Проблема часу і простору в Метагалактика

В.В. Орлятко

Хронологія подій в геологічній історії Землі обчислюється на основі двох циклічних рівнів - добового обертання Землі навколо своєї осі і її річного обігу навколо Сонця. У науках про Землю час виступає як міра послідовних і незворотних змін природного середовища під час геологічної історії. У теоретичної фізики час розглядається як міра швидкості руху релятивістських частинок.

Між простором і часом в релятивістської механіці існує зв'язок, в якому час разом зі швидкістю світла визначає міру простору:

Вивчення біологічних систем дозволило (Копилов, 1991) представити час як питому щільність енергії. Ця ідея, на наш погляд, дуже плідна. Звідси, в зокрема, випливає, що в залежності від енергонасичені систем хід часу в них буде мінятися. Цей параграф присвячений подальшому розвитку цієї ідеї. Вперше дано рівняння часу. Його аналіз дозволяє поглибити уявлення про фізичної сутності часу і з нових позицій критично оцінити вік Землі і Сонячної системи, межі Метагалактика (Орлятко, 1999).

Рівняння часу

Вище було показано, що світ навколо нас це - перш за все світ фізичних явищ і об'єктів - різноманітних мас і енергетичних полів. Ядра, атоми, молекули -- це елементи речовини. Їх об'єднання створюють макротела від невеликих розмірів -- метеоритів, комет, астероїдів, планет - до гігантських астрономічних мас зірок і їх скупчень. Спостережуване різноманіття мас існує завдяки енергетичним полям взаємодії між мікрочастками речовини і між макрооб'єктах. Якби такої взаємодії не існувало, то світ навколо нас перебував би в розсипаних на елементи стані.

Сильні внутрішньоядерні взаємодії пов'язують системи протонів і нейтронів. Електромагнітні взаємодії пов'язують внутріатомної ядра і електрони, а також забезпечують зв'язку в молекулах і макротелах. І, нарешті, гравітаційне взаємодія забезпечує зв'язку планет і масивної зірки в Сонячній системі. Воно ж визначає конфігурацію і взаємодія зоряних скупчень у Галактиці і в більш великих асоціаціях речовини Всесвіту. Іншими словами, все розмаїття світу обумовлено різноманітністю мас речовини.

Між елементарною частинкою і кам'яною глибою, між планетою і зіркою, виявляється, лежить не прірва, а лише розходження мас, які створюють різні за рівнем і якості взаємодії всередині матеріальних систем. Найчастіше ми бачимо лише результат цього процесу і по ньому відновлюємо весь шлях еволюції об'єкта.

В неорганічний мир саме маса речовини визначає його енергонасичені. У органічних і соціальних системах діють інші закони, хоча роль мас як і раніше велика.

Таким чином, розширюючи і поглиблюючи фізичні уявлення про час, ми можемо розглядати його як міру послідовності взаємодій, що відбуваються на різних рівнях організації матерії.

Взаємодії - Це по суті фізико-хімічні процеси, які йдуть у нерівноважних системах до того моменту, коли енергія взаємодій буде вичерпана і система перейде в клас об'єктів "вічного Світу", тобто швидкість течії процесів в системі не буде відрізнятися від тієї, що існує й існувала в міжгалактичному просторі поза астрономічних мас до появи даної системи. Ці процеси реалізуються у формі чотирьох відомих фундаментальних взаємодій - гравітаційного, електромагнітного, сильної і слабкої. У основі життєдіяльності біологічних систем функціонують ті ж фундаментальні взаємодії, до яких додається інформаційне, записане в генетичному коді біосистем (Копилов, 1991). З наведеного слід: чим більше енергія системи, тим більше число взаємодій в ній відбувається. Іншими словами, Нерівноважна система має різний масштаб часу, який тим більше, чим вище енергія системи. Резюмуючи сказане, дамо визначення часу.

Час - Це міра внутріобусловленной послідовності взаємодій, що реалізовуються на різних рівнях організації матеріального світу - від мікросвіту до планетарного, космічного, включаючи біологічні та соціальні системи. На підставі сказаного час можна уявити у вигляді рівняння:

(XVI.1)

де t0 - Світовий час, Е0 - Світова енергія міжгалактичного простору. Плин часу для різних структурних рівнів матеріального світу буде різним. Це, зокрема, випливає і з тривалості і радіусу дії чотирьох фундаментальних взаємодій, характерних для мікросвіту, макросвіту і міжгалактичного простору. Геологічні, планетарні, зоряні форми взаємодії не можна розглядати як щось принципово відмінне від відомих фундаментальних (Орлятко, 1991). Вони суть комбінації цих видів. Простір і час кожного рівня визначаються усіма взаємодіями даного рівня і пов'язані з взаємодіями сусідніх рівнів. Вони - суть і частина загальної системи взаємодії. З наведеного випливає: якщо енергія системи Е багато більше енергії Світового простору Е0:

(XVI.2)

то масштаб часу системи стає великим. У такій енергонасичені системі в одиницю часу відбувається більше подій, ніж у Світовому просторі. Якщо енергія системи зменшується і стає рівною енергії Світового простору:

(XVI.3)

то масштаб часу t системи стає рівним масштабом часу Світового простору t0:

(XVI.4)

Іншими словами, швидкість взаємодій в системі стає такою ж, як і у Світовому просторі поза великих астрономічних мас.

Світовий час і Світова простір

Що являє собою Світовий час у світлі даного визначення фізичної сутності часу? Світовий час характеризує міру послідовності взаємодій матерії в міжгалактичному просторі, тобто в просторі поза астрономічних мас. Оскільки радіус гравітаційної взаємодії дорівнює

(XVI.5)

де Н - постійна Хаббла, Світ простір заповнений гравітаційними полями. Крім того, воно пронизує фотонами світла і реліктового випромінювання, тобто електромагнітними полями, а також атомами найпростіших елементів, щільність яких у міжзоряному середовищі складає 10-7 частинок на м3, при середній щільності далеко від туманностей rср = 0,89 * 10-29 г/см3 (Новіков, 1990). Звідси ненульова щільність енергії мікрохвильового фону:

Його температура складає 2,74 К при середній температурі міжзоряного середовища

Якщо слідувати термодинамічній визначенням фізичного значення абсолютного нуля Кельвіна (Базаров, 1991), то це - температура при нульовому парціальному тиску газу. З іншого боку, температура пропорційна частоті коливання атомів або молекул щодо свого положення рівноваги:

Отже, абсолютний нуль термодинамічної шкали повинен відповідати стану спокою атомів будь-якого, у тому числі міжзоряного, речовини, коли частота коливань дорівнює нулю (Орлятко, 1991). Але, відповідно до третього початок термодинаміки, неможливо здійснити процес, що дозволяє охолодити тіло до абсолютного нуля. Оскільки міжгалактичний простір пронизує фотонами, гравітаційними полями, які взаємодіють з дуже розрідженим (у нашому нерелятівістком розумінні) речовиною з кінцевою щільністю, то фізичний зміст недосяжності абсолютного нуля в міжгалактичному просторі стає зрозумілим. Речовина навіть в "абсолютному просторі" зазнає певний рівень взаємодій. Цей рівень надзвичайно низький, тому абсолютна часом має характеризуватися надзвичайно малим масштабом: мільйон років в масштабі абсолютного часу - це мить. У енергонасичених системах, і тим більше в біологічних системах, на рівні мікросвіту секунда може мати такий же масштаб як, наприклад, мільярд років в абсолютному часу.

Залежність часу від ентропії і ентальпії систем

Отже, існує пряма залежність масштабу часу від ентропії S системи. Чим нижче ентропія, тобто чим вищий рівень взаємодії в системі, тим кращий її тимчасової масштаб, і навпаки: зі зростанням ентропії в вмираючих системах масштаб часом зменшується і наближається до нескінченно малому. Система "сідає" на Світовий час, що для неї, по суті, як би перестає існувати (мал. 113)

(XVI.6)

Повертаючись до рівняння часу системи, ми тепер бачимо, що енергія системи не може бути дорівнює нулю. Такі системи не можуть існувати в абсолютному просторі. Енергія може бути більше або дорівнює Світовий енергії: .

