Arutsev Alexander Artemievich, Ermolaev Boris Valerievici, Kutateladze Irakly Otarovici, Slutsky Mihail Semenovici
Ce este timpul, toată lumea știe, ca totul. Dar nici o persoană nu poate da conceptului de "timp" o definiție verbală neechivocă, fără a recurge la formulări precum "untul de petrol". Și acesta este semnificația științifică profundă: în conformitate cu faimoasa teoremă a lui Gödel despre incompletența descrierii axiomatice, construcțiile tautologice similare reprezintă o caracteristică inevitabilă a oricărui vocabular finit.
Nu este așa, toată lumea care încearcă să răspundă la această întrebare are o dificultate similară? Când ne gândim la timp, există un sentiment că acest flux irezistibil care implică toate evenimentele. Experiența umană milenară a arătat că fluxul de timp este neschimbat. Se pare că nu poate fi încetinită sau accelerată. Și cu siguranță, nu poate fi inversată. Mult timp conceptul a avut doar o reprezentare intuitivă a oamenilor și subiectul raționamentului abstract, filozofic.
Dar Richard Feynman a dat cursurile sale despre fizică o "definiție" foarte simplă a timpului: "Timpul este un ceas".
Profesorul prof. L. V. Shcherba, profesor de filologie, a venit cu o expresie amuzantă, care a devenit rapid un manual: "Glokaya kuzdra a bătut bokra și și-a croit partea." Această expresie sună complet în limba rusă, toate cuvintele care o compun sunând complet rusesc; în plus, înțelegem în mod clar sensul imaginii încorporate în ea. Și asta - în ciuda faptului că nici un singur cuvânt, luat de el însuși, nu are sens.
Sensul acestei fraze, am fost capabili să înțeleagă, pentru că orice limbă - nu este doar un set de cuvinte, fiecare dintre care are o anumită valoare, și un set de cuvinte care au un anumit design și combinate între ele, în conformitate cu anumite reguli, care oferă limbajul ca o întreagă structură semantică. "Un scrub lucios" nu poate fi literalmente tradus în nici o limbă a lumii; dar, se pare că, în orice limbă vă puteți gândi la o frază care are același înțeles.
Natura vorbeste de asemenea limba proprie, dar in ea rolul cuvintelor este interpretat de diverse obiecte materiale care interactioneaza unul cu altul in conformitate cu regulile pe care le numim legi. Aceste legi permit limbajului științei să transmită semnificația a ceea ce spune natura, în ciuda faptului că niciunul dintre cuvintele sale nu poate fi literalmente tradus în limba umană. Adică, orice om de știință este ca un interpret care cunoaște doar regulile gramaticii unei limbi străine și încearcă din greu să-și transmită vocea sa netranslatabilă a cuvintelor naturii (VE Zhvirblis) cu propria sa limbă.
Timpul este o formă de schimbări succesive în fenomene și stări de materie. Timpul și spațiul sunt atributele universale ale materiei, sunt inseparabile de ea, sunt legate în mod inextricabil de mișcare și unul cu celălalt. Acesta este maximul a ceea ce putem spune despre timp, fără a cădea într-o tautologie.
Din experiență, știm că timpul curge într-o singură direcție, de la trecut la viitor și de aceea vorbim despre "săgeata timpului". De ce nu poate fi inversat timpul? Și dacă este posibil, atunci ce se va întâmpla într-o lume în care trecutul și viitorul vor fi inversate?
În mod normal, o lume ipotetică, în care timpul curge înapoi, este comparată cu un film lansat înapoi. La urma urmei, un proiector de film cu o panglică care se mișcă în el este un fel de ceas care are capacitatea de a înregistra vizual secvența fenomenelor reale.
Cu toate acestea, se referă nu toate evenimentele, cum ar fi lumânări de ardere, display-un ritm accelerat, mai întâi în timp „acolo“, și apoi, în timp „înapoi“. Când timpul de afișare a curs în direcția înainte în direcția normală și curgea timpul măsurat prin ardere o lumânare - lungimea ei este scăzut; atunci când inversează în același timp, pe ecran, inversează și timpul de numărat lumânare - ea a crescut dintr-o baltă de ceară. Și totuși ceva nu era corect. La urma urmei, în ciuda faptului că timpul se scurgea înapoi în proiector de film (filmul a fost în mișcare în direcția opusă) și ecranul (nu topit lumânare și a crescut), flacăra este încă aprins tot în jurul valorii de! Simplu curs de tratament mecanic al timpului nu a afectat cursul timpului, direcția care este definită prin procesul de transformare a energiei dintr-o formă la alta și este determinată de legile termodinamicii.
Așadar, pentru a desena pe "ecranul termodinamic" săgeata timpului, este necesar să demonstrăm înapoi nu pozitiv, dar negativ al filmului, înapoi! Apoi, flacăra neagră a lumanii, ca o "gaură neagră", pare să suge în valurile electromagnetice emise de toate corpurile înconjurătoare. Dar cum aceste valuri știu în ce direcție ar trebui să se răspândească, și chiar în strictă conformitate cu celelalte? Se pare că este imposibil de inversat timpul termodinamic!
Legile mecanicii newtoniene sunt strict invariante, invariante în ceea ce privește schimbarea semnalului de timp: înlocuirea lui + t cu -t nu schimbă nimic în ele. Prin urmare, ei spun că mecanicii sunt reversibili - dacă definim cu precizie coordonatele inițiale și momenta particulelor, atunci putem afla viitorul arbitrar de mult trecut și viitorul îndepărtat arbitrar al sistemului. Nu contează că nu suntem capabili să facem acest lucru practic (niciun computer nu poate face față unei astfel de sarcini), principalul lucru este că putem face acest lucru teoretic. În lumea lui I. Newton, toate evenimentele sunt predeterminate o dată pentru totdeauna, aceasta este o lume a unui determinism strict, în care nu există loc pentru întâmplare.
Dar, conform celei de-a doua legi a termodinamicii, într-un sistem izolat, toate procesele au loc doar într-o direcție - spre entropia crescândă, creșterea haosului, care este însoțită de dispersie, devalorizare a energiei. Deci, se întâmplă întotdeauna în practică: energia radiantă a flacării unei lumânări poate fi împrăștiată iremediabil în spațiu. Dar poate acest principiu să fie justificat teoretic?
Pentru a justifica un fenomen teoretic înseamnă a deduce din cele mai generale legi ale naturii, care sunt acceptate ca bază pentru imaginea științifică a lumii. Astfel de legi sunt considerate drept legile mecanicii newtoniene și, prin urmare, problema este formulată după cum urmează: cum se poate deduce ireversibilitatea termodinamicii din reversibilitatea mecanicii?
Pentru prima dată această problemă a încercat să rezolve în a doua jumătate a secolului trecut, L. Boltzman. El a atras atenția asupra faptului că ireversibilitatea termodinamică are sens doar pentru un număr mare de particule: dacă particulele sunt mici, atunci sistemul se dovedește a fi efectiv reversibil. Pentru a reconcilia reversibilitatea microscopică cu ireversibilitatea macroscopică, Boltzmann a folosit o descriere probabilistică a unui sistem de particule (aceasta este așa-numita teorema H) și a obținut rezultatul dorit. Cu toate acestea, în curând s-a arătat că, în sine, o descriere probabilistică conține implicit noțiunea de existență a unei "săgeți a timpului" și, prin urmare, dovada lui Boltzmann nu poate fi considerată o soluție corectă a problemei.
În general, existența „săgeată de timp“ poate fi doar un postulat independent, deoarece înseamnă spargerea simetriei soluțiilor de ecuații de mișcare. Dar ce realitate fizică corespunde unui astfel de postulat? Se pare că oricare dintre mecanicii reversibile se pot obține doar termodinamicii reversibile (recunoscând posibilitatea de „mișcare perpetuă“ de-al doilea tip) sau termodinamicii ireversibile pot deriva numai din mecanica ireversibile (care să permită posibilitatea de a „mișcare perpetuă“ a primului tip).
Este interesant că ambele aceste posibilități au fost de fapt încercate. Boltzmann însuși a ajuns la concluzia că întregul univers infinit ca întreg este reversibil, iar lumea noastră este o fluctuație microscopică prin standarde cosmice. Și în mijlocul acestui secol, astronomul Pulkovo NA Kozyrev a încercat să creeze o mecanică ireversibilă în care "săgeata timpului" are caracterul realității fizice și servește ca sursă de energie pentru stele. Însă punctul de vedere al lui Boltzmann permite posibilitatea încălcării cauzalității în unele zone destul de mari ale universului, iar punctul de vedere al lui Kozyrev introduce în descrierea naturii o anumită entitate fizică specială, similară cu "forța vieții".
