодня. Рецидив возрождения субстанциальных представлений оказался возможным и после А. Эйнштейна с его четкими заявлениями о том, что время зависит от взаимоотношений между материальными системами. Обратите внимание, я написал «время зависит», и в этих словах уже как бы слышатся два момента. Во-первых, время как будто бы само по себе существует, а во- вторых, на него (при этом) можно воздействовать через отношения физических тел и событий. Такая двойственность в понимании времени проявляется сегодня в допущении и такого понятия, как мировое время — понятия, мягко скажем, странного. Эта же нечеткость понимания реляционной сущности времени и породила рецидив козыревских представлений. И сегодня еще физики (тем более, философы) пытаются разобраться, почему «стрела времени» имеет одно направление и можно ли «реку времени повернуть вспять».

Почему же так привлекательна «стрела времени» для ученых? Вероятно, прежде всего потому, что создает яркий образ односторонней направленности мирового процесса — времени. И сразу же у нормального ученого появляется естественное желание обосновать эту однонаправленность, связать это главное свойство «стрелы времени» с другими процессами и явлениями в мире, которые также характеризуются односторонней направленностью.

Этим занимался и Артур Эддингтон, когда придумал «стрелу времени». Сегодня выделяют три класса явлений в природе, «которые явно несимметричны во времени и протекают однонаправленно. Это термодинамические процессы, расширение Вселенной и наше психологическое ощущение течения времени».

Эти три класса явлений очень занимают и Стивена Хокинга. В частности, он пишет <39>: «Сначала рассмотрим термодинамическую стрелу времени. Второй закон термодинамики вытекает из того, что состояний беспорядка всегда гораздо больше, чем состояний порядка… Следовательно, если система вначале находилась в состоянии высокого порядка, то со временем будет расти беспорядок… Предположим, однако, что Бог повелел, чтобы развитие Вселенной заканчивалось в состояния высокого порядка… Это означало бы, что беспорядок уменьшается со временем. Я утверждаю, что психологическая стрела времени этих людей (т. е. живущих в таком гипотетическом Мире, — А.Б.) должна быть направлена назад; увидев разбитую чашку, они вспомнили бы, как она стоит на столе, но когда она оказывается на столе они не помнили бы, что она была на полу… Следовательно, наше субъективное ощущение направления — психологическая стрела времени — задается в нашем мозгу термодинамической стрелой времени…»

С этим невозможно согласиться. Наше психологическое ощущение времени основано, с одной стороны, на том, что в наших телах материя всегда находится в микродвижении (и это как бы наше внутреннее время), с другой стороны, на том, что мы находимся в постоянном энергетическом контакте с внешней средой и не можем не отмечать (пусть в некоторой степени, пусть в подсознании) ее «пульс», ее ритмы, и, наконец, на том, что мы просто привыкли определять время по периодическим природным проявлениям. В первооснове всех этих часов — внутренняя энергия как мера активности всего нашего мира.

Далее Хокинг мучается вопросом, а не изменит ли время свое направление на противоположное, когда Вселенная начнет сжиматься, и приходит, наконец, к выводу, что «термодинамическая и психологическая стрелы времени не изменят своего направления на противоположное ни в черной дыре, ни во Вселенной, начавшей сокращаться вновь».

Разобравшись, таким образом, с термодинамической и психологической стрелами, Хокинг возвращается к космологической стреле времени, т. е. спрашивает себя и нас: «… почему беспорядок возрастает во времени в том же направлении, в каком расширяется Вселенная?» Ответ дается несколько неожиданный. Оказывается, потому что во Вселенной сжимающейся мы бы просто не смогли существовать. (Это так называемый «слабый антропный принцип»,) Хокинг поясняет ситуацию так: в начале сжатия беспорядок во Вселенной не может сильно увеличиваться, «ведь Вселенная и гак находилась бы в состоянии почти полного беспорядка. Но для существования разумной жизни необходима сильная термодинамическая стрела; чтобы выжить, люди должны потреблять пищу, которая выступает как носитель упорядоченной формы энергии… Этим объясняется, почему для нас термодинамическая и космологическая стрелы времени направлены одинаково».

