Гипотеза многомерного времени в современных физических теориях
1. Гипотеза многомерного времени 
Идею о том, что время является четвертым пространственным измерением впервые выдвинул Хинтон [1]. Он полагал, что мир является четырёхмерным многообразием, а частицы являются "нитями" в нём. Человеческое сознание в любой момент времени воспринимает лишь трёхмерное сечение этого многообразия. Таким образом, мир статичен, а иллюзия времени возникает при постепенной передаче сознания от одного поперечного сечения к другому, что соответствует "перемещению" в четвёртом измерении.
Эту идею красочно изложил Г. Уэллс в своём знаменитом романе: "Время и есть то, что подразумевается под Четвёртым Измерением, хотя некоторые, трактующие о Четвёртом Измерении, не совсем разбираются в этом. Это просто другой способ смотреть на Время. Единственное различие между Временем и любым из трёх пространственных измерений заключается в том, что наше сознание движется вдоль него" [2,с.171].
Идея существования множества пространств и времён впервые была высказана английским философом Брэдли [3]. Он обратил внимание на то, что следование во времени снов не имеет никакого единства, тогда как у каждого сна есть свои собственные временные связи. Для объяснения этого он предложил, что существуют различные "временные серии", которые могут быть совершенно не связаны друг с другом. "По-скольку не имеется обоснованных возражений против существования любого числа независимых временных рядов, внутренние события в них должны быть связаны во вре-менном отношении, но каждый из этих рядов, как ряд и как целое, не должен был бы иметь временной связи с чем-либо вовне. Я имею в виду, что во вселенной мы могли бы иметь в виду совокупность различных последовательных явлений. События в каж-дой из них должны, конечно, быть связаны во времени, но ряды как таковые не нужда-ются во временных отношениях друг к другу" [3,с.211].
Своеобразным развитием гипотез Хинтона и Брэдли явилась теория многомерного времени, предложенная Данном для объяснения возможности предвидения [4]. При этом он полагал, что мир статичен, в нем нет ни прошлого, ни будущего, а сознание может двигаться в нем по любому направлению. Вслед за Хинтоном он полагал, что время - это лишь некий род субъективного движения сознания. Но этот непрерывный перенос внимания сам по себе является временным процессом. Для объяснения этого времени он постулировал пятое пространственное измерение, по которому "перемеща-ется" второе сознание. Но этот процесс "перемещения" также происходит во времени, поэтому Данн вынужден постулировать бесконечное число дополнительных измерений и соответствующее число наблюдателей.
2. Концепция многомерного времени в теории относительности
А. Эддингтон был первым, кто применил представления о многомерности времени к явлениям физического мира [5]. Принципиальный вопрос, по мнению Эддингтона, заключается в возможности изменения типа метрики мира. Используя обозначение Вейля, который характеризовал наш мир как (3+1)-мерный, он предлагает исследовать свойства (2+2) и (4+0)-мерного мира.
В этой связи интересно вспомнить рассуждения Ньютона в "Вопросах" в конце "Оптики": "И поскольку пространство делимо in infinitum и материя не необходимо присутствует всюду, постольку можно допустить, что Бог может создавать частицы материи различных размеров и фигур, в различных пропорциях к пространству и, может быть, различных плотностей и сил и таким образом может изменять законы природы и создавать миры различных видов в различных частях вселенной. По крайней мере я не вижу никакого противоречия во всем этом" [6,с.306]. В последнее время, в связи с развитием теорий фундаментальных взаимодействий и появлением различных вариантов расширенной теории относительности (РТО), представление о многомерном времени привлекают внимание все большего числа исследователей.
Следует отметить, что никаких серьезных ограничений на число временных измерений в современной науке неизвестно и все возражения против гипотезы многомерного времени удается преодолеть. Как считает В.С. Барашенков, эта гипотеза требует серьезного анализа: "...каково же все-таки время в нашем мире одномерное, как мы привыкли думать, или многомерное и мы, в принципе, можем ожидать встречи с "иновремя-планетянами"? Однозначного ответа пока нет. Многое говорит за то, что Вселенная действительно многомерна не только в пространстве, но и во времени. Две временные координаты просто скрыты от нас" [7,с.20].
В последние десятилетия развития физической науки появились и все больше осознаются некоторые принципиальные проблемы, которые невозможно решить в рамках классической теории относительности в том виде, в котором она была сформирована в начале ХX века. Ограниченность теории относительности связана прежде всего с представлениями о непреодолимости "светового барьера" для материальных объектов в специальной теории относительности и непосредственно связанного с ним "горизонта событий" в общей теории относительности. Наиболее яркие попытки выхода за преде-лы этих представлений были предприняты при создании концепции тахионов [8,9], как частиц, движущихся со сверхсветовыми скоростями и в концепции "отонных миров" возникшей при развитии астрофизики черных дыр [10].
До 60-х гг. ХХ в. считалось бессмысленным рассмотрение сверхсветовых движений и только благодаря работам Танаки, Терлецкого, Сударшана и ряда других ученых было осознано, что сверхсветовые движения не противоречат исходным положениям теории относительности . Современные варианты расширенной теории относительности исходят из того, что скорость света является фундаментальной константой, существенным образом входя-щей в структуру уравнений, описывающих электромагнитное поле. При этом, ее инвариантность является следствием принципа относительности. Парадоксальность этого вывода, противоречащего классическим представлениям следовала из неявного предположения о существовании некоторой выделенной системы отсчета, связанной с гипотетической средой, являющейся переносчиком электромагнитных полей. И именно отказ от концепции "мирового эфира" в ее классическом виде ознаменовал переход к теории относительности.
Но инвариантность скорости взаимодействий отнюдь не устанавливает предела для скоростей материальных объектов. Как справедливо отмечают многие авторы, любой предел имеет две стороны и поэтому, существование материальных тел с досветовыми скоростями не исключает существования материальных тел со сверхсветовыми скоростями [11].
Таким образом, сам по себе "световой барьер" исключает лишь причинную связь между досветовыми и сверхсветовыми телами и на этом основана концепция брадионов и тахионов. Гипотеза существования сверхсветовых частиц, которые принято называть тахионами, привлекает внимание многих исследователей и особенно широко обсуждалась в 60-е - 70-е годы 20-го столетия [12-15]. Предполагалось, что с помощью ее можно ре-шить ряд проблем, связанных с пониманием структуры элементарных частиц и взаимодействий между ними, а также объяснить некоторые необычные астрофизические явления.
В ходе дискуссии по этим проблемам были выдвинуты различные возражения против возможности сверхсветовых движений, которые сводятся к несоответствию этой гипотезы специальной теории относительности, а также к противоречию с принципом причинности. Однако сторонники гипотезы тахионов считают, что все эти проблемы решаются при обобщении теории относительности и введением дополнительного постулата в специальную теорию относительности, который запрещает передачу сигналов в прошлое и называется принципом реинтерпретации [16].
Как следствие развития теории относительности, расширенной к сверхсветовым объектам, явилось введение представления о шестимерной структуре пространства-времени [17]. При этом вводится пространство-время (ПВ) с тремя пространственными и тремя временными осями [18]: M6=M3+3, когда любое событие записывается как
E = (x, y, z, tx, ty, tz)
Для согласования с обычной 4-мерной теорией допускается, что индивидуально наблюдаемы лишь пространственные компоненты, а наблюдаемой временной коорди-натой является только модуль
t=(t2x+t2y+t2z)
Поскольку для любого наблюдателя существует только 4 координаты (x, y, z, t), то 6-мерное ПВ с 3-мерным временем представляется только лишь вспомогательным для интерпретации суперлюминальных преобразований" [18,с.282]. При этом мнимая еди-ница заменяется вращением на 900 в трехмерном времени, что аналогично ее роли в теории с комплексными координатами, где она устанавливает различие тахионных и брадионных координат, а в пространстве с метрикой Минковского заключает различие пространства и времени.
В 1916 году, всего через несколько месяцев после опубликования Эйнштейном общей теории относительности, немецкий астроном Карл Шварцшильд нашел точное ре-шение уравнений гравитационного поля, которое, как оказалось впоследствии, описы-вает геометрию пространства - времени вблизи сферически симметричной черной дыры, характеризующейся только массой. Черная дыра представляет собой объект, вся масса которого сосредоточена внутри сферы радиуса Шварцшильда. Она может образоваться в результате коллапса массив-ной звезды и представляет собой по сути область пространства, ограниченную сферой Шварцшильда, в центре которой находится сингулярность. При этом, свойства про-странства - времени в области между сингулярностью и горизонтом событий и в области за пределом горизонта событий существенно различаются, хотя и описываются уравнениями общей теории относительности. Свойства же пространства - времени вблизи сингулярности меняются еще более радикальным образом и до сих пор мало изучены. Предполагается, что их описание возможно лишь после создания квантовой теории гравитации, описывающей гравитационное взаимодействие на расстоянии порядка планковской длины (10-35 м).
Для внешнего наблюдателя процессы, происходящие вблизи черной дыры замедляются и при достижении сферы Шварцшильда время как бы "застывает" [19]. Если представить себе астронавта, свободно падающего на черную дыру, то по координат-ному времени удаленного наблюдателя он будет асимптотически приближаться к сфере Шварцшильда и как бы зависает над ней. По часам астронавта собственное время достижения сингулярности будет конечным и он мгновенно пересечет сферу Шварцшильда.
Еще более парадоксальным является тот факт, что "по расчету внешнего наблюдателя, кроме астронавта, падающего на горизонт событий и движущегося вперед во вре-мени, должен существовать другой астронавт внутри горизонта событий, падающий на сингулярность и движущийся вспять во времени" [20,с.161].
Эти парадоксы говорят о том, что структура плоского пространства - времени, ко-торая использовалась в расчетах, не соответствует истинной, или глобальной, структуре пространства - времени, связанного со шварцшильдовской черной дырой. В 1960 го-ду Крускал и Секереш нашли преобразования координат и построили диаграмму, кото-рая корректно покрывает все пространство - время и полностью выявляет структуру черной дыры.
Оказалось, что при этих преобразованиях времениподобная в обычном представле-нии сингулярность распадается на две пространственно-подобным сингулярности, одна в прошлом, а другая в будущем. Кроме того, вдали от черной дыры существуют две внешние Вселенные. Так как шварцшильдовская сингулярность пространственноподобна, то переход из одной Вселенной в другую невозможен, потому что любая разрешенная траектория должна быть времениподобной и никогда не выходит за пределы горизонта событий. Под горизонтом событий линии постоянного расстояния имеют пространственноподобное направление, а линии постоянного времени - времениподоб-ное направление. Таким образом, при пересечении горизонта событий пространство и время меняются ролями.
Для внешнего наблюдателя мировые линии частиц, падающих на черную дыру, оканчиваются на гравитационном радиусе, все события для него лежат над горизонтом событий. Все, что происходит с падающим наблюдателем под гравитационным радиусом, для внешнего наблюдателя как бы не существует, события под горизонтом для него ненаблюдаемы. Таким образом, у падающего наблюдателя появляется время, которого нет для внешнего наблюдателя, и на горизонте событий время как бы останавли-вается.
Эта ситуация истолковывается следующим образом. Имеются взаимно перпенди-кулярные оси времени, два времени: одно из них течет для наблюдателя над горизонтом событий, другое - под горизонтом событий. Временная координата под горизонтом событий является независимой, ортогональной внешнему времени. Эти два времени имеют одну точку пересечения на горизонте событий. Таким образом, абсолютное будущее в пространственно-временном многообразии (ПВМ) внешнего наблюдателя является моментом времени, ортогональным исходному ПВМ, и все события за абсолютным будущим происходят во времени, ортогональном времени внешнего наблюдателя [10,с.43].
Факт расширения ПВМ за горизонт событий подводит к мысли о возможности аналогичной процедуры и для светового барьера. При этом за световым барьером также должна находиться ненаблюдаемая (мнимая) область ПВМ.
Преодоление светового барьера возможно при движении в ускоренной системе отсчета. При этом парадокс недостижимости скорости света в исходной инерциальной системе отсчета разрешается тем, что "ускоренный наблюдатель в сверхсветовой области движется по другому (мнимому) времени. По времени наблюдателя в исходной инерциальной системе отсчета события пересечения горизонта событий просто нет, и световой барьер в этой системе отсчета непреодолим. За бесконечное время этого наблюдателя возможно лишь достижение скорости света. Световой барьер нельзя преодолеть, оставаясь в инерциальной системе отсчета, но это возможно сделать, перейдя в неинерциальную систему отсчета" [10,с.45-46].
Что же является существенным в специальной теории относительности для понимания проблемы размерности времени и в чём её ограниченность? Существенным явилось то, что в ней появилось представление о повороте оси времени. Хотя этот поворот носит формальный характер и осуществляется в некоей абстрактной комплексной плоскости (x,ict), но существенным является то, что этот поворот связан с относительной скоростью движения v. Поэтому, представляется важным, что если говорить о изменении направления течения времени, то это изменение следует связывать прежде всего с изменением скорости относительного движения.
Конечно, можно говорить об одномерном, хотя и искривлённом течении времени, также как и об одномерном криволинейном движении, но само по себе это искривление описывается в пространстве большей размерности. При этом в данном случае время уже нельзя полностью свести к пространству, как это делается в специальной теории относительности и описать искривление времени как такового в пространственных величинах. В самом деле - если временные координаты, согласно преобразованиям Лоренца можно свести к пространственным, то это основано прежде всего на соотношении между длиной и периодом световой волны =cT. Поэтому, когда мы говорим об искривлении линии ct, то имеется в виду искривление траектории светового луча в пространстве, когда же мы говорим об искривлении чисто времени t, то его уже невозможно описать в пространстве, а требуется представление о новом временном измерении.
Но даже если мы перейдём к искривлённому времени, то остаётся вопрос о том, в каких пределах возможно изменение направления времени и этот вопрос связан прежде всего с причинно-следственной структурой времени. Кроме того, этот вопрос связан с законом сохранения энергии, так как в случае многомерного времени энергия становится векторной величиной и, как отмечает В.С. Барашенков: "…даже небольшое изменение t-траектории связано с огромным энергопотреблением и может реализоваться лишь в процессах космического масштаба или в области очень малых пространственно-временных интервалов" [21,с.3].
В работах Коула впервые было предложено рассматривать все три временные координаты ti как совершенно независимые величины, а собственное время t как параметр, определяющий траекторию s(t). В.С. Барашенков полагает, что "С физической точки зрения такой подход основан на гипотезе о том, что наша Вселенная образовалась, обладая некоторой случайной "стрелой времени", определяемой эволюцией физических процессов в начальный момент ее становления. Последующее инфляционное расширение разрушило пространственно-временные корелляции удаленных областей, и каждая из них может теперь обладать своей собственной временной стрелой, вообще говоря, отличной от исходной "реликтовой" [21,с.2].
3. Многомерное время и концепция множественности миров
Кардинальные изменения в современной космологии, как становится все более очевидным, связаны с переходом от представления “Вселенной неевклидовой геометрии” к картине “Вселенной неевклидовой топологии” и началом выхода познания на уровень супермегамира (мира метагалактик). Характерной чертой теоретических разработок в данном направлении является использование представлений о сложной топологической структуре пространства-времени имеющего дополнительные пространственные и временные измерения.
Как известно, идея высших пространственно-временных размерностей была предложена Т.Калуцой в 1921г. в связи с разработкой единой теории поля, а в настоящее время получила широкое признание при построении различных вариантов теории Великого объединения и супергравитации. При этом размерность пространства-времени полагается различной, но наиболее популярные варианты включают 10 или 11 измерений. Так, например, обеспечить непротиворечивость теории, описывающей микро- и мегамир, возможно при условии, что в планковских масштабах ~10-33см размерность пространства-времени составляет 10+1. При значительно больших масштабах наблюдаемое пространство-время имеет размерность 3+1, а остальные измерения скомпактифицированы (свернуты) в 7-мерные сферы. Свертку многомерного пространства можно осуществить различными способами, причем с увеличением числа измерений возрастает число вариантов свертывания и набор тополо-гий. Непротиворечивые варианты физической картины мира возможны и при размерности пространства-времени 9+1, что связано с моделью Вселенной, составленной из ансамблей миров (метагалактик), и физикой суперструн.
Представление Вселенной как N-мерного многообразия ведет к картине бесконечного множества 4-мерных миров [22], каждый из которых представляет собой гиперповерхность в глобальном ПВМ. Космологические теории, базирующиеся на релятивистских теориях тяготения, действуют именно в таком многомерном пространстве, в котором каждая точка представляет собой трехмерную геометрию Вселенной в какой-то “момент” времени. Эволюция геометрии Вселенной в таком суперпространстве представляется траекторией, которая может проходить через некоторые особые точки, где топология Вселенной изменяется скачкообразно (квантовый переход). Такой скачок может быть моделью "Большого Взрыва" нашего мегамира (Метагалактики).
Согласно одной из схем классификации моделей множественности миров [23], последние можно разделить на две группы: использующие представления о глобальности единого пространственно-временного континуума и континуумном параллелизме. Наиболее перспективной является вторая группа моделей, где расширенные пространственно-временные многообразия (ПВМ), в общем случае, представляются в форме 4-мерных гиперповерхностей в многомерном плоском пространстве-времени. Основные космологические модели такого типа включают: "ветвящиеся" миры Эверетта, миры Голдони, фридмонные квази-замкнутые миры Маркова, планкеоны Станюковича, метапространство Блохинцева, миры с различной сигнатурой метрики и сопряженные ми-ры, отонные миры, ансамбли миров в теории раздувающейся Вселенной и вытекающие из антропного космологического принципа. Кроме того, за последние несколько лет появилось еще несколько очень перспективных моделей ансамблей миров, базирующихся на постулатах квантовой механики, принципах теории вероятностей и информационных технологиях. Это теория “квантовых компьютеров” Дойча (разновидность теории “ветвящихся миров” Эверетта), теория миров Тэгмарка (устанавливающая эквивалентность математической и физической экзистенции) и концепция семантической Вселенной В.В.Налимова. Особенностью этой группы моделей являются попытки подойти к построению универсальной теории поля, описывающей как физические, так и семантические (т.е. сознание наблюдателя) проявления Универсума.
Формальная возможность введения различных размерностей временной (равно как и пространственной) составляющей в рамках 4-х-мерного ПВМ дает возможность построения модели Вселенной, предстающей в виде гигантского масштаба физической системы – “Мультиверсума”, в пределах которой могут возникать и эволюционировать множество миров (метагалактик) и их ансамблей, обладающих как макроскопическими, так и квантовыми свойствами. При этом, в рамках глобального описания всей системы в целом, наблюдаемым является лишь "собственное время" [24], которое по определению одномерно и связано с порядком последовательного существования этапов эволюции Мегамира.
Так, в частности, дополнительные временные координаты вводились в космологической теории А.Д.Сахарова [25], который, будучи приверженцем гипотезы "Большого взрыва", отстаивал идею "многолистной модели Вселенной", предполагающей перманентное возвращение темпоральных копий Вселенной (нашей Метагалактики) к некоторым исходным точкам. "Альтернативная гипотеза о предыстории Вселенной заключается в том, что на самом деле существует не одна Вселенная и не две (как — в некотором смысле слова — в гипотезе поворота стрелы времени), а множество кардинально отличающихся друг от друга и возникших из некоторого "первичного" пространства. Другие Вселенные и первичное пространство, если есть смысл говорить о нем, могут, в частности, иметь по сравнению с "нашей" Вселенной иное число "макроскопических" пространственных и временных измерений — координат (в нашей Вселенной — три пространственных и одно временное измерение; в иных Вселенных все может быть иначе!) Предполагается, что между разными Вселенными нет причинной связи.
Именно это оправдывает их трактовку как отдельных Вселенных. Я называю эту грандиозную структуру Мега-Вселенная" [26]. В рамках предложенной Сахаровым модели пульсирующих миров (рассматривались как пространственно-замкнутые, так и бесконечные "миры"), в процессе вечной космической эволюции перелистываются страницы книги "материального бытия" (отсюда и название "многолистная модель"). Циклы эволюции Вселенной последовательно сменяеют друг друга. Вопрос о состоянии Вселенной до "Большого взрыва" (первого цикла) решается путем обращения в момент начала первого цикла. Иначе говоря, до этого момента происходит все то же, что и после него, но в обратном порядке. Сахаров, убежденный в существовании множества обитаемых миров, подчеркивал, что обращение времени меняет направление всех физические, химические, и др. процессов во Вселенной, поэтому обитатели Вселенной в каждом отдельном цикле, живут как бы в представлении, что время течет в только в одну сторону — из прошлого в будущее.
Следует отметить, что многолистные модели Вселенной с поворотом "стрелы времени" связывают решение фундаментальных проблем космологии (однородности, изотропии Вселенной) с представлениями о бесконечной эволюции Вселенной в обе стороны по времени и, в этом отношении, могут составлить сильную конкуренцию инфляционным космологическим моделям [27]. В модели "ветвящихся" миров Эверетта [28], призванной разрешить проблему "скрытых" параметров и коллапса волновой функции в квантовой механике, многомерное время возникает как следствие самой модели. В каждом акте измерения (момент взаимодействия наблюдатель-объект) наша Вселенная, согласно Эверетту, расщепляется на ряд параллельных миров, поэтому весь глобальный Универсум представляет собой, по существу, каскад причинно-следственных цепочек, образующих ансамбль миров. Поскольку в процессе однократного акта регистрации элементарной частицы происходит коллапс ее волновой функции, в результате которого ее мировая линия расщепляется на дублет, процесс "ветвления" может быть интерпретирован как совокупность временных потоков или, иначе, "стрел времени", каждая из которых задает направление течения времени в отдельной копии Мегамира.
Таким образом, темпоральность в теории "ветвящихся" миров Эверетта носит многомерный характер. Помимо решения кардинальной проблемы квантвой механики – коллапса волновой функции частицы, теория Эверетта приводит и к дополнительным следствиям. Так, в частности, она объясняет неконтролируемый разброс результатов в ходе экспериментов, а также позволяет ввести понятие "психологического времени" для каждого наблюдателя. Не исключено, что подобный подход сможет объяснить причины некоторых редких заболеваний, таких как синдром Вернера, когда человек катастрофически быстро стареет из-за генетического сбоя.
Дополнительные временные координаты возникают также в описании пространственно-временной структуры черных и белых дыр (отонов), являющихся базовыми объектами в концепции отонных миров [10], где глобальное пространство-время представляется комплексным многообразием. Одной из гиперповерхностей (подмногообразий) является наша Метагалактика, содержащая отоны - объекты, описываемые в рамках ОТО и обладающие различными горизонтами событий (черные дыры, белые дыры и др.). Горизонты событий разделяют глобальное пространство-время Вселенной на суб- и суперлюминальные области, а сами отоны играют роль топологических “мостов” между различными метагалактика ми. Связь между различными мирами в отонной Вселенной возможна за счет трансметагалактических переходов материальных объектов через процессы коллапса на одной гиперповерхности и антиколлапса на другой. Это обусловлено тем, что, например, вращающиеся отоны, описываемые метрикой Керра, обладают разветвленной структурой аналитически продолженного ПВМ, между различными областями которого возможны трансметагалактические переходы. При этом вращающиеся отоны являются наиболее реальными объектами для отождествления с данными астрономических наблюдений, поэтому данная модель является одной из наиболее перспективных в плане эмпирической верификации концепции множественности миров, наблюдательными проявлениями которых могут служить вспышки белых и серых дыр из других миров.
Помимо доказательства существования иных миров, концепция "отонной Вселенной" также дает возможность объяснения таких космических феноменов как гамма-всплески, парадокс “скрытой массы”, образование галактик и т.д.
На основании всего сказанного выше представляется очевидным, что понятие многомерных пространств, являющихся конструктивной базой концепции множественности миров, частным случаем которых выступают модели с многомерным временем, играет фундаментальную роль практически во всех разделах современной науки о Вселенной. Следует отметить, что для ансамбля миров понятие «единого времени» как последовательности состояний системы теряет смысл из-за неопределенности одновременности. Поэтому в Мультиверсуме время, будучи глобальной характеристикой Мегамира, может интерпретироваться только как многомерный феномен, что выводит космологию на качественно новый уровень научного познания.
4. Проблема размерности времени в микромире
Согласно квантовой механике квантовые объекты не имеют определенных траек-торий. Частица описывается волновой функцией, которая отождествляется с некоторой волной вероятностей. Это означает, что в каждый момент времени частица одновременно находится в нескольких состояниях с разной степенью вероятности. Но Аскин, например, связывал одномерность времени с тем, что частица не может быть в один и тот же момент в двух разных местах [29,с.126].
Волновая функция является непрерывной функцией времени и ее эволюция во времени описывается дифференциальным уравнением Шредингера. Но время в квантовой механике вводится как макроскопический параметр, измеряемый лабораторным и часами. В отличие от пространственных координат, которые считаются наблюдаемыми, соответствующими операторам и имеющим вероятностное распределение значений, время считается детерминированной величиной. Таким образом в квантовой механике отсутствует симметрия между пространством и временем.
Эту особенность времени отмечал еще Л. де Бройль: "Именно в сознании наблюдателя, а следовательно, и в макроскопическом времени происходит эволюция "состояния", описываемого волновой функцией , и если в квантовых теориях не удается установить симметрию между пространством и временем, то это, по-видимому, связано с особым характером времени, воспринимаемого сознанием, с непрерывностью его течения и с его необратимостью" [30,с.142].
Наличие кванта действия, которым сопровождается любое наблюдение в микромире, не позволяет установить строгую причинную связь между предыдущим и последующим состояниями квантового объекта. Хотя эволюция волновой функции между двумя последующими измерениями строго детерминирована, но после каждого измерения частица переходит в новое состояние, для описания которого нужно определить новую волновую функцию. Таким образом в микромире, согласно квантовой механике, поведение частиц индетерминировано. Это означает, в частности, что в основание временного порядка, а значит и одномерности микровремени уже нельзя положить непрерывную причинно-следственную связь состояний квантовых объектов, так как она отсутствует в описании микрочастиц. Скорее наоборот - временной порядок, обусловленный последовательностью измерений, определяет причинно-следственную связь состояний, описываемых последовательностью волновых функций.
Таким образом очевидно, что хотя в квантовой механике и используется классические представления о времени и пространстве, но эти представления входят лишь в макроскопическое описание процессов измерения. С другой стороны квантовые закономерности фактически подрывают эти представления и ограничивают область их применения.
На неудовлетворительность обычных пространственно-временных представлений в области микромира указывали многие ученые. Но даже Эйнштейн не видел путей ре-шения и этот вопрос до сих пор остается открытым. Л. де Бройль, например , считал необходимым введение новых, более адекватных представлений:"... понятие пространства и времени взяты из нашего повседневного опыта и справедливы лишь для явлений большого масштаба. Нужно было заменить их другими понятиям и, играющими фундаментальную роль в микропроцессах, которые бы асимптотически переходили при переходе от элементарных процессов к наблюдаемым явлениям обычного масштаба в привычные понятия пространства и время. Стоит ли говорить, что это очень трудная задача?"[31,с.188].
Еще более серьезные трудности возникают в релятивистской квантовой теории. В специальной теории относительности в основании пространственно-временного описания положены кинематические характеристики электромагнитных волн, а именно соотношение между длиной и периодом световой волны. Динамический аспект электро-магнитных волн при этом не рассматривается и геометрия световых лучей определяет по сути пространственно-временные масштабы и псевдоевклидову метрику. В случае малых длин волн энергия фотона становится достаточной для порождения электрон - позитронной пары и пространственно-временная картина, таким образом, искажается.
Квантовая теория поля изучает еще более фундаментальные процессы, чем квантовая механика, и пытается вскрыть глубинные механизмы движения и взаимопревращения микрообъектов. Между тем пространственно-временные представления остаются в этой теории по существу макроскопическими [32,33]. Многие авторы связывают с этим трудности и аномалии, возникающие в этой теории.
Так, например, согласно принципу неопределенности возможно самопроизвольное изменение энергии микрообъекта, за счет которой могут возникнуть виртуальные частицы, которые в принципе не наблюдаемы [34,35]. В связи с этим вполне правомерен вопрос о "виртуальном" пространстве и времени, в котором могут существовать такие виртуальные частицы, а этот вопрос логически приводит к вопросу о размерности пространства и времени. По крайней мере на этих представлениях основана гипотеза ветвящихся миров Эверетта [28].
Для решения этих проблем предлагаются различные пути, изменяющие пространственно-временные представления. А.Эйнштейн, например, хотя и не конкретизировал, но допускал существенные изменения характера протяженности и длительности в микромире [36,с.181].
Еще более серьезные трудности возникают в релятивистской квантовой теории. В специальной теории относительности в основании пространственно-временного описания положены кинематические характеристики электромагнитных волн, а именно соотношение между длиной и периодом световой волны. Динамический аспект электро-магнитных волн при этом не рассматривается и геометрия световых лучей определяет по сути пространственно-временные масштабы и псевдоевклидову метрику. В случае малых длин волн энергия фотона становится достаточной для порождения электрон - позитронной пары и пространственно-временная картина, таким образом, искажается.
Квантовая теория поля изучает еще более фундаментальные процессы, чем квантовая механика, и пытается вскрыть глубинные механизмы движения и взаимопревращения микрообъектов. Между тем пространственно-временные представления остаются в этой теории по существу макроскопическими [32,33]. Многие авторы связывают с этим трудности и аномалии, возникающие в этой теории.
Так, например, согласно принципу неопределенности возможно самопроизвольное изменение энергии микрообъекта, за счет которой могут возникнуть виртуальные частицы, которые в принципе не наблюдаемы [34,35]. В связи с этим вполне правомерен вопрос о "виртуальном" пространстве и времени, в котором могут существовать такие виртуальные частицы, а этот вопрос логически приводит к вопросу о размерности пространства и времени. По крайней мере на этих представлениях основана гипотеза ветвящихся миров Эверетта [28].
Для решения этих проблем предлагаются различные пути, изменяющие пространственно-временные представления. А.Эйнштейн, например, хотя и не конкретизировал, но допускал существенные изменения характера протяженности и длительности в микромире [36,с.181]. Циммерман и Чу вообще отказываются от пространственно-временных представлений в микромире. Они считают, что пространство и время - это макроскопические феномены, имеющие статистическую природу [37-39].
Возможное нарушение временного порядка следует из гипотезы Фейнмана и Штукельберга, согласно которой позитрон интерпретируется как электрон, движущийся назад во времени [40-43]. При обычной интерпретации процесса порождения и аннигиляции электрон-позитронной пары считается, что в начале из -квантов порождается электрон-позитронная пара, а затем позитрон, который обычно живет недолго, сталкивается с каким-нибудь другим электроном, свободно движущимся в пространстве, и эти частицы аннигилируют, порождая новый -квант. Таким образом в этом процессе участвуют три частицы - два электрона и один позитрон, движение которых изображается тремя мировыми линиями, пересекающимися в двух вершинах, соответствующих рождению электрон-позитронной пары и их аннигиляции.
Согласно Фейнману во всем процессе участвуе
- ничего подходящего не найдено