В наши дни концепция времени — не только интуитивный способ измерить продолжительность событий, но и важнейший элемент в математическом описании физических систем. К примеру, мы определяем скорость объекта, как перемещение в пространстве за некоторый промежуток времени. Но некоторые исследователи считают, что ньютоновская идея времени как абсолютной величины, которая течет сама по себе, вместе с идеей о том, что время является четвертым измерением пространства-времени, являются неверными. Они предлагают заменить эти понятия времени на другие, более точно соответствующие истинной картине мира: время, измеряющее порядок изменений.

В двух недавних работах (одна уже опубликована и вторая вот-вот подоспеет) в журнале «Physics Essays», Амрит Сорли, Давид Фискарлетти, и Душан Клинар из научно-исследовательского центра Бистра в городе Птуй (Словения), более подробно описали, что всё это значит.

Размерности времени не существует

Эти ученые объясняют свою теорию так:

Обычно мы считаем время абсолютной физической величиной, которая, к тому же, является независимой переменной (например, t часто откладывают на горизонтальной оси в графиках, которые демонстрируют эволюцию физической системы). Но в действительности мы никогда не измеряем саму t. Мы измеряем свойства объекта: частоту, скорость, и т.п. Иначе говоря, реально существует изменение свойств объекта и (образно) движение стрелки часов; а мы сопоставляем первое второму, чтобы измерить свойства объекта. t само по себе является математической величиной и не существует в реальности.

Эта точка зрения не означает, что времени вообще не существует, а предполагает, что у времени гораздо больше общего с пространством, а не с идеей абсолютного времени. Пока что считается, что четырёхмерное пространство-время состоит из трех измерений пространства и одного измерения времени, но, по мнению учёных, более корректно было бы представить пространство-время в виде четырех измерений пространства. Как они выражаются, вселенная «безвременна» (timeless).

В своей последней работе учёные пишут: «Пространство Минковского — это не 3D+T, а 4D». Точка зрения, согласно которой, время — физическая величина, где происходят материальные изменения, заменена на более удобную, где время — просто порядок изменения материи. Такая точка зрения лучше согласуется с реальным миром, и дает больше возможностей в описании мгновенных физических явлений: гравитации, электростатического взаимодействия, передачи информации в EPR-эксперименте — то есть таких, которые происходят непосредственно в пространстве.

Как добавил Амрит Сорли, корни этой идеи идут от самого Эйнштейна:

Эйнштейн сказал: «Время не имеет независимого существования, кроме порядка событий по которым мы его измеряем. Время — это именно последовательность событий: таков мой вывод.»

В будущем ученые планируют исследовать возможность того, что квантовое пространство имеет три измерения пространства. Как объяснил Сорли,

Идея времени как четвертого измерения пространства не принесла большого успеха в физике и сейчас находится в противоречии с формальной системой специальной теории относительности. В настоящее время мы разрабатываем свою формальную систему трёхмерного квантового пространства, основанную на работах Планка. Похоже, что Вселенная трёхмерна от макро- до микро- уровня, даже до планковской длины, которая формально трёхмерна. В этом трёхмерном пространстве нет «сокращения длины» или «замедления времени». Реально существует то, что скорость изменения материи «относительна» в понимании Эйнштейна.

Численный порядок в пространстве

Исследователи дают пример этой концепции времени, воображая, что фотон движется между двумя точками в пространстве. Расстояние между этими двумя точками состоит из расстояния Планка, каждое из которых является наименьшим расстоянием, которое может пройти фотон. (основной единицей этого движения является Планковское время)

Когда фотон перемещается на расстояние Планка, он движется только в пространстве, а не в абсолютном времени, объясняют исследователи. Фотон можно представить движущимся из точки 1 в точку 2, и его позиция в точке 1 является «до» позиции в точке 2, по аналогии с числами, где 1 стоит перед 2, то есть в численном порядке. Который не эквивалентен временному порядку, ибо номер 1 не существует перед номером 2 во времени, такое возможно только численно.

Как объясняют исследователи, не используя время как четвертое измерение пространства-времени, физический мир может быть описан более точно. Как физик Энрико Прати отмечается в недавнем исследовании, гамильтоновая динамика (уравнения в классической механике) совершенно четко определена без концепции абсолютного времени. Другие ученые отмечают, что математическая модель пространства-времени не соответствует физической реальности, и предполагают, что безвременное «пространство состояний» является более точным определением.

Ученые также исследовали фальсифицируемость двух понятий времени. Концепция времени как четвертого измерения пространства, т.е. фундаментальной физической сущности, в которой происходит эксперимент — может быть сфальсифицирована экспериментом, в котором время не существует. Пример — эксперимент Кулона, т.к. математически в нём используется только пространство. В концепции времени, где время является численным порядком изменений происходящих в пространстве, пространство является фундаментальной системой, в которой происходит эксперимент. Хотя эта концепция может быть сфальсифицирована, экспериментов, в которых время (измеренное часами) не является порядком материальных изменений, попросту не известно.

Сорли сказал, что

Ньютоновская теория абсолютного времени не фальсифицируема, т.к. вы не можете это доказать или опровергнуть, вы просто должны в это верить.

и предпочёл добавить:

Теория временя как четвертого измерения пространства фальсифицируема и в нашей предыдущей статье мы это доказали. Есть основания полагать, что эта теория неверна. На основе экспериментальных данных, время это то, что мы измеряем часами: часами мы измеряем порядок материальных изменений, т. е. движение в пространстве.

Как собирается мозаика

Исследователи также кратко объяснили, как эта теория совмещается с нашим чувством времени. Многие нейрологические исследования подтвердили, что мы имеем чувство прошлого, настоящего и будущего. Эти данные привели к предположению, что мозг представляет время с помощью «внутренних часов» (модель pacemaker-accumulator).

Однако некоторые недавние исследования обжаловали эту традиционную точку зрения, и полагают, что мозг представляет время пространственно-распределенным способом: путем обнаружения и активации различных нервных соединений. Хотя мы воспринимаем события, происходящие в прошлом, настоящем или будущем, эти понятия могут быть просто частью психологических рамок, в которых мы испытываем изменения в пространстве.

Наконец, исследователи объясняют, что эта точка зрения времени не выглядит обнадеживающей для путешественников во времени.

Сорли отметил:

С нашей точки зрения, путешествие во времени в прошлое и будущее не представляется возможным. Можно путешествовать только в пространстве, и времени как порядке этого движения.

Перевод оригинала с PhysOrg