Хокинг подводит итог: «Законы науки не делают различия между направлением «вперед» и «назад» во времени. Но существуют по крайней мере три стрелы времени, которые отличают будущее от прошлого. Это термодинамическая стрела, т. е. то направление, в котором возрастает беспорядок; психологическая стрела — то направление времени, в котором мы помним прошлое, а не будущее; космологическая стрела — направление времени, в котором Вселенная не сжимается, а расширяется.

Я показал, что психологическая стрела практически эквивалентна термодинамической стреле, так что обе они должны быть направлены одинаково. Из условия отсутствия границ вытекает существование четко определенной термодинамической стрелы времени, потому что Вселенная должна была возникнуть в гладком и упорядоченном состоянии (т. е. в состоянии однородном. — А.Б.). А причина совпадения термодинамической и космологической стрел кроется в том, что разумные существа могут жить только в фазе расширения…»

На этом можно было бы поставить точку. Познакомились — и хорошо, и не нужно никаких комментариев («когда пушки стреляют — музы молчат». Дальнобойной и крупнокалиберной «пушкой» является Стивен Хокинг). Но все-таки хочется кое- что уточнить. Например, утверждение Хокинга о том, что в сжимающейся Вселенной мы просто не смогли бы существовать. Он исходит из того, что к моменту начала сжатия Вселенная будет находиться в состоянии максимального беспорядка, т. е. «все звезды распадутся, а образующие их протоны и нейтроны распадутся на более легкие частицы». В таких условиях, считает Хокинг, жизнь не сможет зародиться, поскольку любой жизненный процесс — это всегда увеличение энтропии во внешней среде. Энтропия же в это время и так максимальна (Вселенная находится в состоянии максимального беспорядка).

Согласимся с этим, но обратим внимание, что речь идет именно о моменте перехода Вселенной из фазы расширения в фазу сжатия. Но ведь из этого совершенно не следует, что жизнь не может возникнуть в последующие периоды сжимающейся Вселенной. Например, через 500 тысяч лет или через миллион. Для Вселенной это возраст младенческий. Но в этот период запреты, которые наложил С. Хокинг на возникновение жизни, не действуют, потому что уже возникнет неоднородность материи. Не смогут появляющиеся легкие атомы находиться везде и в равных количествах, и одновременно. Следовательно, неоднородность-разноплотность в различных локальностях и породит различную степень упорядоченности, различный уровень энтропии. И ничто не помешает живому возникнуть, увеличивая при этом энтропию во внешней (по отношению к себе) среде. Ведь Вселенная к тому времени уже не будет максимально упорядоченной. А возникнув, жизнь будет продолжаться, пока условия сжатия не превысят неких пределов, допустимых для живых систем. Совершенно аналогично с тем, как существуем мы в условиях расширяющейся Вселенной, — Вселенная расширяется, а мы сохраняем целостность. И при сжатии Вселенной все живое миллиарды лет будет сохранять свою целостность… Ну хотя бы потому, что ее разумным представителям не будет известен «слабый антропный принцип» — может быть, именно потому, что он слабый..

Что касается утверждения Хокинга: «Я показал, что психологическая стрела практически эквивалентна термодинамической стреле, так что обе они должны быть направлены одинаково», — то это, с позиций гипотезы локально-когерентного времени, более, чем безусловно так. «Более» — потому, что практически это одно и тоже. Термодинамический процесс всегда направлен в сторону роста беспорядка (роста энтропии), потому что беспорядок статистически более вероятен и энергетически более выгоден, чем порядок. Время всегда «направлено» от причин к следствиям, от прошлого к будущему, т. е. «как бы движется» в том же направлении, что и рост энтропии. Но в основе направленности и того и другого явления лежит общий для них — первопричинный — процесс элементарных актов движения материи. Психологическое ощущение времени в значительной мере и основано на подсознательном ощущении этих актов как в своем организме, так и за его пределами. Иными словами, говорить о том, что психологическая стрела времени практически эквивалентна термодинамической стреле; — это значит сказать избыточно много или избыточно правильно. Это аналогично утверждению, что человеческая рука и ее фотография похожи друг на друга. Термодинамическая и психологическая стрелы времени — это действительно почти одно и то же. Термодинамическая фиксирует реальные физические процессы, а психологическая — отражает их (их же) в подсознании и сознании.

Однонаправленность различных природных явлений и совпадение их направлений с «направлением» времени выражает или родство генетическое (как у термодинамического процесса с психологическим ощущением времени), или чисто внешнее, как у расширения Вселенной и психологической стрелы времени.

Можно, конечно, сопоставлять однонаправленность времени с направлением других явлений, но при этом всегда нужно помнить, что время — это явление вторичное. Сопоставляя направленность некоего явления Вселенной с направлением времени, мы по сути всегда сопоставляем это явление с причинно-следственной последовательностью событий на микроуровне. В этом смысле никогда направленность времени и некий однонаправленный вселенский процесс не могут являться двумя параллельными и равноправными явлениями. Ибо времени как независимого самодостаточного физического явления просто нет.

Время в этом смысле — это только последовательность движений материи, происходящая с различной энергетической интенсивностью.

Пока такой взгляд на природу времени не станет вначале достоянием гласности, а затем и более или менее общепринятым, в науке будут непрерывно являться идеи не только о стрелах времени, но и о возможности «повернуть реку времени вспять». Таким открытием, например, недавно обрадовал читателей британского журнала «Нью сайентист» американский ученый Л. Шулман. По мнению мистера Шулмана, черные дыры являются не остатками взорвавшихся звезд, а «элементами далекого будущего», где время движется в обратном направлении. Очень интересно… насчет природы черных дыр, а что касается движения времени «назад», так об этом выдвигаются гипотезы едва ли не ежегодно. И это всегда привлекательно, то есть очень бы хотелось… Но не более того. Время вспять повернуть не может, поскольку потоков времени нет (нет как самостоятельного физического явления).[25]

Даже в черных дырах, несмотря на чудовищно огромную гравитацию, собственный темп времени может быть сколь угодно замедленным, может быть почти равным нулю… Но всегда «почти», ибо энергия движения-взаимодействия материи не может быть отрицательной. Какими бы замедленными ни были движения и какими бы слабыми ни были взаимодействия. Если черные дыры, в конце концов, испаряются (так считает С. Хокинг), то это совсем не «мертвые» объекты, они обладают внутренней энергией, а значит, собственным временем. И «течет» там время в том же направлении, что и везде: от прошлого через настоящее к будущему. Кстати, такой же точки зрения придерживается и Стивен Хокинг.

Выражение «стрела времени» столь же прекрасно по форме, сколь и сомнительно по содержанию.

Завершая эту основную главу, я хочу подчеркнуть, что «новизна» предлагаемой гипотезы не является пионерской в том смысле, что, начиная с глубокой древности, идеи о связи времени и материи, о зависимости времени от материальных воздействий постепенно овладевали умами исследователей. Один из главных выводов моей гипотезы о том, что времени вообще нет вне материальных взаимодействий, — это логическое завершение долгого пути, которым следовали Платон, Лукреций, Лейбниц, Бошкович и др., конечно, Эйнштейн и Пригожин, а также менее великие наши современники: В. Копылов, Ю. Белостоцкий, Ф. Канарев, В. Марков и др. И, разумеется, каждый из них гордо нес (и несет) свою долю груза и свое представление о том, что же он несет.

Возможно, сегодня в понимании происхождения и сущности времени мы (т. е. все, кто четко и последовательно придерживается реляционных позиций) достигли того уровня, когда можно сказать: «Хватит искать черную кошку втемной комнате, когда ее там нет».

Человечество слишком долго искало не то и не там, и в этом, вероятно, главная причина затянувшегося непонимания сущности времени.

Основные выводы по второй главе:

1. Внутренняя энергия любой материальной системы в условиях слабого и неизменного гравитационного поля является главным фактором, формирующим собственное время системы.

2. Собственное время каждой материальной системы Вселенной является мерой плотности внутренней энергии и гравитационного воздействия в этой системе и зависит от скорости ее движения относительно выбранной системы отсчета.

Физический смысл времени заключается в том, что время — это энергетическое состояние материи, ее проявление и отражение в определенном гравитационном поле. Причинная последовательность движений материи определяет так называемое направление хода времени, а темп времени определяется энергопроявлением материи в процессе ее взаимодействия в гравитационном поле.

Источники:

http://studref.com/469322/kulturologiya/strela_vremeni
http://studopedia.su/12_63044_oharakterizuyte-streli-vremeni.html
http://esoterics.wikireading.ru/40137