Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г


НазваниеКнига издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г
страница6/23
Дата публикации09.03.2013
Размер3.19 Mb.
ТипКнига
userdocs.ru > История > Книга
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23
^

Свойства пространства и времени симметричны


 

И в пространстве, и во времени «стоять» нельзя. Движение абсолютно. Тот факт, что в нашем пространстве возможны состояния с очень медленным изменением пространственного пути объясняется тем, что мы живём в области 2 на рисунке 2, где V Кр0 < V < C. В области 1 , где V КрС < V < все наоборот – там можно почти остановиться во времени, но в пространстве нужно всегда бежать со всех ног, если смотреть на положение с нашей точки зрения.

Физический вакуум структурирован

 

Показано, что при «старении» физического вакуума от момента Большого взрыва до нашей эпохи, в его структуре образуются «слепые пятна» - макроскопические по своим размерам области, в которых не сохранилось информации о распределении плотности элементарных частиц в эпохи, близкие к Большому взрыву.

 

^ И снова в путь

 

Важным результатом рассмотрения Большого взрыва является ясно просматриваемая глобальность космологической стрелы времени – она действует во всем диапазоне физически достоверных элементов пространства – от планковской длины, до хаббловской (размер Вселенной по Хабблу ~ 10 – 15 миллиардов световых лет). Так что космологическая стрела является «абсолютно длинной».

К сожалению, абсолютная длина космологической стрелы времени является только потенциальной – физики пока не смогли «актуализировать» ее в виде четкой количественной теории ни у ее основания (т.е. в системах, содержащих какие-нибудь «пикомоли» квантов времени), ни у далекой вершины – того «абсолютного Будущего», которое наступит еще через триллионы лет. Впрочем, это и не страшно – «еще не вечер», у физиков достаточно «уже объясненного времени», чтобы решить вопросы даже с накатывающим океаном молей Будущего, а у нас – разобраться с загадочными молями. Замечу, что эти моли загадочны даже для тех, кто думает, что это тривиальное понятие. Вот вопрос для «знающих»: «Почему в молях нельзя измерять количество идей и массу звезд, а объем памяти ЭВМ и заряд черных дыр – можно?».

Достаточно. Думается, что читатель теперь последует за автором для рассмотрения энтропийной стрелы времени.


^ Энтропийная  стрела  времени

 

Энтропийная стрела, как мы уже обсуждали, поразила физику относительно давно. Более ста лет – это, учитывая темп развития науки, - очень много. За это время сама термодинамика – наука, породившая энтропию - не только вполне развилась, но даже слегка «забронзовела». Вместе с тем у нее оказались и весьма эффективные точки роста, которые напрямую связаны с рассматриваемой проблемой стрелы времени. Прежде всего, я имею в виду работы москвича по рождению, но бельгийца по фактическому месту жизни и творчества, физика и физикохимика Ильи Романовича Пригожина. Он, среди многого другого, сумел найти новую точку зрения на такой классический термодинамический объект, как хаос, за что (не в последнюю очередь!) был удостоен в 1977 году Нобелевской премии. «Наша идея очень близка идее дополнительности Бора, согласно которой можно измерить либо координаты, либо импульсы, но не то и другое одновременно. В нашем случае мы могли иметь либо обратимую динамику, либо термодинамику, но не то и другое одновременно». (Пригожин-2). А то, что на хаос можно смотреть с разных точек зрения, подтверждает и обилие его независимых определений. Кроме уже упоминавшегося определения Киттеля укажу на некоторые другие. Вот официально физическое определение. По последней версии это «сложное, нерегулярное (апериодическое) изменение состояния физической системы в пространстве и/или во времени». (Кириченко, 397). Истинный хаос «возникает, если в системе протекают случайные процессы» (там же). Но, как оказывается всегда, несмотря на то, что стремление к лучшему движет авторами дефиниций, хаос не ограничивается предписанными ему рамками. И возникает детерминированный хаос, который официально называется динамическим. Он определяется как «нерегулярное, апериодическое изменение состояния (движение) динамической системы, обладающее основными свойствами случайного процесса». (Заславский, 397). Такой хаос реализуется в системах типа биллиарда. Такой же тип хаоса характерен для систем, исследуемых И.Пригожиным. Есть и такое кибернетическое определение, связанное с построением алгоритмов описания поведения систем: «Что есть хаос? Если при данном событии X в А могут произойти всевозможные события в B и если такая независимость наблюдается повсеместно, то перед нами хаос» (Лем-1968, 230).

