Куда течет река времени - Новиков Игорь Дмитриевич

Определить абсолютную одновременность и единое для всей Вселенной время возможно потому, что согласно ньютоновской теории существуют сигналы, которые передаются от одного места к другому мгновенно, то есть которые распространяются с бесконечно большой скоростью. Примером таких сигналов служит тяготение. Если изменяется расположение тяготеющих масс, то это мгновенно меняет силы тяготения, порожденные этими массами, во всем пространстве.

Вот почему, если где-то произошел сдвиг масс, то сейчас же, мгновенно это сказывается везде в пространстве, и можно, находясь далеко, тут же узнать о случившемся. Понятие «сейчас» является в таком случае абсолютно ясным. Хотя на очень больших расстояниях от тяготеющих звезд, например, силы тяготения становятся слабыми и измерять их трудно, но это, так сказать, уже наши технические трудности. Принципиальной сути дела, принципиальной возможности определить сейчас же, что где-то вдалеке сдвинулись массы, технические трудности измерения, конечно, не меняют.

Говоря о ясности и простоте ньютоновской картины мира, А. Эйнштейн восклицает: «Счастливый Ньютон, счастливое детство науки!.. Природа для него была открытой книгой, которую он читал без усилий. Концепции, которыми он пользовался для уточнения данных опыта, кажутся вытекающими непринужденно из самого опыта, из замечательных экспериментов, заботливо описываемых им со множеством деталей и расставленных по порядку, подобно игрушкам».

Правда, во всей этой ясной картине было небольшое «облачко», которое доставляло И. Ньютону явное беспокойство. Дело в том, что никакими механическими опытами нельзя определить, покоится ли тело в «абсолютном» пустом пространстве или движется. Вспомним, что все процессы в каюте корабля протекают совершенно одинаково, независимо от того — стоит корабль или движется. Не правда ли, странно: есть абсолютное пространство, а измерить поступательное движение относительно его невозможно! Явно какая-то «некрасивость», неэстетичность теории.

Мы увидим в дальнейшем, что попытки рассеять это облачко «некрасивости» привели в конце концов столетия спустя к фундаментальным открытиям в физике.

Надо подчеркнуть, что во времена И. Ньютона были и другие точки зрения на пространство и время. Особенно интересны воззрения современника И. Ньютона, знаменитого немецкого философа Г. Лейбница. Он занимался не только философией, но и физикой, математикой, историей, юриспруденцией, богословием, дипломатией. Необычайная широта интересов явилась в то же время причиной известной отрывочности его научных результатов. Он открывал новые пути, высказывал пионерские идеи, но не всегда проходил этими новыми путями до конца, не доводил свои исследования до логического завершения во всех подробностях. Он старался примирить самые разные воззрения своего времени, разрешить все споры и разногласия. Г. Лейбниц мечтал примирить науку и религию, католичество и протестантство, стремился сделать науку интернациональной и даже создать всемирный язык. По его инициативе в 1700 году была основана академия наук в Берлине, в которой он стал первым президентом. Он много делал для организации академий в Вене и Дрездене, трижды встречался с Петром I, с которым обсуждал пути развития науки в России и вопросы, связанные с созданием Петербургской Академии наук.

Этот великий ученый не признавал существования абсолютного пространства. Он говорил, что пространство — это только проявление порядка сосуществования предметов и явлений, что в природе никакой абсолютной пустоты без тел нет. Поэтому, считал Г. Лейбниц, пространство относительно. Точно так же он полагал, что нет абсолютного времени, текущего независимо от процессов, а в мире есть только порядок следования явлений — это и есть время.

Как-то во время совместной работы с немецкими коллегами в Центральном институте астрофизики в Потсдаме мы разговорились с профессором Д. Либшером, заместителем директора этого института, об общих свойствах времени в свете открытий черных дыр и их удивительных свойств. Д. Либшер тогда обратил мое внимание на то, насколько близки были некоторые высказывания Г. Лейбница о времени, сделанные три века назад, нашему сегодняшнему пониманию. Особенно примечательно, что он настаивал на том, что никакого абсолютного неизменного времени, введенного в науку И. Ньютоном, нет. Он развил учение об относительности времени, пространства и движения. Мы написали тогда с Д. Либшером статью о времени в черных дырах в журнал «Природа» (1985, № 4) и отсылаем к этой статье тех читателей, кто интересуется более систематическим изложением.

Однако, высказав эти интересные соображения, Г. Лейбниц не пошел дальше, он не мог тогда построить конкретной физической теории, отражающей его философский тезис. Воззрения же И. Ньютона опирались на созданную им строгую физическую теорию. Эта теория явилась основой механики, а механика была научной основой грядущей промышленной революции. Точка зрения И. Ньютона победила.

Профессор Дж. Райс, подытоживая успех ньютоновского учения, писал: «Так ясны, сжаты и значительны были словесные формулировки его законов, так легко переводились они на математический язык, так близки были выводы к фактам, что нет ничего удивительного в том, что весь цивилизованный мир видел в его сочинении высшее достижение человеческого ума в данной области».

Физика И. Ньютона выдержала проверку временем. Сегодняшняя физика раздвинула рамки исследования Вселенной гораздо шире, чем это было возможно в его времена. Намного глубже и многообразнее стали наши представления о пространстве и времени. Но, как уже говорилось, сегодняшняя наука ни в коем случае не отметает того, что было сделано И. Ньютоном. Для того круга явлений, который был ему доступен, установленные им свойства пространства и времени, законы физических движений остаются справедливыми и сегодня.

Но сегодня нам доступны явления, исследовать которые И. Ньютон не мог, и в этих явлениях проявляются новые, неизвестные тогда законы природы, новые свойства пространства и времени.

В заключение этого раздела приведем «классическое» описание абсолютного ньютоновского времени, данное философом Дж. Локком, с которым И. Ньютон был знаком и на которого его физика оказала огромное влияние. Приводимое ниже описание дано в знаменитом трактате философа «Опыт о человеческом разуме». В этом описании, помимо уже отмеченных выше свойств времени, подчеркивается еще одно — очень важное: математическим образом времени является прямая линия. В отличие от пространства, которое имеет три измерения — длину, ширину и высоту, — время одномерно, это ряд следующих друг за другом событий: «Продолжительность же подобна длине прямой линии, простертой в бесконечность, и не способна создать множественность, разнообразие или форму, но есть общая мера всего сущего, которой одинаково причастны все вещи, пока существуют».

Этот образ времени, как математическая прямая линия, оказался очень важным в дальнейшем развитии наших представлений о мире.

СВЕТ

Когда мы говорили, что во времена И. Ньютона были известны только движения со сравнительно скромными скоростями, то допускали известную неточность. Конечно, если речь идет о движении физических тел, то сказанное справедливо. Однако человечеству изначально был известен процесс, распространяющийся с поистине фантастической скоростью. Речь идет о свете. Что такое свет?

Еще в Древней Греции высказывались мысли о том, что свет состоит из частичек, испускаемых светящимся телом. Так считал Аристотель. Такой же точки зрения придерживался и сам И. Ньютон. Аристотель полагал скорость распространения света бесконечно большой. Так было принято считать вплоть до середины XVII века. Это мнение разделяли великие ученые И. Кеплер, Р. Декарт и другие. Г. Галилей впервые в 1638 году попытался экспериментально определить скорость света. Для этого он поместил фонари на вершинах двух холмов на расстоянии менее одной мили друг от друга. Сначала открывался затвор одного фонаря, и, когда луч света достигал наблюдателя на другом холме, тот открывал затвор своего фонаря. Наблюдатель у первого фонаря должен был измерять время между открытием затвора первого фонаря и увиденной им вспышкой света от второго фонаря. Тем самым измерялось время путешествия света туда и обратно.