• 5

I. ОПЫТНОЕ ВРЕМЯ И ЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ

Линейный континуум мгновений, составленный из

накладывающихся друг на друга длительностей с помо-

щью метода, который рассматривался в предыдущей

главе, обладает, как было сказано, следующим важным

свойством: первичные длительности соответствуют ин-

тервалам этого континуума. Эти длительности связыва-

лись с индивидуальным временем ощущающего наблю-

дателя. С другой стороны, интервалы или длительности

времени, отсчитываемого часами, зависят, как мы ви-

дели, от конкретных внешних явлений, и поэтому они

в течение долгого времени рассматривались как мера

универсального времени физики. Корреляция между

этими двумя различными видами времени была основана

на принципе одновременности. Согласно этой гипотезе,

каждому мгновению абстрактного линейного временного

континуума, составленного из наших индивидуальных

переживаний накладывающихся друг на друга длитель-

ностей, соответствует определенное состояние физиче-

ской вселенной. На основе абстрактного понятия

идеально точного наблюдения возникло представление

о том, что время —это ≪движущееся лезвие ножа≫, не

ограниченное каким-нибудь отдельным местом, но за-

хватывающее все места одновременно.

Несмотря на всеобщее признание такой интерпрета-

ции времени, что, по-видимому, связано с глубоко уко-

ренившейся естественной тенденцией соотносить микро-

косм (самого себя) с макрокосмом (вселенной), эта

идея единого мирового временного порядка является

тем не менее в высшей степени сложным понятием. Это

умозрительная гипотеза, которая идет гораздо дальше

нашего восприятия явлений, поскольку нет оснований

полагать, что порядок последовательности наших вос-

приятий тождествен с порядком последовательности

внешних событий, который определяет соответствующие

цепи явлений, составленные из этих восприятий. Сна-

чала мы видим вспышку молнии, а затем слышим удар

грома, однако мы считаем, что и то и другое есть про-

явление одного и того же электрического разряда.

Иногда мы даже склонны постулировать полное обра-

щение временного порядка внешних событий по-срав-

нению с временным порядком их восприятия. Приведем

пример из ≪Логики≫ Зигварта, где весьма глубоко обсу-

ждается ≪определение времени≫: ≪Когда зритель наблю-

дает издали строевое учение батальона солдат, то он

видит, что согласованные движения здесь наступают

внезапно, до того как он слышит голос команды или

сигнальный звук трубы. Но на основании своего знания

причинных связей он знает, что движение суть действие

услышанной команды, что эта последняя, следовательно,

должна объективно предшествовать первым≫ '.

Поэтому, как рассуждал Кант, можно полагать, что

универсальное или объективное определение времени

необходимым образом зависит от принципа причинно-

сти: лишь поскольку я знаю, что одно событие является

причиной другого, я могу с уверенностью сказать, что

оно предшествует ему. Но наша вера в любое отдельное

причинное отношение сама основывается на наблюдении

того факта, .что один тип событий регулярно предше-

ствует другому. Поэтому наше знание относительно

причинности основывается на временных последователь-

ностях, наблюдаемых нами2 . Следовательно, как отме-

чает Зигварт, мы сталкиваемся с аргументом, в котором

содержится логический круг, ибо для установления при-

чинной связи необходимо, чтобы ≪мы могли утверждать

с объективной значимостью, что В следовало за А; но,

чтобы утверждать это с объективной значимостью, мы

должны уже были познать причинную связь между

А и ß» 3.

1 X. З и г в а р т , Логика, т. И, вып. 1, СПб., 1908, стр. 299.

г Дальнейшее обсуждение этой точки зрения см. в главе VI,

параграф 2. 3 X. 3 и г в а р т, цит. соч., стр. 300.