2. "Comandă din haos"
Termodinamica clasică, pe care Boltzmann a încercat să o justifice cu ajutorul mecanicii clasice, descrie numai comportamentul sistemelor strict izolate apropiate de starea echilibrului termodinamic, abateri de la acesta doar în limitele fluctuațiilor pur statistice. În astfel de sisteme, pot apărea numai procese distructive, însoțite de o creștere constantă a entropiei. Cu toate acestea, peste tot în natură, există și procese de auto-organizare a materiei, apariția spontană din haosul neechilibrului, așa-numitele structuri disipative. Cele mai vii exemple de astfel de procese pot fi fenomenul generării spontane a vieții și a evoluției biologice.
Acest lucru înseamnă că, în unele cazuri, a doua lege a termodinamicii poate fi încălcată? Discuția ascuțită pe această temă a durat mulți ani și, în cele din urmă, sa încheiat cu victoria susținătorilor respectării stricte a legilor fundamentale ale naturii. Dar, în același timp, au fost făcute mai multe îmbunătățiri semnificative, nu în legătură cu legile înseși, ci cu limitele aplicabilității lor în sistemele reale. Ca să spunem, nu chiar structura unei limbi științifice, ci sensul cuvintelor folosite în ea. De exemplu, revizuirea trebuia să supună înțelesul conceptului de "haos".
Chaosul, domnind în sistemele de echilibru, are o natură pur statistică și vorbim doar despre probabilitatea de deviere a sistemului de la starea de echilibru. Reacția unui astfel de sistem la un anumit efect perturbator este liniară - este direct proporțională cu forța perturbatoare și tinde să readucă sistemul la starea sa anterioară. Deci, dacă un lichid curge printr-o țeavă netedă cu o viteză mică, vor apărea întâmplătoare mici vartejuri, dar aceste răsturnări se sting, iar în ansamblu fluxul rămâne ordonat, laminar.
Dar dacă sistemul este puternic neechilibrat, adică are un exces semnificativ de energie liberă, atunci poate apărea un haos de un tip special, numit dinamic; răspunsul unui astfel de sistem la efectele perturbării este neliniar și poate fi arbitrar de mare pentru o perturbare primară arbitrar. Deci, dacă viteza fluidului prin țeavă depășește o anumită valoare critică, atunci cea mai mică neomogenitate a fluxului va duce imediat la o transformare catastrofică a fluxului laminar într-un debit turbulent neordonat.
Cu toate acestea, haosul dinamic este remarcabil deoarece în spatele comportamentului aparent imprevizibil al sistemului se află un determinism strict - toate procesele care apar în el pot fi calculate matematic cu orice precizie cerută. O altă caracteristică a acestui haos este că poate servi drept sursă de auto-generare a structurilor strict ordonate. De exemplu, într-un flux turbulent pot apărea verișoare de tip vortex (așa-numita "cale a lui Karman"), puteți observa o barcă plutitoare rapidă.
3. Conceptul de sistem
Reviziile trebuiau supuse conceptului de "sistem". În cazul în care întregul sistem este într-o stare departe de adevăratul echilibru termodinamic, iar acest lucru se aplică tuturor sistemelor reale, în părțile sale individuale pot avea loc spontan procese de auto-organizare, însoțite de o scădere a entropiei. Dacă nu iau în considerare faptul că subsistemul în care haosul dinamic al structurilor disipative samozarozhdayutsya, alimentat de energia liberă a mediului, este apariția unei încălcări a doua lege a termodinamicii. Dar totul se încadrează în loc, dacă ținem cont de faptul că procesele de auto-organizare care apar în zonele locale, însoțită de o creștere constantă în entropia totală a întregului sistem.
Deci, viața pe Pământ are originea în mediul puternic neechilibru și organismele cauzate trăiesc și în continuă evoluție, consumatoare de energie liberă care vine să-i din exterior - care este, în cele din urmă, energia soarelui. Dar Soarele în sine nu este pentru totdeauna (cu excepția cazului, desigur, ipoteza de fuziune adevărată a originii energiei sale) și ar trebui să se stingă după tot hidrogenul este transformat în heliu. Ar trebui, de asemenea, se pare că, du-te mai devreme sau mai târziu, afară și toate celelalte stele, provocând întregul univers a fost cufundat în întuneric „moarte de căldură“, care a prezis debutul secolului trecut R. Clausius.
Dar în ce măsură pot soarele și stelele să fie considerate sisteme izolate? Poate că, în realitate, ele sunt legate unul de celălalt prin anumite fluxuri de energie speciale (posibilitatea de existență a cărora a permis, de altfel, NA Kozyrev)? Apoi, lărgind în continuare limitele sistemului examinat, vom împinge momentul infiintării "morții prin căldură" și vom ajunge la concluzia convingătoare că nu va veni niciodată. Prin astfel de argumente, este obișnuit să respingem previziunile pesimiste ale lui Clausius.
Din păcate, pentru tratamentul frivol al infinitului, trebuie să plătiți. În universul non-local, infinit de mare, non-local, nu va mai exista spațiu, timp și mișcare pe care suntem obișnuiți și, în consecință, nu va exista nici energie, nici materie ca atare. Toate legile naturii cunoscute nu pot avea decât un caracter local, local.
Acest lucru înseamnă că utilizarea neglijentă a termenului „infinit“ (și este implicit în aceste cuvinte utilizate în mod obișnuit, cum ar fi „instant“, „întotdeauna“, „niciodată“, și altele) pot duce la concluzii paradoxale, și, prin urmare, sensul său (precum și sensul conceptele "sistem", "haosul" analizat de Prigozhin) trebuie de asemenea clarificat.
4. Infinit: potențial și curent
Din punctul de vedere al matematicii, o cantitate infinit de mare este o cantitate care crește tot timpul, dar nu atinge niciodată o anumită valoare: n (t)>? la t>. O astfel de infinitate se numește potențial, deoarece există numai în principiu; imaginea sa geometrică este o linie dreaptă, extinsă nelimitat în ambele direcții. Dar matematicienii pot face fără orele necesare pentru a măsura timpul secret conținut în simbolul n>. care le permite să renunțe la definiția unei cantități infinit de mari printr - o notație simplificată:. O astfel de infinitate se numește actuală deoarece este ca și cum ar fi terminată până în momentul în care am folosit-o; imaginea sa geometrică este orice segment finit al unei linii drepte constând dintr-un set infinit de puncte matematice infinitezimale.
Ce infinit este mai "corect"? De fapt, problema a fost pusă în celebrele paradoxuri ale Zeno (de exemplu, „Ahile și țestoasa“), dar matematicienii de soluționare a conflictelor (precum logica și filosofia) cu privire la acest subiect nu a fost finalizată până în prezent. Dar fizicienii fac de multe ori nici o distincție între potențial și infinit real și foarte enervat, ca urmare a calculelor sunt infinit cantități mari, numite divergențe. Și fac o greșeală grosolană, înlocuindu-le cu numere foarte mari, dar finite.
În același timp, nu ar trebui să uităm că, pentru un experimentator, cantități infinit de mari (precum și infinite de mici) nu există cu adevărat, el obține întotdeauna rezultate finale, iar coada infinitului este ascunsă în eroare cu ajutorul teoriei probabilității. În ceea ce privește infinitele cu care teoreticianul se ocupă, atunci le putem trata în două moduri: ele sunt potențiale sau reale.
Potențialul infinit este supus așa-numitei calibrări, poate fi oricând echivalat cu zero și începe să numere din nou, cu t0 = 0; actuala infinitate, o astfel de procedură nu se pretează, întrucât, în general, există exteriorul și, în consecință, în afara fizicii reale.
5. Legile lui Newton
Newton model - un singur corp în mișcare în spațiu infinit absolut uniform și rectiliniu, atâta timp cât organismul nu va afecta puterea (prima lege a mecanicii), sau două organisme care acționează cu forțe egale și opuse una de alta (a treia lege a mecanicii) ; Aceeași forță este considerată ca o cauză a accelerației a corpurilor în mișcare (a doua lege a mecanicii), adică, modul în care să existe de la sine, și nicăieri nu este luată. Conform lui Newton, toate interacțiunile apar instantaneu, adică cu o viteză de fapt infinit de mare; Cu toate acestea, pentru locuitorii lumii fizice, nu pot exista interacțiuni instant, deoarece 1 / n (t)> 0 pentru n (t)>? Numai dacă t>.
Dacă ciocnirile corpurilor apar într-adevăr instantaneu, adică într-un interval de timp nedefinit, atunci aceste corpuri nu ar putea și niciodată nu se vor afla niciodată la distanțe finite unele de altele,
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: