| Головна |
| « Попередня | Наступна » | |
А. Чи існують термодинамічні підстави анізотропії часу? |
||
|
Точно так само, як ми можемо ввести координати одного з вимірів простору за допомогою дійсних чисел, не зв'язуючи цю координацію з анізотропією цього виміру ня, ми можемо ввести координати і в топологічно відкритий тимчасової континуум, що не вирішуючи заздалегідь, існують чи ні які-небудь незворотні процеси, що перетворюють цей континуум в анізотропний. Оскільки стану світу (визначені за допомогою якого критерію одночасності) упорядковуються тимчасовим відношенням «між», що володіє тими ж формальними властивостями, що і просторове відношення «між» на евклідовій прямій, будуть існувати два протилежних один одному сенсу напрямку часу. І тоді ми можемо приписати координату, пов'язану із зростанням дійсних чисел, кожному з цих напрямків, а регресний ряд чисел - іншому просто шляхом конвенції, не припускаючи, що ці два напрямки розрізняються, крім того, і за своїми структурними властивостями і що деякі типи послідовностей станів, що зустрічаються в одному з них, ніколи не зустрінуться в іншому. Якщо остання ситуація насправді має місце в силу існування деяких видів необоротних процесів, то в такому разі тимчасової континуум анизотропен. Точно так само, якби існувало матеріальне втілення оборотності всіх процесів в часі, час було б ізотропним. Ми повинні будемо визначити, які специфічні властивості фізичного світу, якщо такі існують, визначають анізотропію часу в природі в сенсі структурного розрізнення протилежних напрямків «раніше» і «пізніше». Тоді в десятому розділі ми отримаємо можливість розглянути, надають якісь характерні риси всесвіту (такі, наприклад, як гіпотетичний індетермінізм) фізичний зміст наступним властивостям часу: проходження, виникнення, становлення, хід чи протягом, які розуміються як безперервне ковзання «тепер» по осі часу вздовж структурно виділеного напрямку «пізніше ніж». Ясно, що анізотропія часу, що випливає з існування необоротних процесів, виражається лише в структурних відмінностях між двома протилежними смислами напрямку часу, але не дає жодних підстав для вибору одного з них як даного напрямку часу. Отже, твердження, що незворотні процеси роблять час анізотропним, зовсім не еквівалентно таких тверджень, як час тече в «одному напрямку» («one way»), І метафора щодо стріли вре-мени, за допомогою якої Еддінгтон мав намір висловити анізотропію часу, може ввести в оману. Якщо звертати увагу тільки на наконечник стріли і не звертати уваги на її хвостову частину, то можна прийти до думки, що існує «течія» в одному з двох анізотропійно співвідносних смислів. Істотно буде почати аналіз поняття необоротних в часі процесів і їхнього ставлення до анізотропії часу з розгляду наступного визначального положе-ня: якою мірою, якщо взагалі має сенс говорити про це, деякі фізичні процеси, що відбуваються в нашого всесвіту, обумовлюють анізотропію часу. В якому сенсі такі факти, як те, що мерці не встають з могил, а сигарета не відновлюється з диму, перетворюють смерть або горіння в незворотні процеси? Існує як нестрогий, так і строгий зміст, в якому процеси можуть інтерпретуватися як незворотні. Нестрогий зміст полягає в тому, що звернення процесів у часі фактично ніколи не відбувається (або навряд чи коли-небудь може відбутися) з таких міркувань: деякі приватні де-факто умови (початкові або граничні умови), існуючі у всесвіті незалежно від будь-якого закону (або законів), спільно з відповідним законом (або законами) роблять звернення в часі де-факто неіснуючим, хоча ніякої закон або комбінація законів самі по собі не забороняють такого звернення. Строгий сенс незворотності полягає в тому, що звернення в часі неможливо тому, що воно виключається якимось законом або комбінацією законів. Надалі, щоб провести відмінність між цими двома смислами незворотності, ми будемо користуватися термінологією Мельберга і називати строгий вид незворотності, що спирається на закони, помологічними, а нестрогий вид незворотності будемо називати необоротністю де-факто або номологіческой випадковою (nomologically contingent). При відсутності застережень приписування незворотності тому чи іншому процесу означає для нас не більш ніж нездійснення або можливе нездійснення його звернення в часі і залишає відкритим питання, чи є незворотність за своїм походженням необоротністю де-факто або помологічній. Це нейтральне вживання терміну «незворотний» по відношенню до помологічна і де-факто сенсів дає деякі переваги при вирішенні питання про анізотропії часу. Бо для існування анізотропії не має вирішального значення, чи є відсутність тимчасового звернення деяких процесів помологічними або ж воно відсутнє де-факто. Натомість питання ставиться так: можливо чи неможливо звернення в часі цих процесів завжди (або майже