Час - це найнезвичайніша категорія сучасної науки. Людина відчуває його вельми своєрідно: час то "тече занадто швидко", то "тягнеться неймовірно повільно".
Наука придумала безліч теорій, які пояснюють, що ж таке час. Але зараз немає жодної загальновизнаної версії, яка не впадає в містику. Час таємничий, непізнаний - і це теж факт.
Треба визнати, що фізика не говорить про нього як про фізичну теорію. У більшості випадків ми обираємо між науковими аргументами та філософськими поясненнями.
1. теорія часу Святого Августина
Ранні християни мали особливе уявлення про те, що таке час. Зокрема, святий Августин вважав, що час не нескінченний. На його думку, час був створений Богом, і в цьому світі немає нічого вічного, крім Бога.
Чи означає це визнання "фізичної" природи часу, чи філософ говорив про трансцендентальну сутність, з його текстів не зовсім зрозуміло. Хоча все ж таки можна припустити: трансцендентальність - це те, що відноситься до бога, тобто вічне. Якщо ж час не вічний, то він насамперед матеріальний.
Однак час існує тільки в нашій свідомості і залежить від особистої інтерпретації. Ми можемо скільки завгодно говорити про те, наскільки швидко чи повільно він рухається, але немає об'єктивного критерію для судження про те, наскільки швидкий чи повільний цей рух: час індивідуальний.
Августин уперше розбиває час на три онтологічні компоненти.
Минуле не має прямих властивостей буття, тому воно більше не існує.
Майбутнє не визначено, а отже, і його теж немає.
Сьогодення лежить між минулим і майбутнім. А оскільки минулого вже немає, майбутнього ще немає, то немає і сьогодення.
І оскільки час скомпоновано з минулого, сьогодення і майбутнього, то логічно припустити, що об'єктивно час не існує.
Ми лише вимірюємо щось, що вважаємо часом. Те, що ґрунтується на нашій пам'яті і чого вже немає. Проблема майбутнього полягає в тому, що виміряти його неможливо.
Тому час - це або питання душі, психології, або бога, який перебуває у вічності, вічному сьогоденні.
2. Топологія часу
Який вигляд має час? Гарне запитання для математиків, які малюють для себе пряму лінію, що також спрямована в нескінченність. Вона ніколи і ніде не закінчується. Але в повсякденному житті ми уявляємо собі годинник. Час - це стрілка циферблата, яка рухається по колу. У цьому випадку час - циклічний.
Очевидно, що точної відповіді на поставлені запитання немає, хоча фантастичні ідеї народжуються мало не щодня.
Аристотель колись писав, що час не існує по прямій лінії. У нього немає ні початку, ні кінця, хоча теоретично "має бути" час, джерело, коли все це почалося.
І, якщо уявити собі початок, то треба відзначити цю точку як той момент.
Однак якщо світ перестане існувати, то з'явиться інша точка, що знаменує початок нового моменту. Цікаве питання, що передбачило теорію Великого Вибуху за 2500 років до того, як її було офіційно запропоновано.
Так що ж було до Великого Вибуху? Про яку "точку" говорить Аристотель? Залишається одне питання: скільки існує стріл часу? Чи існує єдина часова шкала, яка завжди вказує вперед?
Чи ми маємо справу з багатьма паралельними лініями? Чи можна перетнути ці лінії? Чи можна уявити час у вигляді відрізків? Крім того, чи співіснують моменти незалежно один від одного? Тобто час неподільний чи дискретний, і чи можна його виміряти?
3. Правдоподібне сьогодення
Ідея "правдоподібного сьогодення" намагається відповісти на запитання, як довго триває цей дар. Звичайна відповідь на це - "зараз", але це не дуже інформативно.
Припустимо, під час розмови, коли ми доходимо до середини речення, чи означає це, що ми закінчили його початок і воно застрягло в минулому? А сама розмова - це теперішній час? Чи зараз тільки частина розмови, а частина вже минула?
Э. Р. Клей і Вільям Джеймс розробили концепцію "парадоксальних уявлень" - проміжків часу, які ми сприймаємо як теперішнє. Згідно з Клеєм і Джеймсом, цей момент триває лише кілька секунд, не більше хвилини, тобто кількість часу, яку ми усвідомлюємо. Але навіть у цих межах є місце для суперечок.
Теоретично все перераховане вище має стосунок до короткочасної пам'яті людини - що краща ця пам'ять, то вона зараз довша. Є також думка, що вся справа лише в миттєвому сприйнятті.
Щойно ви покладаєтеся на свою короткочасну пам'ять, цей момент більше не є частиною сьогодення. Іншими словами, існує проблема "Ймовірного Зараз" та аналогічна проблема "Розширеного Зараз", яка з'являється одразу після зникнення "Ймовірного Зараз".
Насправді теперішнє взагалі не повинно мати тривалості, бо якби воно мало, то частина теперішнього негайно стала б минулим, а частина стала б майбутнім, і виникло б протиріччя. І "правдоподібне зараз" намагається інтерпретувати теперішнє як деякий триваліший часовий інтервал, що вельми спірно.
4. Невисокі люди сприймають "зараз" раніше за високих
Звучить дивно, але в цьому є сенс. Теорія була розроблена нейробіологом Девідом Іглманом, який називає її "прив'язкою до часу".
Усе це ґрунтується на уявленні про те, що ми сприймаємо світ, отримуючи певні пакети інформації, які збирають наші органи чуття, а потім їх обробляє мозок.
Інформація від різних частин тіла досягає мозку в різний час. Припустимо, ви йдете, пишете комусь текстове повідомлення і вдаряєтесь головою об стовп.
При цьому ви поранили великий палець ноги об той самий стовп. Теоретично інформація про травму голови має надходити у ваш мозок швидше, ніж інформація про травму великого пальця ноги. Проте можна подумати, що ви відчуваєте все це одночасно.
А все тому, що мозок - добре організована сенсорна структура. Ця структура впорядковує для нас речі в порядку зростання значення.
Згадана вище затримка обробки інформації працює на користь низькорослим людям. Тому що нижча людина точніше сприймає час, бо в її випадку інформація надходить у мозок менше часу.
5. Час сповільнюється, і ми можемо це бачити
Одне з давніх питань у фізиці пов'язане з існуванням темної енергії. Ми можемо бачити ефекти цієї енергії, але ми не знаємо, що це таке.
Група професорів з Іспанії стверджує, що всі спроби знайти темну енергію марні просто тому, що її не існує. Вони стверджують, що всі ефекти темної енергії можна пояснити альтернативною гіпотезою про те, що ми дійсно бачимо, як час сповільнюється, перш ніж він може зупинитися. Візьмемо, наприклад, астрономічне явище, відоме як "червоний зсув".
Коли ми бачимо, як зірки світяться червоним, ми знаємо, що вони прискорюються. Група іспанських професорів пояснила, що прискорення Всесвіту відбувається не через присутність темної енергії, а через ілюзію, спричинену уповільненням часу.
У світла достатньо часу, щоб дістатися до нас. Коли це, нарешті, зроблено, час сповільнюється, створюючи ілюзію, що все прискорюється.
Час зупиняється неймовірно повільно. Але, з огляду на неосяжність Всесвіту та його величезні відстані, один тільки погляд на зірки показує, як сповільнюється час.
6. Часу не існує
Дехто каже, що часу взагалі не існує. Саме це стверджував на початку минулого століття філософ Дж.М.Е.Мактаггарт. За словами Мактаггарта, при розгляді того, що таке час, прийнятні два підходи.
Перший підхід називається А-теорією.
Він каже, що час має певний порядок, що він тече безперервно і що речі в ньому влаштовані так, як ми їх бачимо. І ця подія рухається з минулого в сьогодення і в майбутнє.
І навпаки, B-теорія стверджує, що прийняття часових рамок і самого часу є ілюзією. Неможливо, щоб усі події у світі відбувалися в строго визначеному порядку.
Ця версія "часу" підтримується тільки нашою пам'яттю, в якій, як правило, окремі події фіксуються і запам'ятовуються як дискретні "кишені часу", а не як якийсь безперервний потік.
З огляду на цю теорію ми можемо довести, що часу не існує, тому що для існування часу необхідні безперервні зміни в подіях, світах і обставинах. B-теорія, за визначенням, не стосується плину часу і не має відношення до змін. Отже, часу не існує.
Але якщо А-теорія правильна, думка про те, що у нас немає часу, видається занадто поспішною.
Наприклад, розглянемо день, коли вам виповнюється 21 рік. З одного боку, цей день колись був у майбутньому. З іншого боку, цей самий день коли-небудь залишиться в минулому. Але один і той самий момент не може існувати одночасно в минулому, теперішньому і майбутньому. Ось чому Мактаггарт каже, що А-теорія, як і сам час, непослідовна і, отже, неможлива.
7. Теорія четвертого виміру і космічні блоки
Блокова теорія чотирьох вимірів Всесвіту пов'язана з концепцією часу як реального виміру. Є версія, де всі об'єкти існують у 4-х вимірах замість 3-х. Четвертий вимір - це і є час.
І в ньому об'єкт також може бути розглянутий з точки зору його третього виміру, а саме трьох вимірів. Блокова теорія Всесвіту представляє весь Всесвіт як блоки вимірів, розділені "шарами" часу.
Цей блок має довжину, ширину і висоту, і всі події всередині цього блоку мають певний шар часу. Кожна людина - це чотиривимірний об'єкт, що існує в різному шарі часу. Є стадії дитинства, раннього дитинства, юності і так далі.
Тому часовий шар не має ні минулого, ні сьогодення, ні майбутнього. Однак кожна точка всередині блоку всесвіту може бути минулим, теперішнім або майбутнім стосовно інших моментів часу в цьому блоці.
8. Ефект тимчасової затримки
Час від часу ми чуємо історії людей, які потрапили в небезпечні для життя або лякаючі ситуації. І ці люди клянуться, що в таких ситуаціях час сповільнюється. Такі сповільнення часто відчуваються в подіях, які ігнорують пояснення або відбуваються раптово. Це звичайне явище, і воно вже було предметом численних суперечок щодо того, що ми насправді переживаємо.
Дослідники вирішили з'ясувати, що відбувається, коли час дійсно сповільнюється. Наприклад, коли інтервал між стимулами менший за 80мс, наш мозок має погану звичку змішувати схожі стимули в одну спільну подію, завдяки чому ми можемо бачити набагато краще.
Було проведено експеримент.
Випробовуваних просили подивитися на миготливі цифри, що постійно змінюються.
Було вирішено повторити експеримент спочатку в нормальних умовах, а потім в екстремальних. Учасників просили побачити серію миготливих цифр під час падіння з вежі заввишки 46 метрів.
Потім їх попросили подивитися, як інші падають із тієї самої вежі, і оцінити, як довго вони падали порівняно з їхньою власною вежею.
Падіння суб'єкта тривало на 36% довше. Крім того, в екстремальних ситуаціях люди краще розрізняли миготливі цифри.
І хоча практична користь від ефекту уповільнення часу може бути разючою, ми не повинні забувати, що той самий ефект може назавжди залишити в нашій пам'яті жахливі події.
9. Хронос, Кронос і час
Час мав міфологічні пояснення задовго до того, як його спробували пояснити грецькі філософи.
До початку часів єдиними початковими богами були Кронос і Ананке. Кронос був богом часу, напівлюдиною-напівльвом-напівбиком.
Ананке була змією, що обвиває яйце світу, символ вічності. Навіть Хронос у греко-римській міфології часто зображується таким, що стоїть у зодіакальному колесі, він має вигляд чоловіка, до того ж цей чоловік може бути молодим або старим, і його часто плутають із Кроносом, який був його батьком і асоціювався з часом.
Кронос відповідав за зміну сезонів року і перебіг часу загалом, але хтось інший, а не Кронос, відповідав за те, що трапилося з чоловіками і жінками в цей період.
Життєвий цикл людини, народження, ріст, старіння і смерть перебували у введенні Мойри, яку називали богинею долі. Вона пряла нитку життя, Лахесіс вирішувала долю людини і, нарешті, Атропос перерізав нитку, і на цьому життя людини закінчувалося.
10. Ми не вміємо вимірювати час
Ми не вміємо вимірювати час.
З одного боку, у нас є зоряний час, який вимірюється положенням зірок і обертанням Землі. Цей час варіюється, але явно не дуже значно.
Однак у 20 столітті астрономи виявили, що планети обертаються повільніше, тому була створена інша шкала.
Потім настав так званий топоцентричний час. Він вважався найточнішим, оскільки ґрунтувався на Міжнародному атомному часі (IAT).
У 1991 році Atomic Time було перейменовано на Earth Time (TT), і якщо вам важко відстежувати часові пояси сьогодні, пам'ятайте, що положення зірок та інших небесних тіл дотепер використовують у поєднанні із земним часом. Тому що так досягається максимальна точність.
Усе це говорить тільки про одне. Незважаючи на те, що нам не вистачає часу щодня, ми не знаємо, що з ним робити.
Сучасне розуміння з точки зору фізики
20 сторіччя перевернуло наше розуміння часу. До 1904 року майже кожна людина, не зважаючи на свою освіту, сприймала час як щось, що визначало протяжність їх життя.
Так, буддисти говорили про циклічність, християни — про визначеність майбутнього, а Веди розміщали його в позаземний, трансцендентний простір.
Тільки в 17 сторіччі Ньютон вказав, що час - це досконале, всюдисуще поле у всьому Всесвіті, яке задає фізику, природний стан усім явищам.
Але всі вони всі помилялись. Теорія часу, представлена спеціальною та загальною теоріями відносності, розроблена Ейнштейном, проіснувала вже ціле століття. Великий німецький фізик зрозумів, що годинник вимірює не абстрактну величину, а рух фізичних предметів, явищ.
З філософської точки зору, можливо, Ньютон був правий, але точно не з точки зору науки як секляризованої дисциплини.
Рух поєднав -час та відстань. Ви не виміряєте час без руху, це неможливо. Кожен годинник має рухомі частини, так само як і сонячний годинник, пісочний годинник та хронометричні свічки.
Коли ви поєднуєте поняття “час” та “швидкість світла”, якій надається право бути постійній в кожній точці простору (не в середовищі), час корегується просторовим розділенням.
Уявіть собі квадратний блок на підлозі. Він має ширину, висоту і глибину, і все це можна побачити. Але якщо ви зміните точку зору, відійдете вбік, видима ширина або глибина об'єкта змінюється.
Так, ми все сприймаємо інтуїтивно. Для нас видимі розміри об'єкта не представляються чітким описом ідентичності кожної речі, хоча мова йде про внутрішні властивості самих явищ. Тому “час” для нас залишається чимось зі сфери психології, але ніяк не фізики, науки про час.
Ейнштейн зрозумів, що час на годиннику залежить спостерігача, від того, як він його вимірює. Інакше кажучи, годинник завжди працює в сповільненому режимі, і тільки від нас залежить його трактування.
Видимий розмір залежить від того, хто і звідки дивиться. Це означає, що нам потрібна нова внутрішня властивість для об'єктів, своєрідне правило метра, не пов’язана з психологією. Об’єктивні критерії. Ейнштейн обрав світло та енергію.
Згідно з цією точкою зору, всі об'єкти мають енергію, розподілену між масою та кінетичною/потенціальною енергією, масою (знаменита формула Ейнштейна E = mc2).
Що, в свою чергу, вказує на простий висновок: на кожній планеті, в кожній сонячній системі, в кожній галактиці існує свій власний час. На планетах системи Альфа Центавра — інший час. Тим більше, інший час в галактиці Андромеда і так далі.
Але ми виходимо з поняття локального, земного розуміння часу. Нам же потрібно його якось вимірювати!