Вместо того чтобы согласиться с утверждением

Канта, нам следует признать, что вся эта процедура

является в целом гипотетической. Мы начинаем с пред-

положения, что объективный порядок событий тожде-

ствен с субъективной последовательностью соответ-

ствующих им наших восприятий. Мы придерживаемся

этой гипотезы до тех пор, пока она не вступает

в конфликт с основным содержанием имеющегося зна-

ния. Всякий раз, когда возникает такой конфликт, мы

делаем дальнейшие предположения относительно вре-

менных отношений между событиями и нашими вос-

приятиями и принимаем эти предположения, исходя не

из кантианского априорного принципа причинности и не

из чисто эмпирических соображений, а в силу получаю-

щейся при этом согласованности всех следствий из этих

гипотез с нашим знанием в целом. Практически мы вы-

двигаем предположение, что объективный порядок двух

данных связанных событий должен согласоваться с уже

ранее известным порядком подобных связанных собы-

тий, и делаем еще одно более глубокое предположение,

что любое различие между этим порядком и порядком

воспринимаемым может быть обусловлено некоторым

различием в связях между соответствующими объектами

и нашими восприятиями этих связей.

Следовательно, перед нами встают две проблемы:

(1) как выбрать стандартную пару событий, с которой

можно было бы сравнивать рассматриваемые отдельные

события? (2) каким различиям связей мы должны при-

писывать различия между временными отношениями

наших восприятий этих отдельных событий и восприя-

тием стандартной пары?

Для решения первой проблемы необходимо обратить

внимание на события, для которых порядок их восприя-

тия автоматически совпадает с порядком самих этих

событий. Это такие события, которые ≪одновременны≫

с вызываемыми ими восприятиями. С идеальной точки

зрения ими могут считаться только те, которые происхо-

дят в нас самих. Однако на практике можно считать,

что это события, происходящие достаточно близко, чтобы

время прохождения соответствующего сигнала, напри-

мер света или звука, было незначительным. Таким обра-

зом, в случае, упомянутом Зигвартом, зритель сравни-

вает маневры войск и сигнал трубы с подобным же

образом связанными событиями, которые он уже наблю-

дал вблизи. Переходя к решению второй проблемы, мы

находим, что расхождение между наблюдениями зрите-

лем маневров войск издали и его наблюдениями вблизи

можно объяснить тем, что звук обладает меньшей ско-

ростью по сравнению со светом.

В данном анализе фундаментальное значение имеет

понятие одновременности в индивидуальном времени,

связанное с восприятиями наблюдателя, причем пред-

полагается, что существует корреляция этих восприятий

с эпохами ≪одной линии времени≫. Как мы уже отме-

чали ранее, эту воспринимаемую одновременность сле-

дует отличать от точного понятия точечноподобного

мгновения математического времени, однако с помощью

приборов его можно сделать более совершенным и точ-

ным. С другой стороны, понятие одновременности в уни-

версальном или мировом времени является производным

понятием, которое зависит от относительного положения

внешнего события и способа связи между ним и вос-

приятием его наблюдателем. Если известны расстояния

до внешнего события, а также скорость ≪сигнала≫, свя-

зывающего его с возникающим восприятием, то наблю-

датель может вычислить эпоху, в которую произошло

событие, и соотнести ее с каким-то прошлым мгнове-

нием своего индивидуального времени. Однако для

каждого наблюдателя результаты этого вычисления бу-

дут, очевидно, различными, и нет никакой предваритель-

ной гарантии, что можно будет установить одну времен-

ну^о последовательность событий, одинаковую для всех

наблюдателей. Тем не менее, когда Зигварт писал свою

книгу, и философы, и ученые повсеместно рассматри-

вали как интуитивную, или самоочевидную, истину сле-

дующее утверждение: если мы нашли правила, согласно

которым время восприятия определяется временем со-

бытия, то все воспринимаемые события могут быть при-

ведены в единую временную последовательность.

Несмотря на ясность своего анализа, Зигварт безусловно

предполагал, что этот метод влечет за собой сведение

субъективного времени росприятия к объективному вре-

мени события '.