завжди) незалежно від того, які причини цього? Так, процеси пережовування їжі або змішування вершків з кавою є незворотними в цьому нейтральному сенсі. Отже, якщо в німому фільмі, де показана група обідають, цілі шматки м'яса відновлюються з пережованого шматочків, а перемішані каву і вершки знову розділяються на вершки і кава, то можна сказати, що цей фільм прокручується в зворотному напрямку. Різниця між нестрогой і суворої необоротністю має пряме відношення до тих фізичним теоріям, які допускають різке розходження між законами і граничними умовами в силу повторюваності певних видів подій в різних точках простору в різні моменти часу. Однак найвищою мірою сумнівно, щоб це розрізнення могло проводитися в космології завжди і скрізь. Бо, які є підстави для самовпевнених припущень про те, що такі властивості всесвіту, як просторова всюдисущість і тимчасова безперервність, є граничними умовами, а не законами? Пояснимо на графіку сенс припущення про існування таких типів послідовностей станів АВСD і про неіснування протилежних послідовностей DСВА, які мають місце із зростанням часу. Припустимо, наприклад, що АВСD на діаграмі висловлюють наступні один за одним стану будинку, який із зростанням часу або в напрямку «пізніше» згоряє дотла. Тоді у всесвіті із зростанням часу не буде таких типів послідовності, як DСВА, оскільки остання представляла б собою відновлення будинку з попелу. Таким чином, протилежний вид послідовності DСВА існував би тільки в напрямку зменшення часу або в напрямку «раніше», тоді як перший вид послідовності АВСD в останньому напрямку неможливий. Відповідно до цього порівняння
структур протилежних напрямків часу показує, що, принаймні, для відрізка космічного часу, що складає справжню епоху в нашій просторової області світу, види послідовностей станів, що виявляються в одному напрямку часу, відрізняються від тих, які ми знаходимо в іншому. Отже, говоримо ми, принаймні, локально, час анізотропно. Слід зазначити, що анізотропія фізичного часу полягає тільки в структурних відмінностях між протилежними напрямками фізичного часу і не дає ніякої основи для виділення одного з двох протилежних напрямків як «даного». Залежність такий анізотропії, яка властива часу, від незворотного характеру процесів, що відбуваються у всесвіті, може бути продемонстрована ще більш ясно вказівкою на те, яке було б час, якби не було ніяких необоротних процесів, а були тільки процеси оборотні, причому їх оборотність була б не тільки помологічній, а й де-факто. Тобто звернення часу не тільки допускалося б відповідними законами, а й реально існувало б завдяки наявності требуе-екпортувати початкових (граничних) умов. Щоб попередити невірне тлумачення такої гіпотетичної можливості, необхідно підкреслити, що в цьому випадку було б неможливо-можна і наше власне буття як людських істот, що володіють пам'яттю. Для доказу того, що в разі де-факто оборотності всіх видів природних процесів час було б дійсно ізотропним, ми розглянемо приклад такого оборотного фізичного процесу, а саме кочення кулі (без тертя) уздовж траєкторії АD, скажімо від А до D, відповідно до законів Ньютона1. (1 В даній ситуації, коли передбачається існування тільки оборотних процесів, ставлення «раніше ніж», ілшліцітно міститься у твердженні, що куля рухається від А до D (або в протилежному напрямку від D до А), має позбутися своєї звичної опори на анізотропію часу . Бо а світі, що складається виключно з оборотних процесів, який ми зараз розглядаємо, твердження, що даний рух кулі відбувалося від А до D, а не від D до А, виражає не об'єктивне фізичне відношення між двома крайніми подіями руху, а тільки угода про тому, що ми приписуємо меншу величину часу події знаходження кулі в A, а не в D. І від присутність тут об'єктивного фізичного підстави для твердження, що рух відбувався від однієї з двох точок до іншої, підтверджує факт, відзначений нами в сьомий чолі, що якщо всі процеси природи оборотні де-факто, тоді не існує ніяких фізичних підстав для виділення одного з двох станів руху кулі як «причини» іншого.) Це рух оборотно як в номологіческой сенсі, так і де-факто, тому що 1) закони Ньютона також допускають і інший рух, від D до А, яке являє собою зворотне в часі руху від А до D, і 2) існують дійсні приклади звернення такого руху, оскільки можна отримати початкові умови, необхідні для здійснення цього зворотного руху. Зобразимо на тимчасової осі спеціальний випадок, коли куля котиться від А до D і, відштовхуючись, котиться назад від D до А. Нульовий момент часу виберемо для позначення події, коли куля знаходився в точці D. Букви А, В, С і D на тимчасової осі нашої діаграми будуть позначати відповідні події знаходження кулі в точці простору A і т.д., висловлюючи тим самим послідовність станів (подій) АВСD руху «туди», а потім станів DСВА руху «назад ».
З математичної точки зору помологічна оборотність процесів, що допускаються законами Ньютона, виражається в тому, що вид ньютоновских рівнянь руху оста-ється незмінним, або інваріантним, при заміні в них + t на-t.Поетому ми говоримо, що закони Ньютона для руху, в якому тертя відсутнє, «симетричні стосовно часу». І отже, наша діаграма показує, що будь-який стан кулі, що допускається законами Ньютона в напрямку часу + t, залишається рівноправним з будь-яким станом, відповідним-t, згідно з цими ж законами. Інакше кажучи, у разі оборотних процесів послідовності (допускаються) перебуваючи-ний уздовж протилежних напрямків тимчасової осі представляють собою, так би мовити, дзеркальні відображення один одного. Тому, якби всі процеси природи були оборотні де-факто, час було б изотропно. Таким чином, видається ще більш очевидним, що структура часу не є чимось не залежних від тих чи інших видів процесів, що відбуваються в усі-ленній. Навпаки, природа часу залежить саме від характеру цих процесів. В останньому підрядковій примітці ми звертали увагу на те, що в світі, де існують тільки оборотні процеси, логічний статус відносини «раніше ніж» повинен бути розширений, враховуючи невдачу, що спіткала Рейхенбаха, коли він намагався провести логічне відмінність між 1) цим ставленням і відповідними відносинами, які існують в світі, що містить оборотні процеси, і 2) двома відповідними причинними відносинами. Насамперед, необхідно відзначити, що якщо тричленне ставлення, що володіє всіма формальними властивостями о-відносини «між», без праці можна визначити за допомогою приватного двучленного відносини послідовності, то зворотний висновок неможливий, оскільки в даній системі послідовного порядку ми можемо відрізнити одне «напрямок» від протилежного, тоді як система о-відносини «між» сама по собі не дозволяє провести таку диференціювання. Цей факт можна проіллю-стрировать на прикладі з евклідової прямій. Точки прямий складають систему о-відносини «між». Цей порядок внутрішньо притаманний прямої лінії в тому сенсі, що її точне визначення не включає, по суті, ніяких посилань на якого зовнішнього спостерігача і його точку зору. Послідовний порядок точок у конкретному відношенні «наліво від» є зовнішнім у сенсі необхідності посилання на зовнішнього спостерігача, принаймні, для того, щоб встановити асиметричне двучленное ставлення «наліво від» між двома довільно обраними точками відліку U і V. Тоді, коли незабаром ми ввели асиметричне двучленное відношення між двома такими точками, ми можемо використовувати систему о-відносини «між», внутрішньо притаманну лінії, для визначення порядку послідовності всюди на цій лінії. Якщо говорити про те, що даний порядок послідовності точок на лінії щодо «наліво від» є конвенціональним, то це є вираз іншими словами того, що цей порядок є зовнішнім у вказаному вище сенсі. Для приватної зовнішньої точки зору, звичайно, не є довільним, чи знаходиться дана точка х наліво від іншої точки у або навпаки. На відміну від «зовнішнього» характеру послідовного порядку точок на лінії, притаманного відношенню «наліво від», послідовний порядок дійсних чисел, що характеризує відношення «менше ніж», є у вказаному вище сенсі внутрішнім, оскільки будь-які два дійсних числа можуть бути розташовані в порядку їх величин без будь-яких посилань на сутності, що знаходяться поза області дійсних чисел. Вельми важливо вказати на те (як це вже робили і Рейхенбах і автор даної книги у своїх колишніх публіка-ціях), що розташування в послідовному порядку встановлює відмінність між напрямами незалежно від того, чи виробляється воно на підставі внутрішніх або зовнішніх критеріїв. Змішуючи зовнішній характер відносин послідовності з неспрямованістю, Рейхенбах каже, що ставлення «наліво від» точок на лінії, хоча і являє собою послідовність, все ж не є «односпрямованим», стверджуючи тим самим, що два протилежні напрямки неможливо розрізнити один від одного. Однак він змушений був зробити такий висновок тільки тому, що випустив з уваги таку обставину: будучи асиметричним, ставлення послідовності вже автоматично має напрям навіть у тому випадку, якщо послідовність встановлюється на основі зовнішніх критеріїв. І цей недогляд привів його до розрізнення відносин послідовності, що не володіють напрямком, від відносин послідовності, що володіють напрямком. Остання помилка в свою чергу випливала з неправильного припущення про можливість провести різницю між простою послідовністю, яку він називав «порядком», і «напрямком» часу. Така відмінність він намагався обгрунтувати за допомогою вказівки на те, що на противагу повної тимчасової симетрії фундаментальних законів ньютоновой механіки та спеціальної теорії відносності час в цих теоріях передбачає послідовність. Однак поділ, запропоноване Рейхенбаха, слід замінити поділом між внутрішньо ізотропним і внутрішньо анізотропним видами часу, до пояснення чого ми зараз і перейдемо. Оборотні де-факто процеси внутрішньо визначають часовий порядок тільки в сенсі о-відносини «між» при відповідних граничних умовах, однак сіммет-ковий причинне відношення, пов'язане з цими процесами, не дає ніякого фізичного підстави для внутрішнього послідовного порядку часу. Але, як це було можливо в разі евклідової прямий, де в властиве їй о-ставлення «між» можна було ввести послідовний порядок, спираючись на зовнішнє асиметричне дво-членні відношення двох обраних точок відліку U і V, можна провести вибір і між двома станами відліку в часі, якому внутрішньо властиво тільки про-ставлення «між», і зробити це час з зовнішньої точки зору послідовним, позначивши одне з цих станів як більш пізніше і приписавши йому, відповідне дійсне число як позначення моменту часу. В, цьому сенсі світ, де не існує необоротних процесів, може, тим не менш, бути описаний в послідовному часу, і цей опис буде цілком законно і змістовно. Однак нерівноважному світу, для якого має силу другий закон класичної термодинаміки в його нестатистичної формі, остання властивість притаманне насправді, і цим властивістю є ентропія. І, отже, такий світ є по відношенню до часу анізотропним: його час виявляє свого роду відмінність між напрямком під-нями, яке зумовлене внутрішньо йому властивим спрямованим ставленням послідовності «пізніше ніж». Якщо ми говоримо, що процеси в такому світі «незворотні», то, очевидно, наше висловлювання логічно відрізняється від твердження про «неповерненні» якого-небудь з загальних станів всесвіту, час якої в такому випадку відкрито, а можливо, також і нескінченно (у одному або обох напрямках). Бо час останнього виду може бути внутрішньо ізотропним і, звичайно, буде ізотропним, якщо всесвіт, що володіє їм, буде містити тільки процеси, оборотні де-факто. Навпаки, в колишній всесвіту, що відноситься до типу незворотних, час якої анізотропно, мають місце два наступних властивості: по-перше, класичний закон ентропії запобігає здійснення тих же самих (нерівноважних) макростанів, визначаючи відкритий порядок часу в силу наявності граничних умов, і, по-друге, цей закон призводить до специфічних твердженнями щодо способу, за допомогою якого можна по якомусь єдиному ознакою проводити розходження між макросостояніе, існуючими в різні моменти часу. Хоча саме ставлення послідовності «пізніше ніж» не володіє будь-яким «напрямком», будучи асиметричним в звичайному сенсі, система станів, впорядковує їм, не володіючи-яким напрямком, все ж виявляє специфічні відмінності або анізотропію між двома протилежними напрямками. Таким чином, коли ми говоримо про анізотропії часу, не слід тлумачити її як твердження, еквівалентне тим, які робляться щодо «даного» напряму часу. Як правильно відзначають Смарт і Блек, посилання на «дане» напрямок часу підказуються поданням про «перебігу» часу. Зокрема, як ми побачимо в десятому розділі, затвердження Рейхенбаха про «даному» напрямі часу грунтується на помилковому припущенні, що нібито існує фізична основа становлення в сенсі визначається фізичними параметрами «тепер», що переміщається уздовж одного з двох різних у фізичному відношенні напрямків часу. Навпаки, наша характеристика фізичного часу як анізотропного не містить ніяких посилань на яке б то не було минуще поділ часу на минуле і майбутнє моментом «тепер», односпрямоване «просування» якого визначало б напрямок часу. Насправді, як ми покажемо в десятому розділі, концепція становлення не має ніякого змістовного застосування до фізичної часу всупереч її зв'язку з психологічним часом і часом здорового глузду, оскільки «тепер», по відношенню до якого отримує сенс різниця між минулим і майбутнім, в вирішальною мірою залежить від езопової точки зору організму, що володіє свідомістю. Проте, з урахуванням цього роз'яснення ми будемо для стислості використовувати вираз «напрямок часу» як синонім не лише «напряму в майбутнє» психологічного часу, а й «одного з двох фізично розрізняних напрямків часу, яке в нашій теорії іменується« позитивним » ». Наш розгляд логічних відносин між симетричною причинністю, відкритим часом, анізотропією часу, а також вирішення питання про те, чи є притаманна часі послідовність зовнішньої або внутрішньої, вимагають спростування наступного твердження Рейхенбаха: При обговоренні проблем, пов'язаних з часом, зазвичай стверджують, що тільки незворотні процеси надають відношенню причинності асиметричність, тоді як оборотні призводять до симетричним причинним відносинам. Такі уявлення помилкові. Напрямок часу можуть визначити тільки незворотні процеси, що ж стосується оборотних процесів, то вони визначають скоріше порядок часу і тим самим надають відношенню причинності асиметричність. Відсилаємо читача до обговорення відносини наліво від ... Правильним же є твердження, що тільки незворотні процеси характеризують односпрямовану прічінность1. (1г. Рейхенбах, Напрямок часу, стр. 51.) Рейхенбах відзначає, що, хоча причинні процеси класичної механіки та спеціальної теорії відносності є оборотними, ці «оборотні» теорії, проте користуються тимчасовим порядком, який є послідовним. Потім він посилається на те, що а) навіть у оборотному світі причинні процеси повинні бути асиметричними, і б) від незворотного світу ми вимагаємо таких часових відносин, які не тільки є послідовними, а й «односпрямованим» точно так само, як і причинні відносини , які є і симетричними і односпрямованим. Однак Рейхенбах, мабуть, зовсім випустив з уваги, що якщо фізична теорія постулює послідовний характер часу в повністю оборотному світі, то в такому випадку ця послідовність привноситься в нього ззовні і приписування меншого з двох дійсних чисел в якості тимчасового позначення одного з двох причинно пов'язаних подій не виражає ніякої об'єктивної Асім-метрії самих причинних відносин. Тепер ми можемо перейти до розгляду питання про те, чи забезпечують термодинамічні процеси фізичне підставу анізотропії часу. Інакше кажучи, перед нами стоїть проблема, чи можна за допомогою ентропії, значення якої задається речовими числами, встановити (на відміну від причинності оборотних процесів) анізотропію відкритого часу, внутрішньо обумовлюючи порядок послідовності в класі станів замкнутої системи. Насамперед, ми розглянемо цю проблему у світлі феноменологічної термодинаміки класичної фізики. Потім перейдемо до спеціального розгляду інтерпретації, заснованої на понятті ентропії в статистичній механіці. У другій частині даної глави буде розглядатися проблема існування неентропійние фізичного підстави анізотропії часу. Буде показано, що як термодинамічні, так і нетермодінаміческіе незворотні процеси за своїм характером є вираженням незворотності де-факто, або номологіческой випадковими. « Попередня
|
||
| Наступна » | = Перейти до змісту підручника = | |
|
|
||
Б. Фізична основа анізотропії психологічного часу |
||
|
||