полная версия

Леонид Михайлович Мерцалов
Природа и свойства физического времени

Полная версия

Часть пятая. Время Вселенной

1. Встречное время

Убедившись, что полученное выражение для временного интервала имеет в физической науке всеобщее применение, перейдем теперь к следствиям, прямо вытекающим из его существования.

Неожиданным и чрезвычайно важным оказался следующий из свойств временного интервала вывод о существовании двух встречных временных направлений в той реальности, где действует второй закон Ньютона.

По этому поводу необходимо сделать особое замечание. Когда мы выяснили, что время имеет два встречных равноправных потока, это было сделано только для механического движения. Но после того как зависимость для временного интервала была проверена для электромагнитных, волновых и квантовых явлений и было доказано, что вид временного интервала при переходе к ним не меняется, стало возможным распространить утверждение о встречном времени на все возможные во Вселенной процессы, не поступаясь при этом обоснованностью вывода. Рассмотрим основания для утверждения о существовании двух встречных направлений времени более подробно.

В выражении

обе составляющие закономерности: Ĵ – обобщенный момент инерции, который относится к любым видам инерции, и Е – сторонняя вложенная энергия, которая также может относиться к любым видам энергии, соответствующим виду обобщенного момента инерции, – зависят от конкретного вида процесса и представляют собой в случае реального движения функции действительного переменного. Тогда значение временного интервала действительно во всей области его определения. Кроме того, не имея достаточно весомых оснований, мы не можем пренебречь двойным знаком перед корнем. Наличие же двойного знака в выражении для временного интервала приводит к следующему заключению. Время, выражение для которого мы исследуем и которое мы до сей поры рассматривали как скаляр, условно можно представить как внепространственный псевдовектор, направленный в сторону больших значений, у которого изменение знака предполагает смену направления на противоположное. Исходя из этого, мы вынуждены принять и встречные направления временных потоков как бесспорный факт не только теоретически, но и в реальности. Однако можно сделать и иное предположение. Можно предположить, например, что двойной знак в выражении для временного интервала появляется только из-за того, что данная зависимость верна как в случае, когда энергия вкладывается в процесс, так и тогда, когда она извлекается из процесса. Тогда плюс-время соответствовало бы случаю вложения энергии, а минус-время – извлечению ее из процесса. Но подобное предположение вступает в противоречие с самым простым экспериментом. Во время качания маятника потенциальная энергия в течение одного периода два раза вкладывается в процесс и два раза извлекается из него. Между тем все это происходит в одном и том же реальном промежутке времени и никаких различий для этих двух разных этапов процесса со стороны временного интервала не наблюдается. Кроме того, двойной знак перед корнем появился отнюдь не из-за разных форм энергии, участвующих в процессе. Исключительной причиной его появления было присутствие времени в составе второй производной в рассматриваемом законе Ньютона. А это вовсе не случайное обстоятельство. Напротив, вторая производная в этом законе есть следствие фундаментальных свойств пространства (вакуума), в котором происходит движение материальной точки. Именно из-за этих свойств сила, к ней приложенная, вызывает ускорение точки, а не появление у нее определенной скорости. Поэтому логично заключить, что и двойной знак временного интервала также обусловлен фундаментальными свойствами того же пространства. Можно, конечно, предположить, что пространство не участвует в формировании свойств временного интервала, что все свойства и особенности последнего проистекают из свойств того вещества, из которого и составлена материальная точка. Но тогда мы возвращаемся к прежнему Ньютоновому взгляду на абсолютное пространство как на пустое вместилище материальных тел. И происхождение инерциальных свойств у вещества становится при этом загадочным и непостижимым. Напротив, признав пространство материальной субстанцией, со своими особыми свойствами, которые рано или поздно будут выявлены, очень легко объяснить инерциальные свойства материи через взаимодействие с той субстанцией, в которой она существует.

Признав субстанциональность пространства, мы вынуждены будем признать также и то, что существование плюс- и минус-времени также связано со свойствами этого пространства, так как вторая производная по времени появляется во втором законе Ньютона именно из-за них.

Но, говоря о направлениях времени, нужно постоянно помнить, что на самом деле речь идет о течении противоположных с точки зрения направления времени аналогичных процессов, поскольку само по себе время есть просто число, характеризующее длительность единичного процесса.

Полученный вывод о существования минус-времени (встречного времени) позволяет по-новому взглянуть на выдвинутую в свое время гипотезу Г.И. Наана о недираковском антимире. Несмотря на вполне солидные основания для существования такой гипотезы, единственно надежной предпосылкой к ней на момент выдвижения было отсутствие в нашей Вселенной антивещества, из-за чего она осталась незамеченной среди других космологических гипотез. Реальное существование встречного времени тогда невозможно было даже вообразить, и оно вместе с обращенной (вывернутой) метрикой пространства представляло собой непреодолимое препятствие для признания самой возможности существования недираковского антимира. Однако с признанием реальности встречного времени оказалось выполненным и второе условие, необходимое для признания симметричности Вселенной, правильности СРТ – принципа и существования недираковского антимира. Оставшееся условие обращенной метрики можно также представить себе выполненным, если предположить симметрию Вселенной как совместное существование двух ее частей, тем или иным образом отграниченных друг от друга, пространства которых представляют собой зеркальные отражения одного относительно другого. Тогда существование недираковского антимира в представлении Наана получает свое убедительное оправдание. Заодно устраняется еще один парадокс – пространственный, то есть необычайно большое количество случаев киральности, характерное для нашего мира, не имеющих соответствующего симметричного противовеса, который может существовать именно в недираковском антимире.

И если попытаться представить себе существование такого антимира, то реально оно может реализоваться в виде двух возможностей, которые еще предстоит проверить в эксперименте. Первая возможность – это мозаичное сосуществование двух зеркально отраженных частей Вселенной, о чем, собственно, и говорил в своей нобелевской лекции сам Дирак. Мозаичность представляет собой совместное существование в нашей Вселенной областей, в некоторых из которых время течет из нашего прошлого в наше будущее, в других – из нашего будущего в наше прошлое, а пространство зеркально симметрично. Намеком на подобную возможность может служить ячеистая структура Вселенной. Области без звездной материи или с ничтожной ее плотностью могут быть как раз теми, где время течет в другую сторону. Однако, если обратить внимание на строго одинаковый вид плюс- и минус- временных интервалов, такая возможность будет выглядеть гораздо менее вероятной, чем вторая возможность – существование двух встречных Вселенных. С точки зрения этой возможности пространство, в котором время течет встречно по отношению к нашему времени, не наблюдаемо в принципе, так как находится по отношению к нашему пространству как бы за перегородкой, в качестве которой служит граница фазового раздела между веществом и антивеществом. Если не рассматривать пространство в виде односторонней поверхности, то у него, из скольких бы измерений оно ни конструировалось, должна существовать лицевая сторона, в качестве которой может выступать внутренняя поверхность вещества, видимая на границе фазового раздела между веществом и антивеществом, а в качестве изнаночной стороны – внутренняя поверхность антивещества, видимая на той же границе, но с противоположной ее стороны. «Видимый со стороны» можно определить следующим образом. Если наблюдатель, состоящий из вещества, находится в области пространства среди скоплений вещества и полей и наблюдает при этом границу вещества и антивещества изнутри, из вещества, то это и будет граница фазового раздела, видимая со стороны вещества, – лицевая сторона пространства. Если же предположить такого же наблюдателя, но только состоящего из антивещества и наблюдающего со стороны антивещества же границу фазового раздела антивещества и вещества, то это и будет граница фазового раздела, видимая со стороны антивещества, то есть изнаночная сторона пространства. Нормаль к поверхности фазового раздела, направленная в сторону вещества, будет указывать на область плюс-времени, а направленная в сторону антивещества – на область минус-времени. Эти нормали в нашем случае являются коллинеарными в каждой точке, но направленными в разные стороны относительно границы раздела. При такой конструкции Вселенной все условия СРТ-принципа оказываются выполненными для движения любых элементарных частиц и не только. Симметричными оказываются также и все происходящие в обеих частях Вселенной процессы. Возможно, математики со временем подберут, если уже не подобрали, соответствующую модель для описания такого рода устройства мира. Не исключено также, что во Вселенной одновременно существует мозаичность и симметричность встречных частей в различных пространственных сочетаниях. То есть при общей симметричности могут существовать области с минус-временем в нашей части Вселенной и подобные же области – в антивселенной.

Что касается взаимодействия симметричных друг другу частей Вселенной, то между веществом, находящимся, с нашей точки зрения, в нормальном пространстве, и антивеществом, находящимся в инвертированном пространстве, должна существовать область перехода. Эта область, независимо от ее протяженности (от условно нулевой до условно бесконечной), и представляет собой границу взаимодействия Вселенной и Антивселенной. Не задаваясь вопросом, что конкретно происходит на той стороне, насколько далеко заходит симметрия процессов, протекающих по обеим сторонам границы раздела, мы можем только констатировать, что свойства вакуума, которые мы прогнозируем и должны изучать, определяются в том числе и границей взаимодействия Вселенной и Антивселенной. И эти свойства должны соответствовать друг другу как с нашей стороны, так и со стороны недираковского антимира. А в предполагаемой переходной области неизбежно должны существовать необычные условия с точки зрения, как свойств пространства, так и свойств времени, что, в свою очередь, дает надежду на возможность перемещения на большие расстояния без гигантской затраты времени и энергии.

Можно задать себе еще один вопрос: как должны соотноситься между собой темп плюс-времени и темп минус-времени? Равны ли они между собой для одинаковых процессов или заметно различаются? Но если снова обратить внимание на то, что знакопеременным для временного интервала является одно и то же выражение, необходимо признать, что темп плюс-времени должен совпадать с темпом минус-времени для идентичных процессов.

Итак, можно предположить, что наше время находится на лицевой стороне пространства, а минус-время – на изнаночной стороне. Тогда без специальных усилий мы не можем наблюдать Вселенную, находящуюся на изнаночной стороне, так как инверсия пространства вместе с инверсией времени создают надежную изоляцию между симметричными частями Вселенной.

Однако можно также предположить, что, затратив большую энергию, удастся преодолеть границу раздела и получить доступ к Антивселенной, где время течет в другую сторону. Предпосылкой для этого служит то соображение, что положительная энергия, присутствующая на лицевой стороне, является отрицательной по отношению к энергии, присутствующей на изнаночной стороне, и наоборот. Поэтому закачивание в вакуум положительной энергии может представлять собой сообщение частицам встречной Вселенной дополнительной отрицательной энергии, которая позволит им перейти в наш мир, открыв для нас некое «окно доступа» в антимир.

Форма воздействия и величина порога этой энергии могут быть найдены лишь после глубокого изучения границы раздела и свойств инвертированного пространства, но несомненно, что способ доступа к Антивселенной возможен при нашем теперешнем уровне знаний именно с помощью «проламывания» границы раздела. Не исключено также, что естественные процессы, происходящие в нашем мире, в которых выделяется большое количество энергии в малом объеме, как, например, при мощных атмосферных разрядах, провоцируют контакт между симметричными Вселенными, протекающий короткое время и в ограниченной области, генерируя при этом различные необъяснимые пока феномены. Это предположение, сделанное около 2010 года, было подтверждено в 2015 году (см. Приложение №3).

Какая из двух возможностей реально существует во Вселенной, реализуются ли они обе одновременно, и есть ли другие возможности, могут показать только прямые эксперименты, подобные тем, которые проводятся на европейском коллайдере. Но в любом случае у пространства в целом из-за существования минус-времени и сопряженного с ним инвертированного пространства должно с необходимостью наблюдаться дополнительное свойство – пространство в нашем мире и пространство в недираковском антимире должны быть взаимно анизотропными. Это означает, что в общем случае любая функция, зависящая от скорости, должна иметь разные значения при изменении направления движения на противоположное, как для нашего пространства, так и для его инвертированного аналога при движении по и против нормали к границе раздела. Первые намеки на это свойство пространства проявились в так называемом эффекте Шноля. В нем наглядно проявилось анизотропность пространства и наличие в нем выделенных направлений. И, несмотря на то, что отличие инвертированного пространства от неинвертированного еще предстоит исследовать, об этой особенности пространства нашей Вселенной мы можем говорить уже вполне определенно. Поскольку нормали к поверхности раздела направлены в разные стороны, движения по и против такой нормали в одном из сопряженных пространств должны отличаться с необходимостью.

По поводу экспериментов на коллайдере необходимо только заметить, что при исследовании вакуума привычные способы получения нового знания повышением энергии разгоняемых частиц вместо прояснения его свойств могут лишь безнадежно усложнить всю ситуацию. И в самом деле, при столкновении частиц в ускорителях действительно происходит энергичное воздействие на вакуум через резкую остановку движущейся частицы на частице-мишени или на такой же частице во встречных пучках. Отрицательное нелинейное ускорение большой величины, появляющееся в момент удара, несомненно, производит на вакуум самостоятельное и заметное воздействие. Вакуум как бы находится в этот момент между молотом, которым является движущаяся частица, и наковальней, которую представляет собой частица-мишень. Но все эффекты от воздействия тормозящейся массы на вакуум тонут среди большого количества побочных эффектов от разрушения сталкивающихся частиц, от появления многочисленных и непредсказуемых побочных следствий разрушения вещества. В конечном итоге лишь малая часть тех гигантских энергий, которые достижимы на современных ускорителях, расходуется на взаимодействие массы с вакуумом – вся остальная энергия уходит на разрушение материи. Чтобы исключить помехи со стороны сталкивающихся частиц, можно попытаться обратить эксперимент, вовсе исключив частицу-мишень, и попытаться передать вакууму большую энергию лишь через наращивание и экспоненциальный рост ускорения разгоняемой частицы либо, наоборот, путем торможения тяжелых заряженных частиц с высокими энергиями в электрическом или магнитном поле. Не исключено, что при превышении некоего порога энергия, воздействующая при этом на вакуум, как раз и сможет пробить то самое «окно», которое откроет доступ к встречной Вселенной с противоположно направленным ходом времени. И хотя до сих пор никто из экспериментаторов еще не пытался найти реальные проявления встречного времени, несомненно следующее:

встречное время есть неизбежное следствие фундаментальных свойств пространства, выраженных вторым законом Ньютона и зависимостью для временного интервала.

Поскольку форма зависимости одна и та же как для классической механики, так и для электромагнитных явлений, волновых процессов и квантовой механики и двойной знак у значения временного интервала присутствует с неизбежностью во всех этих случаях, то реальное существование плюс- и минус-времени для процессов, происходящих в нашей Вселенной, можно считать обоснованным. Формы же существования минус-времени, приведенные выше, нужно считать пока лишь предположительными. Фундаментальная задача, следовательно, заключается в том, чтобы на практике обнаружить условия проявления минус-времени в нашем плюс-времени или условия, при которых мы можем получить доступ к минус-времени. С этой точки зрения весьма перспективными представляются наблюдения и тщательный анализ всех возможных случаев нарушения четности или в общем смысле анализ всех известных нарушений симметрии и условий их осуществления как результата взаимодействия процессов в нашей части Вселенной с процессами в Антивселенной через границу фазового раздела.

Кроме того, поскольку существование симметричных частей Вселенной описанного нами типа предполагает совершенно иную, чем существующая, космологию, то многочисленные факты необъяснимо больших высвобождений энергии в космических процессах могут получить свое простое объяснение как факты взаимодействия нашего мира и антимира в необычных условиях, создающихся при эволюции звездной материи.

2. Время и гравитация

Встречное направление времени вкупе с возможностью существования встречной Антивселенной имеют дополнительные любопытные следствия. К таким следствиям относится преодоление гравитационного парадокса. Под этим парадоксом в нашем исследовании, в отличие от общепринятого, понимается нарушение симметрии в области действия закона всемирного тяготения. Этот закон, который мы вначале исключили из рассмотрения ввиду его стационарности, в общем смысле также имеет отношение к проблеме времени.

В формулировке Ньютона

закон тяготения предполагает однородность всех масс Вселенной относительно их действия друг на друга. Другими словами, в нашей части Вселенной, где бы мы ни находились и какие бы массы мы ни наблюдали, везде мы найдем лишь притяжение между ними. Такая ситуация вследствие ее привычности и всеобщности не кажется нам чем-либо примечательной. Между тем полное и абсолютное отсутствие в нашем окружении отталкивающихся масс должно быть признано не меньшим парадоксом, чем отсутствие в нашей части Вселенной антивещества. Если Вселенная в общем смысле симметрична и состоит из двух взаимно дополняющих друг друга частей, одна из которых есть вещество, плюс-время и пространство, а вторая – антивещество, минус-время и инвертированное пространство, то существование одного типа гравитационного взаимодействия – притяжения – должно с необходимостью дополняться симметричным его типом – отталкиванием взаимодействующих масс. Чтобы понять, как найти этот тип взаимодействия, нужно рассмотреть некоторые аналогии между давно известными закономерностями. Для этого возьмем аналогии:

Из сопоставления первых двух уравнений видно, что взаимодействие масс в законе всемирного тяготения происходит в точности так же, как зарядов в законе Кулона. То есть масса, как ранее уже было отмечено, здесь играет роль некоего «заряда», хотя и с большим различием в величине взаимодействия. С другой стороны, из сравнения двух следующих закономерностей можно понять, что масса, кроме того, выполняет функцию величины взаимодействия этого «заряда» с некоей средой, которой можно приписать квазиполевые свойства. Но в природе есть два типа зарядов и два типа взаимодействий. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются. Как это происходит и что такое заряд сам по себе, мы пока объяснить достаточно определенно не в состоянии. Собственно, заряд есть свойство, характеристика вещества. Причем свойство, обозначающее единственную наблюдаемую способность, а именно способность притягиваться или отталкиваться, т. е. существование соответствующих сил. Приписываемый этому свойству положительный или отрицательный знак служит лишь для различения направленности самого действия и более ни для чего. С гравитационным взаимодействием дело должно, в силу формального сходства рассмотренных законов, с необходимостью обстоять так же, как и с электрическим. Если принять, что масса в нем представляет собой величину гравитационного «заряда», то очевидно, что этот «заряд» также должен иметь оба знака с тем различием, что одноименные гравитационные «заряды» должны притягиваться, а разноименные – отталкиваться, поскольку у вещества и антивещества предполагаются гравитационные «заряды» разного знака. В нашей части Вселенной все гравитационные массы притягиваются. И в Антивселенной все гравитационные массы должны вести себя подобным же образом. Но вследствие гравитационной симметрии, когда мы берем массу вещества и помещаем его вблизи массы антивещества, эти два вида масс, имеющих разные знаки гравитационных «зарядов», должны с необходимостью отталкиваться. Устойчивость конструкции из двух отграниченных частей Вселенной должна обеспечиваться именно этим свойством находящихся во Вселенной масс.

Взаимное отталкивание вещества и антивещества вместе с инверсией пространства и времени есть как раз то необходимое условие, которое и обеспечивает длительное существование симметричной Вселенной.

Заметим по этому поводу, что вещество в нашей части Вселенной и антивещество во встречной ее части в целом электронейтрально с достаточно высокой степенью точности. По этой причине кулоновское взаимодействие между ними отсутствует, а гравитационное, напротив, может существовать. И закон всемирного тяготения приобретает следующий симметричный вид:

где знак плюс характеризует взаимодействие вещества с веществом (антивещества с антивеществом), а знак минус – вещества с антивеществом (антивещества с веществом). Кроме того, поскольку мы считаем, что взаимодействие двух частей Вселенной происходит через границу раздела, то многие наблюдаемые космогонические феномены, например, «темная энергия» и «темная материя», локальная энергия вакуума и другие, получают в этом случае свое естественное и понятное объяснение как феномены такой границы раздела. Так как взаимодействие отталкивающихся частей Вселенной происходит в любой из ее точек, то расширение нашей части Вселенной также становится понятным и объяснимым.

Экспериментально проверить наличие отталкивания материи от антиматерии вполне под силу современной экспериментальной технике. Но нужно учитывать, что гравитационное и электромагнитное взаимодействия различаются по величине в 10⁴⁵ раз, поэтому невозможно проводить эксперимент с отдельными античастицами, сближая их с соответствующими частицами, так как наличие всего двух элементарных зарядов разного знака перекроет весь гравитационный эффект от взаимодействия заметного количества вещества и антивещества.

Для четкого определения величины гравитационного отталкивания необходимо оперировать с электрически нейтральным объемом антивещества, наблюдая его взаимодействие с аналогичным объемом соответствующего вещества, что, в настоящее время хотя и требует значительных усилий, но, тем не менее, вполне осуществимо. Даже один опыт такого рода способен подтвердить или опровергнуть гипотезу Эйнштейна о причине тяготения как результате искривления пространства.

Итак, признавая реальное существование двух типов гравитационных зарядов, можно также предположить, что инерциальные свойства массы, кроме всего прочего, представляют собой еще и локальное проявление взаимодействия мира и антимира. Реализуются эти взаимодействия, как мы уже показывали, через фазовую границу раздела, а именно через каждую точку этого раздела. Гипотеза Маха о причине инерции получает, таким образом, новое, неожиданное звучание.

В заключение нужно сделать еще одно замечание относительно влияния силы гравитационного воздействия на ход времени, что часто трактуется во всякого рода околонаучных рассуждениях и используется авторами различных фантастических романов. Поскольку физический смысл времени, как мы уже выяснили, заключается в развитии единичного процесса с внутренним сопротивлением этому развитию, то можно определить и влияние гравитации на ход времени следующим образом: если величина вложенной в процесс энергии либо сопротивления развитию процесса изменятся под влиянием гравитации, то ход времени, генерируемого таким процессом, неизбежно будет меняться. В противном случае гравитация не будет менять ни вид, ни продолжительность генерируемого процессом времени.