Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени

В наиболее древних солнечных часах используется движение солнечной тени от вертикального столба. Скорость этого движения зависит от скорости вращения Земли вокруг своей оси. С помощью солнечных часов можно узнавать время с точностью до нескольких минут. Часы водяные и песочные основаны на относительно равномерном вытекании через узкую трубку воды или песка. Точность этих часов невелика — за сутки они отстают или уходят вперед примерно на десять минут. Первые механические часы появились в Италии в XIII веке. Вращение горизонтального вала осуществлялось за счет намотанной на вал веревки, к которой привешивалась гиря (разумеется, были и стрелки, и регуляторы для равномерного и замедленного вращения вала). С XV века появились пружинные часы, тут роль веревки с гирей исполняла уже пружина. Через полтора столетия с помощью таких часов замеряли уже секунды. Первые маятниковые часы были изготовлены в 1656 г. (X. Гюйгенс). В основе их лежит открытие Галилея о том, что качания маятника исключительно равномерны и могут происходить длительное время. Именно Галилей предложил измерять время путем счета колебаний маятника. Лучшие маятниковые часы отсчитывают время с погрешностью не более сотых и тысячных долей секунды за сутки. Наконец, часы атомные — гордость XX века. В этих часах используются «строго периодические колебания электромагнитных волн, испускаемых атомами или молекулами. Точность атомных часов — миллиардные доли секунды в сутки.

Во всех этих часах, несмотря на большие отличия, есть нечто общее. Часы — это устройства, в которых либо повторяются с определенной периодичностью, либо протекают с определенной последовательностью и скоростью некие процессы. Так, с определенной периодичностью колеблются маятники и излучают волны атомы или молекулы. С определенной скоростью перемещается тень от Солнца, вытекают из отверстий вода и песок и разжимается пружина. Есть и различные конструктивные элементы, выполняющие сходные функции. Например, у маятниковых часов роль колебательной системы играет маятник, заводной механизм — это гиря или пружина. А например, у часов атомных колеблющийся вектор электрического поля волны служит маятником, сами же излучающие атомы являются как бы колебательной системой.

Поскольку мы ставим перед собой цель разобраться, будут ли реагировать самые различные часы на изменения темпа времени, то для нас вопрос о том, как связаны часы с теми или иными природными процессами, является очень важным.

Возьмем для начала пружинные часы. Казалось бы, работа сжатой пружины зависит только оттого, насколько ее предварительно сжали, от ее конструктивных параметров и от материала, из которого она изготовлена. (При этом мы предполагаем, что некий регулятор равномерности движения пружины работает идеально.) Будут ли пружинные часы реагировать на изменение темпа времени, если, например, мы перенесем их с поверхности моря высоко в горы? Казалось бы, мы должны допустить, что часы этого просто не заметят. В действительности — часы отреагируют. Не заметим этого мы, потому что у часов небольшая точность показаний, а у нас нет возможности сидеть в горах и ждать десятки лет или даже сотни тысяч лет, пока наши часы убегут вперед хотя бы на одну секунду по сравнению с синхронизированными часами на берегу моря. Каким же образом пружинные часы «узнали», что локальное время в горах более ускорено по сравнению со временем на побережье?

Дело в том, что сжатая пружина характеризуется энергией упругости. Упругая энергия по происхождению зависит от силы взаимодействия между атомами в материале пружины. И в то же время взаимодействие атомов в пружине является комбинацией электрической и кинетической энергий на квантовом уровне. А эти виды энергии не могут не отреагировать, если в той локальности, где они находятся, изменится потенциал гравитационного поля. Достаточно поднять часы в горы, как при прочих равных условиях изменится гравитационное притяжение. Возможно, пружинные часы отреагируют и на изменение электромагнитного поля, и на приращения внутренней энергии, вызванные другими причинами.

Ведь мы допускаем, что различные виды энергии участвуют в изменениях гравитационного поля.

Песочные и водяные часы тоже, казалось бы, должны быть равнодушны к изменениям параметров окружающей среды. Но попробуйте в некую воронку вроде бутылки бездна насыпать песок и повернуть горлышком вниз — песок посыплется. Если же попытаться сильно придавить песок неким поршеньком, то песок в горлышке бутылки застрянет. Произойдет это потому, что на стенки бутылки увеличится боковое давление, увеличится сцепление между песчинками и трение. Очевидно, по этой причине песочные часы на берегу моря будут идти более замедленно, чем в горах, где давление и гравитационное притяжение меньше.

В водяных часах при изменении, например, температуры или давления, электромагнитного или гравитационного потенциалов с неизбежностью изменится вязкость и, соответственно, изменится скорость истечения.