Главная > Разное > Динамика и информация
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

46. Настоящее, прошлое, будущее

Что такое настоящее? Каждый из нас имеет готовый ответ: это — данный миг, поскольку все более раннее — это уже несколько в прошлом. До появления теории относительности такой ответ вполне был согласован и с более строгой математической, т.е. количественной трактовкой (рис. 29а). В простейшем случае одного измерения х мы имеем пространство, которое равномерно смещается вдоль оси времени Время в этом подходе является абсолютным; во всех точках х оно течет с одним и тем же темпом и совершенно одинаково для неподвижных и движущихся тел (рис. 296).

Рис. 29. До появления теории относительности структура пространства времени рассматривалась как равномерное движение всего пространства вдоль координаты мирового времени . Поскольку свет имеет постоянную скорость, то реально "видимое” настоящее располагается в заштрихованном слое, а линия имеет смысл условного времени

В теории относительности все обстоит сложнее. Главный ее принцип — не существует сигналов, распространяющихся быстрее скорости света, а скорость света одинакова как в неподвижной, так и в движущихся системах координат. Для жителей Земли это означает, что одновременность на земной поверхности определена с точностью до где — радиус Земли. А если смотреть на звездное небо, то мы увидим звезды на линии где — расстояние до звезды, время в прошлом, отсчитываемое от момента наблюдения. Вряд ли кто-нибудь из смотрящих на звезды согласится с тем, что он их видит не "сейчас". На рисунке 296 этому "настоящему видимому" соответствуют

линии уходящие в отрицательное время. Для всех жителей Земли это настоящее определено с точностью до

А что же означает линия Строго говоря, эта изохронная линия, т.е. линия одного и того же времени, является достаточно условной. Она может быть получена таким образом. Сначала вдоль оси х располагается множество часов, т.е. одинаковых физических тел или механизмов, совершающих периодическое движение с одним и тем же периодом. Затем эти часы синхронизуются, например, с помощью светового сигнала, бегущего от данных часов к соседним и обратно. Все эти действия совершаются в прошлом, и таким образом создается протяженный периодический объект с одной и той же мгновенной фазой: при все стрелки часов указывают одно и то же время.

Рассматривая каждые из часов как осциллятор с периодом часов, мы получаем волну с волновым вектором и частотой Ясно, что такой классический объект с бесконечной фазовой скоростью может быть создан только с помощью эволюции из прошлого, и в любой данный момент никакой физической связи между часами не существует.

Можно рассуждать немного по-другому. Допустим, что в прошлом, при две физические системы находились в одной и той же точке Пусть затем одна система покоится, а другая движется со скоростью V. За время - вторая система передвигается на расстояние а ее собственное время согласно соотношениям (197) будет равно При совпадает с т.е. медленно расходящиеся друг от друга физические системы, имеющие общую историю, имеют также общее время. Другими словами, в нерелятивистской теории время является "абсолютным".

Рассмотрим теперь одинокого покоящегося наблюдателя в точке в момент времени (рис. 30).

Мировая линия покоящегося наблюдателя соответствует полуоси ординат, приходящей из в точку . В точку О с координатами могут попасть также движущиеся тела, например А — с положительной скоростью и В — с отрицательной скоростью. Согласно теории относительности максимальная скорость, с которой могут перемещаться любые материальные объекты, в том числе волны, равна скорости света. Поэтому в точку О может собраться только та информация, которая существовала ранее внутри заштрихованной области на рис. 30. Это и есть то прошлое, которое можно либо непосредственно видеть, слышать, осязать, либо восстановить по памятникам старины и "окаменелостям", находящимся в точке О.

Таким образом, мы приходим к несколько парадоксальному выводу, что будущее наблюдателя О находится не при а во всей не заштрихованной области на рис. 30. Во всяком случае, так это должно представляться с точки зрения одиночного наблюдателя. Что же касается прошлого, то оно должно представлять собой область, доступную для пассивного сбора информации, приходящей с электромагнитными волнами или записанной на любых движущихся материальных носителях (т.е. звук, почта и т.д.).

Рис. 30. У наблюдателя О в точке в момент времени реальное "прошлое" находится в заштрихованной области, ограниченной линиями Линии А и В соответствуют движущимся телам.

Рассмотрим теперь, как может выглядеть область двусторонней информационной связи наблюдателя О с любым другим наблюдателем в прошлом (или "настоящем").

Пусть наблюдатели А, О, В неподвижны (рис. 31а). В состоянии О, т.е. в момент времени наблюдатель может послать сигналы с максимальной скоростью с. Эти сигналы достигают мировых линий и двух других наблюдателей в точках которые в свою очередь посылают свои "ответы" в точку О. Как видно из рисунка, наблюдатели А и В находятся на расстоянии Внутри этих мировых линий находится область (заштрихованная) двусторонней связи неподвижного наблюдателя О с другими неподвижными наблюдателями. В частности, в точках А, О, В могут находиться часы, и тогда двусторонняя связь может быть использована для синхронизации неподвижных часов, т.е. для построения линий

В точку в момент времени могут собраться и подвижные наблюдатели. Если они имели до этого двустороннюю связь с другими объектами, то в точку О будет собрана вся информация двусторонней связи. Например, на рис. 316 подвижный наблюдатель в положении О в момент времени посылает информацию со скоростью света в точку А" мировой линии неподвижного наблюдателя, а затем в точке О получает ответ от второго наблюдателя.

Как мы видим, если в точку О собираются все подвижные наблюдатели, то в этой точке оказывается собранной вся информация

двусторонней связи из области внутри линий Другими словами, наряду с данными пассивных наблюдений в эту точку можно собрать информацию двусторонней связи.

Рис. 31. Пространственно-временная область двусторонней связи наблюдателя О с другими наблюдателями: а — наблюдатель О неподвижен; — наблюдатель О перемещается вдоль линии

Рассмотрим теперь двух неподвижных наблюдателей А и В, находящихся на расстоянии друг от друга (рис. 32).

Каждый из наблюдателей ничем не выделен по отношению к другому. Но один из них, скажем А, видит В несколько в более раннее время в точке В, а В, напротив, видит А несколько в более раннее время в точке А. Естественно, что оба они согласятся считать, что в каждый данный момент они находятся при и лишь в силу запаздывания сигналов они не имеют мгновенной информации друг о друге. Покрытая точками область на рис. 32 — это общее прошлое как наблюдателя А, так и наблюдателя В.

Разумеется, с точностью до интервала времени наблюдателей А и В можно считать находящимися в одном времени даже с точки зрения их взаимной информационной связи. Это их общее время они, естественно, будут считать настоящим. При более коротких характерных временах физических процессов

Рис. 32. Наблюдатели А и В расположены на расстоянии друг от друга. А видит , а В видит А, затемненная область — их общее прошлое.

наблюдатели, скорее, согласятся с запаздывающими сигналами, чем со своим разновременным существованием.

В теории относительности понятие одновременности становится еще более сложным. А именно, преобразование Лоренца в систему координат движущуюся со скоростью осуществляется с помощью формул (308). Линии одного времени оказываются не совпадающими с линиями (рис. 33). Но граница прошлого, остается на своем месте и в новой системе, т.е.

При увеличении скорости наклон линии к оси х увеличивается, но он никогда не достигает положения стремясь к нему лишь в пределе с.

Рис. 33. Координаты движущейся системы координат на плоскости

Теперь мы можем обсудить, что такое будущее. В рамках галилеевой инвариантности с абсолютным временем будущее по отношению к определяется простым соотношением . А именно, при небольшом приращении времени реализация будущего происходит сразу по всем значениям координаты х. В теории относительности все выглядит по-другому. Если учесть, что не существует тел и волновых сигналов со скоростью, большей с, то "активное" будущее для точки лежит в области куда из точки могут попасть световые сигналы или движущиеся тела. Только в этой области материальная точка может действием повлиять на эволюцию своего окружения. Теми же свойствами эта область выделена и в случае движущихся тел с мировыми линиями, проходящими через точку

Все наши рассуждения данного раздела основывались на представлениях теории относительности и классической теории поля. Рассмотрим теперь, что нового вносят коллапсы волновых функций. Как мы установили выше, коллапсы функций коррелированных частиц происходят на мировых линиях фазовой скорости их центра тяжести.

Для неподвижного центра тяжести эта линия соответствует а для перемещающегося со скоростью — линия С точки зрения рис. 31, 32 коллапсы происходят как бы в будущем. Именно поэтому они случайны и беспричинны. Но коллапсы — это необратимый процесс. Особенно ясно это становится видно, когда коллапс волновой функции сопровождается коллапсом вероятностей, как это происходит при измерениях. При таком процессе информация у квантовой системы возрастет, а во внешнем мире должна возрасти энтропия. Но даже в отсутствие коллапса вероятностей коллапс волновой функции необратим: у ансамбля многих частиц он превращает чистый ансамбль в смешанный. А у одного единственного партнера происходит "схлопывание" чистого состояния в случайного "представителя" смешанного ансамбля. Необратимый процесс коллапса связан с информационным взаимодействием данной системы с внешним миром. А если так, то система координат, связанная с внешним окружением, становится предпочтительной, а время в этой системе координат приобретает черты абсолютного времени. На Земле, а точнее в Солнечной системе, это время связывается с системой координат, в которой центр масс Солнечной системы находится в покое.

Если мы рассмотрим линию на рис. 33, то ее можно интерпретировать как мировую линию постоянной фазовой скорости, на которой могут располагаться коллапсы коррелированных частиц, у которых центр тяжести перемещается со скоростью Если бы система частиц и тел с покоящимся центром масс в системе координат была бы полностью, в том числе и информационно, изолирована от внешнего мира, то коллапсы в ней могли бы одновременно осуществляться вдоль линии

С точки зрения абсолютного времени все выглядит почти так же, с той лишь разницей, что связанные с внешним миром коллапсы, например наблюдаемые извне, должны происходить последовательно в сторону возрастания времени Коллапсы в обратную сторону по вдоль линии могут происходить только в отсутствие наблюдения или информационной связи с внешним миром. Только в этом случае оба направления времени замкнутой обратимой квантовой системы вполне эквивалентны. В действительности же даже слабая информационная связь с внешним миром приводит к тому, что как по так и по необратимые процессы могут эволюционировать только из прошлого в будущее.

Теперь мы можем вернуться к квантовому телеграфу. Квантовый телеграф использует объективно происходящие коллапсы. Меняя извне конфигурацию физической системы и тем самым оказывая

воздействие на вероятности случайных естественных коллапсов, можно попытаться осуществить сверхсветовую передачу информации. Но эта передача информации, будучи построенной на необратимых процессах по "абсолютному" времени , не может передаваться в обратную сторону по V. мы совершенно четко встречаемся со "стрелой времени". Итак, мы естественным образом приходим к принципу С, т.е. к невозможности распространения информационных сверхсветовых сигналов из будущего в прошлое.

Чтобы более ясно представить себе, почему не следует a priori отвергать возможность квантового телеграфа, полезно иметь в виду следующую аналогию. Главными средствами передачи информации в животном мире, в том числе у людей до изобретения радио, являются звук и свет. Звуком мы пользуемся активно: голосовыми связками создаем устную речь, а затем воспринимаем ее на слух. А в случае света мы пассивно воспринимаем рассеянное предметами излучение Солнца. С изобретением радио электромагнитные волны стали активно генерироваться передатчиками и восприниматься приемниками, т.е. были освоены, как звук. С этой точки зрения сверхсветовые телеграфы являются как бы аналогом света и цвета при дневном освещении. Волновые функции микромира находятся в условиях не прекращающегося процесса последовательного коллапсирования. Меняя детали такого коллапсирования в одной точке пространства, можно затем (т.е. с небольшим сдвигом по времени t) повлиять на изменение вероятностей коллапсов в других точках пространства. Само коллапсирование передать в другую точку пространства невозможно. Но нельзя исключить возможность управляемо менять классическое окружение множества коллапсирующих систем в одной точке пространства и детектировать это влияние на коллапсы в другой, далеко отстоящей пространственной точке. Для этого волновые функции в этих точках должны быть коррелированными, т.е. не факторизуемыми, а квантовые системы должны быть релаксирующими.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление