Что такое время, течет ли оно, и если да, то что определяет его направление?

Что физики понимают под временем?

Мы начнем с простого вопроса , что физики имеют в виду под временем .

Обратите внимание, что легко запутаться между понятиями времени и течения времени . Когда нефизики говорят о времени, они обычно имеют в виду течение времени, то есть тот факт, что в человеческом опыте время неумолимо течет вперед (со скоростью одна секунда в секунду). Мы еще вернемся к этому, а пока проигнорируем вопрос о том, почему время течет, и просто обратимся к тому, что время значит для физика.

Если вы хотите найти какое-то положение в пространстве, один из способов — установить несколько осей, например$x$,$y$а также$z$осей, и вы можете однозначно идентифицировать любую точку в пространстве по ее координатам$(x, y, z)$.

Чтобы различать события, происходящие в одной и той же точке пространства, но в разное время, нам нужно указать , когда событие произошло, а также где оно произошло, поэтому мы добавляем временную координату$t$. Затем события могут быть однозначно расположены по их пространственно-временным координатам .$(t, x, y, z)$. Для физика время — это просто координата, используемая для описания событий в пространстве-времени. На рисунке 1 выше у нас есть$x$ось, простирающаяся от$-\infty$к$\infty$, а$y$ось, простирающаяся от$-\infty$к$\infty$и$z$ось, простирающаяся от$-\infty$к$\infty$. К ним физик добавляет$t$ось, простирающаяся от$-\infty$к$\infty$, а вот что такое время - всего лишь координата.

Но повседневный опыт говорит нам, что время особенное — оно определенно отличается от пространства — так что же оправдывает точку зрения физика, что время — это просто координата? Чтобы понять это, начните со времени в повседневном мире, описанном ньютоновской механикой.

Предположим, я установил систему координат с собой в начале координат,$x$на восток,$y$на север и$z$прямо вверх. На время я буду использовать свои наручные часы. И предположим, что вы делаете то же самое, но скажем, вы находитесь в другой стране, чем я. Наши два набора координат не будут совпадать, потому что наши оси восток, север и вверх указывают в разных направлениях.

Или предположим, что вы движетесь относительно меня. Даже если не учитывать кривизну земной поверхности, наши координаты не будут совпадать, потому что ваша точка отсчета постоянно перемещается относительно моей точки отсчета — то, что кажется мне неподвижным, движется в ваших координатах, и наоборот .

Таким образом, пространственные координаты зависят от наблюдателя. Однако время абсолютно. Предполагая, что мы оба используем среднее время по Гринвичу (или какой-либо другой аналогичный стандарт), мы всегда будем оба согласовывать время, независимо от того, где мы находимся на Земле или как бы мы ни двигались друг относительно друга. В ньютоновской механике по этой причине время имеет особое значение, поэтому имеет смысл рассматривать его отдельно от пространства.

Однако с 1905 года мы знаем, что для правильного описания окружающего мира мы должны использовать специальную теорию относительности, а в теории относительности время не одинаково для всех наблюдателей. Вернемся на мгновение к обычной ньютоновской механике и предположим, что вы движетесь относительно меня по$x$ось с некоторой скоростью$v$. Если мы нарисуем мое время$t$и положение$x$топоры и ваши$t’$а также$x’$оси они будут выглядеть так:

Две наши оси времени указывают в одном направлении, поэтому мы оба согласны с тем, что значит определить ось времени. Но теперь предположим, что вы движетесь с относительной скоростью.$v$и нарисуйте такую ​​же схему.

Когда мы включаем специальную теорию относительности, наши оси больше не указывают в одном направлении. Если я нарисую свою ось времени прямо вверх, то относительно меня ваша ось времени повернется на угол$\theta$предоставлено:

Итак, ваше направление времени представляет собой смесь моих направлений времени и пространства . Вы увидите то же самое — если вы нарисуете ось времени прямо вверх, то увидите, что моя ось времени повернута на$-\theta$. По сути, у нас разные определения времени, и именно поэтому в теории относительности мы получаем замедление времени.

Суть всего этого в том, что в теории относительности время не определено однозначно. Когда мы рассматриваем координаты, используемые разными наблюдателями, мы обнаруживаем, что время и пространство смешиваются друг с другом. Время больше не отличается от пространства, и поэтому физики рассматривают его как одну из четырех координат, которые вместе составляют четырехмерное пространство-время.

Как течет время?

В предыдущем разделе объяснялось, что физики имеют в виду под временем, но не упоминалось о течении времени. Это потому, что в теории относительности время не течет — точнее, течения времени как понятия не существует.

