Что такое время? Что такое действие? Почему они здесь вместе?

Время. Слово это знакомо каждому. И не только слово. У каждого есть интуитивное представление о времени. А с другой стороны, так много мифов связано с этим понятием, так много совершенно разных представлений. Особенно когда люди пытаются осмыслить идеи, появившиеся в науке в процессе создания теорий относительности в начале 20-го века. Обыденное понятие времени, по большому счету, весьма точно, но при этом и противоречиво. Потому что многопланово и не формализовано до конца. И это нормально для наших обычных языков. Всех, кроме научного. При попытках же формализации понятия времени, в самом начале, Ньютоном, были сделаны определённые чрезмерные обобщения, которые потом превратились в догму и через школу вернулись в такой форме в обыденное сознание. Физика на рубеже 19-20 веков пришла к осознанию чрезмерности этих обобщений. Однако теория Ньютона остаётся основой физической картины мира, вырабатываемой ещё в школе. А обе теории относительности остаются плохо понимаемыми даже теми людьми, которые ими пользуются и их развивают. Я веду речь о представлении о вмещающем пространстве и всеобщем времени, как арене для всего сущего. Максимум, до чего в большинстве случаев добираются в этом направлении, это представление о том, что материя влияет на свойства пространства-времени. Это, конечно правильно, но слишком мало.

Что же такое время на самом простом уровне? Наверное, я не открою никаких секретов, если скажу, что время для всех нас это синоним последовательности событий. Утверждение «время идёт» означает, что происходят какие-то события. Причем, не где-нибудь там, а с нами, в нашем существовании. Тут не суть важно, идёт ли речь о существовании предмета одушевлённого или не одушевлённого. Ключевыми являются слова «существование«, «последовательность событий«, «течение времени«. И всё это практически названия для одного и того же. А вот если я скажу, что это и есть квинтэссенция понятия времени, и больше в нём ничего нет, со мной уже очень многие начнут спорить… Однако, в полностью очищенном от всяческой шелухи виде, я дам именно такое формальное определение времени. Время есть последовательность взаимосвязанных событий. И разные такие последовательности дают разные времена. Время — локальное понятие. Даже если это некое общепринятое время, скажем для планеты Земля. И ещё одну вещь я скажу. Чрезвычайно простую. И при этом чрезвычайно важную. Всё, что мы действительно знаем и можем знать о мире — это совокупность событий и связей между ними. Любое измерение, как бы сложно оно не проводилось, всегда можно свести в конечном итоге к констатации фактов событий, их связей, и ничего больше. Не все события выстраиваются в последовательности. Точнее, таких последовательностей событий, которые можно назвать течением времени, много разных. Иногда пересекающихся, чаще не пересекающихся. Их наличие позволяет ввести представление о пространстве. Но сейчас мы поговорим только о времени и его свойствах.

Первый, сам собой напрашивающийся вопрос будет — если время есть только последовательность событий, то выходит оно дискретно? И да, и нет. И вот почему. События, с которыми мы чаще всего имеем дело являются сложными. В том смысле, что состоят из множества других событий. Их можно делить. События перекрываются друг с другом и на уровне классического описания мира существование как наше, так и всех предметов выглядит вполне непрерывным. И поэтому изображаем мы существование чего бы то ни было не прерывистой цепочкой точек, а сливающейся цепочкой точек, непрерывной линией. Полагая при этом событием каждый момент непрерывного существования. Эта точка зрения глубоко укоренилась в нашем сознании, как обыденном, так и научном. Она подразумевает, что каждый момент существования всего сущего, каждой точки вселенной является событием. Пространство-время любой классической теории мира является ни чем иным, как пространством событий. Наиболее ярко это проявилось в последней такой успешной теории, Общей Теории Относительности. Если в Ньютоновой картине мира непрерывное пространство-время было ареной для физических процессов и отождествление его точек с событиями оставалось по большей части неявным, то в ОТО это уже совершенно неотъемлемая составляющая теории. Какая бы изощрённая математика не применялась, в конечном итоге, всё, что говорит теория — это утверждения о свойствах интервалов между событиями. А поскольку событиями являются все без исключения точки пространства-времени, то это утверждения о свойствах интервалов между  всеми точками пространства-времени.

