Измерения в живой и неживой природе, стрела времени и наша действительность: был ли вообще Большой взрыв?

А.П. Хускивадзе

Измерения в живой и неживой природе, стрела времени и наша действительность: был ли

вообще Большой взрыв?

Аннотация

В статье показано, что каждая система живой и неживой природы имеет собственную стрелу времени и собственные единицы измерения. Подтверждена состоятельность доказательства известного английского физика С. Хокинга, который показал, что если у Вселенной нет границ, то стрела общепризнанного космологического времени всегда будет направлена в сторону увеличения времени. Доказано, что отдельные конечные части Вселенной, видимые с нашей планеты, являются вполне познаваемыми с вероятностью, близкой 1. Однако, в целом сама Вселенная, как всеобъемлющая материальная реальность, является в принципе непознаваемой. И что у Вселенной нет ни определенного времени начала, ни определенного времени конца.

Доказано, что не только стрела времени живых организмов, а стрела времени всех без исключения открытых систем сначала направлена в сторону увеличения, в какое-то время она является неопределенной и, наконец, она поворачивается в сторону уменьшения времени.

В статье также доказано, что собственные единицы измерения каждой системы зависят от состояния этой системы, т.е. они являются динамическими величинами. Измерения, производимые с этими единицами, могут быть наиболее точными в период, когда стрела времени системы является неопределенной. В частности, в нормальном состоянии в организме человека возраста от 25 до 45 лет, всегда производится наиболее точные измерения.

Статья представляет интерес для специалистов, работающих в синергетике и изучающих проблемы времени, а также для философов, физиков и астрономов. Она представляет интерес и для специалистов, работающих в областях фундаментальной и доказательной медицины.

Ключевые слова: синергетика, общая физическая теория природы, теория целостности, наблюдатель, собственные единицы измерения наблюдателя, абсолютное время, наша действительность, закономерности гармонии природы, количественное измерение здоровья человека.

1.Цель исследования

До 1915 г. пространство и время воспринимались как некая жесткая арена для событий, на которую все происходящее на ней никак не влияет. Так обстояло дело даже в Специальной теории относительности. Тела двигались, силы притягивали и отталкивали, но время и пространство просто оставались самими собой, их это не касалось. И было естественно думать, что пространство и время являются бесконечными и вечными.

Представление о времени у многих ученых коренным образом изменилось после публикации А. Эйнштейном в 1915 году своей знаменитой работы, известной ныне как Общая теория относительности. Теперь «пространство и время - динамические величины: когда движется тело или действует сила, это изменяет кривизну пространства-времени, а структура пространства-времени в свою очередь влияет на то, как движутся тела и действуют силы. Пространство и время не только влияют на все, что происходит во Вселенной, но и сами изменяются под влиянием всего в ней происходящего»[1]. В итоге возникли, и стали широко использоваться новые понятия: «Собственное время наблюдателя» и «Мнимое время»[ 1- 36]. Иногда также пользуются термином: «Комплексное время»[37,38]. Появилось новое понятие: «Стрела времени»[ 1, 37, 39-42]. Оно было введено А.С. Еддингтоном, известным астрономом и физиком, популяризатором Общей теории относительности.

Говоря о мнимом времени, имеют в виду время, стрела которого направлена противоположно стреле реального времени [1, 38].

Если под реальным временем имеют в виду время, стрела которого направлена от прошлого к будущему, то говорят, что оно представляет собой психологическое время. А если под реальным временем имеют в виду время, направленное в сторону увеличения энтропии, то говорят, что оно представляет собой термодинамическое время. Часто также говорят о космологическом времени. Под этим понимают общепризнанное реальное время.

Выяснилось, что все эти последние три понятия являются синонимами, т.е. они являются обозначениями одного и того же времени[1]. Об этом времени в дальнейшем мы будем говорить, что оно представляет собой общепризнанное космологическое время. Обозначим его через t.

Говоря о собственном времени наблюдателя, имеют в виду время, которое показывают «собственные часы наблюдателя».

В современной биологии и медицинской науке вместо собственных часов наблюдателя, говорят о «Биологических часах». Сегодня общепризнано, что каждый живой организм имеет свои собственные биологические часы[37, 43 - 47].Точнее, в каждом организме имеется столько часов, сколько в нем клеток. Дело в том, что основной механизм биологических часов находится внутри клетки. Установлено, что все эти часы работают согласованно «под общим руководством» часов, помещенных в головном мозге в супрахиазменном ядре таламуса [45].

Возникают вопросы:

1. Определимо ли вообще понятие «Время» или это понятие относится к первичным понятиям типа «Множество»?

2.Отличаются ли друг от друга биологические часы и часы наблюдателя? И если – да, то в чем это различие выражается?

3. Является ли мнимое время «достоянием» лишь живой природы и микромира неживой природы, или оно существует во всей нашей реальности?

4. Если мнимое время является «достоянием» всей нашей реальности, то проявляется ли оно одинаково в живой и неживой природе?

5. Что собой представляет Вселенная и можно ли описывать ее главные особенности?

6. Имеется ли у Вселенной определенное время возникновения и определенное время исчезновения?

7. Можно ли рассмотреть Вселенную в качестве наблюдателя?

8. Если Вселенная является одним из наблюдателей, то является ли ее собственное время равным времени t, или собственное время Вселенной и время t – два разных времени?

9. Имеются ли у наблюдателей, кроме собственных часов времени, и другие собственные измерительные приборы?

10. Если у наблюдателей имеются свои собственные измерительные приборы, то зависят ли от состояний наблюдателей единицы измерения, используемые в этих измерительных приборах?

11. Если единицы измерения, используемые в измерительных приборах наблюдателей, зависят от состояний наблюдателей, то каковы эти зависимости: - для каждого наблюдателя они свои собственные, или существует некая универсальная зависимость, общая для всех наблюдателей независимо от их природы и фактического состояния?

12. Если существует универсальная зависимость единиц измерения от состояний наблюдателей, то какая эта зависимость?

Выяснение этих вопросов - цель настоящего исследования.

2. Принцип неопределенности Гейзенберга

Немецкий ученый Макс Планк в 1900 г. принял гипотезу, согласно которой свет, рентгеновские лучи и другие волны не могут испускаться с произвольной интенсивностью, а должны испускаться только некими порциями, которые Планк назвал квантами. Кроме того, Планк предположил, что каждый квант излучения несет определенное количество энергии, которое тем больше, чем выше частота волн. Таким образом, при достаточно высокой частоте энергия одного кванта может превышать имеющееся количество энергии и, следовательно, высокочастотное излучение окажется подавленным, а интенсивность, с которой тело теряет энергию, будет конечной.

Гипотеза квантов прекрасно согласовалась с наблюдаемыми значениями интенсивности излучения горячих тел. Однако, эта гипотеза привлекла особое внимание по следующей причине.

В 1926 году другой немецкий ученый, Вернер Гейзенберг, сформулировал знаменитый Принцип неопределенности. Чтобы предсказать, каким будет положение и скорость частицы, нужно уметь производить точные измерения ее положения и скорости в настоящий момент. Очевидно, что для этого надо направить на частицу свет. Часть световых волн на ней рассеется, и таким образом мы определим положение частицы в пространстве. Однако точность этого измерения будет не выше, чем расстояние между гребнями двух соседних волн, и поэтому для точного измерения положения частицы необходим коротковолновый свет. Согласно же гипотезе Планка, свет невозможно использовать произвольно малыми порциями, и не бывает меньшей порции, чем один квант. Этот квант света внесет возмущение в движение частицы и непредсказуемо изменит ее скорость. Кроме того, чем точнее измеряется положение, тем короче должны быть длины световых волн, а следовательно, тем больше будет энергия одного кванта. Это значит, что возмущение скорости частицы станет больше. Иными словами, чем точнее вы пытаетесь измерить положение частицы, тем менее точными будут измерения ее скорости, и наоборот. Гейзенберг показал, что неопределенность в положении частицы, умноженная на неопределенность в её скорости и на её массу, не может быть меньше некоторого числа, которое называется сейчас постоянной Планка. Это число не зависит ни от способа, которым измеряется положение или скорость частицы, ни от типа этой частицы, т. е. Принцип неопределенности Гейзенберга, является фундаментальным, обязательным свойством нашего мира.

3. Предмет Общей физической теории природы. Теория целостности

Под событием (явлением) обычно понимают все то, что вообще может происходить при осуществлении определенной совокупности условий A. Событие представляет собой факт реализации некого варианта b из полного множества вариантов B. Таков смысл понятия события, например, в предложение: «Вчера произошло большое событие: - наконец - то, после долгих лет ремонта был открыть Большой театр».

Множество вариантов может быть полным в одних условиях и не может быть таким в других условиях. Следовательно, то, что множество B является полным, это, прежде всего, означает что, вполне определенной является соответствующая совокупность условий A.

Если при заданной совокупности условий A множество B состоит всего-навсего из одного варианта b, то вероятность реализации этого варианта равна 1. В этом случае говорят, что событие является достоверным. А если множество B состоит из двух и более вариантов, то вероятность реализации каждого из этих вариантов будет равна или меньше 0.5. В этом случае говорят, что событие является случайным.

Реализация события всегда происходит вполне в определенный момент времени. Ввиду этого для определения события необходимо задание не только пространства, в котором совокупность условий A может быть реализована, но и момента времени, когда эта совокупность условий будет реализована.

Достоверное событие, в отличие от точки пространства, является точкой пространства - времени. Следовательно. Его можно считать заданным, если задана соответствующая точка пространства -времени.

По С. Хокингу Специальная теория относительности привела к необходимости изучения событий, происходящих в макроскопической физической природе [1]. Говоря о событии, он имеет в виду нечто, происходящее в определенной точке пространства в определенный момент времени, т.е. это «нечто» представляет собой достоверное событие.

Общая теория относительности привела к необходимости рассматривать пространство и время, как динамические величины, которые зависят не только друг от друга, а от всего того, что вокруг происходит. В итоге, потеряло смысл говорить о точке задания события в пространстве - времени. Вместо этого стали говорить о задании множества возможных реализаций случайного события.

Итак, Специальная теория относительности привела к необходимости изучения достоверных событий, а Общая теория относительности – случайных событий. Но и те и другие события являются событиями, происходящими в макроскопической физической природе.

Согласно Принципу неопределенности Гейзенберга, в Квантовой механике потеряло смысл говорить о задании конкретных координат физического тела. Вместе этого, стали говорить о случайном событии и задании его возможных реализаций и вероятностей этих реализаций [1, 34].

Таким образом, Принцип неопределенности Гейзенберга привёл к необходимости изучения случайных событий, происходящих в микроскопической физической природе.

Итак, изучение случайных событий, происходящих в макроскопической неживой природе – предмет Общей теории относительности, а изучение случайных событий, происходящих в микроскопической неживой природе – предмет Квантовой механики. Следовательно, предметом изучения физической теории, в которую Общая теория относительности и Квантовая механика могли бы войти, как частные теории, должны быть случайные события, одинаково происходящие и в макроскопической неживой природе, и в микроскопической неживой природе.

Возникает вопрос: существуют ли вообще события, которые одинаково происходят как в макроскопической неживой природе, так и в микроскопической неживой природе? Да, существуют. Это события, вследствие которых в определенных условиях и в определенный в период времени сохраняется практически неизменным каждый конкретный объект: - кварк остается кварком, электрон – электроном, Земля –Землей, Солнечная система – Солнечной системой и т.д.

Могут ли ныне известные физические силы способствовать реализации этих событий?

В настоящее время различают гравитационные, электромагнитные, слабые -ядерные и сильные -ядерные физические силы.

Гравитационные силы носят универсальный характер. Это означает, что всякая частица находится под действием гравитационной силы, величина которой зависит от массы или энергии частицы. Это очень слабая сила, которую мы вообще не заметили бы, если бы не два ее специфических свойства: -гравитационные силы действуют на больших расстояниях и всегда являются силами притяжения. Следовательно, очень слабые гравитационные силы взаимодействия отдельных частиц в двух телах большого размера таких, например, как Земля и Солнце, могут в сумме дать очень большую силу. В квантово-механическом подходе к гравитационному полю считается, что гравитационная сила, действующая между двумя частицами материи, переносится частицей со спином 2, которая называется гравитоном. Гравитон не обладает собственной массой, и поэтому переносимая им сила является дальнодействующей.

Электромагнитные силы действуют между электрически заряженными частицами, как, например, электроны и кварки, но не отвечают за взаимодействие таких незаряженных частиц, как гравитоны. Электромагнитные взаимодействия гораздо сильнее гравитационного: электромагнитная сила, действующая между двумя электронами, примерно в 10⁴⁰ раз больше гравитационной силы. Электромагнитное взаимодействие описывается как результат обмена большим числом виртуальных частиц-переносчиков со спином 1, которые называются фотонами. Эти частицы, как и гравитоны, не имеют массы.

Слабые ядерные силы отвечают за радиоактивность и существуют между всеми частицами вещества со спином 1 ¤2, но в них не участвуют фотоны и гравитоны. Слабые ядерные силы представляют собой результаты обмена частиц -переносчиков со спином 1, которые называют бозонами.

Сильные ядерные силы удерживают кварки внутри протона и нейтрона, а нейтроны и протоны -внутри атомного ядра. Переносчиком сильного взаимодействия считается частица со спином 1, которая называется глюоном.

Как видно, из всех ныне известных физических сил только гравитационные силы являются универсальными. Но гравитационные силы, как указывалось выше, очень слабые силы и они практически не могут оказывать влияния на события, происходящие в микроскопическом мире.

Возникает вопрос: - существует ли вообще физическая сила, которая способствует реализации событий, которые одинаково происходят, как в макроскопической неживой природе, так и в микроскопической неживой природе? Если - нет, то основания для создания Общей физической теории природы нет. И тогда придется смириться с тем, что микроскопический мир будет описываться Квантовой механикой, а макроскопический мир – Общей теорией относительности.

Другое дело, если существует физическая сила, способствующая реализации событий, которые одинаково происходят, как в макроскопической неживой природе, так и в микроскопической неживой природе. Если такая сила существует, то вопрос ее обнаружения – дело времени. В конце концов, она будет найдена. Но если такая сила существует, то она будет действовать одинаково как на малых, так и на больших расстояниях. Но переносчиками сил, действующих на длинных расстояниях, служат частицы с целочисленными спинами и не имеющие массы. Следовательно, переносчиком физической силы, способствующей реализации событий, которые одинаково происходят, как в макроскопической , так и в микроскопической неживой природе, будет частица с целочисленным спином и не имеющая массы.

Теория целостности, изложенная в [48], изучает случайные события, одинаково происходящие в живой и неживой природе, Следовательно, эта теория является еще более общей теорией. Но Теория целостности является не физической, а синергетической теорией. Синергетика изучает не физические силы, а самые общие закономерности устройства мироздания [3, 11, 49-60]. Теорией целостности изучаются закономерности формирования и сосуществования организованных – целостных – образований. Этими закономерностями являются:

-Закономерность существования целостной системы,

- Закономерность внутрисистемной гармонии,

- Закономерность Всемирной гармонии.

В этом списке не случайно первым указана Закономерность существования целостных систем. «Свойство существования предшествует всем остальным свойствам систем, так как, не обладая свойством существования, система не может иметь никаких других свойств» [59].

На основе выше перечисленных закономерностей разработан способ определения естественного глобального оптимума [48,62]. Этим способом можно определить, в частности, индивидуальную норму человека.

Естественные глобальные оптимумы, в отличие от обычных оптимумов, вырабатываются с учетом гармоничного сочетания интересов всех без исключения «заинтересованных сторон». Задача их выработки решается всюду как в живой, так и неживой природе. Ввиду этого, закономерности выработки естественных глобальных оптимумов, являются самыми общими закономерностями гармонии природы.

Тот факт, что совокупность вышеперечисленных закономерностей позволяет определить естественные глобальные оптимумы, указывает на то, они составляют полное множество. Эти закономерности составляют полное множество в том смысле, что их знание является необходимым и достаточным для определения естественных глобальных оптимумов. Следовательно, эти закономерности и должны способствовать выработке последних оптимумов.

Существуют и другие закономерностей гармонии природы [60, 61, 63-66]. Однако, для выработки естественных глобальных оптимумов, как только что было показано, вполне достаточна выше перечисленная тройка закономерностей. Следовательно, эти закономерности, являясь самыми общими закономерностями гармонии природы, и обеспечивают существование Нашей действительности.

Итак, потенциальные части целого в отдельности не могут делать того, что они могут делать только совместно. Но для того, чтобы продукт, созданный совместными усилиями, был самый хороший в самом широком смысле, а точнее, характеристики этого продукта представляли собой естественные глобальные оптимумы, то необходимо и достаточно, выполнение следующих трех условий.

1. Потенциальные части целого должны быть объединены в единое целое в соответствии с Закономерности существования целостной системы.

2. Каждая из этих частей должна сосуществовать с остальными частями в соответствии с Закономерности внутрисистемной гармонии.

3. Как целое, созданное этими частями, так и сами эти части, должны вести себя в соответствии с Закономерности Всемирной гармонии.

Закономерности гармонии природы представляют собой лишь «правила игры», одинаково приемлемых для всех без исключения «заинтересованных сторон». Но эти закономерности никак не поясняют, какими являются силы, которые способствуют их реализации. Являются ли все эти силы только физическими силами или имеются и другие силы? Во всяком случае, первичными силами все же будут физические силы.

В настоящее время изучение самых общих закономерностей миропорядка является предметом Теории хаоса [3, 67, 68]. В этой теории, изыскивая порядок через хаос, изучаются сложные нелинейные динамические системы. В Теории целостности, изучая непосредственно самые общие закономерности гармонии природы, не делят системы на сложные и несложные, линейные и нелинейные, динамические и нединамические. В основе Теории целостности лежит идея, состоящая в том, что математические аппараты, предназначенные для исследования специальных классов систем, являются в принципе непригодными для изучения самых общих закономерностей природы. Эти закономерности, как самые общие, являются простейшими и, следовательно, они могут быть описаны только самыми простыми математическими средствами.

При изложении Теории целостности используется понятийный аппарат Теории вероятностей и математической статистики. Этот же аппарат, по-видимому, придется использовать и при изложении Общей физической теории природы. Ведь, изучение случайных событий, прежде всего, является предметом Теории вероятностей и математической статистики!

4. Стрела времени

До начала 20 –го столетия, как было сказано в параграфе 1, люди верили в абсолютное время. Это значит, что каждое событие можно единственным образом пометить неким числом, которое называется временем, и все точно идущие часы будут показывать одинаковый интервал времени между двумя событиями. Но открытие, что скорость света для любого наблюдателя является одной и той же, независимо от того, как он движется, привело к созданию Общей теории относительности, которая отвергла существование единого абсолютного времени. Теперь общепризнано, что каждый наблюдатель имеет свое время, которое он измеряет своими часами, и показания часов разных наблюдателей не обязаны совпадать. Время стало более субъективным понятием, связанным с наблюдателем, который его измеряет.

«Попытки объединить гравитацию с квантовой механикой – пишет С. Хокинг - привели к понятию мнимого времени. Мнимое время ничем не отличается от направлений в пространстве. Идя на север, можно повернуть назад и пойти на юг. Аналогично, если кто-то идет вперед в мнимом времени, то он может повернуть и пойти назад. Это означает, что между противоположными направлениями мнимого времени нет существенной разницы. Но когда мы имеем дело с реальным временем, то мы знаем, что существует огромное различие между движением во времени вперед и назад. Откуда же берется такая разница между прошлым и будущим? Почему мы помним прошлое, но не помним будущего?» [ 1].

Задают вопрос: - «Почему разбитые чашки, упавшие со стола, никогда не возвращаются целыми обратно на стол?».

Чтобы объяснить, почему разбитые чашки никогда не возвращаются целыми обратно на стол, обычно ссылаются на то, что это противоречило бы второму закону термодинамики. Он гласит, что в любой замкнутой системе беспорядок, или энтропия, всегда возрастает со временем.

Целая чашка на столе – это состояние высокого порядка, а разбитая, лежащая на полу, находится в состоянии беспорядка. Нетрудно пройти путь, который лежит от целой чашки на столе в прошлом, до разбитой на полу. Однако, обратный ход событий невозможен.

Увеличение беспорядка, или энтропии, с течением времени – это одно из определений так называемой стрелы времени, т. е. возможности отличить прошлое от будущего, определить направление времени.

5. Целостная система и среда ее существования

Назовем материальной реальностью все то, что имеет как время возникновения t₁, так и время исчезновения t₂, такие что

t₂ > t₁ (1)

Очевидно, что все то, для чего выполняется условие t₂ > t₁, в течение времени от t₁ до t₂ существует объективно, т.е. является материальной реальностью в общепринятом смысле. Условие объективности существования очень важно, но оно еще не достаточно для того, чтобы то, что существует объективно, было бы материальной реальностью в нашем понимании. Так, каждый конкретный человек рождается в вполне определенный момент времени t₁ и умирает в вполне определенный момент времени t₂ > t₁. Следовательно, в течение времени от t₁ до t₂ > t₁ он не только существует объективно, но и является материальной реальностью в нашем понимании. Вместе с тем, объективно существует и сознание этого человека. Но сознание человека не возникает моментально, а формируется постепенно в течение длительного времени. Следовательно, «сознание» не имеет конкретного времени возникновения t₁ . Поэтому оно не является материальной реальностью в нашем понимании.

Как видно, наша «Материальная реальность» является более определенной, конкретной, чем общепринятая.

Говорят, что материальная реальность (МР) s в момент времени t является целостной системой, если на изменение своей среды существования в этот момент времени_­ она реагирует, как единое целое [69], где

t₁ ≤ t ≤ t₂ (2)

Полагают, что живые организмы являются целостными системами [70,71].

Вышеприведенное определение, скорей всего, подходит к идеальной целостной системе, т.е. системе, которой в действительности не существует.

Согласно Первому закона гармонии природы [48], любая материальная реальность s в каждый момент времени t является целостной системой (ЦС) с вероятностью P = P(t) ,

где

0.5 ≤ P < 1 (3)

Следовательно, вообще

0.5 ≤ P < 1 при t₁ ≤ t ≤ t₂ (4)

Зависимость (4) указывает на то, что не существует материальной реальности, которая была бы целостной системой с вероятностью, равной 1. Вместе с тем, согласно этой зависимости вполне могут существовать материальные реальности, которые будут целостными системами с вероятностью, равной 0.5 Ниже мы увидим, что Вселенная является именно такой материальной реальностью.

Величина Pзависит от фактического состояния ЦС s. Она является тем большей, чем лучше состояние ЦС s и, наоборот, она является тем меньше, чем хуже состояние системы s.

О величине P говорят, что она является вероятностью фактического познания истины в ЦС s в момент времени t [48].

Вообще

0.5 ≤ P ≤ P₀ ≤ P₀(s)< 1 (5)

где

Р₀ – максимально-возможное значение P для ЦС s в момент времени t;

P₀(s) –максимально-возможное значение P₀ для ЦС s вообще.

Если

P = P₀ ≤ P₀(s)< 1

то говорят, что в момент времени t ЦС s находится в наилучшем – нормальном – состоянии [48].

Величина P, как характеристика фактического состояния ЦС s является случайной. Она сегодня может быть одной, завтра – другой, послезавтра – третьей и т.д.

Величина P₀, как характеристика нормального состояния ЦС s, в отличие от P, является вполне предсказуемой. В живой природе, например, она является наибольшей у особ, принадлежащих к так называемой цветущей возрастной группе. Для современного человека такою является поло – возрастная группа, составленная людьми в возрасте от 25 до 45 лет. Для других поло - возрастных групп величина P₀ является тем меньшей, чем дальше эти поло - возрастные группы удалены от цветущей поло - возрастной группы.

В самом общем виде поведение P₀ описывается Законом всемирной гармонии. Этот закон был сформулирован А.А. Хускивадзе в 2003 году. Подробное обоснование этого закона приведено в [48].

Согласно Закону всемирной гармонии, для каждой ЦС s в нормальном состоянии имеет место:

P = P₀ = 0.5 при t = t₁

P = P₀ и P₀ ® P₀(s) при t₁ < t < t₁₀ и t ® t₁₀

P = P₀ = P₀(s) при t₁₀ ≤ t ≤ t₂₀ (6)

P = P₀ и P₀ ® 0.5 при t₂₀ < t < t₂ и t ® t₂

P = P₀ = 0.5 при t = t₂

где

t_10­ – время начала самого лучшего возможного состояния ЦС s;

t_20­ – время завершения самого лучшего возможного состояния ЦС s

Совокупность условий, при которой неравенство (3) фактически реализуется, является внутренней средой существования ЦС s в момент времени t. А совокупность условий, при которой неравенство (3) вообще может быть реализовано, и которая не является внутренней средой ЦС s , представляет собой внешнюю среду существования ЦС s в момент времени t.

Внутренняя среда существования ЦС s возникает в момент времени t₁ и исчезает в момент времени t₂, т.е. эта среда существует, пока существует сама ЦС s. И, наоборот, ЦС s существует, пока существует ее внутренняя среда. Иными словами, целостная система не может быть отделена от своей внутренней среды.

Целостные системы, у которых имеются как внутренняя, так и внешняя среда существования, представляют собой открытыми системами. Все системы, управляемые человеком, являются открытыми системами.

Система, у которой имеется только внутренняя среда существования, является изолированной системой.

Каждая открытая ЦС s, со своей стороны, является элементом системы более высокого уровня.

Различают функциональные и анатомические элементы целостной системы. Назначение целостной системы определяется совокупностью ее функциональных элементов [59]. Целостные системы одного и того же назначения могут быть реализованы различными совокупностями анатомических элементов. Так, когда-то средством передвижения служила лошадь. Сегодня одни предпочитают ездить на автомобиле, другие – на поезде, третьи – летать самолетом. Лошадь, автомобиль, поезд и самолет имеют одно и то же назначение, а реализованы они - совершенно разными анатомическими элементами.

Функциональные и анатомические элементы открытой целостной системы, со своей стороны, тоже являются целостными системами.

6. Наблюдатели и самонаблюдатели и их системы единиц измерения

Согласно общей теории относительности, как указывалось выше, каждый наблюдатель должен иметь свою собственную единицу измерения времени. В главе 5 книги [48] показано, что наблюдатели действительно имеют собственные единицы измерения времени. И не только времени! Эти единицы определяются по формуле:

D_j = (1 – P) M_j0; j = 1… n, (7)

где

D_j –единица измерения j –ой координаты состояния наблюдателя;

M_j0 – значение j-ой координаты возможного наилучшего – нормального - состояния наблюдателя: M_j0 > 0;

n – количество координат пространства состояния наблюдателя.

Здесь в качестве ЦС s выступает наблюдатель, а величина P служит вероятностью фактического самопознания своего истинного состояния наблюдателем.

О величине M_j0 в медицине и биологии говорят, что она является индивидуальной нормой, а вообще она представляет собой естественный глобальный оптимум.

Вообще

M_j0 ÎA_j ; j = 1… n, (8)

где A_j – область статистической нормы j –ой координаты состояния наблюдателя.

В биологии и медицине области статистических норм устанавливают в зависимости от биологического вида, пола и возраста. Иногда принимают во внимание и другие факторы. В других областях науки такой практики определения области A_j , насколько нам известно, еще не имеется.

Вообще каждая область A_j по своему смыслу всегда является вполне определенной.

Как видно из (8) каждый естественный глобальный оптимум находится в пределах той же области, в какой находится соответствующая точечная статистическая норма. Ею является область статистической нормы.

О наблюдателе s говорят, что он является системой n-го количества функциональных элементов. В общем случае наблюдатель представляет собой систему: «Наблюдаемый объект + средства наблюдения». Однако, если в наблюдаемый объект встроена система средств наблюдения, то он может произвести самонаблюдение. В этом случае наблюдаемый объект одновременно будет служить в качестве наблюдателя. Живой организм постоянно ведет самонаблюдение и, следовательно, служит в качестве наблюдателя. Вместе с тем, для биолога и медика он является наблюдаемым объектом. В физике предметом наблюдения – изучения – является физическое тело, в социологии изучают социальные системы и т.д.

Предположим сначала, что наблюдаемым объектом является физическое тело.

В настоящее время пока еще принято, что состояние физического тела однозначно определяется тремя пространственными координатами x₁, x₂ и _­ x₃ и тремя скоростями v₁, v₂ и v₃.

В теории струн полагают, что пространство состояния физического тела должно быть не менее десятимерным. Если эта теория, в конце концов, будет признана в качестве общей физической теории, то число всех пространственных координат состояния объекта наблюдения и их скоростей изменения во времени вместе будет не менее 20.

В биологии и медицине, как указывалось выше, объектом наблюдения является живой организм. Координатами пространства состояния живого организма служат, так называемые первичные показатели состояния здоровья. В настоящее время различают несколько тысяч первичных показателей. Однако, во время лечения больного всегда ограничиваются рассмотрением только тех первичных показателей, которые при данной патологии обычно отклоняются от нормы.

Для живого организма, как наблюдателя, имеет место: n = N, где N – количество первичных показателей, которые при данной патологии обычно отклоняются от нормы. Однако, если в качестве наблюдателя выступает врач, то n = N + N(d), где N(d)- количество показателей качества функционирования системы «Врач +технические и другие средства, используемые врачом при лечении больного».

Существует еще одна категория наблюдателей – внутренние наблюдатели. Все учение, занятые изучением Мироздания, являются внутренними наблюдателями Вселенной. Вообще каждый элемент системы является внутренним наблюдателем этой системы и всех тех систем более высокого уровня, в которые эта система входит как элемент.

Отметим, что наблюдатели, представляющие изолированные целостные системы, всегда являются самонаблюдателями.

Следует также обратить внимание, что в качестве наблюдателя может выступать как объект живой природы, так и объект неживой природы, а также и система «Объект живой природы + объект неживой природы». Каждый из этих трех объектов может выступить и в качестве самонаблюдателя. Однако биологические объекты собственными биологическими часами оперируют только в том случае, когда они выступают в качестве самонаблюдателей. Следовательно, биологические часы всегда являются часами самонаблюдателей. Вместе с тем, часы самонаблюдателей могут быть как биологическими, так и не биологическими.

Таким образом, понятия «Часы наблюдателя» и «Биологические часы» все же являются двумя разными понятиями. Первое понятие более общее.

Согласно Принципу неопределенности Гейзенберга для объектов неживой природы имеет место

0 < D_j; j = 1..n

Можно показать, что это неравенство справедливо не только для объектов неживой природы, а для любой целостной системы как неживой, так и живой природы. Более того, согласно (5) и (7) имеет место

0 < D_j0(s) ≤ D_j0 ≤ D_j ; j = 1..n, (9)

где

D_j = D_j0 при P = P₀ и D_j = D_j0(s) при P = P₀(s) при j = 1..n (10)

Согласно (7), (9) и (10) имеем

D_j = D_j0 = D_j0(s) > 0 Û P= P₀ =P₀(s); j = 1..n, (11)

т.е. самые точные измерения наблюдатель s производит тогда и только тогда, когда он находится в своем самом лучшем возможном состоянии. Но даже в этом случае он не делает безошибочных измерений.

7. Становление и старение целостных систем

Каждый j-ий функциональный элемент ЦС s, как указывалось выше, также является целостной системой.

Пусть

P_j - вероятность фактического познания истины в j-ом функциональном элементе ЦС s в момент времени t.

Поскольку среда существования ЦС s является общей средой существования всех ее элементов, имеет место

P_j =P Û P_i = P для всех j,i = 1..n, (12)

т.е. все функциональные элементы наблюдателя s имеют равные вероятности фактического познания истины. Иными словами, они имеют равные вероятности самореализации, в чем и состоит суть целостности наблюдателя s, как системы.

Для определенности предположим, что x₁ является координатой собственного времени наблюдателя. Тогда v₁ будет служить скоростью изменения этого времени, а величина P₁ будет являться вероятностью познания истины в функциональном элементе наблюдателя s, служащего в качестве его собственных часов.

Согласно Общей теории относительности, при скоростях, близких скорости света, процессы старения наблюдателей замедляются.

Процессы старения живых организмов замедляются, если среда их существования является достаточно комфортной, т.е. когда они находятся в нормальном состоянии, или близком к нему.

Выясним теперь вопрос: как часы наблюдателя вообще работают?

Величина P₀(s) для наблюдателя s является вполне определенной, а точнее, она не зависит от времени t. Следовательно, согласно (10), и величина D₁₀(s) для наблюдателя s должна иметь вполне определенное - одно единственное значение. В отличие от D₁₀(s), величины D₁ и D₁₀ зависят от времени t. Следовательно, они зависят и от времени x₁, ибо для величины x₁имеет место:

                                                        x₁ = x₁(t) (13)

Пусть

D₁(x₁) – единица измерения, используемая наблюдателем s для измерения величины x₁ в момент времени t:

D₁ = D₁(x₁) при x₁ = x₁(t) (14)

Согласно (6),(7), (9) и (14) имеем

D₁₀(x₁) = 0.5 M₁₀(t₁) < ¥ при t= t₁

D₁₀(x₁) ® D₁₀(s) при t₁< t и t ® t₁₀

D₁₀(x₁) = D₁₀(s) при t₁₀ ≤ t ≤ t₂₀ (15)

D₁₀(x₁) ® 0.5 M₁₀(t₂) < ¥ при t₂₀ < t и t ® t₂

D₁₀(x₁) = 0.5 M₁₀(t₂) = ¥ при t= t₂,

где D₁₀(x₁) - значение D₁(x₁) такое, что

D₁(x₁) =D₁₀(x₁) при P = P₀ (16)

Так как величина t₁ по определению является временем возникновения ЦС s, а t₂ – временем ее исчезновения, то должно иметь место

x₁ > 0 при t₁ ≤ t ≤ t₂ и x₁ = 0 при t < t₁ или t > t₂ (17)

Измерение времени x₁ ЦС s производится в интервале от t₁ до t₂. И оно в каждый момент времени t производятся с абсолютной ошибкой, равной D₁(x₁) > 0. Вне интервала от t₁ до t₂ никакие измерения величины x₁ не производятся и, следовательно, никакие ошибки не допускаются. Принимая во внимание это, следует написать

D₁(x₁) > 0 при t₁ ≤ t ≤ t₂ и D₁(x₁) = 0 при t < t₁ или t > t₂ (18)

Отсюда и из (16) имеем

D₁₀(x₁) > 0 при t₁ ≤ t ≤ t₂ и D₁₀(x₁) = 0 при t < t₁ или t > t₂ (19)

Можно показать, что условие (17) будет выполняться, если положим, что вообще

x₁=x₁₀(s) D₁₀(x₁) ¤ D₁₀(s), (20)

где x₁₀(s) – значение x₁ такое, что

x₁=x₁₀(s) при x₁(t₁₀) = x₁(t₂₀)

В самом деле, из (15). (19) и (20) имеем

x₁=0 при t < t_1­

x₁ = x₁(t₁) > 0 при t= t_1­

x₁ ® x₁(t₁₀) при t₁< t и t ® t₁₀

x₁ = x₁(t₁₀)= x₁(t₂₀) = x₁₀(s) при t₁₀ ≤ t ≤ t₂₀

x₁ ® x₁(t₂) при t₂₀ < t и t ® t₂

x₁ = x₁(t₂) > 0 при t= t₂

x₁= 0 при t > t₂

или вообще

x₁ > 0 при t₁ ≤ t ≤ t₂ и x₁ = 0 при t < t₁ или t > t₂,

т.е. выполняется условие (17).

Величина D₁₀(x₁), согласно (16), зависит от времени t в той мере, в какой от времени t зависит величина P₀. Следовательно ,в той же мере, согласно (20), от времени t зависит и величина x₁.

Величина P₀ для каждой поло – возрастной группы живых организмов заданного биологического вида, является вполне определенной. Следовательно, для этой группы вполне определенной является и величина x₁. Иными словами, на работу биологических часов, показанием которых величина x₁ является, никак не влияют случайные факторы, например, колебание температуры [45]. Значения величины x₁ меняется только при переходе из одной поло – возрастной группы в следущую.

Обозначим через v₁ скорость изменения x₁ во времени t:

v₁ = dx₁(t) ¤dt

Вообще, согласно (6), (7), (9), (11) и (20), имеет место

v₁= v_1max(t₁) при t = t₁

v₁® 0 при t₁< t и t ® t₁₀

v₁= 0 при t₁₀ ≤ t ≤ t₂₀

v₁ ® v_max (t₂) при t₂₀ < t и t ® t₂

v₁ = v_max(t₂) при t = t₂,

где

v_max(t₁) – максимально возможное v₁ в момент времени t₁:

v_max(t₂) – максимально возможное v₁ в момент времени t₂.

Об интервале времени от t₁ до t₁₀ говорят, что он является периодом становления ЦС. Интервал от t₁₀ до t₂₀ является периодом расцвета, а интервал от t₂₀ до t₂ представляет собой период старения.

Итак, в целостной системе в периоде становления скорость изменения собственного времени постепенно замедляется. В период расцвета скорость изменения собственного времени равно нулю, а в период старения она постепенно увеличивается.

8. Измерение качества работы элементов ЦС

Согласно (12) функциональные элементы ЦС всегда имеют одинаковые возможности. Поэтому все, что было сказано относительно собственного времени целостных систем (ЦС), является справедливым и для всех других функциональных элементов этих систем.

Пусть x_j -значение j –ой координаты пространства состояния ЦС s, измеряемое в единицах D_j с помощью соответствующего собственного измерительного прибора системы s в момент времени t.

О величинах

x_j; j = 1…n (21)

говорят, что они представляют собой координаты собственного пространства состояния ЦС s в момент времени t.

Пусть D_j0 – значение D_j такое, что

D_j = D_j0 при P = P₀

Для величин (21), аналогично (20), можно написать:

x_j= x_j0(s) D_j0 ¤ D_j0(s) ; j = 1…n, (22)

где

x_j0(s) – значение величины x_j для ЦС s в момент времени x₁₀(s), т.е. когда стрела времени собственных часов ЦС s находится в неопределенном состоянии;

D_j0(s) –единица измерения x_j , когда стрела времени собственных часов ЦС s находится в неопределенном состоянии:

D_j = D_j0(s) при t₁₀≤ t≤ t₂

Таким образом, зная

x_j0(s), D_j0(s) и D_j0; j = 1..n,

с помощью (22) можно определить собственное пространство состояния ЦС s.

Пусть, теперь, часы наблюдателя s находится в наилучшем состоянии и, следовательно, имеет место

D₁ = D₁₀ = D₁₀(s) (23)

Согласно (7)и(12) имеет место

D₁ = D₁₀ = D_j0(s)Û D_i = D_i0 = D_i0(s) для всех j,I =1..n (24)

С учетом этого из (22)и(23) находим

x_j = D_j0(s); j = 2…n

Таким образом, если часы наблюдателя находятся в наилучшем состоянии, то в наилучшем состоянии будут находиться и все другие его элементы.

Теперь ясно, почему в скоростях, близких к скорости света, замедляются не только часы наблюдателя, но и процессы старения всех его других элементов.

9. Открытые и изолированные целостные системы

Целостная система, имеющая как внутреннюю, так и внешнюю среду существования по определению является открытой целостной системой.

Все целостные системы, рассмотренные выше, имеют обе среды существования. Значит, все они являются открытыми целостными системами.

Изолированные целостные системы по определению имеют только внутреннюю среду

существования. Можно говорить, что изолированная целостная система является открытой целостной системой, имеющей только внутреннюю среду существования. Такое рассмотрение позволяет распространить на изолированные целостные системы все зависимости, приведенные выше. Разумеется, эти зависимости должны быть конкретизированы с учетом особенностей изолированной целостной системы.

Согласно Второму закону термодинамики в изолированной системе происходят процессы, способствующие увеличению энтропии E этой системы, т.е. имеет место

E_min(s) ≤ E_min ≤ E ® E_max, (25)

где

E_min(s) - минимально-возможное значение E для ЦС s вообще;

E_min – минимально-возможное значение E_­ для ЦС s в момент времени t;

E_max – максимально -возможное значение E _­для ЦС s в момент времени t

Вместе с тем, каждая домохозяйка, консервируя продукты на зиму, уверена в том, что в герметично закрытой банке жизнь вообще приостановлена. Иными словами, домохозяйка полагает, что в изолированной системе никакие процессы не происходят, т.е. она считает, что

E = E_min = E_max = E_min(s) (26)

Кто прав: - физики или домохозяйки?

Логично полагать, что если P = P₀ = P₀(s), то ЦС s находится не просто в нормальном состоянии, а нормальном состоянии, когда в ней имеется наивысший порядок. И, наоборот, если нормальное состояние ЦС s такое, что имеет место P = P₀ = 0.5, то в этой системе имеется полный беспорядок или, как сейчас принято говорить, хаос. Следовательно, вообще должно иметь место

E = E_min Û P = P₀

E = E_min(s) Û P = P₀(s)

E ® E_max Û P® 0.5 (27)

E = E_max Û P = P₀ = 0.5

Отсюда и (26) имеем

P = P₀ = P₀(s) = 0.5, (28)

т.е. утверждение домохозяек является истиной с вероятностью, равной P = 0.5.

Энтропия изолированной системы, как известно, не уменьшается. Следовательно, должно выполняться либо условие (25), либо же условие (26). Иными словами, в изолированных целостных системах выполнение этих двух условий является взаимоисключающим, т.е. имеет место

P₁ + P₂ =1, (29)

где P₁ и P₂ значения величины P, такие что

P₁ = 1 и P₂ =0, если истина состоит в том, что выполняется равенство (25)

и

P₁ = 0 и P₂ =1, если истина состоит в том, что выполняется равенство (26).

Согласно (28) имеет место

P₁ = P = 0.5 (30)

С учетом этого из (29) получаем

P₂ = P = 0.5 (31)

Условия (30) и (31) выполняются в течение всего времени от t₁ до t₂, т.е. вообще, согласно (28), имеет место

P = P₀ = P₀(s) = 0.5 при t₁ ≤ t ≤ t₂ (32)

Итак, в изолированной системе истина всегда познается с вероятностью 0.5.

То, что законсервированные продукты питания имеют срок годности, указывает на то,что условие (26) действительно не выполняется с вероятностью, равной 1. А физикам хорошо известно, что броуновское движение частиц в изолированных системах, в конце концов, завершается равномерным распределением вероятностей этих частиц, когда, следовательно, имеет место: P = 0.5. Так, что есть все основание полагать, что и условие (25) выполняется не с вероятностью, равной 1, а с вероятностью, равной 0.5.

О состоянии целостной системы, когда имеет место (32), говорят, что она в течение всего времени от t₁ до t₂ находится в неопределенном состоянии [48].

Таким образом, изолированная целостная система (ИЦС) всегда находится в неопределенном состоянии. В этом принципиальное различие ИЦС от открытой целостной системы (ОЦС). Для каждой ОЦС s, согласно (6), имеет место

P =0.5 при t = t₁ или t = t₂ (33)

А все остальное время, т.е. когда

t₁ < t < t₂,

состояние ОЦС s является определенным

с вероятностью P = P(t),

где

0.5 < P(t) < 1

Можно показать, что функциональные элементы ИЦС s в течение всего времени от t₁ до t₂ действительно находятся в одном единственном состоянии, которое, следовательно, является ее нормальным состоянием. Более того, можно показать, что

x_j= x_j0(s) при t₁ ≤ t ≤ t₂ ; j = 1…n, (34)

т.е. это состояние является не просто нормальным состоянием ИЦС s, а ее самым лучшим состоянием.

В самом деле, согласно (7), (9) и (32), имеет место

D_j0 = D_j0(s) при t₁ ≤ t ≤ t₂; j = 1..n, (35)

Из (22)и(35) имеем

x_j= x_j0(s) при t₁ ≤ t ≤ t₂ ; j = 1…n,

т.е. получаем (34).

Пусть j = 1. Тогда из (34) получим

x₁= x₁₀(s) при t₁ ≤ t ≤ t₂

Отсюда и из (13) имеем

x₁= x₁(t₁) = x₁(t₂) (36)

Таким образом, часы изолированной целостной системы в течение всего времени от t₁ до t₂ показывают одно и то же время. Оно не увеличивается и не уменьшается. Следовательно, стрела этих часов всегда находится в неопределенном состоянии. Точнее, это утверждение является истиной лишь с вероятностью P = 0.5. Следовательно, с этой же вероятностью должно быть истиной и утверждение: «Стрела часов изолированной целостной системы не всегда находится в неопределенном состоянии».

В этом противоречии и выражается истина. Эта истина состоит в том, что настоящая изолированная система является в принципе не познаваемой.

10. Вселенная как всеобъемлющая материальная реальность

Еще в начале 20-го столетия в умах многих мыслителей жила вера в статическую Вселенную [1, 6]. Даже Эйнштейн, разрабатывая в 1915 году Общую теорию относительности, был уверен в статической Вселенной, в то время как из его теории следовало, что Вселенная не должна быть таковой. Полагают, что русский физик и математик А.А. Фридман был первым, кто усомнился в этом и решил показать, что Вселенная действительно не должна быть статичной. Фридман сделал два очень простых предположения. Он предположил, что, во-первых, Вселенная выглядит одинаково, в каком бы направлении мы ее не наблюдали, и во-вторых, это утверждение должно оставаться справедливым и в том случае, если бы мы производили наблюдения из какого-нибудь другого места. Опираясь на эти два предположения, Фридман в 1922 года показал, что Вселенная действительно не должна быть статичной. Скоро это открытие нашло подтверждение. В 1929 г. Американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что все далекие галактики, наблюдаемые из Земли, быстро удаляются от нашей галактики [1].

В 1965 году американские физики Арно Пензиас и Роберт Вильсон обнаружили шум, источник излучения которого должен был находиться далеко за пределами нашей галактики. Чуть позже это открытие подтвердили два других американских физика Боб Дикке и Джим Пиблс. Обнаруженный шум был одинаковым и днем, и ночью, и вообще в течение всего года. Как известно, по пути к нам излучение проходит почти через всю наблюдаемую Вселенную. Следовательно, если вышеупомянутый шум, является одинаковым во всех направлениях, то и сама Вселенная должна являться одинаковой во всех направлениях, по крайней мере, в крупном масштабе. Таким образом, первое предположение Фридмана нашло подтверждение.

В итоге, значительная часть современного научного сообщества пришла к выводу, что Вселенная, по крайней мере, на данном этапе, расширяется. Чтобы выяснить, так ли это на самом деле, в первую очередь, необходимо ответить на следующий вопрос.

Вопрос :

Имеет ли Вселенная границы или она является всеобъемлющей материальной реальностью и содержит в себе все другие материальные реальности?

В настоящее время наука не может ответить на этот вопрос однозначно. Однако, мы можем рассуждать следующим образом.

Предположим, что Вселенная имеет границы, и она не является всеобъемлющей материальной реальностью. Тогда должно существовать конечное или бесконечное множество других материальных реальностей. Эти материальные реальности тоже могут быть вселенными. В этом случае нам придется говорить о Нашей и других вселенных.

Рассмотрим новое множество, такое что, выполняются следующие два условия:

1. Оно состоит из Нашей Вселенной и вышеупомянутого множества материальных реальностей.

2. Оно является полным множеством в том смысле, что нет ни одной материальной реальности, которая не входила бы в нем.

Система, составленная этим множеством материальных реальностей, в отличие от Нашей Вселенной, является всеобъемлющей материальной реальностью по определению. Назовем эту систему просто Вселенной.

Надо полагать, что Вселенная отличается от всех других материальных реальностей именно тем, что она является всеобъемлющей материальной реальностью. По крайней мере, когда говорят о Нашей действительности, то интуитивно или осознанно имеют в виду именно такую Вселенную, которая является всеобъемлющей материальной реальностью.

Итак, введем рабочее определение понятия «Вселенная».

Вселенная является всеобъемлющей материальной реальностью.

11.Расширяется ли вселенная?

Вселенная, как материальная реальность, должна иметь свое время возникновения и свое время исчезновения.

Пусть t₁(U) и t₂(U) - время возникновения и время исчезновения Вселенной:

t₁ = t₁(U) и t₂ = t₂(U) при s = U (37)

где U - первая буква слова “Universe”.

Из того, что Вселенная является всеобъемлющей материальной реальностью, следует:

1. У Вселенной нет внешней среды существования, а имеется только внутренняя среда существования, т.е. она является изолированной целостной системой.

2. Общепризнанное космологическое время t представляет собой время, которое показывают «собственные часы Вселенной», т.е. имеет место

t = x₁(U), (38)

где x₁(U) – собственное время Вселенной:

x₁ = x₁(U) при s = U (39)

3. Ни одна другая материальная реальность не может находиться вне Вселенной и по этой причине

для любой другой материальной реальности s выполняются неравенства

t₁(U) ≤ t₁ и t₂ ≤ t₂(U) (40)

Выясним, в каких условиях эти неравенства могут выполняться.

По определению целостной системы на величины t₁ и t₂ наложено одно единственное ограничение. Оно выражено неравенством (1). А это неравенство выполнимо как при положительных значениях t₁ и t₂, так и при их отрицательных значениях. Точнее, это неравенство вполне выполнимо в случаях, когда имеет место, например, одно из следующих неравенств:

t₁ > 0 и t₂ > 0; t₁ ≥ 0 и t₂ > 0; t₁ ≤ 0 и t₂ > 0; t₁ < 0 и t₂ ≥ 0; t₁ < 0 и t₂ ≤ 0; t₁ < 0 и t₂ < 0

Однако далеко не все эти случаи являются реализуемыми.

В самом деле, согласно (20), имеют место

t₁=x₁₀(s) D₁₀(t₁) ¤ D₁₀(s) при x₁ = t₁ и t₂=x₁₀(s) D₁₀(t₂) ¤ D₁₀(s) при x₁ = t₂, (41)

где D₁₀(t₁) и D₁₀(t₂) – значения D₁₀(x₁) такие, что

D₁₀(x₁) = D₁₀(t₁) при x₁ = t₁ и D₁₀(x₁) = D₁₀(t₂) при x₁ = t₂ (42)

Из (4) и (42) имеем

t₁=x₁₀(s) D₁₀(t₁) ¤ D₁₀(s) и t₂=x₁₀(s) D₁₀(t₂) ¤ D₁₀(s)

Отсюда

t₁ ¤ t₂ = D₁₀(t₁) ¤ D₁₀(t₂) (43)

Согласно (9) и (42) имеет место

0 < D₁₀(t₁) и 0 < D₁₀(t₂)

С учетом этого из (1) и (43) получаем

0 < t₁ ¤ t₂ < 1 (44)

Это необходимое, но не достаточное условие, существования целостной системы, для которой выполняется совокупность условий (1), (9) и (20).

Условие (44) будет выполняться, если

0 < t₁ < t₂ < + ¥ (45)

Оно также будет выполняться, если

- ¥ < t₁ < t₂ < 0 (46)

Во всех других случаях условие (44) невыполнимо.

Следовательно, целостные системы, для которых ни одно из условий (45) и (46) не выполняется, не могут существовать в принципе.

Как в случае (45), так и в случае (46) имеет место

0 < (t₂ – t₁) < + ¥ (47)

Итак, любая целостная система, для которой выполняется совокупность условий (1), (9) и (20), имеет конечную продолжительность существования.

Условия (1) и (9) выполняются для любых целостных систем. Однако, условие (20) выполняется только для открытых целостных систем. В итоге, совокупность условий (1), (9) и (20) всегда выполняется для открытых целостных систем . Следовательно, для них всегда будет выполняться и условие (47).

Таким образом, все открытые целостные системы имеют вполне определенные продолжительности существования.

Что касается изолированных целостных систем, то для них, вместо (20), выполняется условие (36). Вселенная, как указывалось выше, является изолированной целостной системой. Для нее, согласно (36), (38) и (39), имеет место

(t₂(U) – t₁(U)) = 0, (48)

Можно ли с вероятностью, равной 1 утверждать, что это равенство действительно выполняется?

Обозначим

P = P(U) и P₀ = P₀(U) при s = U (49)

Поскольку Вселенная является изолированной целостной системой, для нее имеет место зависимость (32). А с учетом (32) из (37) и (49) получаем

P(U) = P₀(U) = 0.5 при t₁(U) ≤ t ≤ t₂(U) (50)

Таким образом, во Вселенной истина познаваема с вероятностью, равной 0.5. Следовательно, как утверждение, согласно которому выполняется зависимость (49), так и утверждение, согласно которому выполняется зависимость

(t₂(U) – t₁(U)) ¹ 0,

являются истинами с вероятностью, равной 0.5.

Иными словами, сказать что - либо определенное о том, какая из этих зависимостей в действительности является справедливой, невозможно в принципе.

Предположим, сначала что, аналогично (47), имеет место

0 < (t₂(U) – t₁(U)) < + ¥

Тогда Вселенная, по крайней мере, по продолжительности существования будет ограниченной, а не всеобъемлющей материальной реальностью. Но она, как мы знаем, является всеобъемлющей материальной реальностью по определению. Следовательно, для Вселенной вышеприведенная зависимость невыполнима, а должна выполняться зависимость

(t₂(U) – t₁(U)) = + ¥ (51)

Это утверждение, как видно, опирается на определение Вселенной, как всеобъемлющей материальной реальности. Следовательно, оно является истиной с той вероятностью, с какою Вселенная в действительности является всеобъемлющей материальной реальностью. Но Вселенная, как мы знаем, является всеобъемлющей материальной реальностью по определению. Следовательно, равенство (51) действительно является справедливым.

Как всеобъемлющая материальная реальность Вселенная является изолированной системой. Следовательно, равенство (51) справедливо для Вселенной, как изолированной системы.

Совокупность условий (40), (44) и (51) всегда будет выполняться, если положим, что вообще

t₁(U) = - ¥ и t₂(U) = +¥ (52)

Таким образом, у Вселенной нет ни определенного времени начала, ни определенного времени конца. Она всегда находилась, находится сейчас и будет находиться в будущем в одном единственном неопределенном состоянии, которое является ее нормальным состоянием. Вселенная является в принципе непознаваемой.

Следует отметить, что непознаваемость самой Вселенной еще не означает, что непознаваемыми являются ее отдельные конечные части. Наблюдаемая часть Вселенной вполне может быть познана не только качественно – на философском уровне, но и количественно [61]. Точнее, здесь речь идет об относительной познаваемости наблюдаемой части Вселенной. Установить абсолютную истину невозможно в принципе. На это указывают как известные теоремы К. Гёделя, так и упомянутый выше Принцип неопределенности. Тот факт, что абсолютную истину в принципе невозможно установить, также доказано в [48]. Этот факт в концентрированном виде отражен в Первом законе гармонии природы – Закономерности существования целостной системы. Согласно этой закономерности, как указывалось выше, материальная реальность s, являющаяся целостной системой с вероятностью, равной P = 1,в природе просто не существует, где P – вероятность фактического познания истины в материальной реальности s.

Следует также отметить, что сказанное выше не относится к утверждению: «Вселенная является изолированной системой». Это утверждение следует из определения Вселенной, как всеобъемлющей материальной реальности и, следовательно, оно является истиной по определению, т.е. с вероятностью, равной 1. Вместе с тем, утверждение: «Вселенная является изолированной целостной системой», как было показано выше, является истиной лишь с вероятностью, равной 0.5.

Итак, из того, что Вселенная является всеобъемлющей материальной реальностью, с одной стороны следует, что она содержит в себе все другие материальные реальностей, в которых происходят как процессы становления, так и процессы старения. С другой стороны, из того, что Вселенная является всеобъемлющей материальной реальностью, следует, что она является изолированной системой, которая всегда находится в одном единственном неопределенном состоянии.

Как эти факты между собой согласуются?

Вселенная как изолированная система является самонаблюдателем. А каждый самонаблюдатель, как и вообще каждый наблюдатель, имеет свои собственные измерительные приборы и, следовательно, свои собственные единицы измерения. Эти единицы измерения являются огромными . Они являются огромными по сравнению с собственными единицами измерения любых других материальных реальностей. А благодаря этому имеет место следующее.

Пусть, D₁ и D₂ являются единицами измерения веса, используемыми в булочных и аптеках соответственно.

Вообще

D₁ >> D₂

Пусть, A и B являются весами двух предметов, и эти веса такие что, выполняется условие

D₂ ≤│A - B│< D₁

Различие в этих весах аптекарь заметит, а продавец булочной - нет. Подобное происходит с Вселенной и системами, служащими ее элементами. Изменения, замеченные любой материальной реальностью s ( s ¹ U), не замечаются самой Вселенной. Это вполне возможно, если выполняются следующие два условия.

1.Если в каком-то участке какой-то конечной части Вселенной происходит некоторый процесс, например, расширение, то хотя бы в одном другом участке этой части Вселенной будет происходить противоположный процесс, например, сужение.

2.Противоположные процессы будут происходить таким образом, что итоговое изменение соответствующей части Вселенной останется меньше собственных единиц измерения Вселенной.

Надо полагать, что эти условия всегда выполнялись, выполняются сейчас и будут выполняться в будущем. Именно благодаря этому в целом Вселенная всегда находилась, находится сейчас и будет находиться в будущем в одном единственном – неопределенном - состоянии динамического равновесия.

Следует отметить, что Н.А. Козырев еще в 1963 году высказался о существовании противоположных процессов, вечно удерживающих Вселенную в состоянии динамического равновесия. Он писал: «Очевидно, в самых основных свойствах материи, пространства, времени должны заключаться возможности борьбы с тепловой смертью противоположными процессами, которые могут быть названы процессами жизни. Благодаря этим процессам поддерживается вечная жизнь Вселенной» [27]. К этому высказыванию Н.А. Козырева одобрительно относятся Л.С. Шихобалов [14], А.П. Левич [23] и многие другие ученые. Следовательно, они также полагают, что действительно должны существовать взаимно компенсирующие факторы, которые удерживают Вселенную в состоянии динамического равновесия и делают ее жизнь вечной.

Все далекие галактики, наблюдаемые с Земли, как указывалось выше, быстро удаляются от нашей галактики. Следовательно, должны существовать и такие галактики, ещё не наблюдаемые с Земли, которые сближаются с нашей галактикой таким образом, что в целом Вселенная остается практически неизменной.

Итак, Вселенная является всеобъемлющей материальной реальностью, которая всегда находилась, находится сейчас и будет находиться в будущем в одном единственном – неопределенном – состоянии динамического равновесия. У нее нет ни определенного времени начала, ни определенного времени конца. Следовательно, нет никакого основания говорит о каком-то большом взрыве.

12. Общепризнанное космологическое время и его точка отсчета

Опираясь на Общую теорию относительности, Принцип неопределенности, Второй закон термодинамики и так называемый Слабый антропный принцип, С. Хокинг доказал, что если у Вселенной нет границ, то общепризнанное космологическое время всегда должна увеличиваться. Из этого следует, что вообще

t ® ¥ (53)

Используя понятийный аппарат Теории целостности, изложенный выше, можно показать, что условие (53) действительно выполняется.

В самом деле, каждая материальная реальность s, согласно (1),сначала возникает, а потом исчезает. Ввиду этого, согласно (2), имеет место

t₁ < t₂ и t₁ ≤ t ® t₂ (54)

т.е. стрела времени t для каждой ЦС s всегда направлена в сторону увеличения. Этим целостная система s отличается от события, реализацией которого эта система является. Каждая материальная реальность s является целостной системой в определенный момент времени t, а соответствующее событие представляет собой множество возможных реализаций, заданное в пространстве-времени, для которого время t служит лишь одной координатой.

В итоге, понятие интервала времени для события просто не существует. Это понятие смысл имеет только для реализации события. Следовательно, у события просто нет стрелы времени t. Стрелу времени t, направленную в сторону увеличения, имеют лишь материальные реальности, являющиеся в этот момент времени целостными системами.

Итак, стрела общепризнанного космологического времени t для всех целостных систем по определению направлена в сторону увеличения: все целостные системы ведут себя так, как будто сговорились между собой. В этом и состоит смысл словосочетания: «Общепризнанное время». Тут следует сделать следующее уточнение.

Обозначим через A следующее утверждение.

Утверждение: «Стрела времени t направлена в сторону увеличения».

Для любой ОЦС s, как было показано в параграфе 9, имеет место

P > 0.5 при t₁< t <t₂ и P = 0.5 при t =t₁ или t =t₂,

где P –вероятность познания истины в ОЦС s в момент времени t.

Таким образом, утверждение A для любой ОЦС s является истиной с вероятностью, равной P > 0.5 при t₁< t <t₂ и с вероятностью, равной P = 0.5 при t =t₁ или t =t₂.

Что касается Вселенной, то для нее, как было показано в том же параграфе 9, утверждение A всегда является истиной с вероятностью, равной 0.5.

Итак, утверждение «Стрела времени t всегда направлена в сторону его увеличения», для любой целостной системы s, за исключением Вселенной, является истиной с вероятностью, равной P > 0.5 при t₁< t < t₂ и с вероятностью, равной P = 0.5 при t = t₁ или t = t₂. А для Вселенной это утверждение всегда является истиной лишь с вероятностью, равной P = 0.5.

Согласно (37) при s = U имеет место

t₁ = t₁(U) и t₂ = t₂(U) (55)

С учетом этого из (52) находим

t₁ = - ¥ и t₂ = + ¥ (56)

Отсюда и из (54) имеем

- ¥ ≤ t ® + ¥,

т.е. получаем (53).

В том случае, когда справедливы зависимости (56), не могут иметь места неравенства

t < t₁ и t > t₂

По этой причине для Вселенной не имеет смысла запись:

x₁ = 0 при t < t₁ и t > t₂

Эта запись, как и запись (17), смысл имеют только для открытых целостных систем. Дело в том, что для этих последних систем, согласно (1), (45), (46), (52) и (55), всегда выполняются условия

t₁ < t₂ и - ¥ < t₁ ≤ t ≤ t₂ < +¥

Вообще для Вселенной и всей совокупности открытых целостных систем, согласно (54) и (56), имеет место

- ¥ ≤ t ≤ +¥; t₁ < t₂ и t ® + ¥

Следовательно, вообще

t₀ = - ¥ ,

где t₀ – точка отсчета t.

Итак, общепризнанное космологическое время не имеет определенной точки отсчета. Это вполне логично, ведь общепризнанное космологическое время представляет собой собственное время Вселенной, у которой нет ни определенного времени начала, ни определенного времени конца. Время, которое нами повседневно используется, и которое обычно называют абсолютным временем, является условно космологическим, поскольку его точка отсчета является условной. Скорей всего оно представляет собой время, единое для всех открытых целостных систем.

Изучению феномена времени, как видно из приложения 1, уделялось внимание еще со времен Аристотеля. Особенно интенсивно феномен времени начали изучать в прошлом столетие. Изучение феномена времени продолжается и сейчас. Современное состояние проблемы изучения времени рассмотрено в приложении 2. Ознакомление с этим приложением приводит к выводу о правомерности слов: «Видимо, время - все-таки таинственная субстанция, проникновение в которую идет трудно и не быстро» [20]. Автор этих слов А.В. Коган далее ставит вопрос: - «Разгадаем ли мы природу этой загадки?» Правильнее было бы поставить вопрос: «Разгадываема ли в принципе эта загадка?». Скорей всего, прав Черепанов С.К. , считая загадку времени вообще не разгадываемой. По сути дела, этот же смысл высказывают авторы книги [3], когда пишут: «Время не может возникнуть из не времени». Еще боле отчетливее высказывается В.И. Молчанов [19 ] указывая, что невозможно «определить время через нечто другое, поскольку это другое оказывается уже подчиненным временному определению» [35].

Иными словами, понятие «Время» В.И. Молчанов рассматривает как первичное понятие, подобно понятию «Множество». Особенность первичного понятия, как известно, состоит в том, что его невозможно определить с помощью других первичных понятий. Различие между понятиями «Множество» и «Время» состоит в том, что первое является математическим понятием, а понятие «Время» обозначает вполне определенное физическое явление. Оно представляет собой явление, встречаемое (наблюдаемое) всюду в виде собственного времени наблюдателя.

Следует отметить, что признание первичности понятия «Время» не избавляет нас «от необходимости все точнее измерят ход времени» [20]. С признанием первичности понятия «Время» уж совсем не отпадает необходимость изучения проблемы собственного времени наблюдателя, как физического явления. А эта проблема имеет как минимум столько граней, сколько существует собственных часов наблюдателей. А таких часов, как теперь мы знаем, несчетное множество!

Резюмируя, мы приходим к следующим выводам:

1.Понятие «Время», скорей всего, относится к первичным понятиям типа «Множество». По крайней мере, оно так рассматривается в настоящей работе и вообще в Теории целостности. Однако, понятие «Время», в отличие от понятия «Множество», не является математическим понятием, а обозначает вполне определенное физическое явление. Оно представляет собой явление, встречаемое (наблюдаемое) всюду в виде собственного времени наблюдателя.

2. Каждый наблюдатель представляет собой материальную реальность, которая в любой момент времени t = t₀ (t₁ ≤ t₀ ≤ t₂)является целостной системой с вероятностью P = P(t₀) (0.5 ≤ P(t₀) < 1),

где

t –общепризнанное космологическое время;

t₀ – фиксированное значение t;

t₁ – время возникновения наблюдателя;

t₂ – время исчезновения наблюдателя;

P –вероятность фактического познания истины наблюдателем;

P(t₀) – значение P в момент времени t = t₀.

3. Собственное время имеет любой наблюдатель, включая Вселенную. Оно представляет собой одну из координат пространство состояния наблюдателя.

4. Вселенная является всеобъемлющей материальной реальностью, которая всегда находилась, находится и будет находиться в одном единственном – неопределенном – состоянии динамического равновесия. У нее нет ни определенного времени начала, ни определенного времени конца. Следовательно, нет никакого основания говорит о каком-то большом взрыве.

5.Любая система (наблюдатель), за исключением Вселенной, является открытой целостной системой с вероятностью P, где

0.5 ≤ P < 1.

Вселенная является изолированной целостной системой . Точнее, утверждение «Вселенная является изолированной системой» является истиной с вероятностью, равной 1. Вместе с тем, утверждение: «Вселенная является целостной системой», является истиной лишь вероятностью, равной P(U)= 0.5.

6. Неопределенное состояние Вселенной является ее нормальным состоянием, т.е. она всегда находится в неопределенном состоянии. Неопределенное состояние любой другой целостной системы s является ее нормальным состоянием дважды: - в момент ее возникновения t= t₁= t₁(s) и в момент ее исчезновения t= t₂ = t₂(s), где

t₁(s) < t₂(s); t₁(s) > - ¥; t₂(s) < +¥

Иными словами, все открытые целостные системы приходят из неопределенности и, в конце концов, возвращаются в неопределенность. Вселенная ни откуда не приходила и ни куда она не уходит. Вселенная всегда находилась, находится и будет находиться в неопределенном состоянии, которое является её нормальным состоянием.

7.Стрела собственного времени каждой открытой целостной системы сначала направлена в сторону увеличения, в какое-то время она является неопределенной и, наконец, она поворачивается в сторону уменьшения времени.

8. Реальное собственное время наблюдателя и мнимое собственное время наблюдателя отличаются тем, что стрела первого направлена в сторону увеличения, а второго - в сторону уменьшения.

9. Реальное собственное время наблюдателя представляет собой время становления наблюдателя. Мнимое собственное время наблюдателя – это время его старения.

10. Мнимое время является «достоянием» всех систем живой и неживой природы, за исключением Вселенной. У Вселенной нет мнимого времени.

11. Общепризнанное космологическое время представляет собой собственное время Вселенной. Это время является общепризнанным по той причине, что Вселенная представляет собой всеобъемлющую материальную реальность, а все другие материальные реальности являются внутренними наблюдателями Вселенной.

12. У общепризнанного космологического времени нет определенного начала отсчета. Оно не имеет определенного начала отчета из-за того, что у Вселенной нет определенного времени возникновения. Тем не менее, стрела общепризнанного космологического времени отчетливо направлена в сторону увеличения.

Общепризнанное космологическое время, как собственное время всеобъемлющей материальной реальности, является единым для всех без исключения внутренних наблюдателей Вселенной, т.е. она представляет собой абсолютное время.

Заключение

Согласно открытию Хаблла, галактики, наблюдаемые с Земли, быстро удаляются от нашей галактики. Иными словами, по крайней мере, часть Вселенной, наблюдаемой с Земли, непрерывно расширяется. Казалось бы, непрерывно должна расширяться и вся сама Вселенная. На самом деле, однако, выяснилось, что это совсем не так. Теория целостности позволила выяснить, что Вселенная вполне может являться практически неизменной. Точнее, была доказано, что Вселенная всегда находилась, находится и будет находиться в одном единственном – неопределенном – состоянии динамического равновесия.

Теория целостности также позволила выяснить, что общепризнанное космологическое время представляет собой собственное время Вселенной, т.е. это время, которое показывают «часы Вселенной».

Английским физиком С. Хокингом в своей знаменитой книге «Краткая история времени», было показан что, если Вселенная не имеет границ, то стрела общепризнанного космологического времени будет направлена в сторону увеличения времени, и что общепризнанное космологическое время всегда будет стремиться плюс бесконечности.

В своем доказательстве С. Хокинг опирался на Общую теорию относительности А. Эйнштейна, Принцип неопределенности В. Гейзенберга, Второй закон термодинамики и открытия Хаббла.

Выше, с применением Теории целостности, мы доказали, что общепризнанное космологическое время действительно всегда будет стремиться плюс бесконечности.

Повседневные наблюдения убеждают нас, что общепризнанное космологическое время действительно стремится плюс бесконечности. Ведь мы помним прошлое, но не помним будущее! Так воспринимается это время не только нами – людьми, а всеми объектами живой и неживой природы, в которых происходят процессы становления и старения. А эти процессы происходят всюду: объектов, в которых не происходят процессы становления и старения в природе не существуют. Исключение составляет Вселенная, как всеобъемлющая материальная реальность. Она, как указывалось выше, всегда находилась, находится и будет находиться в одном единственном – неопределенном – состоянии динамического равновесия. У нее нет ни определенного времени начала, и ни определенного времени конца.

Итак, налицо факт, что общепризнанное космологическое время стремится плюс бесконечности! Теперь в этом, надо полагать, никто не сомневается.

Таким образом, как доказательство С. Хокинга, так и наше доказательство являются обоснованными.

Тот факт, что эти доказательства являются обоснованными, в первую очередь, еще раз подтверждает состоятельность Общей теории относительности и Принципа неопределенности. Вместе с тем, этим фактом подтверждается, как состоятельность логики, на которую С. Хокинг опирается в своем доказательстве, так и Теории целостности, используемой нами в доказательстве, приведенном выше.

В итоге, во-первых, показано, что у Вселенной нет границ. Во-вторых, подтверждена состоятельность следующего положения Теории целостности.

Согласно Общей теории Относительности у каждого наблюдателя имеется своя собственная единица измерения времени, которая является динамической величиной. Она зависит от скорости движения наблюдателя. Согласно Теории целостности, каждый объект живой и неживой природы имеет не только собственную единицу измерения времени, а единицы измерения всех без исключения показателей своего состояния. И что все эти единицы измерения являются динамическими величинами. Они зависят от состояния объекта. Следовательно, чтобы принимать такое же решение, какое сам объект принимает, определяя свое собственное состояние, мы должны измерить качества функционирования этого объекта в тех же единицах измерения, в каких он сам измеряет свое состояние. В частности, измерение состояния здоровья человека следует произвести в тех единицах измерения, какие организмом этого человека используются при определении своего состояния. Программа «Универсальный советчик принимающего решения (УСПР)», написанная на языке Mathcad, позволяет определять состояния объектов так, как ими самими свои состояния определяются[62]. Обоснование УСПР изложено [48].
Приложение 1.

Краткая история становления современных представлений о времени по С. Хокингу

Ниже изложена краткая история становления понятия «Время». Точнее, она представляет собой набор цитат, заимствованных из замечательной книги С. Хокинга «Кратная история времени».

Великих мыслителей издавна беспокоили вопросы: Откуда взялась Вселенная? Было ли у Вселенной начало, и если было, то, что происходило до этого? Как вообще Вселенная устроена?

Найти ответы на эти вопросы старался греческий философ Аристотель еще в 4-том веке до нашей эры.

Аристотель полагал, что центром Вселенной является Земля, которая, со своей стороны, представляет собой круглый неподвижный шар. Солнце, Луна, планеты и звезды обращаются вокруг нее по круговым орбитам.

Птолемей во II веке нашей эры развил идею Аристотеля в полную космологическую модель. Он, как и Аристотель, считал, что Земля стоит в центре Вселенной. Но, в отличие от Аристотеля, он полагал, что Земля окружена восемью сферами, несущими на себе Луну, Солнце и пять известных тогда планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн (рис. 1). Сами планеты, считал Птолемей, движутся по меньшим кругам, скрепленным с соответствующими сферами. Это объясняло тот весьма сложный путь, который, как мы видим, совершают планеты. На самой последней сфере располагаются неподвижные звезды, которые, оставаясь, в одном и том же положении относительно друг друга, движутся по небу все вместе как единое целое. Что лежит за последней сферой, не объяснялось, но, во всяком случае, это уже не было частью той Вселенной, которую наблюдает человечество.

Модель Птолемей просуществовал до начала 16 века нашей Эры. В 1514 году польский священник Николай Коперник предложил новую модель строения Вселенной. В отличие от Аристотеля и Птолемея Коперник полагал, что центром Вселенной является Солнце, которое стоит неподвижно , а Земля и другие планеты обращаются вокруг него по круговым орбитам. Теория Коперника нашла признание, когда в 1609 г. итальянец Галилео Галилей начал наблюдать ночное небо с помощью только что изобретенного телескопа. Направив телескоп на планету Юпитер, Галилей обнаружил несколько маленьких спутников, или лун, которые обращаются вокруг Юпитера. Это означало, что не все небесные тела должны обязательно обращаться непосредственно вокруг Земли, как считали Аристотель и Птолемей.

Идею Коперника поддержал и немецкий астроном Иоганн Кеплер. Правда, Кеплер модифицировал теорию Коперника. Он предположил, что планеты движутся не по окружностям, а по эллипсам. Это совпадало с результатами наблюдений. Но Кеплер, обнаружив почти случайно, что эллиптические орбиты хорошо согласуются с наблюдениями, так и не сумел примирить этот факт со своей идеей о том, что планеты обращаются вокруг Солнца под действием магнитных сил. Объяснение пришло лишь позднее, в 1687 г., когда Исаак Ньютон опубликовал свою книгу «Математические начала натуральной философии». В этой книге Ньютон выдвинул теорию движения материальных тел во времени и пространстве. Он разработал сложные математические методы, необходимые для анализа движения небесных тел и постулировал закон всемирного тяготения. Согласно этому закону всякое тело во Вселенной притягивается к любому другому телу с тем большей силой, чем больше массы этих тел и чем меньше расстояние между ними. Это то самая

Рис. 1

сила, которая заставляет тела падать на землю. Ньютон показал, что, согласно его закону, Луна под действием гравитационных сил движется по эллиптической орбите вокруг Земли, а Земля и планеты вращаются по эллиптическим орбитам вокруг Солнца. Закон Ньютона позволил с большой точностью предсказать орбиты Земли, Луны и планет. Если бы закон всемирного тяготения был иным, и сила гравитационного притяжения уменьшалась быстрее, чем по закону Ньютона, то орбиты планет были бы не эллипсами, а спиралями, сходящимися к Солнцу. Если же гравитационное притяжение убывало бы с расстоянием медленнее, то притяжение удаленных звезд оказалось бы сильнее притяжения Земли. Позже, чрезвычайно точные наблюдения за планетой Меркурий выявили небольшие расхождения между ее движением и предсказаниями теории тяготения. Общая теория относительности Эйнштейна подтвердила, что «Меркурий должен двигаться немного иначе, чем получается в теории Ньютона». Этот факт, стал одним из решающих подтверждений Общей теории относительности Эйнштейна. Однако, в утверждении этой теории еще большую роль сыграло следующее. Из законов Ньютона следует, что «единого эталона покоя не существует. Вы можете на равных основаниях утверждать, что тело А находится в покое, а тело В движется относительно тела А с постоянной скоростью или же что тело В, наоборот, покоится, а тело А движется. Предположим , например, что мы забыли о том, что наша планета вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца. Тогда, сидя в поезде, можно сказать, что земля покоится, а поезд несется на север со скоростью девяносто километров в час или же что поезд стоит на месте, а земля под ним убегает на юг со скоростью 90 километров в час. Если бы в этом поезде кто-нибудь экспериментировал с движущимися телами, то оказалось бы, что все законы Ньютона выполняются. Например, играя в поезде в настольный теннис, вы обнаружили бы, что траектория шарика подчиняется законам Ньютона, как если бы вы играли на неподвижном столе, и вы не могли бы сказать, что именно движется – поезд или земля.

Отсутствие абсолютного эталона покоя означает, что невозможно определить, произошли ли некие два события в одной и той же точке пространства, если известно, что они имели место в разные моменты времени. Пусть, например, наш теннисный шарик в движущемся поезде отскакивает от стола вертикально вверх и, падая вниз, ударяется через секунду о стол в той же точке. Тому, кто стоит у железнодорожного полотна, показалось бы, что точки соприкосновения шарика со столом разделены расстоянием в столько метров, сколько прошел поезд за время между подскоками. Следовательно, отсутствие абсолютного состояния покоя означает, что никакому событию нельзя приписать абсолютного положения в пространстве, как это полагал Аристотель. Положение событий в пространстве и расстояния между ними должны быть разными для наблюдателя, едущего в поезде, и для наблюдателя, который стоит рядом с проходящим поездом, и нет никаких оснований считать, что положения, фиксируемые одним из этих наблюдателей, более предпочтительны, чем положения, фиксируемые другим.

Таким образом, законы Ньютона указывали на отсутствие абсолютного положения в пространстве или, как его называли, абсолютного пространства. Но Ньютон, как и Аристотель, верили в абсолютное время. Иными словами, Аристотель и Ньютон считали, что временной интервал между двумя событиями можно однозначно измерить и что результат будет одинаков независимо от того, кто производит измерения, лишь бы у измеряющего были правильные часы. Время было полностью отделено от пространства и считалось не зависящим от него. В действительности, как выяснилось позже, такое представление о времени, основанное на «здравом смысле», не всегда справедливо. Точнее, оно относятся к сравнительно малым скоростям , но оно оказывается совершенно неуместно, когда скорости становятся близкими к скорости света.

То, что свет распространяется с конечной, хотя и очень большой скоростью, было установлено в 1676 г. датским астрономом Оле Христенсеном Рёмером. Однако настоящей теории распространения света не существовало до 1865 г., когда английский физик Джеймс Кларк Максвелл сумел объединить две частные теории, с помощью которых тогда описывали электрические и магнитные силы. Теория Максвелла предсказывала, что радиоволны и свет должны распространяться с некоторой фиксированной скоростью. Но поскольку теория Ньютона покончила с представлением об абсолютном покое, теперь, говоря о фиксированной скорости света, нужно было указать, относительно чего измеряется эта фиксированная скорость. В связи с этим было постулировано существование некой субстанции, названной «эфиром», которым наполнено все, даже «пустое» пространство. Световые волны распространяются в эфире так же, как звуковые в воздухе, и, следовательно, их скорость – это скорость относительно эфира. Наблюдатели, с разными скоростями движущиеся относительно эфира, должны видеть, что свет идет к ним с разной скоростью, но скорость света относительно эфира должна оставаться при этом неизменной. В частности, коль скоро Земля движется в эфире по своей орбите вокруг Солнца, скорость света, измеренная в направлении движения Земли (при движении в сторону источника света), должна превышать скорость света, измеренную под прямым углом к направлению движения (т. е. когда мы не движемся к источнику). В 1887 г. Альберт Майкельсон и Эдвард Морли поставили в Кливлендской школе прикладных наук очень точный эксперимент. Майкельсон и Морли сравнивали значение скорости света, измеренной в направлении движения Земли, с ее значением, измеренным в перпендикулярном направлении. К своему огромному удивлению, они обнаружили, что оба значения совершенно одинаковы!.

С 1887 по 1905 г. был сделан ряд попыток (наиболее известная из которых принадлежит датскому физику Хендрику Лоренцу) объяснить результат эксперимента Майкельсона и Морли тем, что все движущиеся в эфире объекты сокращаются в размерах, а все часы замедляют свой ход. Но в 1905 г. Альберт Эйнштейн и вслед за ним один из ведущих французских математиков Анри Пуанкаре показали, что «никакого эфира не нужно, если отказаться от понятия абсолютного времени. Аргументы, выдвинутые Эйнштейном, были ближе к физике, чем аргументы Пуанкаре, который подошел к этой задаче как к математической. Об Эйнштейне обычно говорят как о создателе новой теории, но и имя Пуанкаре связывают с разработкой важной ее части.

Фундаментальный постулат Специальной теории относительности, как стали называть новую теорию, состоял в том, что законы науки должны быть одинаковыми для всех свободно движущихся наблюдателей независимо от скорости их движения. Этот постулат был справедлив для законов движения Ньютона, но теперь он был распространен на теорию Максвелла и на скорость света; скорость света, измеренная любыми наблюдателями, должна быть одинакова независимо от того, с какой скоростью движутся сами наблюдатели. Из этого простого принципа вытекает ряд замечательных следствий. Самые известные из них – это, наверное, эквивалентность массы и энергии, нашедшая свое выражение в знаменитом уравнении Эйнштейна Е = mc² (где Е – энергия, m – масса, а с – скорость света), и закон, согласно которому ничто не может двигаться быстрее света. В силу эквивалентности массы и энергии, энергия, которой обладает движущийся объект, должна теперь добавляться к его массе. Другими словами, чем больше энергия, тем труднее увеличить скорость. Правда, этот эффект существенен лишь при скоростях, близких к скорости света. Если, например, скорость какого-нибудь объекта составляет 10% скорости света, то его масса - лишь на 0,5% больше нормальной, тогда как при скорости, равной 90% скорости света, масса уже в 2 раза превышает нормальную. По мере того как скорость объекта приближается к скорости света, масса растет все быстрее, так что для дальнейшего ускорения требуется все больше и больше энергии. На самом деле скорость объекта никогда не может достичь скорости света, так как тогда его масса стала бы бесконечно большой, а поскольку масса эквивалентна энергии, для достижения такой скорости потребовалась бы бесконечно большая энергия. Таким образом, любой нормальный объект в силу принципа относительности навсегда обречен двигаться со скоростью, не превышающей скорости света. Только свет и другие волны, не обладающие «собственной» массой, могут двигаться со скоростью света.

Другое замечательное следствие из постулата относительности – революция в наших представлениях о пространстве и времени. По теории Ньютона, если световой импульс послан из одной точки в другую, то время его прохождения, измеренное разными наблюдателями, будет одинаковым (поскольку время абсолютно), но пройденный им путь может оказаться разным у разных наблюдателей (так как пространство не является абсолютным). И поскольку скорость света есть пройденное светом расстояние, деленное на время, разные наблюдатели будут получать разные скорости света. В теории относительности же все наблюдатели должны быть согласны в том, с какой скоростью распространяется свет. И коль скоро у них нет согласия в вопросе о расстоянии, пройденном светом, у них не должно быть согласия и в том, сколько времени шел свет. (Время прохождения – это пройденное светом расстояние, относительно которого нет согласия у наблюдателей, деленное на скорость света, относительно которой все согласны). Иными словами, теория относительности покончила с понятием абсолютного времени! Оказалось, что у каждого наблюдателя должен быть свой масштаб времени, измеряемого с помощью имеющихся у него часов, и что показания одинаковых часов, находящихся у разных наблюдателей, не обязательно согласуются.

Всякий наблюдатель может определить, где и когда произошло какое-нибудь событие, методом радиолокации, послав световой импульс или импульс радиоизлучения. Часть посланного сигнала в конце пути отразится назад, и наблюдатель измерит время возврата эхо-сигнала. Временем события будет середина интервала между посылкой сигнала и его возвращением: расстояние до события равно половине времени, затраченного на прохождение туда и обратно, умноженной на скорость света. (Под событием здесь понимается нечто, происходящее в определенной точке пространства в определенный момент времени). Все сказанное поясняется пространственно-временной диаграммой, представленной на рис. 2. При изложенном методе наблюдатели, перемещающиеся

Рис. 2

относительно друг друга, припишут одному и тому же событию разное время и положение в пространстве. Ни одно из измерений, произведенных разными наблюдателями, не будет правильнее других, но все они будут связаны между собой. Каждый наблюдатель может точно вычислить, какое время, и какое положение в пространстве припишет событию любой другой наблюдатель, если известна скорость второго наблюдателя относительно первого.

Для точного определения расстояний сейчас пользуются именно таким методом, потому что время мы умеем измерять точнее, чем длину. Теперь не нужно вводить эфир, присутствие которого, кстати, как показал опыт Майкельсона - Морли, и невозможно обнаружить. Однако теория относительности вынуждает нас к фундаментальной смене представлений о пространстве и времени. Нам приходится принять, что время не отделено полностью от пространства и не независимо от него, но вместе с ним образует единый объект, который называется пространством-временем.

В теории относительности нет реального различия между пространственными и временными координатами, как нет различия между двумя любыми пространственными координатами. Можно перейти к новой системе координат, в которой, скажем, первая пространственная координата будет комбинацией первой и второй старых пространственных координат. Например, вместо того чтобы задавать положение точки на поверхности Земли, измеряя в километрах расстояние до нее к северу и к западу от какой-то площади A, можно было бы откладывать расстояние от той же площади A, но к северо-востоку и к северо-западу. Аналогичным образом в теории относительности можно ввести новую временную координату, которая была бы равна сумме старого времени (измеренного в секундах) и расстояния (в световых секундах) к северу от Площади A. Четыре координаты какого-либо события можно рассматривать как координаты, определяющие положение этого события в четырехмерном пространстве, которое называется пространством-временем.

Специальная теория относительности позволила объяснить постоянство скорости света для всех наблюдателей (установленное в опыте Майкельсона и Морли) и правильно описывала, что происходит при движении со скоростями, близкими к скорости света. Однако новая теория противоречила теории гравитации Ньютона, согласно которой объекты притягиваются друг к другу с силой, зависящей от расстояния между ними. Последнее означает, что, если сдвинуть один из объектов, сила, действующая на другой, изменится мгновенно. Иначе говоря, скорость распространения гравитационных эффектов должна быть бесконечной, а не равной (или меньшей) скорости света, как того требовала теория относительности. С 1908 по 1914 г. Эйнштейн предпринял ряд безуспешных попыток построить такую модель гравитации, которая согласовалась бы со Специальной теорией относительности. Наконец в 1915 г. он опубликовал теорию, которая сейчас называется Общей теорией относительности. Эйнштейн высказал предположение революционного характера: гравитация – это не обычная сила, а следствие того, что пространство-время не является плоским, как считалось раньше; оно искривлено распределенными в нем массой и энергией. Такие тела, как Земля, вовсе не принуждаются двигаться по искривленным орбитам гравитационной силой; они движутся по линиям, которые в искривленном пространстве более всего соответствуют прямым в обычном пространстве и называются геодезическими. Геодезическая линия – это самый короткий (или самый длинный) путь между двумя соседними точками. Например, поверхность Земли есть искривленное двумерное пространство. Геодезическим на Земле называется большой круг, который и является самым коротким путем между двумя точками (рис. 3). Поскольку самый короткий путь между двумя аэропортами – по геодезический, диспетчеры всегда задают пилотам именно такой маршрут. Согласно общей теории относительности, тела всегда перемещаются по прямым в четырехмерном пространстве-времени, но мы видим, что в нашем трехмерном пространстве они движутся по искривленным траекториям. В этом можно убедиться, например, понаблюдав за самолетом над холмистой местностью. Сам он летит прямо в трехмерном пространстве, а его тень перемещается по кривой на двумерной поверхности Земли. Масса Солнца так искривляет пространство-время, что, хотя Земля движется прямо в четырехмерном пространстве, мы видим, что в нашем трехмерном пространстве она движется по круговой орбите. Орбиты планет, предсказываемые Общей теорией относительности, почти совпадают с предсказаниями Теории тяготения Ньютона. Однако в случае Меркурия, который, будучи ближайшей к Солнцу планетой, испытывает самое сильное действие гравитации и имеет довольно вытянутую орбиту, Общая теория относительности предсказывает, что большая ось эллипса должна поворачиваться вокруг Солнца примерно на один градус в десять тысяч лет. Несмотря на его малость, этот эффект был замечен еще до 1915 г. и рассматривался как одно из подтверждений теории Эйнштейна. В последние годы радиолокационным методом были измерены еще меньшие отклонения орбит других планет от предсказаний Ньютона, и они согласуются с предсказаниями Общей теории относительности.

Лучи света тоже должны следовать геодезическим линиям в пространстве-времени. Искривленность пространства означает, что свет уже не распространяется прямолинейно. Таким образом, согласно обшей теории относительности, луч света должен изгибаться в гравитационных полях, и, например, световые конусы точек, находящихся вблизи Солнца, должны быть немного деформированы под действием массы Солнца.

Рис. 3

Это значит, что луч света от далекой звезды, проходящий рядом с Солнцем, должен отклониться на небольшой угол, и наблюдатель, находящийся на Земле, увидит эту звезду в другой точке (рис. 4). Конечно, если бы свет от данной звезды всегда проходил рядом с Солнцем, мы не могли бы сказать, отклоняется ли луч света или же звезда действительно находится там, где мы ее видим. Но вследствие обращения Земли все новые звезды заходят за солнечный диск, и их свет отклоняется. В результате их видимое положение относительно остальных звезд меняется. В нормальных условиях этот эффект очень труден для наблюдения, так как яркий солнечный свет не позволяет видеть звезды, находящиеся на небе рядом с Солнцем. Но такая возможность появляется во время солнечного затмения, когда Луна перекрывает солнечный свет. В 1915 г. английская экспедиция в Западной Африке, наблюдавшая там солнечное затмение, показала, что свет действительно отклоняется Солнцем так, как и предсказывала теория. Впоследствии отклонение света Солнцем было точно подтверждено целым рядом наблюдений.

Еще одно предсказание общей теории относительности состоит в том, что вблизи массивного тела типа Земли время должно течь медленнее. Это следует из того, что должно выполняться определенное соотношение между энергией света и его частотой (т. с. числом световых волн в секунду): чем больше энергия, тем выше частота. Если свет распространяется вверх в гравитационном поле Земли, то он теряет энергию, а потому его частота уменьшается. (Это означает, что увеличивается интервал времени между гребнями двух соседних волн). Наблюдателю, расположенному на большой высоте, должно казаться, что внизу все происходит медленнее. Это предсказание было проверено в 1962 г. с помощью двух очень точных часов, расположенных: одни на самом верху водонапорной башни, а вторые – у ее подножья.

Оказалось, что нижние часы, которые были ближе к Земле, в точном соответствии с общей теорией относительности шли медленнее. Разница в ходе часов на разной высоте над поверхностью Земли приобрела сейчас огромное практическое значение в связи с появлением очень точных навигационных систем, работающих на сигналах со спутников. Если не принимать во внимание предсказаний общей теории относительности, то координаты будут рассчитаны с ошибкой в несколько километров!

Рис. 4

Законы движения Ньютона покончили с абсолютным положением в пространстве. Теория относительности привела нас к необходимости введения понятия «Собственное время наблюдателя».

Приложение 2.

Современное состояние проблемы времени

Время «самое распространенное свойство окружающего нас мира. Трудно найти объект или понятие, не имеющие отношения ко времени» [20]. Вместе с тем вряд ли «имеется другое такое понятие, в отношении которого сосуществовали бы столь различные и даже взаимоисключающие представления. Вот некоторые из распространенных представлений о времени.

Время не существует; оно есть только субъективное ощущение.

Время - объективная реальность, являющаяся, как и пространство, формой бытия материи.

Время - лишь удобный способ описания движения тел и происходящих в мире процессов.

Время - причина движения тел и протекающих процессов.

Время абсолютно, оно ни от чего не зависит и одинаково для всех систем.

Время относительно, оно свое для каждой системы.

Время - мера строго повторяемых (циклических) процессов, которые реализуются только в неизменяющихся системах.

Время - мера изменчивости систем; в неизменяющихся системах время не течет.

Время обратимо, поскольку базисные уравнения физики не меняются при изменении знака времени).

Время существенно необратимо, ибо весь человеческий опыт свидетельствует, что будущее отличается от прошлого, и что кинофильм, пущенный в обратную сторону, во многом не реалистичен.

Время может быть математически описано как скалярная переменная величина, одинаковым образом меняющаяся во всех точках трехмерного физического пространства.

Время может быть описано как одно из направлений в четырехмерном многообразии, именуемом пространством-временем, причем это направление, вообще говоря, свое для каждой физической системы.

В общем, ситуация вокруг проблемы времени ныне остается такой же, какой она была еще несколько веков назад» [12]

Большинство известных представлений о времени укладываются в две принципиально разные концепции времени - реляционную и субстанциональную [13, 14, 33]. Различаются эти концепции трактовкой взаимоотношения времени и физической материи (к последней относятся вещество и физические поля). Согласно реляционной концепции в природе нет никакого времени самого по себе, а время - это всего лишь отношение или система отношений между физическими событиями, иначе говоря, время есть специфическое проявление свойств физических тел и происходящих с ними изменений. Другая концепция - субстанциональная - наоборот, предполагает, что время представляет собой самостоятельное явление природы, как бы особого рода субстанцию, существующую наряду с пространством, веществом и физическими полями. Реляционная концепция времени обычно связывается с именами Аристотеля, Г.В.Лейбница, А.Эйнштейна. Наиболее яркими выразителями субстанциональной концепции времени являются Демокрит, И.Ньютон и из современных ученых - Н.А.Козырев» [12]. Обе эти концепций времени подробно проанализированы в работах[13, 14]. Авторы обеих работ приходят к одним и тем же выводам:

1. Ни одна из рассмотренных двух концепций не имеет преимущества перед другой.

2. Обе концепция времени нуждаются в дальнейшей проработке.

Сложность построения физической теории времени на основе реляционной концепции состоит в следующем.

Реляционная концепция предполагает, что время полностью определяется физической материей. Ввиду этого в рамках такой теории время должно выражаться через какие-то характеристики процессов, происходящих в физических системах. «Но тогда само понятие процесса должно быть определено до введения представления о времени и независимо от него. Однако, трудно представить себе, как можно сформулировать определение процесса без обращения к понятию времени, в частности, без использования таких характеристик процесса, как его продолжительность или скорость его протекания. Заметим, что аналогичная ситуация возникла бы и при разработке реляционной концепции пространства. Тут потребовалось бы сформулировать определение физической системы до введения представления о пространстве, то есть без упоминания даже такой простейшей характеристики системы, как ее пространственный размер. Совершенно не ясно, как это можно сделать.

Существенное затруднение при построении физической теории времени на базе субстанциональной концепции заключается в необходимости ответить на вопрос: "Каким образом временная субстанция передает свои свойства физической материи?" [12].

В работе А.М. Заславского -«Загадочное и бессмысленное. О моделях времени в естествознании» - анализируются некоторые современные модели времени. «Когда мы хотим исследовать какие – то сущности или процессы, - пишет А.М. Заславский - то начинаем с построения соответствующей модели. Это может быть как вполне осязаемая, так и чисто умозрительная конструкция. Но в том или ином виде модель присутствует всегда, заменяя собой сложный и часто недоступный для восприятия объект исследовании [35].

Всю совокупность известных физических теорий А.М. Заславский рассматривает как систему отношений, описывающих геометрическую модель реальности. Он считает, что эта модель «оказалось чрезвычайно эффективной при выводе физических законов и установлении связей между ними. Однако попытки использовать ее для установления связи между физическими законами и феноменологическими свойствами времени нельзя назвать успешными» [35].

Геометрической моделью времени, согласно ему, продолжительность во времени отождествляется «с протяжённостью в пространстве. Она базируется на предположении о существовании объектов, чьё состояние в пространстве отображает ход времени так, что равным промежуткам времени соответствуют равные отрезки траекторий этих объектов или их элементов. Такими объектами для Галилея и Ньютона были абстрактные тела, движущиеся по инерции при абсолютном отсутствии взаимодействий с другими телами. В теории относительности в качестве такого объекта рассматривается квант света – фотон…

Законы движения классической, релятивистской и квантовой физики инвариантны к изменению направления времени. Но это не отвечает нашей интуиции и поэтому вызывает чувство незавершённости физических теорий. Действительно, интуиция отвергает, как немыслимый, эксперимент, в котором разбившаяся тарелка чудесным образом возникает из впрыгнувших на стол и соединившихся осколков. Интуиция настаивает на том, что время это необратимый поток событий, а геометрическая модель лишь отображает интенсивность этого потока в пространстве…

Характерным для геометрической модели является такое представление о природе реальности, при котором физические законы рассматриваются как следствия законов геометрии и опыта, устанавливающих взаимные отношения координат различных объектов и их производных в один и тот же момент времени. Казалось бы, совершенно естественной в этой системе взглядов выглядит гипотеза о том, что этими же законами объясняется та необратимая всеобщая упорядоченность событий, которую Эддингтон назвал стрелой времени» [35].

Далее А.М. Заславский рассматривает ряд современных моделей времени.

Модель С. Хокинга

Стивен Хокинг исследует противоречие между инвариантностью к направлению времени законов науки и огромным психологическим различием между прошлым и будущим в нашем сознании. С. Хокинг, как указывалось в параграфе 1, рассматривает три стрелы времени: термодинамическую, проявляющуюся в увеличении энтропии, космологическую, проявляющуюся в том, что вселенная расширяется, а не сжимается и психологическую, вследствие которой мы помним прошлое, а не будущее…

Теория, разработанная Хокингом, предсказывает неизменное направление термодинамической стрелы, как в фазе расширения, так и в фазе сжатия. Но расширение характеризуется «сильной стрелой». Напротив, в фазе сжатия беспорядок увеличивается очень мало.

Модель Р. Пенроуза

Роджер Пенроуз считает, что необратимость времени объясняется временной асимметрией процедуры редукции волновой функции… С точки зрения Р. Пенроуза редукция волновой функции происходит по объективным причинам, не зависящим от сознания наблюдателя.

Модель Пенроуза … базируется на трёх основных положениях.
1. Редукция волновой функции применима только в направлении от прошлого к будущему. Эта процедура пригодна только для расчёта вероятностей будущих событий исходя из прошлых событий.

2. Процедура редукции не зависит от присутствия наблюдателя и его сознания.

3. Редукция волновой функции происходит вследствие такого искривления пространства-времени, при котором неизбежно нарушаются правила квантовой линейной суперпозиции…

Пенроуз считает, что для описания квантовых процессов в искривлённом пространстве-времени не годится математический аппарат линейной квантовой механики.

Модель Пенроуза, также как и модель Хокинга, по мнению А.М. Заславского, «обходит стороной вопрос о причинной связи законов движения с упорядоченностью моментов времени. Главной задачей этих моделей является анализ референтов времени» [35]. Референт времени, согласно А.П. Левичу, представляет собой «природный процесс, явление, «носитель», свойства которого могут быть отождествлены или корреспондированы со свойствами, приписываемыми феномену времени» [17].

Модель И. Пригожина

Решение парадокса времени Илья Пригожин видит в существовании динамического хаоса, как на макро, так и на микроскопическом уровне. Все динамические системы, согласно его представлениям, делятся на два больших класса – обратимые, которые могут быть описаны в терминах траекторий, и необратимые (хаотические), которым соответствует несводимое описание. Несводимость описания хаотических систем означает невозможность перехода от вероятностного описания их поведения к детерминированному описанию в терминах траекторий.

И.Пригожин предложил феноменологическая модель времени, «содержание которой очень образно передаёт аналогия с переохлаждённой жидкостью на пороге перехода в кристаллическое состояние. В этой жидкости неопределённо долго можно наблюдать флуктуации, приводящие к образованию крохотных кристаллов, которые, то появляются, то снова растворяются. Но вот образуется крупный кристалл, система теряет устойчивость и происходит необратимое событие: кристаллизация всей жидкости. В состоянии равновесия макроскопического эффекта - стрелы времени – не существует. Она проявляется с процессом, который приводит к необратимому образованию кристалла. «Аналогично, очень малая вероятность критической флуктуации в вакууме Минковского указывает на то, что стрела времени уже существует в нём в латентной, потенциальной форме, но проявляется, только когда неустойчивость приводит к рождению новой Вселенной. В этом смысле время предшествует существованию Вселенной» [35].

Обратимый динамический процесс не может претендовать на роль референта времени из-за отсутствия в нём требуемой асимметрии. Однако неустойчивый необратимый процесс, хотя и обладает требуемой асимметрией, не может быть использован для измерения времени. Его состояния не могут быть использованы в качестве численных значений моментов времени вследствие экспоненциального расхождения любых, сколь угодно близких вначале, траекторий и их бесконечного перепутывания, как это имеет место в странных аттракторах. «Чтобы вопросы, задаваемые нами системе, имели физический смысл, они должны допускать устойчивые, т.е. грубые, ответы. Именно поэтому в подобных ситуациях мы вынуждены обращаться к статистическому описанию, остающемуся в силе при произвольных временах». Но для получения статистического описания требуются эксперименты и устойчивые измерения во времени. Не существует статистического описания чего-либо вне времени или в один единственный момент времени. Иными словами, несводимое описание неустойчивого динамического процесса уже подчинено временному определению статистического метода. Во всех случаях это временное определение достигается с помощью устойчивых обратимых периодических процессов, которые сами по себе требуют изначального определения во времени.

Таким образом, динамические процессы не могут быть определены вне времени. Поэтому стрела времени не может быть следствием физических законов, описывающих динамику классических, релятивистских или квантовых систем» [35].

В работе А.М. Заславского рассматриваются и другие модели времени. Однако, вышеизложенное дает нам достаточно полное представление о современном состоянии проблемы времени.

Литература

1.Stephen W. Howking A brief history of time. – London. – 1988 . 74 Хокинг С. Краткая история времени: От большого взрыва до черных дыр. / Пер. с англ. Н. Смородинской. — СПб.: Амфора, 2001. – 201 с.

2. Никитин Е.Е., Питаевский Л.П. Мнимое время и метод Ландау: вычисления квазиклассических элементов.–М.:-1993.–УФН.–Т.163,-№ 9. – С.101-103

3. Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. М.: - Едиториал УРСС, 2003. – 204 с.

4. Вейль Г. Пространство, время, материя. Лекции по общей теории относительности / Пер. с нем. В.П. Визгина: - Рос. Акад. Наук. Ин -т истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова. -5 –ое изд., перераб. – М.: - Янус. – 1996. – 472 с.

5. Чуев А.С. Физическая картина мира в размерности «длина-время». -М.: - СИНТЕГ. -1999. – 96 с.

6. Евсюпов В.В. Мифы о Вселенной. – Новосибирск. – Наука. -1995

7. Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. – М.; - Наука. – 1990. – 166 с.

8. Zhoirblis V.E. On the way to understanding of the time phenomena: the constructions of time in natural science. // World Scientific. –Vol. 3 . Part 2. – 1996. – 142 – 182 p. ; Препринт № 33. – М.: - МНЕЦ ВЕНТ. – 1993.

9. Ортега Л. Спираль времени. // Журнал «Сознание и физическая реальность». –М.: - Изд. –во ФОЛИУМ. – Том. 1, № 1-2. – 1996. – С. 60 -65

10. Дульнев Г.И. От Ньютона и термодинамики к биоэнергоинформатике. // Журнал «Сознание и физическая реальность». –М.: - Изд. –во ФОЛИУМ. – Том. 1, № 1-2. – 1996. – С. 93 -97.

11. Князева Е. Н., Курдюмов С. П. Синергетика: нелинейность времени и ландшафты коэволюции. – М., - КомКнига, - 2007

12. Шихобалов Л.С. Время – загадка мироздания. // New Energy Technologies. -№ 3. - 2001.- P . 3 – 5.

13. Молчанов Ю.Б. Проблема времени в современной науке. – М.: - Наука, - 1990. – 136 с.

14. Шихобалов Л.С. Время: субстанция или реляция? // Вестник Санкт-Петербургского отделения Российской Академии естественных наук. – 1997 . - № 1. – С. 369 - 377

15.Левич А.П. Научное постижение времени // Вопросы философии. – 1993 - № 4, - С. 115 -124

16. Альберт Эйнштейн. Физика и реальность, сб. статей. – М.: -Наука, -1965. – 40 с.

17. Левич А.П.. Природные референты «течения» времени: становление как изменение количества субстанции. // Философия науки. - Вып. 6.- М.: - Изд-во ИФ РАН. – С. 48-53.

18. Пенроуз Р. Новый ум короля: О компьютерах, мышлении и законах физики. – М.: Едиториал УРСС, - 2003. – 288 с.

19.Молчанов В. И. Время и сознание. Критика феноменологической философии. - М.: Высш. шк., - 1998.

20. Коганов А.В. Время как объект науки.// «Мир измерений».- № 2-3. – М.: – 2002.- С. 18-22. – НИИСИ РАН.

21. Доич Д. Структура реальности / Пер. с англ. Н.А. Зубченко. – Ижевск, - НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика2.- 2001. – 291 с.

22. Zaslavsky A. The system of time and its own worlds. – A conference “Quantum Mind 2003: Consciousness, Quantum Physics and the brain” – March 15-19, - 2003/ - The University of Arizona, Tucson, Arizona.

23.Левич А.П. Конструкция времени в естествознании: на пути пониманию феномена времени. Часть 1. Междисциплинарные исследования.- М: - Изд-во МГУ. – 1996, С.9-27.

24. Алексеев В.П. Вектор времени в таксономическом континууме // Вопросы антропологии.- 1975. – Вып. 49. - С. 65-77

25.Вернадский В.И. Размышления натуралиста. Пространство и время в живой и неживой природе. – М.: - 1975

26. Казарян В.П. Понятие времени в структуре научного знания. – М.: - 1980

27. Козырев Н.А. Причинная механика и возможность экспериментального исследования свойств времени//История и методология естественных наук. – Вып. 2. – М.: – 1963. – С. 95-113.

28. Козырев Н.А. Время как физическое явление // Моделирование и прогнозирование в биоэкологии. – Рига. – 1982. – С. 59-72.

29. Николенко А.Д. Тайны времени // Эпиология. – 2006. – 3 2 (22) – С. 3-13

30. Николенко А.Д. Пространственно-временной континуум и движение времени // Физика сознания и жизни, космология и астрофизика. – 2005. - № 1. С. 51-64

31.Николенко А.Д. Что такое движение времени // Эпиология. -2005. - № 4 (20). С. 27-32

32. Николенко А.Д. Течение времени: условность или физическая реальность? К вопросу идентификации темпорального процесса в специальной теории относительности // Физика сознания и жизни, космология и астрофизика. – 2005. - № 4. С. 47-53

33. Левич А.П. Время как изменчивость естественных систем: способы количественного описания изменений и порождение изменений субстанциональными потоками // Конструкция времени в естествознании: на пути пониманию феномена времени. Часть 1. Междисциплинарные исследования.- М: - Изд-во МГУ. – 1996, - С. 235-288.

34. Хокинг С., Пенроуз Р. Природа пространства и времени. – Ижевск. – НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика».- 2000.- 160 с.

35.Заславский А.М. Загадочное и бессмысленное. О моделях времени в естествознании. www.chronos.msu.ru/RREPORTS/zaslavsky_zagadoch.html

36. Усманов З.Д. Моделирование времени. М.: -Знание. – 1991. – Серия: Математика, кибернетика. - № 4. - 47 с.

37.Михайловский Г.Е. Биологическое время, его организация, иерархия и представления с помощью комплексных величин // Конструкция времени в естествознании: на пути пониманию феномена времени. Часть 1. Междисциплинарные исследования.- М: - Изд-во МГУ. – 1996, С.112-134.

38. Саврухин А.П. Природа элементарных частиц и золотое сечение. http://savrukhin.narod.ru

39.38.Маневич Л.И. Обратимость и стрела времени: между порядком и хаосом. Часть 1. Феноменология необратимости. – М.: - СОЖ. - № 11. -1997. - С. 64-69.

40. Маневич Л.И. Обратимость и стрела времени: между порядком и хаосом. Часть 2. Динамический аспект. – М.: - СОЖ. - №1. -1997. - С. 64-68.

41. Гулидов А.И., Наберухин Ю.И. Существует ли «стрела времени»? // Философия науки

// Сибирское отд. РАН. - № 2 (17). -2003

42. Черепанов С.К. К вопросу о номологическом обосновании стрелы времени // Философия науки. // Сибирское отд. РАН. - № 1 (7). - 2000

43. Бюннинг Э. Ритмы физиологических процессов (Физиологические часы) / Пер. с нем. под ред. И.И. Гунара. М.: ИЛ, 1961.

44.Биологические часы / Пер. с англ. под ред. С.Э. Шноля. М.: Мир, 1964.

45.Шноль С.Э. Биологические часы (краткий обзор хода исследований и современного состояния проблемы биологических часов). www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/128.htmi

46. Хайдеггер М. Время и бытие, в сб. Время и бытие: Статьи и выступления: Пер. с нем. – М.: Республика, 1993. – 392 с.

47. Войтенко в.П. Время и часы как проблема теоретической биологии //Вопросы философии.- М.: - 1985. -№ 1. – С. 73-82.

48. Хускивадзе А.П. Мироустройство. – Медицинская библиотека сервера Medlinks.ru, - 2010, - 110 с. (Книга также опубликована на сайте Московского международного синергетического форума по адресу: http://www.synergetic.ru/books/miroustroystvo.html ).

49. Haken H., Graham R. Synergelik – Die Lehre vom Zusammenwirken. 11 Umschau. 1971. vol. 6. S. 191

50. Хакен Г. Синергетика. – М.: - Мир - 1980 – 404 с.

51. Haken H. Principles of Brain Functioning. A Synergetic Approach to Brain Activity. Behavior and Cognition. in, Springer.- 1996

52. Хакен Г . Самоорганизующееся общество. // Будущее России в зеркале синергетики. - М.:

-КомКнига, - 2006.

53. Данилов Ю.А. Роль и место синергетики в современной науке. – Российский научный центр «Курчатовский институт», - ММСФ

54. Князева Е. Н., Курдюмов С. П. «Основания синергетики. Синергетическое мировидение». - М.:

- КомКнига, - 2005. (Изд. 3, доп. М.: ЛИБРОКОМ/УРСС, 2010).

55. Князева Е. Н., Курдюмов С. П. «Основания синергетики. Человек, конструирующий себя и свое будущее». - М.: - КомКнига, 2006.

56. Князева Е. Н., Курдюмов С. П. Синергетика: нелинейность времени и ландшафты коэволюции. – М., - КомКнига, - 2007

57. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Жизнь неживого с точки зрения синергетики.- В сб. «Синергетика», - Т. 3.- М:, - МГУ.- 2000. – С. 39-61

58. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. – М:, - Наука.- 1994. – 236 с.

59. Никлас Луман " Почему необходима "системная теория?" - Terpsta's Luhmann Web Page

60. Буданов В.Г. Синергетическая алгебра гармонии, ММСФ. http://www.synergetic.ru/science/sinergeticheskaa-algebra-garmonii.html

61. Гуревич И.М. О познаваемости сложных систем: познаваема ли Вселенная? – М.: - Наука и культура. – 2004. www.pereplet.ru./text/gurevich/gurevich.html

62. Хускивадзе А.П. Универсальный советчик принимающего решения (УСПР). - Федеральный Институт Промышленной Собственности Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам РФ. - Компьютерные программы. – Программа № 2010 613703.

63. Саврухин А.П. Природа элементарных частиц и золотое сечение. http://savrukhin.narod.ru

64.Марутаев М.А. Гармония как закономерность природы //Золотое сечение. – М.; - Стройиздат.- 1999. – С. 130 -233

65. Шевелев И.Ш. , Марутаев М.А. , Шмелов И.П. Золотое сечение. Три взгляда на природу гармонии. – М.: - Стройиздат. – 1990. – 342 с.

66. Бутусов К.П. Золотое сечение в Солнечной системе. –АН СССР. – Астрономия и небесная механика. – Серия: Проблема исследования Вселенной. – вып. 7. – Москва –Ленинград. – 1978. – С. 475 – 500.

67. Пригожин И. Стенгерс И. Порядок из хаоса. – М.: - Прогресс, - 1986

68. Голубев С.Н. Биоструктуры как фрактальное отображение квазикристалической геометрии. // Журнал «Сознание и физическая реальность». –М.: - Изд. –во ФОЛИУМ. – Том. 1, № 1-2. – 1996. – С. 85 -92.

69. Афанасьев В.Г. О целостных системах. / Вопросы философии. -1980. № 6.- С. 62 – 78

70..Сель Г. Стресс без стресса. – М.: - Прогресс. – 1979. – 123 с.

71. Тигранян Р.А. Стресс и его значение для организма. – М.: - наука. – 1968. – 176 с.

03.08.2012

Amiran P. Khuskivadze

The measuring in the live and lifeless nature, the arrow of time and the Our reality: was or not Big Bang?

Abstract

In article it is shown that each system of the live and lifeless nature has its own arrow of time and its own units of measure. It is confirmed the solvency of the proof of known English physicist S. Hawking which has shown that if the Universe does not have boundaries the arrow of conventional cosmological time will be always directed towards time magnification. It is proved that the Universe really does not have boundaries, and that the Universe does not have certain time of the beginning and certain time of the disappearance. It is proved that the arrow of time of all without an exception of open systems at first is directed towards magnification, during any time it is uncertain and, at last, it turns towards time reduction.

In article also it is shown that the own units of measure of each system depend on a state of this system, i.e. they are dynamic quantities. The measuring yielded with these unities can be the most exact in a period when the arrow of time of system is uncertain. In particular, in a human body of age from 25 till 45 years in a normal state always it is yielded most precise measurements.

ა. პ. ხუსკივაძე

გაზომვები ცოცხალ და არა ცოცხალ ბუნებაში, დროის ისარი და ჩვენი სინამდვილე: იყო თუ

არა ნამდვილად დიდი აფეთქება?

ანოტაცია

სტატიაში ნაჩვენებია, რომ ცოცხალი და არაცოცხალი ბუნების ყოველ სისტემას გააჩნია თავისი საკუთარი დროის ისარი და საკუთარი გაზომვის ერთეულები. დადასტურებულია სამართლიანობა ცნობილი ინგლისელი ფიზიკოსის ს. ხოკინგის მტკიცებისა, რომლის თანახმად, თუ სამყაროს არ გააჩნია საზღვრები, საყოველთაოდ აღეარებული კოსმოლოგიური დროის ისარი ყოველთვის მიმართული უნდა იყოს დროის ზრდის მხარეზე. დამტკიცებულია, რომ სამყაროს მართლაც არ გააჩნია საზღვრები, და რომ სამყაროს არა აქვს არც გარკვეული დასაწყისი და არც გარკვეული დასასრული.დამტკიცებულია, რომ ყოველი ღია სისტემის საკუთარი დროის ისარი დასაწყისში მიმართულია დროის ზრდის მხარეზე, დროის რაღაც ეტაპზე იმყოფება განურკვეველ მდგომარეობაში, და ბოლოს მობრუნდება დროის შემცირების მხარეზე.

სტატიაში აგრეთვე ნაჩვენებია, რომ ყოველი სისტემის საკუთარი გაზომვის ერთეულლები დამოკიდებული არიან ამ სისტემის მდგომარებისაგან, ე.ი. ისინი არიან დინამიკური სიდიდეები. ყველაზე ზუსტი გაზომვები ამ ერთეულების გამოყენებით შეიძლება შესრულდეს იმ პერიოდში, როცა სისტემის საკუთარი დროის ისარი იმყოფება განურკვეველ მდგომარეობაში. მაგალითად, ნორმალურ მდგომარეობაში ადამიანის ორგანიზმში 25 დან 45 წლის ასაკში ყოველთვის სრულდება ასეთი გაზომვები.