Это потребует некоторого объяснения, поэтому позвольте мне попробовать это на простом примере. Предположим, я бросаю вам мяч, а вы его ловите. Повседневный опыт говорит нам, что время течет вперед, и при этом мяч поднимается из моей руки, а затем падает в вашу руку. Если построить график высоты мяча,$h$, против времени,$t$, мы получим что-то вроде:

В ньютоновской физике это имеет очень простую интерпретацию: время течет вперед, а высота есть функция времени. Мы можем записать высоту как$h(t)$. Но теперь позвольте мне нарисовать другой график. Я построю график высоты мяча,$h$, против расстояния,$d$, мяч движется горизонтально от меня к вам:

Это ужасно похоже на предыдущий график, и я действительно могу записать высоту мяча как функцию пройденного расстояния по горизонтали,$h(d)$. Но мы бы не сказали, что это расстояние$d$течет вперед, и при этом меняется высота, потому что время отличается от расстояния. Два графика представляют собой просто разные представления четырехмерного графика, показывающего траекторию мяча в пространстве-времени (я буду рисовать только три измерения, потому что не умею делать четырехмерные графики):

В предыдущем разделе я приложил некоторые усилия, чтобы объяснить, что время — это просто координата, как и пространственные координаты, поэтому этот график показывает течение времени не больше, чем расстояние или высота. Траектория мяча — это просто линия в 4D.

В теории относительности мы называем графики подобными приведенным выше мировым линиям , где мировая линия — это просто набор всех точек пространства-времени.$(t, x, y, z)$которое мяч занимает во время своей траектории. Эта мировая линия является фиксированным объектом в четырехмерном пространстве-времени и не меняется со временем. Все, что меняется, — это положение мяча на мировой линии. Вот почему мы говорим, что время не течет. Время — лишь одно из четырех измерений, которые занимает мировая линия.

На самом деле любое физическое свойство, давление газа, напряженность гравитационного поля или что-то еще можно записать как функцию в четырех пространственно-временных измерениях.$F(t, x, y, z)$. Записанный таким образом геометрический объект$F$существует во всем пространстве и во всем времени — это не то, что развивается во времени, не больше, чем то, что развивается в пространстве. В принципе, у нас могла бы быть некая функция, представляющая всю вселенную,$\mathcal{F}(t, x, y, z)$, и это будет существовать для всех значений$t$,$x$,$y$а также$z$. Эта идея (или ряд подобных ей идей) называется блочной вселенной — идея о том, что вся вселенная существует одновременно и время не течет.

Здесь я должен отметить, что многие физики, и я предполагаю, что подавляющее большинство нефизиков, сказали бы, что это просто математическая афера и бессмысленно говорить, что время не течет. Я не собираюсь давать никаких комментариев, кроме как сказать, что это прекрасно подводит нас к последнему из наших вопросов.

Почему существует стрела времени?

Какой бы математически убедительной ни была идея блочной вселенной, факт остается фактом: наш повседневный опыт говорит нам следующее:

1. время течет

2. она течет в одном направлении — вперед и никогда назад

Итак, как мы можем согласовать это с идеей блочной вселенной? Многие физики много думали об этом, и существует множество различных точек зрения. Однако есть некоторый консенсус, что это связано с энтропией . На самом деле это заключено во втором законе термодинамики, который, грубо говоря, утверждает, что для любой изолированной системы энтропия всегда только возрастает.

Рассмотрим какой-нибудь механизм. Мы не будем волноваться, что именно, например, это может быть что-то механическое, межзвездное газовое облако или человеческий мозг. Когда мы говорим о течении времени вперед, мы имеем в виду, что состояние машины изменяется в определенном направлении, например, часы идут вперед, а второй закон термодинамики говорит нам, что оно изменяется в направлении увеличения энтропии.

Если предположить, что человеческий мозг — это всего лишь механизм, он изменяется в сторону увеличения энтропии, как и любой другой механизм. Но если сознание есть результат изменения мозга, то отсюда следует, что любое сознательное существо будет наблюдать изменения механизмов в сторону увеличения энтропии. Это не столько физический закон, сколько корреляция. Поскольку наш мозг изменяется в том же направлении (увеличения энтропии), что и все остальное, это означает, что они обязательно будут наблюдать, как все изменяется в этом же направлении. Мы называем это направление увеличением времени.

Если бы мне позволили высказать личное мнение, я бы сказал, что все это кажется немного банальным — слишком хорошим, чтобы быть правдой — и кажется подозрительно простым объяснением чего-то столь сложного, как Вселенная. Однако у меня нет лучшего предложения. В самом деле, я не думаю, что у кого-то есть лучшее предложение, или, по крайней мере, достаточно лучшее, чтобы убедить большую часть сообщества физиков.

Сколько времени?

Как сказал Эйнштейн, часы измеряют время . И если вы посмотрите на то, что на самом деле делают часы, если вы откроете часы и бросите холодный научный взгляд на эмпирические данные, вы увидите, как вращаются шестеренки или колеблется кристалл. Вы увидите, что часы имеют какое-то регулярное циклическое движение вместе с чем-то вроде шестеренок или счетного устройства, и они дают своего рода кумулятивное отображение того, что мы называем «временем». Однако все, что на самом деле произошло, это то, что винтики и т. д. сдвинулись , и большая рука сдвинулась .вместе с маленькой рукой. Как только вы поймете это, специальная теория относительности упростится, особенно когда вы думаете о волновой природе материи. Максимальная скорость движения — это скорость света, поэтому макроскопическое движение в пространстве по необходимости приводит к уменьшению скорости локального движения. См. простой вывод о замедлении времени в Википедии.

Это течет?

Нет. Вода течет. Вы можете видеть, как он течет. Но когда вы пытаетесь увидеть , как течет время , все, что вы можете видеть, это вращение шестеренок или колебание кристалла. Представление о том, что время течет , — это просто фигура речи, абстракция. Движется свет, движутся планеты, движется кровь, движутся электрохимические сигналы, движутся шестеренки. Все движется, и вы можете видеть это движение. Но вы не можете видеть, как течет время. Потому что это не так. Часы — это не какой-то космический газовый счетчик, измеряющий течение времени. Откройте газовый счетчик, и вы обнаружите, что через него течет газ. Откройте часы, и вы не обнаружите, что время течет через них.

и если да, то что определяет его направление?

Нет направления времени. Это тоже абстракция. Можете ли вы указать в этом направлении? Нет. Можете ли вы двигаться в этом временном направлении? Нет. Поскольку время — это всего лишь кумулятивная мера движения, вы не можете двигаться через меру движения, и нет направления, в котором вы можете двигаться.

Что физики понимают под временем?

Большинство физиков имеют в виду то же, что и все остальные. Но некоторые скажут вам, что это координата, а это еще одна абстрактная вещь, а не что-то, связанное с движением или изменением.

Ладно, позвольте мне тоже попробовать:

• Что физики понимают под временем? Позвольте мне начать с цитаты Германа Вейля:

Мир просто есть , его не бывает . Лишь взору моего сознания, подползающего по линии жизни моего тела, оживает отрезок этого мира как мимолетный образ в пространстве, непрерывно меняющийся во времени.

Когда он пишет «Мир просто есть », он явно не использует is в смысле «существующий во времени». Время (имеется в виду в цитате) возникает посредством нашего сознания (делящего мир на прошлое и будущее, но на самом деле «находящегося» именно там), которое «ползет» по линии жизни нашего тела. Аналогией может быть шарманка вместе с нотной пластинкой с пунктирной бумагой. Мы — шарманка (сознание) и движемся по барабану (миру, который просто есть), производя тем самым ту музыку, которая уже целиком присутствует на барабане. Это также то, что думал Эйнштейн:

Для нас, убежденных физиков, различие между прошлым, настоящим и будущим имеет не что иное, как значение иллюзии, хотя и живучей.

Я думаю, что это то, как большинство физиков думают о времени (возникновение посредством нашего сознания движения мира, который просто существует; прошлое, настоящее и будущее сосуществуют). Но наверняка есть некоторые (или многие, я не исследовал), которые думают, что время действительно существует объективно.

Потому что тем самым можно сказать, что именно мир непрерывно меняется, а не априори «просто есть». Наше сознание воспринимает этот постоянно меняющийся мир как мир, в котором есть время . Или, по аналогии с шарманкой, мы не движемся по мелодии, а мелодия разворачивается перед нами (без всякой музыки).

Тогда время будет состоять из постоянно меняющихся конфигураций всех элементарных частиц. Я думаю, можно сказать, что тогда время — это явление, возникающее из коллективного поведения истинно элементарных частиц, для которых время не существует. Как может существовать время для истинно элементарной частицы, если оно всегда остается одним и тем же? Другими словами, как он может стареть? Старение, хороший пример времени, возникает из коллективного поведения элементарных частиц.

• Как течет время? Я не могу ответить на этот вопрос, потому что время не может течь. Думаю, именно так думает большинство физиков. Движущиеся элементарные частицы, из которых возникает время, очевидно , могут течь. Через пространство, с которым время образует абсолютное пространство-время. Субъективно можно воспринимать время как «текущее» очень медленно (когда плохо) или очень быстро («время пролетело очень быстро, когда мы целовались»), но это вопрос слов. Или посмотрите на ситуацию, когда вы видите сон: часы рядом с вашей кроватью показывают, что прошло пять минут, но во сне вам казалось, что прошло гораздо больше времени. У животных восприятие времени тоже может быть очень разным. Но это в сторону. Итак, ответ на ваш вопрос заключается в том, что время не может течь в обычном смысле. Это означает, что

• Почему существует стрела времени? Во-первых, позвольте мне подчеркнуть, что стрела времени не означает, что время имеет направление. Стрелка не указывает на точку в пространстве. Стрелка не указывает из прошлого в будущее, потому что время, очевидно, не имеет направления во времени. Стрела времени просто означает, что прошлое отличается от будущего, и стрела — хорошая аналогия для решения этой проблемы. Таким образом, вопрос, который вы задаете, на самом деле звучит так: «Почему прошлое отличается от будущего?» Согласно второму закону термодинамики, коллективное поведение всех частиц во Вселенной таково, что частицы имеют тенденцию становиться все более неупорядоченными (если исходная конфигурация не находится в максимально неупорядоченном состоянии). Теперь по определению прошлое Вселенной находится в более упорядоченном состоянии, чем будущее. Вы можете спросить себя, что произошло бы, если бы движения всех полей частиц поменялись местами (что можно сделать только в уме, но покойный Стивен Хокинс однажды подумал, что это произойдет, если Вселенная перейдет от расширения к сжатию, мысль о который он позже, к счастью, признал, что это был неправильный вариант). Что-то думать о!

• Если хотите краткий ответ, то:
  • Физики чаще всего имеют в виду ось координат, когда говорят о времени. Также в теории относительности мы измеряем время в метрах!
• Как течет время?
  • Я бы скорее сказал: как это проходит. В теории относительности мы « предполагаем », что время течет со скоростью света . Мы определяем направление времени этим « определением »:
    • Направление течения времени совпадает с направлением роста энтропии . Если вы не знаете, что такое энтропия, то в двух словах энтропия есть мера неорганизованности материи. Так что время идет в том направлении, где увеличивается дезорганизация частиц в нашей Вселенной.

Это был короткий ответ, и он не был очень точным, но если вы хотите более глубокого объяснения этих вещей, вы можете прочитать много книг и посмотреть много видео на YouTube по этой теме. Надеюсь, мой ответ был полезен.

Меня оттолкнули от моего вопроса (он воспринимался как дубликат этого), поэтому я оставлю ответ здесь в качестве прощального выстрела. Джон Ренни упоминает, что время течет в одном направлении со скоростью одна секунда в секунду. Это хорошо, но только в нашей Вселенной существует бесконечное количество вариаций этой скорости.

Даже для нас самих скорость меняется в зависимости от того, как функционирует наш мозг. Наш мозг имеет разные механизмы (альфа, бета, гамма, дельта [и, возможно, больше] типы волн), и в зависимости от того, какая их комбинация находится в процессе, время может казаться более медленным или быстрым. Когда мы многозадачны, мы хотим, чтобы он замедлялся, а когда нам скучно, кажется, что он тормозит.

Но хватит уже философии — мы говорим здесь о физике времени, которая, по сути, является физикой того, чего не существует. Я не могу вспомнить, кто это, на самом деле какая-то знаменитость, но человек испытывает некоторую аномалию, «медицинское» состояние, и у него нет восприятия времени, как у остальных из нас (независимо от того, сколько процентов человеческой расы).

Точно так же, как у некоторых людей нет отражателей аппетита, которые сообщают им, когда они съели достаточно (люди умирали от этого), человек, которого я забываю, не может судить о времени. Так они дисфункциональны или более приспособлены к природе, чем некоторые?

Я не думаю, что у животных есть восприятие времени. Я думаю, что они воспринимают события и могут их запоминать (на самом деле, как ни странно, эксперименты доказали, что птицы могут передавать «воспоминания» о конкретных угрожающих лицах своим потомкам, и дети соответственно реагируют на людей, не встречаясь с ними ранее) — однако только люди обладают абстрактным представление о времени как о «вещи».

На самом деле в шекспировском «Генрихе IV» главный герой издевается над дураком, потому что он абстрактно относится ко времени. Мораль такова, что люди, у которых есть время задуматься о времени, на самом деле не достигают многого. Это было написано 400 лет назад, и сейчас (смеется над собой) я делаю то же самое. Так что, думаю, я не буду после этого небольшого ответа.

Недавно слушая Джулиана Барбура (который дал решение задачи трех тел), он как бы говорит то же самое. Он говорит нам, что время, каким мы его видим, является своего рода остатком событий, которые не совпадают идеально. Например, если вы должны встретиться с другом, а он прибывает на место встречи после вас, можно начать замечать течение времени. Если бы вы встретились одновременно, ваш разум мог бы остаться полностью занятым жизнью, и время не имело бы значения.

Чтобы привести аналогичный пример, чувак сказал, что однажды встретил Брюса Ли (мастера боевых искусств) в лифте, и они начали обсуждать кунг-фу. Они добрались до одного этажа и попробовали несколько ходов. В следующий раз, когда чувак взглянул на часы, было 7 утра. Он вошел в лифт в 22:35, так что время исчезает, когда мы его не смотрим.

Подобно квантовой механике, если мы ложимся спать, мы можем быть уверены, что наш надежный будильник будет тикать (как говорит Джон Ренни) одну секунду в секунду всю ночь, пока не разбудит нас от бессознательного состояния. НО у нас нет способа доказать, что это происходит на самом деле. Подобно несколлапсированной волновой функции, что на самом деле делает время, когда мы не наблюдаем?

Как мы вообще докажем, что мы тот же человек, который проснулся и уснул? Буддисты говорят, что эго — это функция. Это временно и иногда есть, иногда нет. Это фактическое значение фразы «если дерево падает в лесу, а вокруг никого нет, кто-нибудь это слышит?» коан Это переводится как «если эго не наблюдает, есть ли эго?» - ну, очевидно, нет, если его нет на мгновение. Однако это может вернуться, если ответ Physics Stack Exchange, над которым вы усердно работали, получит много отрицательных голосов, ха-ха-ха.

Так что на земле ближайшей точной мерой времени являются дни. Все остальное — придирки, на которые люди идут, потому что они хотят много вещей, поэтому они начинают просчитывать, как их получить, и это означает, что мы делим события на части, которые мы называем временем.

Это тоже точка зрения Барбура. Нам необходимо воспринимать разделение, чтобы функционировать, и мы обладаем врожденным инструментом разделения времени точно так же, как мы обладаем инструментом разделения идентичности (эго), но, как видно у людей с аномалиями, он может отсутствовать.

Даже такая эмоция, как печаль, никогда не повторяется дважды, и, как сказал известный философ, «никогда не прыгаешь в одну и ту же реку дважды». Я не знаю, как окончательно закончить этот бред. Пожалуй, я просто скажу, что мы согласны верить, что все примерно знаем, что такое час, а секунда — очень удобная единица измерения.

Нет, подождите. Закончу ответ вопросом. Сколько из вас, несмотря на все усилия, опоздали на мероприятие, встречу или не смогли сделать что-то, что должны были сделать за определенное время? Время было точно зафиксировано в вашем мозгу, но жизнь была просто больше, более безличной и вне вашего контроля настолько, что концепция времени не работала.

Хотя что я знаю? Я просто часы. Иногда тикаю, иногда тикаю.

Я приму другую точку зрения, чем другие ответы. Течение времени можно использовать в теории относительности.

Некоторые ответы выше и этот ответ на вопрос Действительно ли требуется бесконечное время (наблюдателю), чтобы кто-то упал в черную дыру? указать время, как в блочной Вселенной . Пространство-время — это неизменный четырехмерный блок. Время не течет.

Согласно этому ответу на Понимание возникающих явлений в блочной вселенной. (Переформулировка вопроса) , для существования потока времени должен быть физически значимый параметр$\lambda$который определил бы поток через$dt/d\lambda$на блоке 4D. Потока нет. В общей теории относительности постоянно определяют аффинный параметр, но он не имеет физического смысла.

С этой точки зрения я что-то вроде рулона пленки. Каждый кадр — это я в определенное время. Каждый кадр существует независимо, независимо от того, какой кадр является «сейчас» или воспроизводится ли фильм вообще. В каждом кадре я в состоянии чувствовать течение времени и вспоминать прошлое.

Однако в качестве ответа на вопрос «Как положение частицы может быть случайным и неопределенным в квантовой механике, если оно уже предопределено в теории относительности?» ясно дает понять, что эта точка зрения не означает, что будущее предопределено таким образом, что это несовместимо с квантовой механикой. Какими бы ни были квантово-механические волновые функции и измерения, результирующие события можно разложить в блоке 4D пространства-времени. Блок — удобный способ просмотра событий для релятивизма.

Многие физики придерживаются мнения, что Блочная Вселенная — это то, как работает Вселенная. Но, как сказал Джон Ренни в своем ответе, есть и другие мнения, что это просто математическое мошенничество, и что время действительно течет.

Например, при численном моделировании общей теории относительности часто используется формализм ADM , чтобы начать с начального состояния и рассчитать будущие состояния. Пространство-время разделено на пространственные листы, помеченные t. Трехмерный метрический тензор для каждого листа используется в качестве динамической переменной вместе с сопряженным импульсом. Можно вывести гамильтониан и уравнения движения. Будущие состояния можно рассчитать, не зная их заранее.

Все это показывает, что Блочная Вселенная совместима с физикой, какой мы ее знаем, несмотря на нарушение здравого смысла. Но Block Universe не требуется.

Часть представления здравого смысла о времени состоит в том, что оно течет. Настоящее — это все, что существует. Будущее еще не наступило. Прошлое закончилось и ушло. Я хотел бы доказать, что это также совместимо с теорией относительности. Течение времени не требуется теорией относительности, но если оно существует, то не вредит теории. Для этого я немного глубже рассмотрю, что означает одновременность.

Свет путешествует в$3 \times 10^8$РС. Нам удобно в$3$РС. Мы находим релятивистскую физику нелогичной.

Представьте себе мир, в котором самое быстрое движение$3 \times 10^{-8}$РС. Это примерно 1 м/год, скорость ледника. Физики мира ледников движутся слишком медленно, чтобы увидеть эффекты движения, с которыми нам комфортно. Мы можем узнать о наших концептуальных трудностях, взглянув на то, что они находят нелогичным в повседневной физике.

В классической физике мира ледников каждый объект имеет фиксированное внутреннее свойство, называемое положением. Каждый наблюдатель соглашается с положением данного объекта. Позиция может использоваться как идентификатор объекта.

Однако точные измерения или измерения в течение длительных интервалов времени показывают, что положение меняется со временем. Это приводит к противоречащим интуиции понятиям, таким как «отказ от одинаковости» и «скорость».

Обычно их можно игнорировать. Но наблюдатели, путешествующие с обычной скоростью, увидят странные эффекты. Ледниковые физики Боб и Алиса согласны с тем, что у них обоих есть позиция.$x_0$вовремя$t_0$. В$t_1$, Боб говорит, что у него есть должность$x_0$, как и следовало ожидать. Точно так же Алиса говорит, что с ней все в порядке. Но Боб говорит, что Алиса в$x_1$.

Это приводит к путанице. Ни Боб, ни Алиса не изменили своего неизменного положения. И все же они сейчас находятся на двух разных позициях. Эти позиции в чем-то совпадают? Возможно ли как-то одновременно занимать две должности?

У нас есть аналогичная путаница с нарушением одновременности. Мы думаем о времени как об абсолютном. Время$t_0$однозначно идентифицирует срез пространства-времени. Когда$t_0$сейчас все события в этом срезе имеют свой момент существования. Состояние Вселенной однозначно определяется$t_0$. С этим согласны все наблюдатели. Течение времени — это прогресс универсального состояния от причины к следствию. Вот почему течение времени имеет смысл.

Однако измерения показывают, что скорость света постоянна. Это приводит к нарушению одновременности. Обыкновенные физики Роберт и Алисия обгоняют друг друга с релятивистской скоростью. Оба выбирают системы координат, которые согласны, что они проходят в$(x_0,t_0)$. Они смотрят на событие, которое Роберт видит как$(x_1,t_0)$. Роберт говорит, что это имеет свой момент существования сейчас. Алисия говорит, что такое же событие уже произошло или еще не произошло. Это приводит к путанице. Одно событие происходит в два разных момента времени.

Block Universe — один из способов обойти это. Если событие существует в два разных момента времени, оно не должно иметь мгновенного существования. Он должен существовать всякий раз, когда ему пора существовать в любой системе отсчета. Это сохраняет представление о том, что все события в срезе пространства-времени, определяемом временем, существуют в это время. Однако это разрушает представление о течении времени. Последовательность событий не возникает и не исчезает. Весь блок событий во всем пространстве-времени просто статически существует.

Другой способ — отказаться от представления об абсолютной одновременности. Каждый объект следует мировой линии, по которой течет время. Каждое событие, которое переживает объект, возникает в свое время и исчезает. Но универсального способа согласования времени отдельных событий не существует. Совпадение так же зависит от движения, как и совмещение позиций отдельных событий.

Это гораздо более сложный концептуальный камень преткновения для нас, чем что-либо еще в специальной теории относительности. Мы привыкли, что Роберт видит два события как одно и то же место, а Алисия видит их разными из-за своего движения. Но Роберт, видящий два события одновременно, и Алисия, видящая их разными из-за своего движения, противоречат нашему представлению о том, что такое время. Трудно привыкнуть к мысли, что время не то, что мы думали.

Это не меняет того, что такое одновременность в теории относительности. Можно сделать вывод об одновременности двух отдельных событий, измеренных в конкретной инерциальной системе отсчета. Роберт, сидя в$x_0$, всегда может положиться на свои часы в$x_0$быть однородным. Он посылает импульс света, который отражает событие в$x_1$и возвращается. Он записывает время отправления и возвращения. Скорость света постоянна, поэтому импульс тратит половину времени на выход и половину времени на возврат. Таким образом, отражение происходит одновременно с событием, которое Роберт пережил на полпути между ними.

Разница между точками зрения Блочной Вселенной и Текущего Времени чисто философская. Оба они используют одни и те же диаграммы пространства-времени, делают одни и те же расчеты и приходят к одним и тем же ответам. Одна точка зрения рассматривает пространственно-временную диаграмму как блок статически существующих событий. Другой рассматривает его как сборник слабо сопоставленных историй.

Оба понятия времени отличаются от понятия здравого смысла. Я не знаю ни одного эксперимента, который мог бы различить эти интерпретации времени. Используйте тот, который делает вас наиболее удобным.

Однако есть одно отличие. Блочная Вселенная не включает прогресс состояния от раннего времени к более позднему времени. Это должно быть добавлено. Возникает вопрос, как его мотивировать и объяснить направление. Поток Времени не объясняет эту прогрессию. Это просто предполагается.

Я не знаю ответа на первые 2 вопроса, но у меня есть ответ на третий. Допустим, у вас есть двухмерная гиперболическая плоскость, замощенная семиугольниками, и один из этих семиугольников, который вы называете центральным. Теперь предположим, что вы начинаете с центрального, а затем продолжаете случайную прогулку на каждом шаге, случайным образом выбирая один из 7 соседних семиугольников для перехода. Тогда вы будете уходить все дальше и дальше. Каждый раз случайно, в каком из соседних семиугольников вы окажетесь в следующий раз. Однако никогда не бывает случайным, какой из соседних семиугольников вам наконец дали, в каком из них вы находитесь в данный момент. Объяснение этому найти не так уж и сложно.

Конечно , ответ Джона Ренни правильный, как и ответ Джона Даффилда . Оба ответа в основном правильные и технические. Но позвольте мне попытаться объяснить это более простым способом. Поэтому, пожалуйста, позвольте мне попытаться добавить кое-что, объяснив это очень простым и понятным способом и сравнив два ответа, где они совпадают, а где нет.

1. Сколько времени?
   Джон Ренни:

   это то, что физики имеют в виду под определением четырех векторов, и что время является координатой в той четырехмерной системе, которую мы называем пространством-временем.

   
   Джон Даффилд:

   это движение частей часов.

   
   Оба правы. Но оба пытаются взглянуть на это под другим углом. Давайте рассмотрим их один за другим, пытаясь объединить их.

В первом ответе говорится, что вселенная устроена так, а четырехвектор устроен так, что время как измерение — это просто еще одно измерение, подобное трем пространственным измерениям, которые мы легко воспринимаем. Теперь это правильно, и это просто измерение пространства-времени. Это объясняет, что на любое движение (скорость) в пространственном измерении влияет (и наоборот) движение (скорость) во временном измерении. Если что-то движется со скоростью$c$в пространстве он не должен двигаться во времени (его скорость во временном измерении равна 0). Если что-то движется медленнее, чем скорость$c$в пространстве он должен начать двигаться во временном измерении. Это всего лишь эмпирический факт, и именно так устроена вселенная и четырехвектор.

Это также относится к блочной вселенной, где все «кванты времени» уже существуют, и мы просто воспринимаем их, когда «движемся» по координатам временного измерения.

Сейчас нет общепринятой теории о том, из чего все состоит и как приобретается масса покоя , но есть теория, согласно которой безмассовые частицы ( глюоны ) колеблются со скоростью c в некотором ограничении.

В СТО замедление времени в одном примере объясняется фотонными часами с двумя зеркалами и фотоном, движущимся между зеркалами (например, колеблющимися) (некоторое ограничение). Итак, если мы возьмем это как аналогию, мы могли бы сказать, что время — это движение (в пространстве) фотона или глюона между зеркалами или заключением. Так что все существующее может состоять из маленьких глюонных часов.

Таким образом, первый ответ может привести к утверждению, что благодаря движению (колебаниям) глюонов маленьких часов и их скорости в пространстве (колебания со скоростью$c$) влияет на их скорость во временном измерении (скорость 0, время заморожено). Таким образом, четыре вектора покажут, что они не двигаются во времени.

Но как только мы смотрим на частицы более высокого уровня, которые они создают, они каким-то образом из-за удержания приобретают массу покоя по отношению к частицам более высокого уровня, и эти (частицы более высокого уровня) замедляются в пространстве. Поэтому они должны начать двигаться во временном измерении, и это то, что покажут их четыре вектора, они будут двигаться во временном измерении со скоростью > 0.

Так вот где первый ответ соединяется со вторым ответом, он говорит, что движение (скорость) в пространственном измерении повлияло на движение (скорость) во временном измерении.

Второй ответ говорит, что время — это всего лишь движение частей часов. Таким образом, в основном он соглашается с первым ответом, говоря, что все это похоже на фотонные часы и что движение в пространстве влияет на движение во времени.

2. Время течет? Нет, оба ответа говорят «нет», потому что время не течет, это мы движемся по координатам временного измерения.

В первом ответе прямо говорится, что мы движемся во временном измерении и что оно больше похоже на блочную вселенную, где все уже существует.

Второй ответ говорит, что время — это просто движущиеся частицы, поэтому само время не течет, а движутся частицы, и это то, что мы воспринимаем как течение времени.

Первый ответ правильный. именно так устроена вселенная и четырехвектор. Позвольте мне показать, почему второй ответ неверен, и для этого мне нужно объяснить то, что не упоминается ни в одном из этих ответов.

3. Случай, который не объясняет ни один из этих ответов , заключается в следующем: если бы все во Вселенной (все частицы, энергия) не двигалось бы в пространстве (они были бы стационарными в пространственных измерениях).

В этом случае первый ответ будет говорить о том, что на основе четырех векторов мы все равно увидим, что все движется во временном измерении со скоростью$c$. Это как раз то, что говорит четыре вектора, и это эмпирически верно.

Второй ответ означал бы, что в данном случае, поскольку в пространстве ничего не движется, мы не воспринимаем время, а времени нет, его не существует. Но это неправда. Второй ответ основан на заблуждении. Это означает, что частицы движутся в пространстве и что наша (у которых есть масса покоя) скорость нормальная, и что нам нужно будет ускориться (в пространственных измерениях) до скорости света. Это неправда. Все безмассовое во Вселенной движется со скоростью$c$в пространстве (и движущийся со скоростью 0 во временном измерении) сразу после создания. Поскольку мы могли бы использовать аналогию и сказать, что все состоит из маленьких фотонных (глюонных) часов, все они движутся в пространстве со скоростью$c$по мере их создания. Если они каким-то образом набирают скорость для частиц более высокого уровня, которые они создают (путем колебаний в каком-то ограничении), то они замедляют эти частицы более высокого уровня в пространстве. Это единственный способ двигаться медленнее, чем скорость$c$в космосе, чтобы замедлить. По мере того, как они замедляются, набирая массу, они (частицы более высокого уровня) начинают воспринимать время так же, как и мы (имеющие массу покоя), и тоже начинают двигаться во временном измерении.

Теперь, если мы замедляемся настолько, что становимся стационарными в пространстве, в этом нет ничего особенного. Затем мы все еще движемся со скоростью$c$во временном измерении. Заблуждение, которое вы видите, заключается в том, что вы можете думать, что скорость 0 в пространстве особенная (для рассмотрения ее влияния на скорость во временном измерении). Нет, это не так. Скорость 0 в пространстве точно такая же (она влияет на скорость во временном измерении), как и любая другая скорость<$c$в космосе. Единственная скорость в пространстве, оказывающая особое влияние (на скорость во временном измерении), — это скорость.$c$. Но это единственная скорость, которую могут иметь безмассовые частицы, и если что-то хочет двигаться медленнее, оно должно замедляться, набирая массу.

Так что второй ответ неверен, когда он говорит, что частицы движутся в пространстве и что это то, что мы воспринимаем как течение времени. Потому что, даже если бы ничто не двигалось в пространстве, мы все равно двигались бы во временном измерении со скоростью$c$.

Как это возможно? Единственным решением на самом деле является блочная вселенная, где все версии нашей вселенной существуют во временном измерении, а мы просто движемся по временному измерению и реализуем реальную версию нашего мира.

Но что заставляет нас всех одновременно воспринимать одну и ту же вселенную? Как мы все вместе движемся по измерению времени? Ответ таков: потому что мы все движемся с одинаковой скоростью (примерно, летим вместе с Землей, когда она движется в космосе) в одном и том же гравитационном поле. Как только мы выходим из поля тяготения Земли, мы воспринимаем время с другой скоростью (чем те, что остались на Земле), так как мы будем двигаться во временном измерении с другой скоростью из-за ОТО . И как только мы летим с другой скоростью в космосе, (в быстром космическом корабле) мы воспринимаем время иначе (тогда оставшиеся на Земле) из-за СИ.

Хорошо, но как мы вообще можем двигаться во временном измерении с разной скоростью? Как же тогда кто-то может удалиться от Земли и вернуться в ту же точку во временном измерении, что и оставшиеся на Земле? Ответ заключается в том, что если кто-то удаляется от Земли, выходит из гравитационного поля и движется с другой скоростью, чем на Земле, то этот человек удаляется во всех четырех измерениях. Чтобы вернуться в ту же точку во всех четырех измерениях и встретиться с теми, кто остался на Земле в той же точке во временном измерении, он должен использовать дополнительную энергию, чтобы компенсировать разницу. В противном случае этот человек вернулся бы на Землю только в то же место в пространстве, но никогда не в ту же точку во временном измерении, что и те, кто остался на Земле (поскольку его скорость во временном измерении отличается).

Итак, первый ответ правильный, потому что даже если что-то стационарно в пространстве, оно все равно может находиться в гравитационном поле, и это меняет его скорость во временном измерении (по сравнению со скоростью вне гравитационного поля).

Это не моя тема, и я тут вообще не эксперт, но я верю в дополнительные обстоятельства в черной дыре , время может даже остановиться (их скорость во временном измерении равна 0) для тех, кто внутри черной дыры (от взгляд далекого наблюдателя), и может показаться, что они застряли в определенной точке во временном измерении. Так что может быть частный случай, когда скорость в пространственном измерении равна 0 и во временном измерении тоже (для невращающейся черной дыры в сингулярности ). Чтобы снова начать двигаться во временном измерении, им пришлось бы использовать дополнительную энергию, чтобы выйти из-под гравитационного эффекта черной дыры и начать двигаться как в пространственном, так и во временном измерениях.

Сколько времени? Спросите десять разных людей, и вы получите десять разных ответов. Вот как я это понимаю. Слово «время» — это термин, описывающий временное движение. Время — это то, что мы делаем. Время не течет, мы время. Мы движемся не во временном измерении, мы движемся во временном измерении. Время — это глагол.

Это наше движение от одного момента к другому. Часы измеряют наш прогресс. Часы измеряют, как далеко мы отсчитываем время. Временные расстояния измеряются в секундах, минутах, часах, днях, годах и т. д. Итак, мы движемся через пространственное измерение, а время — через временное измерение.

Скорость, с которой мы измеряем время, известна как наша временная скорость. Отсчет времени во временном измерении — это не то, чем занимаются только люди. Все, кроме безмассовых частиц, раз.

Теперь, поскольку пространственное измерение и временное измерение взаимосвязаны, чем быстрее мы движемся, тем медленнее мы отсчитываем время, но из-за того, что наше восприятие определяется нашей временной скоростью, мы никогда не воспринимаем локальное замедление времени.

Я могу ошибаться, но нет никаких научных доказательств того, что моя теория неправдоподобна. Поправьте меня, если я ошибаюсь, но если вы не согласны только потому, что это не соответствует вашим текущим взглядам, не комментируйте.