uzluga.ru
добавить свой файл
1 2
Об исследованиях физических свойств времени.


Козырев Н.А.


1974-1975 г.г. Пулково.

http://www.univer.omsk.su/omsk/Sci/Kozyrev/time-k.htm


I. Время как физическое явление.


В точных науках направленность времени рассматривается как свойство физических систем, а не как свойство самого времени. В естествознании же направленность времени существует всегда и связана с принципиальным отличием причин от следствий. Логически совершенно необходимо рассмотреть и эту вторую возможность методами точных наук. С этой позиции время становится явлением природы, а не просто четверым измерением, дополняющим трехмерное пространство. Тогда промежутки времени, измеряемые часами, должны обладать еще некоторыми Физическими свойствами. В отличие от пассивного геометрического свойства времени, его физические свойства обязательно должны быть активными. Действительно, если они реальны и не являются результатом субъективного восприятия мира, то они должны обнаружиться в действии на материальные системы. Значит время, как некая физическая среда, может воздействовать на вещество, на ход процессов и связывать между собой самые разнообразные явления, между которыми казалось бы нет и не может быть ничего общего. Такой взгляд на время является совершенно правомерным. Но доказать его могут только строгие опыты Физической лаборатории.


II. Опыты, доказывающие существование направленного хода времени.


Эти опыты должны удовлетворять следующим требованиям.

1. Опыт должен быть простейшим, чтобы доказать принципиальную возможность воздействия времени на материальную систему. Значит, в опыте достаточно иметь систему, которую можно рассматривать как систему материальных точек, отвлекаясь от ее частных физических свойств. Поэтому необходимо и достаточно начинать с опытов элементарной механики.

2. Различие будущего и прошедшего проявляет себя в причинных связях. Поэтому, чтобы обнаружить это свойство времени, надо в выбранную для опыта механическую систему ввести причинность, т.е. сообщить одной части системы некоторые свойства, которые бы передавались и поглощались другой ее частью. Разумеется, для конкретных опытов этих двух условий совершенно недостаточно. Необходимо еще из известных свойств причинности составить конкретное представление о том, что такое ход времени и как он может быть измерен. Не вдаваясь в подробности выполненного нами анализа этого вопроса, ответим только, что ход времени должен определяться по отношению к пространству и иметь определенный абсолютный знак, независящий от произвола направлений в пространстве. Поскольку в пространстве существует абсолютное различие правого и левого, то ив этих требований вытекает, что ход времени должен измеряться величиной, имеющей смысл линейной скорости поворота вокруг направления действия причины. Теперь искомое условие опыта становится очевидным.

3. В механическую систему должен быть введен гироскоп так, чтобы причинное воздействие передавалось либо от неподвижной части системы к ротору, либо наоборот, от ротора. В такой системе можно ожидать сложения хода времени с линейной скоростью вращения гироскопа. Тогда система окажется выведенной из обычного хода времени, и в ней могут возникнуть напряжения, вызванные давлением текущего времени.

В этих опытах следует ожидать появлений пары дополнительных сил, действующих в направлении оси гироскопа, величина которых равна действующей в системе силе, уменьшенной в отношении линейной скорости гироскопа к скорости хода времени.

Опыты были осуществлены на двух простейших механических системах: рычажные весы и маятник, в котором на длинной нити был подвешен гироскоп с горизонтальной осью вращения. На рычажных весах, вместо одного из грузов подвешивался гироскоп с вертикальной осью. Причинное воздействие осуществлялось вибрациями опоры коромысла весов или точки подвеса маятника. Вибрации доходили до ротора гироскопа и им поглощались, Уже в первых опытах с вибрациями опоры рычажных весов стали получаться изменения показаний весов, зависевшие от скорости и от направления вращения гироскопа, в полном соответствии с предвиденным результатом. Эти опыты были проведены с гироскопами разных масс, радиусов и при разных скоростях вращений. Появлявшиеся в системе силы не могли иметь тривиального объяснения: они меняли знак при изменении направления вращения и, кроме того, их знак стал обратным, когда в другом варианте опытов вибрации были вызваны колебанием ротора с поглощением их опорой весов. Приведем основные выводы из полученных результатов.

Ход времени не может вызвать одиночную силу. Он дает обязательно пару противоположно направленных сил. Значит время не передает импульса, но может сообщать системе дополнительную энергию и момент вращения. Ход времени нашего мира оказался равный 700 км/сек с поворотом по часовой стрелке, если смотреть из следствия на причину.

Эти опыты были осуществлены с точностью до пятого знака от действовавших в системе сил. Отсутствие же у времени импульса было проверено специальными опытами с точностью до седьмого знака. Этот результат имеет очень большое принципиальное значение. Невозможность передачи импульса через время является тем основным свойством, которым время отличается от силовых полей.

Опыты с гироскопами очень трудны из-за необходимости передачи вибрации на ротор при соблюдении режима точной работы весов. Поэтому большим успехом оказалась возможность перейти к опытам с неподвижными телами без вращений, пользуясь тем, что мы изучаем явления на поверхности Земли, которая уже сама является гигантским гироскопом. Дело в том, что сила тяжести создается элементами Земли с разными линейными скоростями вращений, а силы реакции в системе соответствуют скорости поверхности Земли на той параллели, где производится опыт. Поэтому, накладывая на систему причинно-следственные различия, можно было получить эффекты, аналогичные эффектам в опытах с гироскопами. На весах один из уравновешенных грузов был подвешен жестко, а другой на резине. Главное упрощение опытов заключалось в том, что вибрации опоры коромысла весов могли целиком поглощаться резиновым подвесом и не доходить до груза. При таком режиме не нарушалась спокойная и точная работа весов, как измерительной системы. На маятнике вибрации точки подвеса поглощались капроновой нитью, на которой был подвешен маятник. Тело маятника отклонялось к югу, а на весах груз на резиновом подвесе показывал утяжеление. Отношение этих сил оказалось равным тангенсу широты. Значит возникающие силы, вызванные ходом времени, направлены по оси вращения Земли, как это и следовало ожидать. Специальной экспедицией было проверено, что дополнительные силы на весах зависят от широты. Они обращаются в нуль на широте 73°05 . Этой широте соответствует параллель с очень важной географической особенностью: на севере она дает среднюю границу Ледовитого океана, а на юге границу Антарктиды.

Время не переносит импульса, поэтому в источнике вибрации, т.е. в причине, должна существовать сила, направленная в противоположную сторону: вверх и к северу. Действительно, когда вместо груза на резине был подвешен мотор с эксцентриком, создавшим вибрации этого конца коромысла, а под опорой весов помещена резина, наблюдалось облегчение мотора, т.е. вибрирующего груза, хотя вся кинематика системы оставалась прежней. Этот опыт имеет очень большое значение, так как совершенно исключает все попытки обычного истолкования наблюдавшихся явлений и опровергает классический принцип: causa equal effectum.

В описанных опытах вибрации служили только для того, чтобы ввести в систему причины и следствия и установись их положения. Это обстоятельство было проверено внесением в системы причинно-следственных отношений другими способами. Например, в опыте с маятником был введен тепловой поток, распространявшийся по нити с хорошей проводимостью от точки опоры к телу маятника. Южное отклонение маятника удавалось получить и в этом варианте опыта. Выполненные варианты опытов показали, что для получения одних и тех же сил совершенно не существенен характер причинно-следственных отношений. Важен только факт их существования, а значит важно только установить в системе отличие будущего от прошедшего. Таким образом, в описанных опытах действительно исследовалось свойство направленности времени, а не частные особенности систем.


III. Опыты по исследованию плотности времени.


В предыдущих опытах силы времени появлялись скачком, начиная с некоторой интенсивности того потока, которым вводилась в систему причинно-следственная связь. При дальнейшем усилении этого потока вызванные им силы мало менялись, оставаясь постоянными в пределах некоторой естественной ширины этого устойчивого уровня. Оказалось, однако, что необходимая для получения сил времени интенсивность потока меняется ото дня ко дню и зависит от каких-то внешних обстоятельств. Все опыты получались весной с большим трудом, а зимой, напротив, очень легко. На юге воспроизводить результаты опытов оказалось много труднее, чем на севере. Пришлось придти к заключению, что у времени, помимо направленности, есть еще и другое переменное свойство, характеризующее степень его активности, которое может быть названо плотностью или интенсивностью времени. Плотность времени зависит от процессов, происходящих в окрестностях опытов и от расстояния до них. Подъем и опускание тяжелого груза около маятника, при малых вибрациях точки подвеса, способствовали появлению сил, отклоняющих маятник к югу. Так же и при вибрации рычажных весов усиливалось утяжеление груза на резине, когда в его окрестностях осуществлялся некоторый процесс, например, растворение соли или других веществ в воде, испарение летучих жидкостей и др. Эти опыты позволяют заключить, что совокупность процессов создает некоторый переменный уровень плотности времени, который может зависеть не только от географических процессов, но и от процессов, происходящих на Солнце и на других космических телах. Действительно, во время четырех частных затмений Солнца: 15 февраля 1961 года, 20 мая 1966 года, 25 февраля 1971 года и II мая 1975 года, симметрично относительно момента наибольшей фазы, наблюдалось существенное уменьшение (на 3-4 мг) эффекта утяжеления груза на вибрационных весах. Значит процессы на Солнце увеличивают плотность времени, а во время затмения Луна экранирует их действие. Эти опыты показали возможность астрономических наблюдений не только с помощью лучистой энергии, но и через посредство физических свойств времени. Если Луна экранирует влияние Солнца в эксперименте с весами, то следует ожидать и аналогичного действия со стороны Земли на закате Солнца. В Пулкове северо-западный горизонт совершенно открытый и эксперименты, выполненные в соответствующие время года, дали записи, отражающие момент заката Солнца с точностью до 1-2 минут. Этот дифференциальный эффект лучше и устойчивей наблюдать на весах, в которых причинно-следственное отношение устанавливали на вибрации, а тепловой поток, распространявшийся в весах от одного конца коромысла. Из-за удлинения плеча при нагреве, весы выходили из равновесия, и их приходилось уравновешивать заново, как только устанавливался стационарный режим. Тепловая инерция керамики с электрической спиралью и непрерывная коррекция постоянства нагревающего тока позволили получить устойчивую запись показаний этих весов.

Изменение плотности времени из-за действия процессов на Солнце оказалось одного порядка с действием на близком расстоянии лабораторных процессов. Хотя эффективность процессов вероятно очень зависит от их индивидуальных свойств, при самой грубой оценке можно все же принять, что она просто пропорциональна их мощности. Тогда процессы на Солнце при мощности 1033 эрг/сек будут давать одинаковый результат с лабораторными процессами мощностью в несколько ватт с расстояния порядка 10 см, если действие через время убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Этот закон обратных квадратов приблизительно получается из прямых лабораторных исследований. Дальнейшие исследования влияния процессов на физические свойства времени удалось осуществить значительно более тонким методом, с помощью несимметричных крутильных весов. Эти весы играли основную роль во всех дальнейших исследованиях. Поэтому необходимо остановиться на описании их конструкции и их свойств.


IV. Несимметричные крутильные весы.


Плотность времени зависит от происходящих процессов, поэтому она может быть различной в разных точках пространства. Благодаря этому, наряду со скалярным свойством времени - его плотностью, следует ожидать существования еще и векторного свойства, отвечающего градиенту плотности, направленному к процессу или наоборот в противоположную от него сторону. Соответственно этим направлением в материальных системах могут появиться дополнительные напряжения. Это будет означать, что у времени, кроме его течения и плотности, существует еще и другое свойство, которое может быть названо действием времени. Обнаружить действие времени должны крутильные весы соответствующей конструкции.

Поиски этой конструкции привели нас с инженером В.В. Насоновым к простой идее несимметричных крутильных весов, показавших, что действие времени существует реально. Эти крутильные весы отличаются от обычных только тем, что одно их плечо во много раз короче другого. Соответственно этому, на коротком плече укреплялся тяжелый груз, уравновешивающий малый груз, расположенный на длинном плече. Весы помещались под стеклянной крышкой в футляре цилиндрической формы. В результате многочисленных проб была найдена следующая оптимальная конструкция весов.

Коромысло, длиной около 10 см, может быть тонкой деревянной палочкой или легкой металлической проволокой, немагнитного материала. Длинное плечо коромысла, т.е. расстояние легкого груза до точки подвеса коромысла, было раз в 3-10 длиннее короткого плеча с тяжелым грузом. Грузы надо делать из тяжелого материала. Были испробованы висмут, золото, но оказалось достаточным делать их просто из свинца. В качестве крутильных нитей подвеса были изучены нити кварца, стекла, вольфрама и капрона. Наиболее удобными в обращении оказались нити из капрона. Употреблявшиеся нити имели длину около 5-10 см. Весы сравнительно малой чувствительности, служившие для измерения сил воздействия, подвешивалась на капроновой нити диаметром порядка 30 мк или на нити из вольфрама диаметром 5 мк . Для наглядности демонстрации или же для улавливания очень слабых воздействий, применялись весы из тонкой капроновой нити диаметром 15 мк. Нормальное положение таких весов обычно устанавливалось уже не кручением нити подвеса, а некоторой результирующей всех внешних воздействий.

Основной характеристикой чувствительности крутильных весов является период их колебаний T. Если через F обозначить силу, действующую на конце длинного плеча коромысла L, а через f противоположную силу на коротком плече l, то, при известном периоде, угол отклонения весов может быть вычислен по формуле

= (T 2*(F*l + f*L)) / (4**(m*L2 + M*l2)) (1)

где через M и m обозначены массы большого и малого грузов. Условие равновесия весов, т.е. равенство моментов: m*L = M*l позволяет, при L = l, привести стоящее в знаменателе выражение для момента инерции к простому виду: М*l*L. Таким образом, если на весы действует, например, только одна сила F на длинном плече коромысла, то ее значение может быть определено по углу вызванного ею отклонения весов, согласно простой формуле:

F = 4*2*m*L*/T2 (2)

Употреблявшиеся нами весы малой чувствительности имели период колебаний около 3-х минут, а чувствительные весы - порядка 10 минут. Из формулы (2) следует, что типичные отклонения весов в 10°, в первом случае создавали силы порядка 10-3, а во втором случае 10-4 дины. Приведенные оценки сил показывают, что применявшиеся системы были сравнительно малой чувствительности. Действительно, наблюдавшиеся на этих весах отклонения могла создать гравитационным воздействием с расстояния в один метр лишь масса в одну тонну или в 100 кг на весах большой чувствительности. Поэтому при работе с весами можно было совершенно не учитывать гравитационное действие на них со стороны окружающих тел. Опасные же ошибки и ложные эффекты могут получиться из-за электростатических полей и тепловых воздействий со стороны исследуемых процессов.

Для устранения наведенных электростатических полей необходимо совершенно исключить применение органического стекла и других синтетических материалов. Весы должны находиться в металлическом футляре, так как внутри проводника исчезает электростатическое поле. Контролем успешности такой изоляции служило отсутствие реакции весов на приближение наэлектризованной палочки.

Значительно труднее гарантировать отсутствие устойчивой конвекции, которая может появиться уже при небольшом различии температур внутри сосуда с весами. Действительно, давление p, вызванное током воздуха со скоростью V, должно быть порядка *V2/2, где - плотность воздуха. Давление p можно считать равным всей силе, поворачивающей весы, поскольку сечение коромысла с грузом порядка 1 см2. Таким образом, уже при скоростях порядка 1 см/сек конвекционные токи могут вызывать наблюдавшиеся повороты весов. Разгон тока вызывается силами Архимеда, которые создают ускорение g*T/T, где T - разность температур тока и окружающего воздуха. Полученная в результате скорость определяется соотношением V2 = 2*g*h*T/T, где h - высота сосуда. Таким образом, при одностороннем нагреве воздуха в сосуде на T градусов на весы может действовать конвекционный ток с силой:

p = g**h*T/T (3)

Согласно этой формуле, при h  10 см наблюдавшиеся силы порядка 10-3 дины могут возникнуть при разности температур в 0,03°. На самом деле конвекция развивается не так легко, как было принято при выводе формулы (3). Поэтому, скорее всего, из нашей оценки следует, что систематическое различие температур в сосуде с весами не должно превышать 0,1°.

В сосуде с сильно откачанным воздухом конвекция уже не может иметь значения, но на весы будут действовать разности скоростей молекул, которые могут вызвать эффект радиометрического поворота весов. Давление этого радиометрического эффекта может быть, очевидно, рассчитано по следующей формуле:

p = p*T/4*T (4)

Радиометрический эффект начинает действовать, когда длина свободного пробега молекул становится порядка размеров сосуда, т.е. когда давление р меньше 10-6 - атмосферы. Тогда сила, действующая на коромысло весов, достигнет значения I0-3 дины лишь при разности температур около 1°. Несмотря на приближенный характер формул (3) и (4), они все же дают возможность оценить степень тепловых воздействий, что совершенно необходимо из-за качественного сходства с ними многих наблюдавшихся реальных эффектов.

Несимметричные крутильные весы, в той или иной степени, реагируют на любой необратимый процесс, происходящий в их близости. Длинное плечо коромысла - стрелка весов, в зависимости от характера процесса либо поворачивается к нему, либо наоборот, отворачивается от него. Для понимания работы весов были осуществлены весы, позволяющие раздельно действовать на большой и малый грузы. Для этого большой груз в закрытой трубе помещался приблизительно на метр ниже коромысла. Стрелка реагировала на процессы с тем же знаком, как и на обычных весах, независимо от того, где осуществлялся процесс - у большого или у малого груза. Величина реакции зависела от расстояния процесса до ближайшей к нему точки весов. Это обстоятельство позволило уже на обычных весах уточнить заключение о том, что действие времени убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Наибольший поворот получается, когда направление на процесс перпендикулярно к коромыслу. Значит, возникающие на весах силы сразу ориентируются на процесс. Время не переносит импульса. Поэтому на весах должна быть пара противоположно направленных сил. Опыты над направленностью времени показали, что точки приложения противоположных сил пары определяются положением в системе причин и следствий. Следствие находится там, где происходит диссипация энергии. Поэтому, для устойчивой ориентации пары сил на крутильных весах, существенное значение должно иметь их демпфирование. В первых опытах специально вводился искусственный масляный демпфер, связанный с перемещением большого груза. Потом оказалось, что и без этого достаточное демпфирование дает сопротивление воздуха, в основном за счет движения длинного плеча коромысла. Значит сила, знак которой определяется следствием, действует на коромысло, а сила противоположного направления действует в системе подвеса. Для проверки этого заключения были проведены опыты над крутильными весами в вакууме. Оказалось, что начиная с давления в несколько миллиметров, при действии тех же процессов, меняется направление поворота весов. Этот противоположный обычному поворот весов сохраняется и при дальнейшей откачке воздуха до 10-2 мм. В вакууме демпфирование может происходить только в системе подвеса. Поэтому силы следствия действуют не на коромысло, а на подвес, что и приводит к изменению знака поворота весов, в вакууме весы реагировали на процессы слабее, чем в воздухе. Однако их реакция значительно улучшилась, когда для увеличения трения нить подвеса была пропущена через узкую трубочку, заполненную липкой вакуумной смазкой.

Из приведенных опытов можно заключить, что по всему коромыслу действуют силы одного знака. Если эти силы пропорциональны массам грузов, то они не смогут повернуть весы, потому что на весах выполняется равенство моментов сил тяжести. Значит силы действия времени не просто массовые силы, а зависят еще и от распределения вещества в пространстве. Такую особенность может создать поглощение сил времени веществом грузов. Уже само существование реакции весов на действие времени показывает, что вещество поглощает время и, следовательно, может служить экраном от действия времени.



следующая страница >>