Анатолий Бич - Природа времени - Гипотеза о происхождении и физической сущности времени

В книге использовано такое экзотическое понятие, как искривление пространства-времени.

Пространство и время сегодня рассматриваются в единстве, их координатами определяется любое событие. Пространство-время определяют еще и как четырехмерное пространство, точки которого отвечают событиям. [3] Единство пространства и времени как один из определителей мироздания носит название «континуум».

Как можно представить себе искривление пространства-времени?

Отсылая особо любознательных читателей к специальной литературе, попытаемся опустить узкопрофессиональное понятие почти на бытовой уровень и попробуем все же разобраться, разумеется, теряя при этом, как говорят шахматисты, качество…

Пространство (пространство-время) называется искривленным, если в нем невозможно ввести координатную систему, которая может считаться прямолинейной. Примером искривленного пространства является сфера. В искривленном пространстве выделяют так называемые геодезические линии. Расстояние между двумя точками вдоль этих линий является кратчайшим по сравнению с любым другим расстоянием между этими же точками.

С позиций физического смысла искривление пространства можно представить так.

Любой объем пространства содержит в себе нечто материальное: элементарные частицы, вещество или материальные поля. Состояние этого объема, или по-научному — пространственно-временной локальности, зависит как от взаимодействия материи внутри объема, таки от взаимодействия этой локальности с внешним миром (со средой). Если в этот объем поместить какое-либо тело, то оно, в силу определенного состояния нашего объема, само будет обладать определенным состоянием, займет определенное положение, будет двигаться по определенной траектории и будет обладать определенным собственным временем. Если теперь относительно недалеко от выбранного нами объема окажется массивное гравитирующее тело, то состояние нашего объема изменится, так как в нем изменится напряженность гравитационного поля. Тело в нашей локальности, в свою очередь, изменит (в общем случае) и положение, и скорость, и темп собственного времени. То есть наш мысленно выделенный объем так изменится, что условное тело, помещенное в него, изменит и свое состояние, и свое поведение. Если воспользоваться аналогией, то можно представить себе, что наше тело вначале двигалось по ровной поверхности, а потом вдруг начало взбираться на холм. Изменилась метрика, изменились показатели пространства-времени. В подобных случаях с позиций теории относительности и утверждают, что изменился радиус кривизны пространства-времени, произошло искривление пространства. Как видите, в соответствии с теорией относительности кривизна пространства-времени определяет состояние любой локальности Вселенной, а радиус кривизны характеризует, какая это кривизна — большая или малая. Взаимозависимость кривизны пространства-времени (кривизны вообще) и радиуса кривизны можно представить по аналогии: чем больше резиновый мяч, тем больше его радиус, но меньше кривизна его поверхности.

Теория относительности утверждает, что при наличии гравитационного поля пространство-время уже не плоское, а искривленное. Чем значительнее воздействие гравитации на пространство- время, тем больше кривизна пространства-времени (меньше радиус кривизны).

В свою очередь, геометрические параметры пространства признаются внутренними свойствами пространства, которое, таким образом, способно порождать гравитационное поле. Чем больше искривлено пространство, тем большее гравитационное поле оно порождает.

(Научное определение: пространство называется искривленным, если результат параллельного переноса вектора из одной точки в другую зависит от выбора пути, по которому производится перенос; мерой кривизны является угол поворота вектора при переносе его по замкнутому контуру, отнесенный к единице площади.)

Некоторые понятия будут пояснены в ходе дальнейшего рассмотрения гипотезы и ее следствий.

И в заключение несколько слов о терминах, чтобы к этому уже не возвращаться. В литературе принято, что когда речь идет о нашей Галактике и нашей Вселенной (или Метагалактике — наблюдаемой части Вселенной), то слова эти пишутся с прописной буквы, в иных случаях — о других галактиках и вселенных — со строчной.

Слова «гравитация» и «тяготение» совершенно одинаковы по смыслу — они являются синонимами.