1 X. 3 и г в а р т, цит, соч., стр 303,

Первый, кто подверг сомнению справедливость этой

точки зрения и полностью оценил следствия, вытекаю-

щие из ее отрицания, был Альберт Эйнштейн, который

сделал это в своей знаменитой статье ≪К электродина-

мике движущихся тел≫, опубликованной^ в 1905 году'.

Эйнштейн ясно понимал, что рассмотренный выше метод

приводит к установлению только субъективного, а не

объективного времени для внешних событий. Кроме того,

он видел не только гипотетический х-арактер предполо-

жения, согласно которому все наблюдатели, если они1

вычисляют правильно, должны приписывать одно и то

же время одному и тому же событию. Он высказал

также убедительные доводы, почему вообще необходимо

отказаться от подобной гипотезы.

Теория Эйнштейна основывалась на предположении,

что между внешними событиями и наблюдателем не су≪

ществует никакой мгновенной связи. В силу решающего

значения этой гипотезы мы рассмотрим исторические

основания, которые привели к ее формулированию. Ко-

нечность скорости распространения звука легко вывести

из временного запаздывания эха, однако относительно

распространения света долго считали, что оно является

мгновенным. Раньше всех усомнился в истинности этого

всеми признававшегося утверждения греческий философ

Эмпедокл (ок. 49035 до н. э.), который, согласно

Аристотелю, ≪был неправ, утверждая, будто свет пере-

двигается и распространяется в известный промежуток

времени между землей и небесной твердью, нами же

{это движение) не воспринимается≫2. Греки считали, что

зрительные образы возникают вследствие излучения из

глаз, а не вследствие излучения от видимых объектов,

и на основании этой гипотезы знаменитый техник и изо-

бретатель паровых машин эпохи эллинизма Герои Алек-

сандрийский сформулировал следующее эмпирическое

доказательство бесконечности скорости света. Если вы

ночью, говорил он, повернете голову к небу, закрыв

глаза, и затем внезапно откроете их, то вы увидите

звезды немедленно. Следовательно, раз между мгнове-

нием открытия глаз и мгновением, когда впервые видят

звезды, не протекает никакого времени, свет (или зре-

ние) распространяется мгновенно. Знаменитый ученый

мусульманского мира Ибн-Сина (980073), напротив,

считал, что свет обязан своим существованием излуче-

нию светон'осными источниками определенных частиц, и

на этом основании сделал вывод, что его скорость

должна быть конечной. К подобному же выводу пришел

Альгазен (ок. 965039), который в своем трактате по

оптике утверждал, что свет есть движение и поэтому

в одно мгновение находится в одном месте, а в другое

мгновение в другом. Следовательно, поскольку он не на-

ходится в обоих местах в одно и то же время, то должно

существовать какое-то течение времени между двумя

этими мгновениями и поэтому его передача не может

быть мгновенной '.

Тем не менее спустя несколько столетий мы находим,

что Кеплер в своей ≪Диоптрике≫, опубликованной в

1611 году, возвращается к взглядам Аристотеля и утвер-

ждает, что поскольку свет нематериален, то он не может

оказывать никакого сопротивления движущим силам и

поэтому имеет бесконечную скорость. С другой стороны,

Галилей в своих знаменитых диалогах о механике, опуб-

ликованных в 1638 году, обсуждал этот вопрос с гораздо

более современной точки зрения2. Он предложил сле-

дующий эксперимент: два лица, снабженные сигналь-

ными фонарями, занимают позиции на расстоянии не-

скольких миль друг от друга. Как только один увидит

свет другого, он открывает свой. Теоретический анализ

Галилеем этой проблемы, как и в случае его исследова-

ний падения тел, далеко опередил современную ему

экспериментальную технику, и в силу этого опыт был

неосуществим. Галилей добавляет при этом, что он фак-

тически пытался осуществить этот эксперимент на рас-

стоянии меньшем, чем одна миля.