Но вот беда. Если вдуматься получше в самый глубинный смысл этого слова, «событие», то окажется, что для нас это всё-таки не каждый момент. Моменты бытия, существования, в которые ничего не происходит, считать событиями мы на самом деле не склонны. Даже на бытовом уровне. А уж при формализации этого понятия в научную систему взглядов выбора вообще нет. Событием можно считать только ту точку пространства-времени, о которой у нас имеется информация. Проблема эта встала в полный рост, когда физика в своем стремлении познать природу добралась до атомов. Разрешилась она созданием квантовой механики. Новая теория оказалась весьма успешной при описании круга явлений, в которых события уже не сливаются в непрерывные последовательности. Вот только основания, на которых покоится эта теория так и остались не проработаны до конца. Что и вызывает время от времени новые попытки с ними разобраться. Имеется и ещё один побочный результат отсутствия последовательной интерпретации квантовой теории, её действительных связей с классической теорией. Я говорю о не прекращающихся попытках построить теорию квантовой гравитации. Попытках совместить ОТО и квантовую теорию. Усилия безуспешные и бесплодные, по простой причине. Дело в том, что ОТО по сути своей является классическим приближением. В понятие метрики интегрировано наше самое широкое представление о распределённой, классической системе отсчёта. Это понятие остаётся столь же необходимым и в квантовом описании. Что и было осмыслено Н.Бором как принцип дополнительности. Систему отсчёта (а значит и метрику) просто бессмысленно квантовать. Но в понятие классической системы отсчёта входит также и время. Что же получается, время тоже нельзя квантовать? А как же то, что цепочка событий, реализующая течение времени, для нас всегда оказывается дискретной?

Вот тут и нужно вспомнить про такое понятие физики, как действие. Если время знакомо всем, то действие даже для физиков остаётся ещё сегодня понятием довольно мистическим. И вот в каком смысле. В физике действие появилось как величина вторичная, вычисляемая через время и энергию-импульс (или массу, если ограничиться только системами покоя). При этом было обнаружено, что величина эта по неизвестным причинам для всех физических явлений принимает всегда минимальные из всех возможных значения. Фактически, все соотношения, называемые в просторечии законами природы, можно в классической физике получить из этого принципа. Принципа минимума (точнее, стационарности) действия. Уже это говорит, что действие — нечто гораздо более важное, чем результат некоторых вычислений. Еще яснее важность действия для физики выявило появление квантовой механики. Ведь квантуется-то в этой теории не что-нибудь, а именно действие! Необходимость в новом, отличном от классического описании мира возникла именно из понимания, что действие не является непрерывной величиной, что оно дискретно. И как это связано с дискретностью времени, рассматриваемого как последовательность событий? Достаточно отождествить дискретное время, понимаемое как последовательность событий, с физическим понятием действие, как всё легко встанет на свои места. Время при этом вполне может оставаться классической непрерывной величиной в том смысле, что промежутки между событиями могут мыслиться непрерывными. Только существование в них мы событиями не считаем. Так это даже для обыденного языка не проблема. События — это нечто особенное в существовании. А то дискретное время, которое принимает во внимание только события, является частью непрерывного времени, погружено в него, вполне может иметь и другое название. Действие. Причём события, которые считает действие, являются тем скелетом, который обязательно должен присутствовать в нашем описании существования какого-либо предмета или части мира. Ведь это же известные нам события, они были, мы знаем об этом. Их ровно столько, сколько было — не больше и не меньше. Промежутки времени между событиями могут быть разными. Там событий не было. Мы ничего не знаем об этих промежутках. Через заданное число точек можно провести бесконечно много непрерывных линий. Лишь бы сами отмеченные точки на каждой такой линии оставались в том же порядке и в том же количестве. Линии можно варьировать, сохраняя стационарным число заданных точек на них. Так и события являются теми точками мира, которые, и только они, должны содержаться в любом описании данной части мира. Описание мира можно варьировать, сохраняя значение действия стационарным элементом описания. Вот это и есть принцип стационарности действия. И что в нём осталось мистического?

© Гаврюсев В.Г.
Опубликованные на сайте материалы можно использовать при соблюдении правил цитирования.