Рис. 113. Рівняння часу: t0 - Світовий час; tS - масштаб сингулярного часу в момент Великого вибуху

Менше енергії Світового простору вона бути не може, бо стає частиною його після переходу в рівноважний стан. Таким чином, при Е = Е0, t = t0.

Графік зміни масштабу часу системи наведено на ріс.113. В якості верхнього межі енергії слід прийняти енергію Е сингулярною маси до моменту Великого вибуху. Тоді t буде характеризувати гранично максимальний масштаб часу взаємодії на рівні сингулярною маси. Таким чином:

(XVI.7)

при

(XVI.8)

Це рівняння, що характеризують масштаб часу сингулярною маси.

Як відомо, ентропія макросостоянія системи визначається числом які реалізує його микростанів, тобто мікровзаімодействій. При релятивістської узагальненні термодинаміки необхідно використовувати не ентропію, а ентальпії Н системи, де замість обсягу V береться тиск Р:

Н = Н/S, Р, N (де N - число часток), (XVI.9)

щоб виключити термодинамічні потенціали, що не відповідають Лоренц-перетворенням (Базаров, 1991). Тим не менше на якісному рівні всі міркування, висловлені вище щодо ентропії, вірні та для ентальпії системи. Масштаб часу взаємодіючої системи визначається її ентальпії:

t ~ 1/H, (XVI.10)

де ентальпія Н - теплова функція. Для 1 моль ідеального газу - Н = Е + РV, де PV = RT.

Тут R = 8,3 - газова стала, Т -- температура середовища, К - Градуси Кельвіна. Отже,

Н = Е + RТ,

тобто з точністю до постійної RТ ентальпія системи Н визначається її енергією Е.

І. Кант не уявляв матерію без простору, але простір без матерії він допускав: "... аж ніяк не можна собі уявити, що немає ніякого простору, але легко собі уявити, що в ньому немає ніяких предметів ". Кант виходив у своєму висновку з чуттєвого сприйняття світу. У його час ще не знали про існування фізичних полів, атомів і частинок, якими буквально заповнено Світова простір за межами острівців астрономічних мас різного структурного рівня. Проте Ейнштейн будував загальну теорію відносності спираючись на відомі вже дані про гравітаційних і електромагнітних полях. І тим не менше він, як і Кант, не надавав першорядного значення матеріальним системам, розподілених в просторі, віддаючи перевагу просторово-часової метриці. Первинним в ОТО є не матерія, а простір-час.

Сьогодні стає зрозумілим, що спільними фізичними інваріантами є рух і три його складові - маса, простір і час (Вейнік, 1968). Ієрархічна структура на мегауровне простягається від мікросвіту (елементарні частинки, атоми, молекули) до макросвіту (планети, астероїди, біосистеми) і далі до Мегасвіту (зірки, кульові скупчення, галактики, Метагалактика). Кожен цей рівень має різної енергонасичені, і отже, час всередині кожної системи тече з різною швидкістю. Проте сторонній спостерігач, що знаходиться поза такої системи, не може відрізнити це відмінність від масштабу часу, характерного для системи, в якій знаходиться сам спостерігач. Спостерігач ж, що знаходиться усередині системи, живе масштабом часу даної системи. Переносячи цей закон на соціальний рівень організації світу, ми неминуче приходимо до висновку: треба бути членом суспільства, щоб зрозуміти його.

Масштаб часу біосистем

Енергетика біосистем, як і в неживої матерії, виявляє зв'язок з масою. Однак ця залежність найчастіше знаходиться в зворотному співвідношенні. Енергооснащеності малих органічних систем вища, ніж великих, масивних. Вона цілком визначає інтенсивність взаємодій всередині організму, тобто інтенсивність обміну речовин. Зазвичай у великих особин цей процес йде в повільному режимі по порівняно з дрібними (слон і метелик-одноденка). Звідси масштаб часу таких біосистем буде різний. Він залежить від інтенсивності обміну речовин, тобто від кількості подій, що відбуваються в одиницю часу. Та ж метелик за добу проживає повний цикл життя, як слон за свої 40 років. Підвищена енергетика в дитинстві та юності людини втілюється в його уявленні дуже довгого року, довгого літа і т.д. У старості з зменшенням швидкості обміну речовин і, отже, загасанням енергооснащеності організму час у свідомості людини стискається і стає коротшим, тобто його масштаб зменшується, при , , як це випливає з рівняння часу. Таким чином, продовження життя - це не тільки вікова категорія. Можна збільшити масштаб часу поточного життя шляхом прискорення обміну речовин (медичний шлях) або збільшенням числа подій в добовому, місячному, річному ритмі людської активності (соціальний шлях). Іншими словами, людина, що проводить багато часу лежачи на дивані, об'єктивно живе менше людини мандрівного, що займається спортом, тобто активного в суспільстві і просторі.

Масштаб часу соціальних систем

Соціальні системи складаються з індивідуальних біосистем homо sapiens. Поведінкові особливості кожного індивідуума цілком визначаються його здібностями адаптації до даної природному середовищу і того соціуму, в якому він знаходиться.

Тому енергетика соціальної системи залежить від кількості "енергійних" індивідуумів в ній (пасіонаріїв - по Гумільову), природних і зовнішніх умов (впливу інших соціумів).

Сувора природа вимагає більшої витрати енергії індивідуумів для їх існування. І навпаки: сприятливі в географічному відношенні природні умови вимагають для цього меншої витрати енергії. Отже, внутрішній енергетичний потенціал такого соціуму буде вище, ніж соціуму, зайнятого проблемами власного виживання. Третім чинником, що впливає на енергетику соціальної системи, є вплив інших систем (зовнішній фактор).

Це вплив може стимулювати підвищення енергетики соціуму (його згуртування), але може і придушити, зменшити її, зруйнувавши зв'язку між групами і членами спільноти.

Таким чином, впливаючи на ті чи інші елементи, які визначають енергонасичені соціальної системи, можна приводити їх у той чи інший стан.

В умовах Россіі величезні простори зіграли не кращу роль, тому що роз'єднують соціум. Суворі природні умови на більшій частині її території вимагають великих енергетичних витрат населення для виживання. Звідси будь-яке енергетичний вплив на таку ослаблену систему як зсередини (ідеологія), так і ззовні (вороже чи інше) призводить до швидкого порушення рівноваги системи, коливань енергетики і, отже, її масштабу часу. Кожен соціум живе у своєму масштабі часу. Чим більше між цими масштабами відмінності, тим менше взаєморозуміння між народами, заселяють ту або іншу соціальну систему.

Про сингулярно часу і граничний вік Галактики

Оскільки поняття "простір - час" тісно пов'язане зі швидкістю світла, в літературі давно обговорюється питання про граничний значенні швидкості світла (Вейнік, 1968). Проаналізуємо цю проблему, виходячи з отриманого виразу для масштабу часу різних рівнів взаємодіючих систем. Перетворимо його:

(XVI.11)

Покладемо Е = mc2, , де mS -- сингулярна маса до Великого вибуху, cS - швидкість разбегания що скидаються у Внаслідок колапсу мас речовини. З останнього рівняння знайдемо значення з:

(XVI.12)

Розглянемо кілька сценаріїв.

1. Якщо в результаті Великого вибуху відбулося скидання всієї маси або tS> t, швидкість разбегания буде дорівнює світловий:

, (XVI.12)

Оскільки m = mS, c = cS.

Саме з такими швидкостями поширюються фотони реліктового випромінювання.

2. Надалі при досягненні зразкового рівності tS Світовому часу t0:

, (XVI.14)

тобто швидкості разбегания будуть менше швидкості світла. Можна припустити, що разбегания скинутих мас відбувалося по спіралі з прискоренням уздовж магнітних силових ліній потужного магнітного поля, створеного сингулярною обертається коллапсірующая масою. При віддаленні від неї вони могли досягти швидкості світла.

При будь-якому з розглянутих сценаріїв необхідно визнати, що швидкість разбегания мас буде різною на різних відстанях від сингулярною маси. Спіральне рух Сонячної системи навколо центра мас Галактики, спіральне рух Метагалактика навколо центру сингулярною маси виключають можливість визначення абсолютного напрямку руху цих систем щодо початкової маси. Відомий радіус Метагалактика сьогодні оцінюється в 10 млрд. світлових років, або

R = Gm/c2 = 1028 cм, (XVI.15)

або, через постійну Хаббла, що дорівнює 100 км/с:

R = C/H = 1028 cм. (XVI.16)

Якщо Метагалактика не має поступального прямолінійного і рівномірного руху від моменту Великого вибуху (мал. 114), то її вік оцінюється в 10 млрд. років буде істотно заниженими. Немає підстав вважати, що і мікрохвильових фон міжгалактичного простору, якщо він є похідною Великого вибуху, поширюється якимось іншим шляхом, відмінним від спірального. Район сингулярною маси лежить за межами видимості сучасних телескопів. Отже, берег Всесвіту лежить значно далі видимих сьогодні кордонів в 1028 см і вік її значно більше 10 млрд. років. Разбегания по спіралі вимагає значно більшого часу, ніж по прямій (мал. 115), як це передбачалося дотепер. Отже, можливий перегляд віку Сонячної системи в цілому, і Землі зокрема, в бік його значного збільшення. У літературі давно дискутується питання про недостатність прийнятого віку Землі - 4,6 млрд. років - для спостерігається еволюції біологічних систем.

Рис. 114. Схема прямолінійного разбегания мас речовини після Великого вибуху

Рис. 115. Схема спірального разбегания мас речовини після Великого вибуху

Отже, час - це міра життя органічних і неорганічних матеріальних систем. А життя - це здійснення взаємодій різних елементів усередині системи. Припинення взаємодії призводить до розпаду системи. Наприклад: смерть живого організму, дезінтеграція і Розсип гірської породи, каменю, вибух наднової зірки і т.п.

В органічному світі напруженість взаємодій (низка подій) більш інтенсивна, ніж в неорганічний, і залежить від рівня організації матерії (дощовий черв'як, рослина, людина).

В неорганічний мир енергонасичені системи залежить від її маси, тому що маса визначає термодинаміку надр (астероїди, планети, зірки).

Таким чином, час - це міра послідовності взаємодій на різних рівнях організації матерії, це невловима стріла стрімко йдуть подій.

Виникає питання: чи існує час поза подій? Іншими словами, чи існує воно поза взаємодій, а отже, поза матеріальних систем?

Відповідь повинен бути негативним. Ні, не існує. Чому? Поза подій, поза взаємодій немає матерії, отже, немає і заходи нічого не відбувається. Час - це атрибут існуючого світу Всесвіту. Поза її нічого немає. Це важко зрозуміти - так само, як важко зрозуміти уявлення про кінцівки або нескінченності Всесвіту, початку чи кінці її.

В зв'язку з цим можна дати таке визначення просторових розмірів Всесвіту. Всесвіт там, куди проникає світло зірок, тобто де існують електромагнітні, гравітаційні чи інші поля. Там, де їх немає, - немає нічого, ні матерії, ні часу.

Отже, час - це не тільки одна з координат простору (x, y, z, t), але й мера послідовності процесів взаємодії речовини й енергії, що відбуваються в об'єктах, що заповнюють Метагалактика. Воно є незворотнім відраховує її існування починаючи з моменту Великого вибуху.

Час - Це міра всього сущого, і надавати йому будь-які інші властивості, наприклад, енергії, заряду і т.п., відокремлюючи його від речовини, було б так само невірно, як і подання цієї речовини у функції тільки якоїсь однієї координати.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://elib.albertina.ru/