Но прежде, чем говорить о «хаосе Пригожина», вернемся к истокам.

Как уже отмечалось при первом знакомстве с энтропийной стрелой времени, в изолированных системах хаос в целом не может уменьшаться. Существенно, что речь идет о хаосе «в целом». Если какие-то элементы системы структурируются (предположим, мы произвели, наконец, давно назревшую приборку, и собрали рассеянную по квартире пыль в мусорное ведро), то при этом протекают процессы, сопровождающиеся появлением тепла (в нашем примере не только уборщик согрелся, что очевидно, но и ведро с мусором за счет перехода энергии деформации мусора в конечном итоге в тепло, немножко нагреется – хотя и совсем чуть-чуть). А общий хаос в системе (в нашем примере – в квартире) все равно возрастает. Другое дело, что человеческое восприятие хаоса может не совпадать с термодинамическим. Пусть с точки зрения термодинамики в квартире после приборки и стало меньше порядка, у всякой разумной хозяйки есть особое мнение на этот счет.

Еще одно важное замечание, на которое я обращаю внимание читателя. Как было сказано, хаос растет при движении системы к состоянию равновесия. А что значит равновесие? В системе прекращается всякое движение? Нет! В термодинамике рассматривается так называемое подвижное равновесие, при котором противоположно направленные процессы протекают с равной интенсивностью.

И последняя «термодинамическая вводная» – в результате протекания самопроизвольных процессов в изолированных термодинамических системах все виды энергии, которыми обладают элементы системы в начальный момент ее существования, переходят в тепло – хаотическое движение составляющих систему элементов (частиц). Но само по себе тепло – это еще не полный хаос. Конечное состояние полного хаоса – это равномерное по всей системе тепло. Так что энергия энергии рознь – одни ее источники могут изменять внутреннее состояние изолированной системы (аккумулятор на подводной лодке, нагретая печка в холодном доме), а другие – нет (горячий бульон в идеальном термосе). Если отвлечься от явных источников работоспособной энергии типа аккумулятора, то главное, от чего зависит способность термодинамической системы к развитию (а нас – к активной жизни), это наличие разности температур. Что и отметил незамедлительно Поэт (Бродский, 370 - 371):

 

в зубах травинка, в мозгу блондинка

с каменной дачи – и в верхотуре

только журавль, а не вестник бури.

Слава нормальной температуре! –

На десять градусов ниже тела.

Слава всему, до чего есть дело.

Всему, что ещё вам не надоело!

 

При этом в классической термодинамике считается, что количество и качество составляющих систему элементов остается постоянным. В противном случае в игру вступает особый «специалист» – химическая термодинамика. Ее игры сложнее, но на наши выводы она покушаться не будет.