Первое успешное эмпирическое доказательство ко-

нечности скорости'света стало возможно после открытия

спутников Юпитера, которые также впервые обнаружил

Галилей с помощью своего телескопа. Они обеспечивают

1 I. В. Cohen, Roemer and the First Determination of the

Velocity of Light, The Burndy Library Inc., New York,

1944,- p. 9. 2 Г а л и л е й Г., Соч., т. I, стр. 113 и след.

соответствующее открывание и закрывание фонарей,

которое требовалось для выполнения эксперимента Га-

лилея. Наиболее ранние таблицы движения этих спут-

ников, надежность и приемлемость которых были при-

знаны другими астрономами, были опубликованы Кае-

сини в 1668 году. Среди тех, кто впоследствии исследо-

вал нерегулярности во времени затмений спутников

Юпитера, был молодой датский астроном Олаф Кристен-

сен Рёмер (1644710), который работал над этой

проблемой в Парижской обсерватории в 1675 тоду.

В сентябре 1676 года он известил членов Академии

наук, что затмение самого ближнего к Юпитеру спут-

ника, ожидавшееся 9 ноября, случится десятью мину-

тами позднее того времени, которое было вычислено на

основании наблюдений прежних затмений. Рёмер объяс-

нил, что эта задержка обусловлена тем, что свет рас-

пространяется не мгновенно, как, по существу, предпо-

лагали астрономы, а ≪постепенно≫, и что наблюдаемое

время затмений зависит от расстояния между Юпитером

и Землей, изменение которого колеблется в пределах

расстояния, равного диаметру орбиты вращения Земли

вокруг Солнца. Предсказание Рёмера было подтвер≪

ждено с большей или меньшей точностью, и 21 ноября

он зачитал перед Академией другое сообщение, в кото-

ром он установил, что время, требующееся свету для

пересечения земной орбиты, было равно примерно

22 минутам'. Правильное значение этой величины

меньше примерно на 5'/2 минут. В действительности

численный результат Рёмера не был подтвержден дру-

гими исследователями. Поэтому его интерпретация

наблюденных нерегулярностей вообще не была при-

знана во Франции, хотя была признана в Англии всеми,

исключая Роберта Гука. Однако это не означало, что

все английские астрономы приняли Рёмерову величину

скорости света. Например, Ньютон в ≪Оптике≫, опубли^

.кованной впервые в 1704 году, утверждает в предложе-

,нии XI книги II части III, что: ≪Свет распространяется

'От светящихся тел во времени и тратит около семи или

РВОСЬМИ минут часа на прохождение от Солнца к Земле≫.

Швлялась ли эта пересмотренная цифра результатом его

собственных вычислений или вычислений Галилея или

Флэмстида, мы не знаем.

Гипотеза Рёмера получила всеобщее признание

только после подтверждения ее, независимо от Рёмера,

английским астрономом Джеймсом Брэдли в 1728 году,

которое явилось следствием его попытки определить

параллаксы (а следовательно, и расстояния) звезд на

основе движения Земли по своей орбите. Брэдли выбрал

отдельную звезду, для которой нашел годовое смещение

в виде малого эллипса, но, к своему удивлению, обнару-

жил, что наблюденные смещения на 90 градусов откло-

нялись от тех, которые ожидались. Наблюдения над

другими звездами привели к подобным же результатам.

Хорошо известно, что Брэдли нашел объяснение этого

явления во время прогулки по Темзе на парусном ко-

рабле. При наблюдении совместных действий ветра и

движения корабля на корабельный флаг ему пришла

мысль объяснить свои наблюдения над звездами сов-

местным движением света и Земли. В своем классиче-

ском сообщении Королевскому обществу он писал:

≪Наконец я догадался, что все вышеупомянутые явле-

ния происходят от поступательного движения света и

годового движения Земли по своей орбите. Так, я пола-

гаю, что если распространение света происходит во

времени, то видимые места неподвижных предметов не

будут теми же самыми, когда глаз покоится и когда

он движется в каком-нибудь направлении, отличном

от линии, проходящей через глаз и объект. Когда глаз

движется в разных направлениях, кажущиеся места объ-

екта будут разными≫ '. Направление, в котором телескоп

должен быть установлен на данную звезду, будет по-

этому определяться сложением вектора скорости Земли

с вектором скорости света, идущего от звезды, .и .будет

изменяться, поскольку направление вектора скорости

Земли изменяется в течение всего года. Брэдли вывел

из величины полученной им ≪константы аберрации≫ (ко-

торой, как он утверждал, не существовало бы, если бы

скорость света была бесконечной), что время, необходи-

мое свету для прохождения расстояния от Земли до

Солнца, равно 8 минутам 12 секундам —величина, бо-

лее близкая к полученной Ньютоном, чем к той, которая

была получена Рёмером.

Работы Брэдли привели к окончательному призна-

нию гипотезы о конечной скорости распространения

света. Однако эксперимент Галилея в чисто земном мас-

штабе был выполнен наконец только в* 1849 году фран-

цузским физиком Физо. В эксперименте Физо луч на-

правлялся между зубцами вращающегося зубчатого

колеса и, пройдя затем несколько миль, отражался и

возвращался по тому же пути. Если колесо вращается

достаточно быстро, то может получиться так, что воз-

вращающийся свет не пройдет между зубцами. Методи-

ка этого опыта была усовершенствована Корню, кото-

рый в 1874 году получил для скорости света в воздухе

значение, равное 300330 км/сек1.

В 1873 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал

свой великий труд ≪Электричество и магнетизм≫, в ко-

тором объяснил, что свет является формой электромаг-

нитного излучения, а в 1887 году Герц впервые получил

тот тип электромагнитных волн, которые мы теперь назы-

ваем радиоволнами. Позднее было обнаружено, что

волны, принадлежащие к этой части спектра, приходят

к нам от Солнца, Млечного Пути и дальних объектов

внегалактического пространства, и радиоастрономия

является в настоящее время важным добавлением к ви-

зуальной астрономии при наблюдении физической все-

ленной. Все имеющиеся в нашем распоряжении доказа-

тельства указывают на то, что между внешними

событиями и нами самими нет никаких связей, которые

распространялись бы быстрее, нежели электромагнит-

ные2.

1 Последнее наиболее точное определение скорости света в ва-

кууме дало значение 299792,50 + 0,10 км/сек (К. D Froome,

Proc. Roy. S ос., А, 247, 1958, 109).

2 Конечно, мы можем рассматривать скорости большие, чем с

(скорость распространения электромагнитных волн в пустоте), на-

пример в среде, индекс преломления которой меньше единицы, или

если мы возьмем длинный стержень, повернутый на очень небольшой

угол а по отношению к данной прямой, и начнем двигать его по

направлению, перпендикулярному к ней, то скорость точки пересе-

•чения может превысить с, хотя скорость движения стержня —нет.

^Однако ни в коем случае мы, не можем послать сигнал со скоро-

•Пью, превышающей с. В первом случае рассматриваемая скорость

является волновой скоростью, но сигнал может передаваться толь-

Следовательно, все наши наблюдения над удален-

ными событиями связаны с некоторым запаздыванием

времени. Это означает, что мир, наблюдаемый в данное

мгновение индивидуального времени, нельзя отожде-

ствлять с миром как он есть в определенное мгновение

универсального времени, ибо чем больше удален объект,

тем больше отстает его время от времени наблюдателя.

Вместо наблюдения последовательности пространствен-

ных состояний вселенной мы видим последовательность

пространственно-временных сечений. Как однажды за-

метил Эддингтон, ≪время, как мы теперь поним-аем его,

было открыто Рёмером≫, поскольку мы спустя столетия

медленно пришли к ясному пониманию того, что его иссле-

дования впервые обнаружили фундаментальное физиче-

ское различие между локальным временем и временем

на расстоянии.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я