Энтропийная стрела действует в системах, состоящих из большого числа частиц, поскольку, как говорят физики, для возникновения хаоса нужны большие ансамбли. Действительно, когда частиц немного, максимальный хаос достигается быстро и в дальнейшем такое «термодинамическое время» просто останавливается. Немного – это сколько? «Нас мало, нас, может быть, трое» – написал как-то Вознесенский. И действительно – три частицы столь маленький ансамбль, что для него вообще неприменимо термодинамическое описание. (Слишком большие флуктуации, как говорят физики). А вот какой-нибудь песчаный бархан – это уже маленький, но вполне реальный термодинамический объект. И остановка его термодинамического времени, определяемого, например, по равномерности распределения бесцветных и окрашенных песчинок – дело вполне обычное. Замечу, что термодинамическая роль песка еще ждет своего исследователя. Ведь он является главным элементом одного из первых инструментов для измерения времени – песочных часов. А это далеко не простой прибор! У него есть и очевидные достоинства – надежность, например, но и столь же очевидные недостатки – короткая шкала измерения. Кстати, кроме этого очевидного недостатка – недолгого «активного существования» - у песочных часов есть и еще один, тесно с ним связанный. Для измерения продолжительных отрезков времени кто-то должен следить за часами и считать циклы. Иначе «в песочных часах все меньше остается смеси для отсчета минут, все больше мертвого песка оказывается на дне. И нет руки, которая перевернёт колбу, запуская новый отсчёт времени». (Божко, 35).

Разумеется, не столько краткость термодинамического времени в малых системах является причиной того, что единицей количества частиц (структурных единиц) в термодинамическом ансамбле выбрана очень немаленькая величина - моль. Есть и другие, чисто термодинамические причины. Главная из них – уже упоминавшиеся выше большие флуктуации состояния в малых системах. Говорят, что природа флуктуаций – статистическая, т.е. чем меньше система, тем больше вероятность того, что она случайно далеко отклонится от среднего положения. Но не думаю, чтобы это был совершенно честный ответ. Флуктуации возникают и вполне закономерно, о чем свидетельствуют работы того же Пригожина. Вот как он описывает возникающие флуктуации через понятие нестабильности: «Открытие неравновесных структур, как известно, сопровождалось революцией в изучении траекторий. Оказалось, что траектории многих систем нестабильны, а это значит, что мы можем делать достоверные предсказания лишь на коротких временных интервалах. Краткость же этих интервалов (называемых также темпоральным горизонтом или экспонентой Ляпунова) означает, что по прошествии определенного периода времени траектория неизбежно ускользает от нас, т.е. мы лишаемся информации о ней. Это, кстати, служит еще одним напоминанием, что наше знание — всего лишь небольшое оконце в универсум и что из-за нестабильности мира нам следует отказаться даже от мечты об исчерпывающем знании. Заглядывая в оконце, мы можем, конечно, экстраполировать имеющиеся знания за границы нашего видения и строить догадки по поводу того, каким мог бы быть механизм, управляющий динамикой универсума. Однако нам не следует забывать, что, хотя мы в принципе и можем знать начальные условия в бесконечном числе точек, будущее, тем не менее, остается принципиально непредсказуемым». (Пригожин-1) Математически такое поведение систем описывается новым математическим объектом – странным аттрактором. Комментируя статью Пригожина чл.-корр. АН СССР С.П.Курдюмов так говорит о них: «Действительно, странные аттракторы представляют собой крайне необычные математические объекты. С одной стороны, для их описания используются системы дифференциальных уравнений, в которых все определено, детерминировано и не содержится никаких стохастических членов. А с другой стороны — и это в самом деле чудо! — поведение решений такой системы уравнений на продолжительном временном интервале приобретает хаотический, непредсказуемый (внутри области аттрактора) характер. Полностью детерминированная, с точки зрения традиционных представлений, система тем не менее порождает индетерминированный, хаотический процесс, И самое интересное, что в природе обнаружены явления, моделировать которые можно только с помощью указанного типа аттракторов. Причем явления такого рода наблюдаются отнюдь не только в экзотических областях физической реальности, вроде микро- или мегамира, но и на масштабах, соразмерных масштабу человека. Например, изменения погоды, как правило, моделируются именно странными аттракторами, которые в фазовом пространстве изображают смену состояний метеорологического объекта». (Курдюмов). Так что для математиков флуктуации – весьма интересный объект. Но то, что классическая термодинамика явно не любит флуктуации – несомненный факт.

Что же касается измерения времени, то, пожалуй, только одна из конструкций «термодинамических часов», т.е. часов, основанных на принципе измерения возрастающей энтропии, а именно, упомянутые выше песочные часы, страдают от краткости термодинамического времени в малых системах. Они же страдают и от отсутствия должного внимания классика, забывшего упомянуть их в своем бессмертном творчестве: «Стоящие часы не всегда испорчены, а иногда они только остановлены; и добрый прохожий не преминет в стенных качнуть маятник, а карманные завести» (Прутков, 143). (Впрочем, приведенная выше цитата из г-жи Божко должна примирить песочные часы с литературным творчеством). Во всех остальных конструктивных решениях термодинамических часов (а все широко применяемые для измерения времени устройства – маятниковые, электронные и даже атомные, в конечном счете, являются именно термодинамическими) удалось решить проблему «короткой стрелы» за счет использования достаточно емких источников энергии. Я сказал, что маятниковые, электронные и атомные часы являются термодинамическими в конечном счете потому, что хотя они и используют особый принцип измерения времени – счет циклов в периодических процессах – но «выдают информацию» наблюдателю, рассеивая в виде тепла энергию специально включенного в их конструкцию источника.

Однако мы несколько увлеклись. Что же это за «немаленькая» величина – моль? Моль равен количеству структурных единиц (атомов, молекул, бактерий, столов, читателей и т.п.), равное количеству атомов в 12 граммах изотопа углерода С 12, что составляет число Авогадро (6,02·10 23) штук. Вообще говоря, с Авогадро в истории науки получилось не очень удачно. Его заслуги отмечены именным числом – этого удостаиваются очень немногие, но почему именно эта составляющая его полного имени выбрана – не вполне ясно. Судите сами. Представляю вам итальянского физика и химика, с 1819 года члена Туринской АН, Лоренсо Романо Амедео Карло Авогадро ди Квареньо э ди Черресто. Термодинамика (а вместе с ней и энтропийная стрела времени) отлично работают при количестве частиц в ансамбле от, условно говоря, микромолей до мегамолей. (Условно потому, что нет четкой границы «начала конца применимости» термодинамики). Когда ансамбль меньше, начинаются, как мы видели, неприятности с длиной стрелы – она становится слишком короткой. Когда больше – страдания другие. Стрела «искривляется», т.е. часы, отградуированные в соответствии с определённым законом связи роста энтропии со временем, начинают «подвирать». Это является следствием того, что термодинамический подход не учитывает силы гравитации, которые значительно искажают картину для больших ансамблей с большой массой.

А с научной точки зрения сильное гравитационное взаимодействие приводит к тому, что ансамбли вообще перестают быть термодинамической системой. Дело в том, что система – это сумма своих частей (говорят, что она аддитивна). И потому её энергия должна быть пропорциональна объему. С точки же зрения современной физики Вселенная в целом, да и любые достаточно большие ее области, вообще не является термодинамической системой. Виной тому гравитация. Как сообщает авторитетный источник, «... из-за того, что гравитационное взаимодействие является дальнодействующим и неэкранируемым, гравитационная энергия Вселенной... не пропорциональна ее объему». (Розгачёва и др., 618). И далее там же приводится выражение для гравитационной энергии U сферической массы М в объёме V с однородной плотностью r :  

U ~ - GM2V1/3 = - Gr2V5/3 

Энергия растет почти пропорционально квадрату объёма. Отсюда очевидно, что для массивных ансамблей сумма количеств гравитационной энергии всех элементов объема не равняется гравитационной энергии объёма ансамбля в целом. (Вообще говоря, эта сумма не равняется гравитационной энергии объема для любого ансамбля, но в связи с малостью G= 6,67259(85)·10 -11 м3кг-1с-2 (Григорьев,1234) для любых реально рассчитываемых в земных условиях систем этой неточностью можно пренебречь и «обычно» их просто «не замечают»).

Есть и еще один вид «искажения хаоса», который может привести не только к «искривлению» термодинамической стрелы времени, а даже к ее «рассасыванию». Этот источник открыт (а точнее – осознан в должной степени) И. Пригожиным, о работах которого пришла пора поговорить подробнее. Пригожин установил, что в системах достаточной сложности могут возникнуть флуктуации, которые, в случае их «подпитки» энергией извне, могут превращаться в так называемые диссипативные структуры. Эти структуры уже не подчиняются Второму началу термодинамики (по крайней мере в его классическом виде) и могут развиваться с увеличением упорядоченности. Например, биологическая эволюция.

Впрочем, чтобы лучше понять то, о чем идет речь, предоставим слово самому Пригожину: «Сегодня мы знаем, что увеличение энтропии отнюдь не сводится к увеличению беспорядка, ибо порядок и беспорядок возникают и существуют одновременно. Например, если в две соединенные емкости поместить два газа, допустим, водород и азот, а затем подогреть одну емкость и охладить другую, то в результате, из-за разницы температур, в одной емкости будет больше водорода, а в другой азота. В данном случае мы имеем дело с диссипативным процессом, который, с одной стороны, творит беспорядок и одновременно, с другой, потоком тепла создает порядок: водород в одной емкости, азот — в другой. Порядок и беспорядок, таким образом, оказываются тесно связанными — один включает в себя другой. И эту констатацию мы можем оценить как главное изменение, которое происходит в нашем восприятии универсума сегодня». (Пригожин-1)

Конечно, скажет читатель, это интересно, но при чем здесь термодинамическая стрела времени? Ведь она работает только в изолированных системах, а Пригожин явно постулирует приток энергии извне. Согласен с этим, когда перед нами какая-нибудь пробирка, в которой вдруг цвета раствора изменяются как цвет глазков светофора. Но все не так ясно, когда рассматриваются достаточно большие «куски» нашей Вселенной. Как определить – изолированы они или нет? Ведь и сама наблюдаемая Метагалактика является только частью нашей Вселенной. И ещё - сложились ли в них условия для возникновения диссипативных структур, или нет? По каким признакам их обнаружить? Может быть по их «моральному облику»?

Кстати, о выявленных в последнее время математических связях морали и термодинамики для негуманоиных субъектов смотри работу Лефевра. (Лефевр, 37). В этой незаурядной работе Лефевр находит поразительное математическое соответствие морального субъекта и системы, состоящей из тепловых машин и аккумуляторов тепла. Так что я не исключаю, что «и у нас» наступят времена, когда мы будем сопереживать не только моральным терзаниям принца датского, но и сочувствовать тому измученному перегревом бедолаге, который сегодня для нас просто «представляет собой цилиндр с эллиптическим днищем, внутри которого установлен цилиндр с коническим верхом, заканчивающимся цилиндрической головкой» (Васильев и др., 11), и на судьбу которого нам, грубо говоря, наплевать.

Возможность того, что Вселенная неизолирована по метафизическим причинам, здесь не рассматривается. Диссипативные структуры сглаживают жесткость Второго начала термодинамики. Вот и оказывается, что, в отличие от космологической стрелы времени энтропийная и «короче» и «мягче».

Что касается их согласованности, то очевидно, что энтропийная стрела, как «менее мощная», однозначно связана со стрелой космологической - при увеличении количества космологического времени увеличивается и количество квантов пространства, а значит и количество степеней свободы, т.е. способов, которыми можно «устроить» все частицы Вселенной. А ведь энтропия по Больцману есть ничто иное как просто логарифм числа этих способов.

И, воздавая дань мощи термодинамики в объяснении картины мира, всегда следует помнить и об отмеченном выше «искривлении» энтропийной стрелы в сильных гравитационных полях, которое является следствием гравитационного «стягивания» термодинамических ансамблей, и о возможном возникновении в них диссипативных структур. Гравитация, или возникшие из флуктуаций диссипативные структуры, уменьшают энтропию, а космологическое расширение – увеличивает. Кроме того, не следует забывать – температура во Вселенной падает, что тоже должно уменьшать энтропию. Но в нашей Вселенной сейчас «побеждает» космологическое расширение, и энтропийная стрела хотя и искривлена, но все же показывает в ту же сторону, что и космологическая.

Не стоит забывать и о других возможностях противодействия хаосу. Так, известный астроном Н.А.Козырев считает, что противодействие термодинамическому хаосу оказывает особая физическая природа времени. «Степень активности времени может быть названа его плотностью. Уже из самых общих соображений можно заключить, что существование плотности времени должно вносить в систему организованность, то есть вопреки обычному ходу развития, уменьшать ее энтропию. Действительно, когда весь Мир перемещается по оси времени от настоящего к будущему, само это будущее, если оно физически реально, будет идти ему навстречу и будет, стягивая многие следствия к одной причине, создавать в системе тенденцию к уменьшению энтропии. Таким образом, время, благодаря своим физическим свойствам, может вносить в Мир жизненное начало, препятствовать наступлению его тепловой смерти и обеспечивать существующую в нем гармонию жизни и смерти». (Козырев-1)

Таким образом, мы познакомились с космологической и энтропийной стрелами времени. Перспективы нашего рассмотрения сузились до предела – осталась только историческая стрела времени. Что скажешь, Поэт? (Бродский, 178):

 

^ Жить в эпоху свершений, имея возвышенный нрав,

к сожалению, трудно. Красавице платье задрав,

видишь то, что искал, а не новые дивные дивы.

^ И не то чтобы здесь Лобачевского твёрдо блюдут,

но раздвинутый мир должен где-то сужаться, и тут –

тут конец перспективы

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23

Похожие:

Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г iconКнига издана в авторской концепции
Историческое исследование. Запорожье: Дикое Поле, 1997. 264 с. Тираж 1000 экз
Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г iconКнига издана ограниченным тиражом на частные пожертво вания. Если...
Т. В. Грачева. Невидимая Хазария. Алгоритмы геополитики и стратегии тайных войн мировой закулисы. — Рязань
Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г icon-
Книга «След Сатаны на тайных тропах истории» написана молодым чеченским исследователем Дени Баксаном в 1995 году. Но только в 1998...
Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г iconЭта книга поначалу была издана крошечным тиражом в 500 экземпляров...
Критики, написавшие десятки восторженных рецензий на мгновенно ставший культовым роман Шейна Джонса «Остаемся зимовать», сравнивают...
Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г iconШлахтер В. В., Хольнов С. Ю. Искусство доминировать. Спб.: Изд. "Респекс", 2000. 192 с

Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г iconГлавы жизни «софия» 2000 Т. Лобсанг Рампа. Главы жизни. Пер с англ. К: «София», 2000. 192 с
Несколько книг Лобсанга Рампы, опубликованных в издательстве «София», вызвали огромный интерес и обширную корреспонденцию, они сразу...
Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г iconКнига издана при поддержке Министерства культуры Франции Национального...
Книга издана при поддержке Министерства культуры Франции Национального центра книги
Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г icon-
Свекрасаф (Киров: Дом печати Вятка), 2010. В пер. 608 стр. 2000 экз. Isbn/issn 978-5-901838-63-1
Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г iconШлахтер В. В., Хольнов С. Ю
Шлахтер В. В., Хольнов С. Ю. Искусство доминировать. Спб.: Изд. "Респекс", 2000. 192 с
Книга издана тиражом 192 экз., Кострома, 2000 г iconКнига издана при финансовой поддержке
Л 86 Семинары, Книга I: Работы Фрейда по технике психоанализа (1953/54). Пер с фр. / Перевод М. Титовой, А. Черноглазова (Приложения)....
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница