Н. А. Козырев

О ВОЗМОЖНОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
СВОЙСТВ ВРЕМЕНИ

Kozyrev N. A. On the possibility of experimental investigation of the properties of time//Time in Science and Philosophy. Prague, 1971. P. Ill-132. Печатается по русскому авторскому тексту из архива В. В. Насонова.

Часть 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СООБРАЖЕНИЯ Время является важнейшим и самым загадочным свойством Природы. Представление о времени подавляет наше вообра- жение. Недаром умозрительные попытки философов античности, схоластов средневековья и современных ученых, владеющих знанием наук и опытом их истории, понять сущность времени оказались безрезультатными. Вероятно, это происходит потому, что время сближает нас с глубочайшими и совершенно неизве- стными свойствами Мира, которые едва ли может предвидеть самый смелый полет человеческой мысли. Мимо этих свойств Мира проходит триумфальное шествие современной науки и технического прогресса. Действительно, точные науки отрицают существование у времени каких-либо других свойств, кроме простейшего свойства "длительности" промежутков време- ни, измерение которых осуществляется часами. Это свойство времени подобно пространственному интервалу. Теория относи- тельности Эйнштейна углубила эту аналогию, считая проме- жутки времени и пространства компонентами четырехмерного интервала Мира Минковского. Только псевдоэвклидовый ха- рактер геометрии Мира Минковского отличает промежутки времени от промежутков пространства. В такой концепции время скалярно и совершенно пассивно. Оно лишь дополняет пространственную арену, на которой разыгрываются события Мира. Благодаря скалярности времени в уравнениях теорети- ческой механики будущее не отличается от прошедшего, а сле- довательно, не отличаются и причины от следствий. В резуль- тате классическая механика приходит к Миру, строго детер- минированному, но лишенному причинности. Вместе с тем причинность является важнейшим свойством реального Мира. Представление о причинности является основой естество- знания. Естествоиспытатель убежден, что вопрос "почему?" - законный, что на него может быть найден ответ. Содержание же точных наук значительно более бедное. В точных науках законным является только вопрос "как?" - каким образом происходит данная цепь явлений. Поэтому точные науки явля- ются науками описательными. Описание делается в четырех- мерном мире, что означает возможность предсказания явлений. В этой возможности предсказания и заключается могущество точНЬТх наук. Обаяние этого могущества так велико, что часто заставляет Забывать принципиальную неполноценность их ба- зиса. Вероятно, поэтому философская концепция Маха, выве- денная строго логически из основ точных наук, привлекла к себе большое внимание, несмотря на ее несоответствие на- шим знаниям о Мире и повседневному опыту. Возникает естественное желание ввести в точные науки принципы естествознания. Иными словами, сделать попытку ввести в теоретическую механику принцип причинности и на- правления времени. Такая механика может быть названа "причинной" или "несимметричной" механикой. В такой меха- нике должен быть осуществим опыт, показывающий, где нахо- дится причина и где следствие. Может показаться, что в стати- стической механике есть направленность времени и что она удовлетворяет нашим желаниям. Действительно, статистиче- ская механика перебрасывает некоторый мост между естество- знанием и теоретической механикой. В статистическом ан- самбле несимметричность во времени может возникнуть из-за маловероятных начальных условий, вызванных вмешательством сторонней системы, действие которой является причиной. Если в дальнейшем система будет изолированной, то в соответствии со вторым началом термодинамики ее энтропия будет возра- стать и направленность времени может быть связана с этим на- правлением изменения энтропии. В результате система придет к наиболее вероятному состоянию, она окажется в равновесии, но тогда флюктуации энтропии разных знаков будут встре- чаться одинаково часто. Поэтому и в статистической механике изолированной си- стемы при наивероятнейшем состоянии не будет направлен- ности времени. Совершенно естественно, что в статистической механике, основанной на обычной механике точки, направлен- ность времени не появляется как свойство самого времени, а возникает лишь как свойство состояния системы. Если на- правленность времени и другие его возможные свойства явля- ются объективными, они должны входить в систему элементар- ной механики единичных процессов. Статистическое же обоб- щение такой механики может привести к выводу о недостижи- мости равновесных состояний. В самом деле, направленность времени означает непрестанно существующий у времени ход, который, воздействуя на материальную систему, может поме- шать ей перейти в равновесное состояние. При таком рассмот- рении события должны происходить не только во времени, как на некоторой арене, но и с помощью времени. Время стано- вится активным участником Мироздания, устраняющим воз- можность тепловой смерти. Тогда можно будет понять гармо- нию жизни и смерти, которую мы ощущаем как сущность нашего Мира. Уже из-за одних этих перспектив следует' внима- тельно обдумать вопрос о том, каким образом в механику эле- ментарных процессов можно ввести понятие о направленности времени или о его ходе. Будем представлять себе механику в простейшем виде как классическую механику точки или системы материальных то- чек. Желая перенести в механику принцип причинности есте- ствознания, мы сразу сталкиваемся с той трудностью, что идея причинности совершенно не сформулирована в естествознании. В постоянных поисках причины натуралист руководствуется ско- рее своей интуицией, чем определенными рецептами. Можно утверждать только, что причинность самым тесным образом свя- зана со свойствами времени, в частности с различием буду- щего и прошедшего. Поэтому будем руководствоваться следую- щими постулатами: I. Время обладает особым свойством, создающим различие причин от следствий, которое может быть названо направлен- ностью или ходом. Этим свойством определяется отличие про- шедшего от будущего. На необходимость этого постулата указывают трудности, связанные с развитием идеи Лейбница об определении направ- ленности времени через причинные связи. Глубокие исследова- ния Н. Reichenbach [1] и G.Whitrow [2] показывают, что нельзя строго, без тавтологии провести эту идею. Причинность гово- рит нам о существовании направленности у времени и о неко- торых свойствах этой направленности, вместе с тем она не является сущностью этого явления, а только его резуль- татом. Постараемся теперь, пользуясь простейшим свойством при- чинности, дать количественное выражение постулату I. Исходя из тех обстоятельств, что: 1) причина всегда находится вне того тела, в котором осуществляется следствие, и 2) следствие наступает после причины, можно сформулировать еще две сле- дующие аксиомы: II. Причины и следствия всегда разделяются пространст- вом. Поэтому между ними существует сколь угодно малое, но не равное нулю, пространственное различие &х. III. Причины и следствия различаются временем. Поэтому между их проявлением существует сколь угодно малое, но не равное нулю, временное различие &t определенного знака. Аксиома II является основой классической механики Нью- тона. Она содержится в третьем законе, согласно которому под действием внутренних сил не может произойти изменение коли- чества движения. Иными словами, в теле не может возникнуть внешняя сила без участия другого тела. Отсюда в силу непро- ницаемости материи &х =/= 0. В силу же полной обратимости вре- мени аксиома III отсутствует в механике Ньютона: &t= 0. В атомной механике имеет место как раз обратное. Прин- цип непроницаемости материи в "ей утратил свое значение, к в силу возможности суперпозиции полей принимается, оче- видно, &х=0. Но в атомной механике есть необратимость во времени, которой не было в механике Ньютона. Воздействие на систему макроскопического тела - прибора вводит различие между будущим и прошедшим, ибо будущее оказывается пред- сказуемым, а прошлое нет. Поэтому во временной окрестности эксперимента &t=/= 0, хотя и может быть сколь угодно малым. Таким образом, классическая механика и атомная механика входят в нашу аксиоматику как две крайние схемы. Это обстоя- тельство становится особенно наглядным, если ввести отно- шение &x --- = С . (1) &t 2 В реальном Мире C является скорее всего конечной вели- 2 чиной. В классической же механике &х=/=0, &t==0 и, следова- тельно, С =оо. В атомной механике &x:=0 &t=/=0 и поэтому С =0. 2 2 Остановимся теперь на смысле введенных нами символов &х и &t. В длинной цепи причинно-следственных превращений мы рассматриваем только то элементарное звено, где причина порождает следствие. Согласно обычным физическим воззре- ниям это звено является пространственно-временной точкой, не подлежащей дальнейшему анализу. В силу же наших аксиом причинности это элементарное причинно-следственное звено должно иметь структуру, обусловленную невозможностью про- странственно-временного наложения причин и следствий. Усло- вие неналожения при предельном сближении мы и определяем символами &х и &t. Следовательно, эти символы означают пре- дел бесконечно малых величин при условии, что они никогда не обращаются в нуль. Эти символы определяют точечные рас- стояния или размеры "пустой" точки, находящейся между ма- териальными точками, с которыми связаны причины и следст- вия. При вычислении же интервалов всей причинно-следствен- ной цепи их с любой степенью точности следует считать рав- ными нулю. Если же они являются бесконечно малыми одного порядка, то их отношение C может быть конечной величиной 2 и выражать количественно физическое свойство причинно-след- ственной связи. Этим физическим свойством является ход вре- мени, качественно формулированный постулатом I. Действительно, по определению (1) величина С имеет раз- 2 мерность скорости и дает величину скорости перехода причины в следствие. Этот переход осуществляется через "пустую" точку, где нет материальных тел и есть только пространство и время. Следовательно, величина C может быть связана только 2 со свойствами времени и пространства, а не со свойст- вами тел. Поэтому C должна быть универсальной постоянной 2 н может характеризовать ход времени нашего Мира. Превра- щение причины в следствие требует преодоления "пустой" точки пространства. Эта точка является бездной, переход через кото- рую может осуществляться только с помощью хода времени. Отсюда прямо следует активное участие времени в процессах материальных систем. В формуле (1) знак &t имеет определенный смысл. Его можно фиксировать обычным условием: будущее минус прошедшее является положительной величиной. Знак же величины &х со- вершенно произволен, поскольку пространство изотропно и в нем нет преимущественного направления. Вместе с тем знак С должен быть определенным, ибо логически мы должны 2 иметь возможность вообразить Мир с противоположным хо- дом времени, т. е. другого знака. Возникает трудность, кото- рая на первый взгляд кажется непреодолимой и разрушающей все сделанное до сих пор построение. Однако именно благодаря этой трудности становится возможным однозначное заключе- ние: C является не скалярной величиной, а псевдоскаляром, 2 т. е. скаляром, меняющим знак при зеркальном отображении или инверсии координатной системы. Действительно, в этом случае из формулы (1) следует, что Ы является предельным значением псевдоскаляра, колинеарного с предельным векто- ром &х. Псевдоскалярный характер &t означает, что в плос- кости (YZ), перпендикулярной к оси X, происходит некоторый поворот, знак которого можно определить знаком &t. Значит, с помощью &t можно ориентировать плоскость, перпендикуляр- ную к оси X, т. е. задать расположение осей У и Z. Изменим теперь в формуле (1) знак &х, сохраняя знак &t и, значит, сохраняя ориентацию плоскости (У, Z). Тогда постоянная C 2 изменит знак, что и должно быть, поскольку наша операция равносильна зеркальному отображению. Если же изменить знак не только у &х, но и у &t, то постоянная C по формуле 2 (1) не изменит знака. Так и должно быть, ибо в данном слу- чае мы произвели только поворот координатной системы. На- конец, меняя знак только у &t, мы опять получаем зеркальное отображение координатной системы, при котором должен ме- няться знак псевдоскаляра. Это доказательство можно пояснить следующим простым рассуждением. Ход времени должен быть определен к некоторому инварианту. Таким инвариантом, не- зависящим от свойств тел, может быть только пространство. Абсолютное значение хода времени получается тогда, когда абсолютное различие будущего и прошедшего будет связано с абсолютным же различием в свойствах пространства. В про- странстве нет различий в направлениях, но есть абсолютное различие между правым и левым, хотя сами эти понятия со- вершенно условны. Поэтому ход времени должен определяться величиной, имеющей смысл линейной скорости поворота. От- сюда следует, что C не может равняться скорости света С , 2 1 являющейся обычным скаляром. Из псевдоскалярного свойства хода времени сразу вытекает основная теорема причинной механики: Мир с противоположным ходом времени равносилен нашему Миру, отраженному в зеркале. В зеркально отраженном Мире полностью сохраняется при- чинность. Поэтому в Мире с противоположным ходом времени события должны развиваться столь же закономерно, как и в нашем Мире. Ошибочно думать, что, пустив кинофильм на- шего Мира в обратную сторону, мы получим картину Мира противоположной направленности времени. Нельзя формально менять знак у промежутков времени. Это приводит к наруше- нию причинности, т. е. к нелепости, к Миру, который не может существовать. При изменении направленности времени должны изменяться и влияния, которые ход времени оказывает на мате- риальные системы. Поэтому Мир, отраженный в зеркале, по своим физическим свойствам должен отличаться от нашего Мира. Классическая же механика утверждает тождественность этих Миров. До недавнего времени эту тождественность пола- гала и атомная механика, называя ее законом сохранения чет- ности. Однако исследования Ли и Янга ядерных процессов при слабых взаимодействиях привели к экспериментам, показав- шим ошибочность этого закона. Этот результат совершенно естествен при реальном существовании направленности вре- мени, которое подтверждается описанными дальше прямыми опытами. Вместе с тем обратное заключение сделать нельзя. Многочисленные исследования наблюдавшихся явлений несо- хранения четности показали возможность иных интерпре- таций. Надо думать, что дальнейшие эксперименты в области ядер- ной физики настолько сузят круг возможных интерпретаций, что существование направленности времени в элементарных про- цессах станет совершенно очевидным. Отличие Мира от зеркального отображения особенно на- глядно показывает биология. Морфология животных и расте- ний дает многочисленные примеры асимметрии, отличающей правое от левого и независящей от того, в каком полушарии Земли существует организм. Асимметрия организмов проявля- ется не только в их морфологии. Открытая Луи Пастером хими- ческая асимметрия протоплазмы показывает, что асимметрия является основным свойством жизни. Упорная, передающаяся по наследству асимметрия организмов не может быть случай- ной. Эта асимметрия может быть не только пассивным следст- вием законов Природы, отражающих направленность времени. Скорее всего, при определенной асимметрии, соответствующей данному ходу времени, организм приобретает дополнительную жизнеспособность, т. е. может его использовать для усиления: жизненных процессов. Тогда на основании нашей основной теоремы можно заклю- чить, что в Мире с противоположным ходом времени сердце- у позвоночных было бы расположено справа, раковины молюс- ков были бы в основном закручены влево, а в протоплазме наблюдалось бы противоположное количественное неравенство правых и левых молекул. Возможно, что специально поставлен- ные биологические опыты смогут прямо доказать, что жизнь действительно использует ход времени в качестве дополнитель- ного источника энергии. Отметим теперь еще одно важное обстоятельство, связанное- с определением хода времени формулой (1). Каждая при- чинно-следственн.ая связь имеет некоторое пространственное направление, орт которого обозначим через i. Поэтому в кон- кретной причинной связи ходом времени будет ориентирован- ный псевдоскаляр iС . Докажем, что в точке причина и в точке 2 следствие эти величины должны быть противоположного на- правления. Действительно, следствие находится в будущем по отношению к причине, а причина в прошлом по отношению к следствию. Значит, в точках причина и следствие &t должны иметь противоположные знаки, а значит, должна быть и про- тивоположная ориентация плоскости, перпендикулярной к i. Тогда при фиксированном i .меняется тип координатной си- стемы и выражение iС изменяет знак. Если же при переходе- 2 от причины к следствию менять знак i, то знак C останется 2 неизменным, а следовательно, iC изменит знак и в этом слу- 2 чае. Значит, ход времени характеризуется величинами +iC и 2 является фактическим процессом, моделью которого может быть относительное вращение некоторого идеального волчка. Под идеальным волчком можно понимать тело, вся масса ко- торого расположена на некотором одном расстоянии от оси. На другое тело этот волчок может действовать через материаль- ную ось вращения и материальные связи с этой осью, массами которых можно пренебрегать. Поэтому механическое свойство идеального волчка будет равносильно свойствам материальной точки, имеющей массу волчка и его вращение. Допустим, что точка, с которой взаимодействует волчок, находится по направ- лению его оси. Обозначим через j орт этого направления и бу- дем считать его обычным вектором. Можно условиться незави- симо от типа координатной системы откладывать его в другой точке, например в ту сторону, откуда вращение волчка кажется из этой точки происходящим по часовой стрелке. Наблюдаемое вращение волчка можно описать ориентированным псевдоска- ляром ju, где u - линейная скорость вращения. При таком опи- сании и выбранном нами направлении величина и должна быть псевдоскаляром, положительным в левой системе координат. С позиции точек обода волчка линейная скорость точки, на ко- торую действует ось волчка, будет равна -u. Вращение же ее будет происходить в прежнюю сторону, и, следовательно, j со- хранит свой знак. Таким образом, с волчком мы должны сопо- ставить ориентированный псевдоскаляр -ju. Значит, ход времени, определяемый величинами +iC , действительно имеет 2 сходство с относительным движением, которое определяется величинами +ju того же рода. Разумеется, эта формальная аналогия совершенно не объясняет сущность хода времени. Но она открывает замечательную перспективу возможности экспе- риментального исследования свойств времени. Действительно, если в причинную связь будет входить вращающееся тело, то можно ожидать сложения величин +iC и +ju, поскольку эта 2 операция математически совершенно допустима. Иными словами, можно ожидать, что в системе с враще- нием ход времени изменяется и вместо +iС становится 2 равным +(iC +ju). Постараемся теперь выяснить, какие из- 2 менения от этого могут произойти в механической системе. Для этого необходимо уточнить понятие причина и следствие в ме- ханике. Силы являются причинами, изменяющими взаимное распо- ложение тел и их количества движения. Изменение расположе- ния тел может привести к появлению новых сил, а согласно принципу Даламбера изменение количества движения в единицу времени, взятое с обратным знаком, можно рассматривать как силу инерции. Поэтому в механике силы являются причинами и всеми возможными следствиями. Однако при движении тела (1) под действием силы F сила инерции -dp /dt не является 1 следствием. Обе эти силы возникают в одной точке. Согласно аксиоме II следует, что из-за этого не может быть причинно- следственного отношения и они являются тождественными по- нятиями. Поэтому, как это делал в своей механике Кирхгоф, сила инерции может служить определением силы F. Сила F, приложенная к точке (1), может вызвать следствие только в другой точке (2). Эту силу следствия назовем как действие Ф первой точки на вторую: 0 dp dp 1 2 Ф = F - ------ = ------- (2) 0 dt dt Для первой же точки она является потерянной силой Далам- бера: dp dp 1 2 ------ = F - ------- dt dt В соответствии с этими выражениями можно считать, что за время dt точка (1) теряет импульс dp , который передается 2 точке (2). В случае, когда между точками (1) и (2) есть при- чинная связь, &t=/= 0, и между ними будет существовать соот- ветствующее различие &p =/= 0. Когда причина находится 2 в точке (1), переход dp от точки (1) к точке (2) соответст- 2 вует возрастанию времени. Поэтому &p &p 1 2 ------ = ------- = Ф (3) &t &t 0 Обозначим i орт действия Ф . Тогда согласно формуле (3) 0 | &p | |&p | 2 | 2 | |&x| Ф = i|Ф | = i ------ = i |----| ----- . 0 0 &t | &x | &t По формуле (1) величину |&x|/&t можно заменить на С , если 2 условиться пользоваться той системой координат, в которой С положительно. При этом условии 2 | &p | | 2 | Ф = iC | ----|. (4) 0 2 | &x | Множитель при iC является величиной, независящей от хода 2 времени, т. е. силовым инвариантом. Действительно, при лю- бом ходе времени не только пространственные промежутки, но и промежутки времени должны измеряться неизменными мас- штабами. Поэтому скорости, а следовательно, и их импульсы не должны зависеть от хода времени. Как это доказано выше,. при существовании хода времени iC в точке (2) обязательно 2 должен быть в точке (1) ход времени -iС . Значит, при дей- 2 ствии на точку (2) обязательно должно быть и противодейст- вие, или сила реакции R , в точке (1): 0 | &p | | 2 | R = - iC | ----|. (5) 0 2 | &x | Таким образом, третий закон Ньютона оказывается прямым следствием свойств причинности и хода времени. Действие и противодействие являются сторонами одного и того же явле- ния, и между ними не может быть разрыва во времени. Таким образом, закон сохранения импульса является одним из самых фундаментальных законов Природы. Допустим теперь, что ход времени изменился и вместо +iC стал равным +(iC +ju). Тогда по формулам (4) и (5) 2 2 должно произойти следующее преобразование сил: | &p | | &p | | 2 | | 2 | Ф = (iC +ju)| ----|; R = - (iC + ju)|-----| . 2 | &x | 2 | &x | Получаются дополнительные силы: u &Ф = Ф - Ф = + j --- |Ф |, 0 C 0 2 (6) u &R = R - R = - j --- |Ф |, 0 C 0 2 Итак, в причинной связи с вращающимся волчком можно ожидать появления дополнительных сил (6), действующих вдоль оси вращения волчка. Соответствующие опыты, описан- ные подробно в следующей части, показывают, что действи- тельно при вращении возникают силы, действующие по оси и зависящие от направления вращения. Измеренные величины дополнительных сил позволяют по формуле (6) определить значение хода времени С не только по величине, но и по знаку, 2 т. е. указать тип координатной системы, в которой С положи- 2 тельно. Оказалось, что ход времени нашего Мира положителен в левой системе координат, отсюда получается возможность объективного определения правого и левого: левой системой координат называется та система, в которой ход времени по- ложителен, а правой - в которой он отрицателен. Таким обра- зом, ход времени, связывающий все тела в Мире, даже при полной их изоляции, играет роль того материального моста, о необходимости которого для согласования понятий правого н левого говорил еще Гаусс [3]. Появление дополнительных сил можно постараться наглядно представить себе следующим образом. Время втекает в систему через причину к следствию. Вращение изменяет возможность этого втекания, и в результате ход времени может создать до- полнительные напряжения в системе. Дополнительные напря- жения изменяют потенциальную и полную энергию системы. Эти изменения производит ход времени. Отсюда следует, что время имеет энергию. Поскольку дополнительные силы равны и направлены противоположно, импульс системы не меняется. Значит, время не имеет импульса, хотя и обладает энергией. В механике Ньютона С = oо. Дополнительные силы по фор- 2 муле (6) исчезают, как и должно быть в этой механике. Это естественно, ибо бесконечный ход времени нельзя ничем изме- нить. Поэтому время кажется Роком, наделенным несокруши- мым могуществом. Реальное же время имеет конечный ход, на него можно влиять, и, значит, в принципе время может быть обратимым. Как на самом деле осуществлять эти явления, должны когда-нибудь показать опыты, изучающие свойства времени. В атомной механике С =0. Формулы (6), полученные не- 2 которым уточнением принципов механики Ньютона, являются приближенными и не дают предельного перехода при C =0. 2 Они указывают только, что в этом случае дополнительные эф- фекты, не предусмотренные механикой Ньютона, будут играть главенствующую роль. Причинность становится совершенно за- путанной, и явления природы остается объяснить статистически. Механика Ньютона отвечает Миру с бесконечно прочными причинными связями, а атомная механика представляет другой предельный случай Мира с бесконечно слабыми причинными связями. Формулы (6) показывают, что механику, отвечаю- щую принципам причинности естествознания, следует разви- вать со стороны механики Ньютона, а не со стороны атомной механики. При этом могут появиться черты, характерные для атомной механики. Например, можно ожидать появления в макроскопической механике квантовых эффектов. Изложенные здесь теоретические соображения нужны в ос- новном только для того, чтобы знать, как поставить опыты по изучению свойств времени. Время представляет собой целый мир загадочных явлений, и их нельзя проследить логическими рассуждениями. Свойства времени должны постоянно выяс- няться физическими опытами. Для постановки экспериментов важно заранее знать вели- чину ожидаемых эффектов, которые зависят от величины С . 2 Числовое значение C можно попытаться оценить, исходя из 2 соображений размерности. Единственная универсальная постоянная, которая может иметь смысл псевдоскаляра, это постоянная Планка h. Дейст- вительно, эта постоянная имеет размерность момента количе- ства движения и определяет спин элементарных частиц. Те- перь, пользуясь постоянной Планка и любой скалярной универ- сальной постоянной, надо получить величину, имеющую раз- мерность скорости. Легко убедиться, что выражение 2 C = ae /h = 350 a [км/с] (7) 2 является единственной комбинацией этого рода. Здесь е - за- ряд элементарной частицы и a - некоторый безразмерный мно- житель. Тогда по формуле (6) при u=100 км/с дополнитель- -4 -5 ные силы будут порядка 10 или 10 (при значительном а) от приложенных сил. При таком C силы хода времени легко 2 обнаружить в простейших опытах, не требующих высокой сте- пени точности измерений. Часть II ОПЫТЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ СВОЙСТВ ВРЕМЕНИ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ Элементарная проверка развитых выше теоретических сооб- ражений была начата нами еще зимой 1951-1952 г. С тех пор эти опыты непрерывно продолжались при активном участии в течение ряда лет доцента В.Г. Лабейша. В настоящее время они уже давно проводятся нами в лаборатории Пулковской обсерватории вместе с инженером В.В. Насоновым. Работа В.В. Насонова придала опытам высокую степень надежности. За время этих исследований был накоплен многочисленный и разнообразный материал, позволяющий сделать ряд выводов о свойствах времени. Не весь материал удалось интерпретиро- вать, и не весь материал обладает одинаковой степенью досто- верности. Здесь мы будем излагать только те данные, которые подвергались многократной проверке и которые с нашей точки прения являются совершенно достоверными. Постараемся также сделать выводы из этих данных. Теоретические соображения показывают, что опыты по изу- чению причинных связей и хода времени надо проводить с вра- щающимися телами-гироскопами. Первые опыты сделаны для проверки того, что закон сохранения импульса выполняется всегда и независимо от состояния вращения тел. Эти опыты проводились на рычажных весах. При замедлении гироскопа, вращающегося по инерции, его момент вращения должен пере- даваться весам, что вызывает неизбежное скручивание подве- сов. Во избежание связанных с этим трудностей взвешивания вращение должно поддерживаться постоянным. Поэтому были использованы гироскопы авиационной автоматики, скорость ко- торых поддерживалась переменным трехфазным током с часто- той порядка 500 Гц. С этой же частотой происходило вращение ротора гироскопов. Оказалось возможным, не снижая сущест- венно точности взвешивания, подводить ток к подвешенному на весах гироскопу с помощью трех очень тонких проводников, лишенных изоляции. При взвешивании гироскоп находился в закрытой герметически коробке, что совершенно исключало влияние воздушных токов. Точность взвешивания была порядка 0,1-0,2 мг. При вертикальном расположении оси и разных скоростях вращения показания весов 'оставались неизменными. Например, исходя из данных для одного из гироскопов (сред- ний диаметр ротора D=4,2 см, вес ротора Q=250 г), можно заключить, что при линейной скорости вращения u=70 м/с сила, действующая на весы, остается неизменной с точностью большей, чем до шестого знака. В эти опыты было внесено еще следующее, интересное теоретически, осложнение. Ко- робка с гироскопом подвешивалась к железной пластинке, ко- торую притягивали магниты, скрепленные с некоторым массив- ным телом. Вся система подвешивалась на весах через посред- ство эластичной резины. Ток к электромагнитам подводился с помощью двух очень тонких проводников. Система прерыва- ния тока была установлена отдельно от весов. При разрыве цепи коробка с гироскопом падала до ограничителя, скреплен- ного с электромагнитами. Амплитуда этих падений и последу- ющих подъемов могла достигать 2 мм. Взвешивание произво- дилось при разных направлениях и скоростях вращения гиро- скопа, при разных амплитудах и при частотах колебаний от единиц до сотен герц. Для вращающегося гироскопа, как и для неподвижного, показания весов оставались неизмен- ными. Можно считать, что описанные опыты достаточно хорошо обосновывают теоретическое заключение о сохранении импульса в причинной механике. Предыдущие опыты, несмотря на теоретический интерес, не давали никаких новых эффектов, могущих подтвердить роль при- чинности в механике. Однако при их выполнении было заме- чено, что при передаче вибраций от гироскопа на стойку ве- сов могут появляться изменения показаний весов, зависящих от скорости и направления вращения гироскопа. Когда начина- ется вибрация самих весов, коробка с гироскопом перестает быть строго замкнутой системой. Весы же могут выйти из рав- новесия, если дополнительное действие гироскопа, возникшее от вращения, окажется перенесенным с оправы гироскопа на стойку весов. Из этих наблюдений возникла серия опытов с вибрациями гироскопов. В первом варианте вибрации осуществлялись за счет энер- гии ротора и боя в его подшипниках при некотором в них люфте. Разумеется, вибрации мешают точному взвешиванию. Поэтому пришлось отказаться от прецизионных весов типа ана- литических и перейти на технические весы, у которых ребра призмы соприкасаются с площадками, имеющими форму кры- шек. Все же при этом удалось сохранить точность порядка 1 мг в дифференциальных измерениях. Опорные площадки в виде крышек удобны еще и тем, что с ними можно производить взве- шивание гироскопов, вращающихся по инерции. Подвешенный на жестком подвесе гироскоп мог передавать через коромысло свои вибрации стойке весов. При некотором характере вибра- ций, который подбирался совершенно на ощупь, наблюдалось значительное уменьшение действия гироскопа на весы при вра- щении его против часовой стрелки, если смотреть сверху. При вращении по часовой стрелке в тех же условиях показания ве- сов практически оставались неизменными. Измерения, выпол- ненные с гироскопами разного веса и радиуса ротора при раз- личных угловых скоростях показали, что уменьшение веса в соответствии с формулой (6) действительно пропорционально весу и линейной скорости вращения. Например, при вращении гироскопа (D=4,6 см, Q=90 г, u=25 м/с) получилось облег- чение dQ =-8 мг. При вращении по часовой стрелке всегда оказывалось dQ =0. При горизонтальном же расположении оси в любом азимуте наблюдалось среднее значение (dQ = =-4 мг. Отсюда можно сделать заключение, что любое ви- брирующее тело в условиях этих опытов должно показывать уменьшение веса. Дальнейшие исследования показали, что этот эффект вызван вращением Земли, о чем подробно будет ска зано ниже. Сейчас нам важно только, что при вибрациях созда- ется новый нуль отсчета, относительно которого при вращении против часовой стрелки получается облегчение, а при вращении по часовой стрелке - совершенно одинаковое утяжеление ((dQ =+-4 мг). Таким образом, формулы (6) получают полное экспериментальное подтверждение. Из приведенных данных сле- дует, что С =550 км/с. Согласно нашему условию вектор j 2 направлен в ту сторону, откуда вращение кажется происходя- щим по часовой стрелке. Значит, при вращении гироскопа про- тив часовой стрелки он направлен вниз. При таком вращении гироскоп облегчается, а значит, дополнительное действие его на стойку весов направлено вниз, т. е. по орту j. Это будет в том случае, если u и С имеют одинаковые знаки. При на- 2 шем условии относительно направления орта j псевдоскаляр и. положителен в левой системе координат. Следовательно, и ход времени нашего Мира положителен в левой системе. Поэтому в дальнейшем мы будем пользоваться всегда левой системой координат. Совокупность всех произведенных затем опытов позволила уточнить значение C : 2 С = +700+50 км/с в левой системе координат. (8) 2 Это значение делает весьма вероятным связь хода времени с другими универсальными постоянными по формуле (7) при а = 2. Тогда безразмерная постоянная тонкой структуры Зом- мерфельда становится просто отношением двух скоростей С /C , каждая из которых осуществляется в природе. 2 1 Опыты на весах с вибрациями гироскопа дают еще и новый принципиальный результат. Оказывается, что дополнительные силы действия и противодействия располагаются в разных точ- ках системы - на стойке весов и на гироскопе. Получается пара сил, поворачивающих коромысло весов. Следовательно, время обладает не только энергией, но и моментом вращения, который оно может передавать системе. Принципиальную проверку результатов, полученных с ве- сами, дает маятник, в котором телом является вибрирующий гироскоп с горизонтальной осью, подвешенный на длинной тон- кой нити. Как и в опытах с весами, при вращении гироскопа в спокойном режиме ничего не происходило, и эта нить не отклонялась от отвеса. При некотором же характере вибраций гироскопа нить отклонялась от отвеса всегда на одну и ту же величину (при заданном и) и именно в ту сторону, откуда вращение гироскопа происходило против часовой стрелки. При длине нити l=2 м и u = 25 м/с отклонение составляло 0,07 мм, что дает для отношения горизонтальной силы к весу -5 значение 3,5-10 , достаточно близкое к результатам взвеши- вания. Существенным недостатком описанных опытов является не- возможность простой регулировки режима вибраций. Поэтому желательно перейти к опытам, в которых вибрации создает не ротор, а неподвижные части системы. На весах опора коромысла была охвачена специальной ско- бой, которая гибким тросом соединялась с длинной металличе- ской пластинкой. Один конец этой пластинки лежал на шари- ковом подшипнике, эксцентрично насаженном на ось элект- ромотора, и был связан с подшипником резиновым охватом. Другой конец пластинки был закреплен горизонтальной осью. Меняя скорость электромотора и положение связующего троса на пластинке, можно получить гармонические колебания опоры коромысла весов любой частоты и амплитуды. Направляющие для подъема опоры коромысла при арретировании весов ис- ключали возможность горизонтального раскачивания. Для под- веса гироскопа было необходимо найти оптимальные условия, при которых вибрации передавались на ротор и вместе с тем этот конец коромысла оставался бы квазисвободным сравни- тельно с другим концом, к которому жестко подвешен уравно- вешивающий груз. При таких условиях коромысло может спо- койно вибрировать, совершая повороты около своего конца, закрепленного грузом на жестком подвесе. Колебания этого рода удалось получить, подвешивая гироскоп на струне диамет- ром 0,15 мм и длиной порядка 1-1,5 м. С этой установкой на- блюдалось изменение веса гироскопа при вращении его вокруг вертикальной оси. Замечательно, что в сравнении с предыдущими опытами эф- фект оказывался противоположного знака. При вращении гиро- скопа против часовой стрелки наблюдалось не облегчение, а значительное утяжеление. Значит, в этом случае на гироскоп действует дополнительная сила, направленная в сторону, от- куда вращение кажется происходящим по часовой стрелке. Этот результат означает, что причинность и ход времени вводят в систему вибрации и что источник вибрации фиксирует поло- жение причины. В этих опытах источником вибрации является невращающаяся часть системы, а в первоначальном варианте опытов источником является ротор. Переставляя местами при- чину и следствие, мы изменяем по отношению к ним и направ- ленность вращения, т. е. направление орта j. Отсюда по фор- муле (6) происходит изменение знака дополнительных сил. В обычной механике все силы совершенно не зависят от того, что является источником вибраций, а что следствием. В при- чинной же механике, наблюдая направление дополнительных сил, можно сразу сказать, где находится причина вибраций. Значит, действительно возможен механический опыт, отличаю- щий причину от следствия. Опыты с маятником дали тот же результат. Гироскоп, подвешенный на тонкой струне, при вибрации точки подвеса отклонялся в сторону, откуда вращение происходило по часовой стрелке. Вибрации подвеса осуществлялись с помощью элек- тромагнитного реле. К расположенной горизонтально железной пластинке реле был припаян гибкий металлический стержень, на котором крепилась струна маятника. Благодаря стержню колебания становились более гармоническими. Положение реле регулировалось таким образом, чтобы не было горизонтальных смещений точки подвеса. Для контроля регулировки включался постоянный ток, при котором электромагниты притягивали пластинку и поднимали точку подвеса. Положение нити наблюдалось лабораторной тру- бой, имевшей шкалу с ценой деления 0,14 мм для наблюдае- мого объекта. Оценивая на глаз доли этого широкого деления. можно было при многократных измерениях иметь результат с точностью до 0,01 мм. При длине маятника l =3,3 м и ско- рости вращения u=40 м/с отклонение гироскопа получалось равным 0,12 мм. Чтобы получить значение дополнительной силы dQ по отношению к весу ротора (Q=250 г), надо ввести по- правку на вес оправы гироскопа а=150 г, т. е. умножить dl/l на (Q + a)/Q. Отсюда получается как раз то значение C , 2 которое приведено выше в (8). В этих опытах оказалось, что для получения эффекта отклонения нити конец оси гироскопа, откуда вращение кажется по часовой стрелке, должен быть несколько поднят. Следовательно, должна в этом направлении существовать некоторая проекция силы, поднимающей гироскоп при вибрациях. Действительно, эффект отклонения получается еще легче, когда осуществляется параметрический резонанс нити с колебаниями, плоскость которых проходила через ось гиро- скопа. По-видимому, существование сил, действующих по на- правлению ju, усиливает сходство ju с ходом времени и облег- чает преобразование +iC на +(iC +ju). Необходимо отме- 2 2 тить, что ось гироскопа надо располагать в плоскости первого вертикала. При перпендикулярном расположении оси, т. е. в плоскости меридиана, возникает некоторое дополнительное смещение. Это смещение, очевидно, создают силы, вызванные вращением Земли, о которых мы упоминали, описывая первые опыты с вибрацией на весах. Обратимся теперь к объяснению природы сил. Обозначим через u линейную скорость вращения точки, находящейся на поверхности Земли. Эта точка находится в гра- витационном взаимодействии со всеми другими точками земного шара. Их действие равносильно действию всей массы Земли при некоторой средней скорости, значение которой находится между нулем и u на экваторе. Поэтому при наличии причинной связи могут возникнуть дополнительные силы, направленные по оси Земли подобно силам, действующим на гироскоп при вра- щении его со скоростью (u - ) относительно опоры. Если причинные явления космической жизни Земли связаны с наруж- ными слоями, то эти силы должны действовать на поверхности в сторону, откуда вращение кажется происходящим против ча- совой стрелки, т. е. к северу. Итак, в этом случае на поверх- ности Земли должны действовать силы хода времени: -j(u - ) dQ = ------------ |Q| (9) C 2 где j - орт вращения Земли, направленный к югу, и Q - дей- ствие силы веса на опору. На внутренние части Земли дейст- вуют силы противоположного направления, и по закону сохра- нения импульса центр тяжести Земли не смещается. В поляр- ных областях и u , и поэтому там в обоих полушариях dQ будет направлено к югу. Следовательно, в каждом полушарии найдется характерная параллель, где dQ=0. Под действием таких сил Земля примет форму кардиоиды, вытянутой к югу. Одним из параметров, характеризующих кардиоиду, является коэффициент асимметрии Э): b - b S N et = ----------- (10) 2A где A - большая полуось, a b и b - расстояния от полюсов S N до экваториальной плоскости. У Юпитера и Сатурна экваториальная скорость и составляет около 10 км/с. Поэтому у этих планет с быстрым вращением коэффициент et) может быть очень значительным и достигать в соответствии с выражениями (8) и (9) нескольких единиц третьего знака. Тщательные измерения фотографических изоб- ражений Юпитера, выполненные автором и Д.О. Мохдачем [4], показали, что у Юпитера южное полушарие более вытянуто -3 -3 и et =+3 10 + 0,6 10 . Аналогичный результат, лишь с мень- -3 -3 шей точностью, был получен и для Сатурна: et =7 10 + 3 10 . Изменения силы тяжести на поверхности Земли и движения искусственных спутников показывают, что существует некото- рое различие ускорений тяжести в северном и южном полуша- -5 риях: dg=g -g >0, dg/g =3 10 . Для однородной пла- S N неты так и должно быть при вытянутом южном полушарии, ибо точки этого полушария находятся дальше от центра тя- жести. Коэффициент Э должен быть порядка dg/g. Необхо- димо подчеркнуть, что этот наш вывод находится в прямом противоречии с принятой интерпретацией приведенных выше данных об ускорении тяжести. Суть этого расхождения заклю- чается в том, что без учета сил хода времени увеличение тяжести в северном полушарии можно объяснить только присут- ствием там более плотных пород. В этом случае уровенная поверхность того же значения должна отступить дальше. Отождествляя уровенную поверхность с поверхностью Земли, остается заключить, что северное полушарие более вытянуто. Однако знак et, полученный непосредственно для Юпитера и Са- турна, говорит против этой интерпретации, содержащей в себе еще и противоречивое предположение о неравновесном распре- делении пород внутри Земли. Полученный знак асимметрии фигур планет приводит к па- радоксальному выводу о том, что причина физических явлений внутри небесных тел находится в периферических слоях. Од- нако такой результат возможен, если, например, энергетика планеты определяется ее сжатием. В своих работах по внут- реннему строению звезд [5] автор пришел к выводу, что энер- гетика звезд очень сходна с энергетикой охлаждающихся и сжимающихся тел. Недостаток знаний сути причинных связей не позволяет углубить этот вопрос. Вместе с тем мы должны настаивать на выводах, которые получены из асимметрии пла- нет при сравнении их с гироскопами. Направление отвеса на поверхности Земли определяется со- вокупным действием сил тяжести, центробежных сил и сил хода времени, действующих к северу в наших широтах. При свободном падении отсутствует действие на опору (Q =0) н по- этому dQ =0. В результате свободно падающее тело должно отклоняться от отвеса к югу на величину dl : dQ N dl = - ----- l, (11) S Q где l -высота падения тела, a dQ -горизонтальная слага- N ющая сил хода времени умеренных широт. Лет сто, двести тому назад эта проблема отклонения падающих тел к югу при- влекала к себе очень большое внимание. Уже первые опыты, произведенные Гуком в январе 1680 г. по инициативе Ньютона для проверки отклонения падающих тел к востоку, привели Гука к убеждению, что падающее тело отклоняется не только к востоку, но и к югу. Эти опыты неоднократно повторялись и приводили к тому же результату. Лучшие определения были сделаны инженером Рейхом в шахтах Фрейбурга [61]. При l=158 м получилось dl =4,4 мм к югу и к востоку dl = S ost = 28,4 мм - отклонение, которое хорошо согласуется с тео- рией. По формуле (II) из этих определений следует dQ S -5 o ---- = 2,8 10 при ф = 48 , (12) Q что хорошо согласуется с нашими ориентировочными представ- лениями об асимметрии фигуры Земли. Опыты по отклонению падающих тел от отвеса очень сложны и трудоемки. Интерес к этим опытам совершенно исчез после того, как Хаген в Ва- тикане [7] с помощью машины Автуда получил отклонение к востоку в блестящем согласии с теорией и не получил ника- кого отклонения к югу. На машине Автуда из-за натяжения ни- ти отклонение к востоку уменьшается только вдвое. Отклоне- ние же к югу при ускорении, равном (1/25)g (как это было Xагена), по формулам (9), (II) должно уменьшаться в 25 раз. Поэтому опыты Хагена ни в какой мере не опровер- гают эффект отклонения к югу. Возвратимся теперь к явлениям, возникающим при вибра- ции тяжелого тела на поверхности Земли. Причинно-следствен- ная связь внутри Земли создает на поверхности вместо обыч- ного хода времени +iС ход времени +[iC -j(u- )]. По- 2 2 этому на поверхности Земли на тело, с которым связана при- чина, должна действовать дополнительная сила &Q, направлен- ная по оси Земли к северу и определяемая формулой (9). В месте же, где находится следствие, должна действовать сила противоположного знака, т. е. к югу. Значит, при вибра- циях тяжелого тела оно должно облегчаться. В обратном слу- чае, когда источник вибрации связан с опорой, тело должно утяжеляться. На маятнике при вибрации точки подвеса должно наблюдаться отклонение к югу. Эти явления открыли замеча- тельную возможность: не только измерять распределение сил хода времени по поверхности Земли, но и изучать причинные связи и свойства времени самым простым образом, на обычных телах, без трудных опытов с гироскопами. Опыты по изучению дополнительных сил, вызванных вра- щением Земли, имеют еще то преимущество, что вибрации точки опоры могут не достигать самого тела. Затухание вибраций даже необходимо, чтобы лучше выразить различие в положе- ниях причины и следствия. Поэтому на весах достаточно тело подвешивать на короткой резине, обеспечивающей спокойный режим работы весов при вибрациях. На маятнике следует при- менять тонкую капроновую нить. В остальном опыты проводи- лись так же, как и с гироскопами. На весах при вибрации опоры коромысла действительно происходит утяжеление груза, подвешенного на резинке. Много- кратными опытами было доказано, что увеличение веса, т. е. вертикальная компонента дополнительной силы Q , пропор- Z -5 циональна весу тела Q. Для Пулково dQ /Q=2,8 10 . Гори- S зонтальная составляющая dQ определялась по отклонению S маятников разной длины (от 2 до II м) при вибрации точки подвеса. При таких вибрациях маятники в соответствии с утя- желением груза на весах отклонялись к югу. Например, при 1=3,2 м получилось dl =0,052 мм. Отсюда dQ /Q =dl /l = -5 S Z S = 1,6-10 , что вполне соответствует значению Рейха (II), най- денному для более низкой широты. Если сила dQ направлена по оси Земли, то должно выполняться условие dQ /dQ =tg ф, Z S где ф - широта места наблюдений. Из приведенных данных следует, что tg ф =1,75 в полном соответствии с широтой Пул- ково. Подобные опыты были осуществлены на более высокой ши- роте в городе Кировске, и тоже получилось хорошее согласие с широтой. На весах и на маятниках амплитуды вибраций точки опоры были порядка десятых долей миллиметра, а ча- стоты изменялись до порядка десятков герц. Измерения, выполненные на разных широтах северного по- лушария, показали, что действительно существует параллель, 0 / где отсутствуют силы хода времени: dQ =0 при ф =73 05 . Экстраполируя данные этих измерений, можно получить для -5 полюса следующую оценку: dQ/Q =6,5 10 . Взяв значение C , 2 найденное из опытов с гироскопами (8), находим отсюда для полюса = 45 м/с. На экваторе скорость вращения Земли в десять раз больше. Поэтому указанное значение может казаться меньше ожидаемого. Однако надо иметь в виду, что мы сейчас не располагаем знанием глубокой связи тяготения с временем, которое необходимо для строгого расчета и. Учи- тывая же огромную дистанцию в кинематике вращений лабо- раторного гироскопа и земного шара, можно считать получен- ные для обоих случаев результаты находящимися в очень хо- рошем согласии. На весах была выполнена проверка предсказанного изме- нения знака, когда источником вибрации сталовился сам груз. Для этого под опорную площадку коромысла вводилась рези- новая прокладка, а вместо груза на резине жестко подвеши- вался электромотор с эксцентриком, поднимающим и опуска- ющим груз. При таких вибрациях вся кинематика коромысла весов оставалась прежней. Вместе с тем получалось не утяже- ление, а облегчение системы, подвешенной к колеблющемуся концу коромысла. Этот результат совершенно исключает воз- можность классического объяснения наблюдавшихся эффектов и замечательно показывает роль причинности. В опытах с вибрациями на весах изменение веса тела dQ Z происходит скачком, начиная с некоторой энергии вибрации. При дальнейшем увеличении частоты вибраций изменение веса остается сначала неизменным, а затем увеличивается скачком на ту же величину. Таким образом, оказалось, что помимо основ- ной выделяющейся ступени dQ при хорошей гармоничности Z колебаний можно наблюдать ряд квантованных значений: (1/2)dQ, dQ, 2dQ, 3dQ, ..,, соответствующих непрерывному изменению частоты вибраций. Из наблюдений следует, что энергии вибраций начала каждой ступени образуют, по-види- мому, такой же ряд. Иными словами, для получения кратных __ __ ступеней частоты вибраций должны увеличиваться в V 2 - V 3 и т. д. раз. Получается впечатление, что весы с возбужден- ной ступенью ведут себя, как весы без колебаний, добавка же энергии вибраций приводит к появлению той же ступени dQ . Z Однако настоящего объяснения этому явлению еще не удалось найти. Остается совершенно непонятным появление половин- ного квантового числа. Эти квантовые эффекты наблюдались и в опытах с маятниками. Впоследствии оказалось, что кванто- ванность эффектов получается почти во всех опытах. Следует отметить, что на всех весах наблюдается еще один интересный эффект, и тоже не нашедший отчетливого объяснения. Энер- гия вибрации, необходимая для возбуждения ступени, зависит от азимута весов. Энергия минимальна, когда груз на резине находится к югу от стойки весов, и максимальна, когда он находится к северу. Опыты с вибрациями имеют тот недостаток, что вибрации всегда в какой-то степени нарушают правильность работы из- мерительной системы. Вместе с тем в наших опытах вибрации нужны только для того, чтобы фиксировать положение причины и следствия. Поэтому крайне желательно найти другой способ этой фиксации. Можно, например, пропускать постоянный электрический ток через длинную металлическую нить, к кото- рой подвешено тело маятника. Ток можно вводить через точку подвеса и пропускать через очень тонкую нить у тела маятника, не мешающую его колебаниям. Силы Лоренца - взаимодейст- вие тока и магнитного поля Земли - действуют в плоскости первого вертикала и не могут вызвать интересующего нас ме- ридионального смещения. Эти опыты увенчались успехом. Так, на маятнике длиной 2,8 м при минусе напряжения в точке под- веса, начиная с 15 В, и силе тока 0,03 А скачком появлялось отклонение к югу на величину 0,024 мм, сохранившуюся прр дальнейшем увеличении напряжения до 30 В. Этому отклоне- -5 нию соответствует относительное смещение dl/l=0,85 10 , что составляет почти половину ступени, наблюдавшейся при вибра- ции. При плюсе напряжения в точке подвеса получилось ана логичное отклонение к северу. Таким образом, ничего не зная о природе электрического тока, уже только из одних этих опы тов можно было заключить, что причиной тока является переме щение отрицательных зарядов. Оказалось, что на маятнике положение причины и следствия можно фиксировать еще проще, нагревая или охлаждая точку подвеса. Для этого маятник должен быть подвешен на метал- лической нити, хорошо проводящей тепло. Точка подвеса на- гревалась электрической спиралью. При накаливании до свече- ния этой спирали маятник отклонялся на половину ступени, как и при опытах с электрическим током. При охлаждении точки подвеса сухим льдом получалось отклонение к северу. Отклонение к югу можно получить и охлаждением тела маят- ника, помещая его для этого, например, в сосуд, на дне кото- рого находится сухой лед. В этих опытах только при очень благоприятных обстоятельствх удавалось получить полный эф- фект отклонения. Очевидно, вибрации имеют некоторое прин- ципиальное преимущество. Скорее всего, при вибрациях суще- ственна не только диссипация механической энергии. Вероятно, силы вибраций, направленные по ju, способствуют появлению всех других дополнительных, сил. Успех термических опытов позволил для изучения горизон- тальных сил перейти от длинных маятников к значительно бо- лее простому и более точному прибору - крутильным весам. Применялись крутильные весы оптимальной чувствительности, при которой ожидаемое отклонение составляло 5-20ш, Было использовано коромысло аптекарских весов, к верхней дужке которых был припаян зажим, которым закреплялась тонкая вольфрамовая нить подвеса диаметром 35 мк и длиной порядка 10 см. Другой конец нити крепился таким же зажимом на не- подвижной стойке. Во избежание накопления электрических за- рядов и их электростатического действия весы через стойку надежно заземлялись. На один конец коромысла подвешивался металлический стержень вместе с небольшим стеклянным пу- зырьком, в который он входил. На другом конце подвешивался уравновешивающий груз порядка 20 г. Шкала, разделенная на градусы, позволяла определить угол поворота коромысла. Пу- зырек заполнялся снегом или водой и льдом. При этом возникал поток тепла по коромыслу к стержню, и весы, пред- варительно установленные в первом вертикале, поворачивались этим концом к югу. Горизонтальная сила dQ рассчитывалась S по углу отклонения аl с помощью формулы 2 2 T - T dQ 0 g S al = ----------- ---- ( --- ), (13) 2 2l Q 4 (3,14) где Т - период колебания крутильных весов, Т - период коле- 0 бания одного коромысла, без грузов, g - ускорение силы тяжести и 2l -длина коромысла, т. е. расстояние между подве- шенными грузами. В этой формуле угол а выражен в радиа- нах. Например, на весах с l=9,0 см, Т=132 с, Т =75 с 0 наблюдалось отклонение к югу на угол 17,5ш. Отсюда по фор- -5 муле (13) следует dQ /Q = 1,8 10 , что хорошо соответствует S полученному ранее значению горизонтальных сил. Половин- ное и кратные значения наблюдались и в опытах с кру- тильными весами. Другим вариантом опыта было нагре- вание стержня маленькой спиртовкой, подвешенной вместо пу- зырька. Такая же спиртовка помещалась на другом конце ко- ромысла с уравновешивающим грузом, но так, чтобы она не могла нагревать коромысло. При горении обеих спиртовок про- исходило одинаковое выгорание спирта, и в вертикальной плос- кости весы не выходили из равновесия. В этих, опытах неиз- менно получался обратный эффект - поворот к северу конца коромысла со стержнем. Необходимо отметить один важный вывод, который вытекает из совокупности наблюдавшихся явлений. При воздействии на опору это воздействие может не достигнуть тяжелого тела и вместе с тем в теле возникают силы, приложенные в каждой его точке, т. е. силы массовые, а следовательно, тождественные из- менению веса. Значит, воздействуя на опору, где находятся силы натяжения, являющиеся следствием веса, можно полу- чить изменение веса, т. е. изменение причины. Поэтому произ- веденные опыты показывают принципиальную возможность об- ращения причинных связей. Второй цикл опытов по изучению свойств времени был на- чат в результате наблюдений над очень странными обстоятель- ствами, мешающими воспроизведению опытов. Уже в первых опытах с гироскопами пришлось столкнуться с тем, что иногда опыты удаются очень легко, а иногда, при точном соблюдении тех же условий, они оказываются безрезультатными. Эти труд- ности отмечались и в старинных опытах по отклонению падаю- щих тел к югу. Только в тех опытах, где в широких пределах возможно усиление причинного воздействия, как, например, при вибрациях опоры весов или маятника, можно почти всегда добиться результата. По-видимому, кроме постоянного хода С , 2 у времени существует еще и переменное свойство, которое можно назвать п л о т н о с т ь ю или интенсивностью времени. При малой плотности время с трудом воздействует на материальные системы, и требуется сильное подчеркивание при- чинно-следственного отношения, чтобы появились силы, вызван- ные ходом времени. Возможно, что наше психологическое ощущение пустого или содержательного времени имеет не только субъективную природу, но, подобно ощущению времени, имеет и объективную физическую основу. Существует, по-видимому, много обстоятельств, влияющих на плотность времени в окружающем нас пространстве, Позд ней осенью и в первую половину зимы все опыты легко уда- ются. Летом же эти опыты затруднительны настолько, что мно- гие из них не выходят совсем. Вероятно, в соответствии с этими обстоятельствами, опыты в высоких широтах получа- ются значительно легче, чем на юге. Однако, кроме этих регу- лярных изменений, часто наблюдались внезапные изменения условий, необходимых для успеха опытов, которые происхо- дили в течение одного дня или даже нескольких часов. Оче- видно, плотность времени меняется в широких пределах из-за процессов, происходящих в природе, и наши опыты являются своеобразным прибором, регистрирующим эти перемены. Если это так, то оказывается возможным воздействие одной матери- альной системы на другую через время. Такую связь можно предвидеть, поскольку причинно-следственные явления проис- ходят не только во времени, но и с помощью времени. По- этому в каждом процессе Природы может затрачиваться или образовываться время. Это заключение оказалось возможным подтвердить прямым экспериментом. Поскольку изучается явление такой общности, как время, очевидно, достаточно взять самый простой механический про- цесс, чтобы попытаться у времени изменить его плотность. Например, можно любым двигателем поднимать и опускать груз или менять натяжение тугой резины. Получается система с двумя полюсами: источником энергии и ее стоком, т. е. при- чинно-следственный диполь. С помощью жесткой передачи по- люсы этого диполя можно раздвинуть на достаточно большое расстояние. Будем один из этих полюсов приближать к длин- ному маятнику при вибрациях его точки подвеса. Вибрации надо настроить таким образом, чтобы возникал не полный эф- фект отклонения к югу, а лишь тенденция появления этого эф- фекта. Оказалось, что эта тенденция заметно возрастает и пе- реходит даже в полный эффект, если к телу маятника или к точке подвеса приближать тот полюс диполя, где происходит поглощение энергии. С приближением же другого полюса (дви- гателя) появление на маятнике эффекта южного отклонения неизменно затрудняется. При близком расположении друг от друга полюсов диполя практически исчезало их влияние на маятник. Очевидно, в этом случае происходит значительная компенсация их влияния. Оказалось, что влияние причинного полюса не зависит от направления, по которому он расположен относительно маятника. Влияние его зависит только от расстоя- ния. Многократные и тщательные измерения показали, что это влияние убывает не обратно пропорционально квадрату рас- стояния, как у силовых полей, а обратно первой степени рас- стояния. При подъеме и опускании груза 10 кг, подвешенного через блок, его влияние ощущалось на расстоянии в 2-3 м от маятника. Даже толстая стена лаборатории не экранировала этого влияния. Надо заметить, что эти опыты, подобно преды- дущим, также не всегда удаются. Полученные результаты по- казывают, что вблизи системы с причинно-следственным отно- шением плотность времени действительно изменяется. Около двигателя происходит разряжение времени, а около прием- ника - его уплотнение. Получается впечатление, что время втягивается причиной и, наоборот, уплотняется в том месте, где расположено следствие. Поэтому на маятнике получается по- мощь от приемника и помеха со стороны двигателя. Может быть, этим обстоятельством объясняется и легкое осуществле- ние опытов зимой и в северных широтах, а плохое летом на юге. Дело в том, что в наших широтах зимой находятся след- ствия динамики атмосферы южных широт. Это обстоятельство может помогать появлению эффектов хода времени. Летом же, и вообще на юге, нагрев солнечными лучами создает атмо- сферный двигатель, мешающий эффектам. Воздействие времени принципиально отличается от воздей- ствия силовых полей. Влияние причинного полюса на прибор (маятник) сразу создает две равные и противоположные силы, приложенные к телу маятника и к точке подвеса. Происходит передача энергии без импульса, а следовательно, и без отдачи на полюс. Это обстоятельство объясняет уменьшение влияний обратно пропорционально первой степени расстояний, по- скольку по этому закону происходит убывание энергий. Впро- чем, этот закон можно было предвидеть, исходя еще и из того обстоятельства, что время выражается поворотом, а следова- тельно, с ним надо связывать плоскости, проходящие через по- люс с любой ориентацией в пространстве. В случае силовых линий, выходящих из полюса, их плотность убывает обратно пропорционально квадрату расстояний, плотность же плоско- стей будет убывать именно по закону первой степени расстоя- ния. Передача энергии без импульса должна обладать еще сле- дующим очень важным свойством. Такая передача должна быть мгновенной - она не может распространяться, ибо с распро- странением связан перенос импульса. Это обстоятельство сле- дует из самых общих представлений о времени. Время во Все- ленной не распространяется, а всюду появляется сразу. На ось времени вся Вселенная проектируется одной точкой. По- этому изменение свойства некоторой секунды всюду появля- ется сразу, убывая по закону обратной пропорциональности первой степени расстояния. Нам представляется, что такая воз- можность мгновенной передачи информации через время не должна противоречить специальной теории относительности и, в частности, относительности понятия одновременности. Дело в том, что одновременность воздействий через время осущест- вляется в той преимущественной системе координат, с кото- рой связан источник этих воздействий. Возможность связи через время, вероятно, поможет объяс- нить не только особенности биологической связи, но и ряд за- гадочных явлений психики человека. Быть может, инстинктив- ные знания получаются именно этим путем. Весьма вероятно, что этим же путем осуществляются и явления телепатии, т. е. передача мысли на расстояние. Все эти связи не экранируются и, следовательно, обладают свойством, характерным для пере- дачи влияний через время. Дальнейшие наблюдения показали, что в причинно-следст- венном диполе не происходит полной компенсации действия его полюсов. Поэтому в физических процессах может происхо- дить поглощение или отдача некоторых свойств времени. Ока- залось, что действие процессов можно наблюдать очень про- стыми опытами на несимметричных весах. В первом варианте опытов несимметричность крутильных весов осуществляется различием подвесов грузов одинаковой массы на концах совершенно симметричного коромысла; один груз подвешивается на жестком коротком подвесе, а другой груз на длинной капроновой нити. Более совершенным ока- зался другой вариант крутильных весов с резкой неравнопле- честью коромысла. Точка нити подвеса была взята рядом с большим грузом, масса которого раз в десять превышала массу малого груза, укрепленного на длинном плече Коро- мысла. Это длинное плечо представляет собой длинную гибкую стрелку с грузом на конце порядка одного грамма. Коромысло подвешивалось на капроновой нити диаметром около 30 мк и длиной порядка 5-10 см. Вся эта система помещалась под стеклянным колпаком, откуда можно откачать воздух. Окру- жавшая колпак металлическая сетка создавала защиту от воз- можных электростатитических воздействий. Несимметричные весы при отсутствии внешних воздействий показали тенденции поворота длинным плечом, т. е. легким грузом, на юг. Любой же необратимый процесс, осуществляе- мый вблизи весов, вызывает поворот стрелки в направлении либо на процесс, либо в противоположную от него сторону в зависимости от характера процесса. Например, остывание ранее нагретого тела вызывало поворот стрелки на это тело, а холодное, постепенно согревающееся тело отклоняло стрелку в противоположную от него сторону. Оказалось, что на весы действуют самые разнообразные необратимые процессы: раство- рение солей, горение, сжатие или растяжение тел, простое пере- мешивание жидких или сыпучих тел и даже работа головы человека. Суть наблюдаемых воздействий на крутильные весы, по-видимому, заключается в том, что в том месте, где проис- ходит необратимый процесс, изменяется плотность времени и из-за этого создается пространственное течение времени, пово- рачивающее крутильные весы. Появление сил, поворачивающих крутильные весы, изменяет потенциальную энергию весов. По- этому в принципе должно произойти изменение во всяком, свя- занном с весами, процессе. Таким образом, сделанные наблю- дения означают, что возможно бесконтактное воздействие че- рез время одного процесса на другой. Значит, на протекание физико-химических процессов могут через время воздейство- вать различные внешние явления. Возможно, в известных опы- тах G. Piccardi [8], сопоставляющих с солнечной активностью скорости осаждения в воде некоторых взвесей (соединения висмута), проявляются не только обычные электромагнитные воздействия, но и воздействия через время. На коллоквиуме Международного Астрономического Союза по эволюции двой- ных звезд, состоявшемся в Брюсселе осенью 1966 г., автор сде- лал сообщение о физических особенностях компонент двойных звезд [9]. В двойных системах спутник является необычной звездой. В результате долгого существования по ряду физиче- ских свойств (яркость, спектральный тип, радиус) спутник становится похожим на главную звезду. На таких больших расстояниях исключается возможность воздействия главной звезды на спутник обычным образом, т. е. через силовые поля. Скорее всего, двойные звезды являются астрономическим при- мером воздействия процессов в одном теле на процессы в дру- гом через время. Среди многих произведенных опытов следует отметить наб- людения, показавшие существование еще другой интересной осо- ности в свойствах времени. Оказалось, что в опытах с виб- рациями точки опоры весов или маятника возникшие дополни- тельные силы хода времени не исчезают с прекращением виб- раций, а остаются в системе значительное время. Считая, что они убывают по экспоненциальному закону еxp(-t/to), были сде- ланы оценки времени релаксации. Оказалось, что to не зависит от массы тела, но зависит от его плотности р. Получились сле- 3 дующие ориентировочные данные: для свинца р=11 г/см , 3 tо=14 с; для алюминия р=2,7 г/см , to=28 с; для дерева 3 р=0,5 г/см , to=70 с. Таким образом, возможно, что to об- ратно пропорционально квадратному корню из плотности тела. Любопытно, что сохранение в системе дополнительных сил после прекращения вибраций можно наблюдать на весах са- мым простейшим образом. Представим себе уравновешенные весы, к которым один из грузов подвешен на резинке. Снимем одной рукой этот груз, а давлением другой руки на коромысло заменим действие снятого с него груза. Будем снятый груз трясти некоторое время (около минуты) за резину, а затем повесим его назад на весы. Весы покажут постепенное облег- чение этого груза в соответствии с приведенным выше значе- нием to. Разумеется, в этом опыте необходимо принять меры к тому, чтобы рука не нагревала коромысло весов. Вместо руки конец коромысла, с которого снят груз, можно удержи- вать и металлическим зажимом. Этот удивительно простой опыт иногда удается очень легко, но бывают дни, когда, по- добно другим опытам, он выходит с трудом и даже совсем не выходит. На основании приведенных выше теоретических соображе- ний и всех экспериментальных данных можно сделать следую- щие общие выводы: 1. Выведенные из трех основных аксиом причинности следст- вия о свойствах хода времени подтверждаются опытами. По- этому можно считать, что эти аксиомы обоснованы опытом В частности, подтверждена аксиома II о пространственном не наложении причин и следствий. Поэтому передающие воздей ствия силовые поля следует рассматривать как систему дис кретных,, неналагающихся друг на друга точек. Этот выво^ связан с общим философским принципом возможности позна ния Мира. Для возможности хотя бы предельного познания совокупност) всех материальных объектов должна быть исчислимым множе ством, т. е. представлять собой дискретность, накладывающуюся на континуум пространства. Что касается конкретных результатов, полученных пр1 опытном обосновании аксиом причинности, то из них важней шими являются заключения о конечности хода времени, воз можности частичного обращения причинных связей и возмож ности получения работы за счет хода времени. 2. Опыты доказывают существование воздействий через. время одной материальной системы на другую. Это воздейст- вие не передает импульса, значит, не распространяется, а по- является мгновенно в другой материальной системе. Таким образом, в принципе оказывается возможной мгновенная связь и мгновенная передача информации. Время осуществляет гвязь между всеми явлениями Природы и в них активно уча- ствует. 3. Время обладает разнообразными свойствами, которые можно изучить опытами. Время несет в себе целый мир еще неизведанных явлений. Физические опыты, изучающие эти яв- ления, должны постепенно привести к познанию того, что со- бой представляет Время. Знание же должно показать нам, как проникнуть в мир времени и научить нас воздействовать на него. Указатель литературы 1. Reichenbach Н. The direction of time.-Berkeley; Los Angeles,1956, 280+XII p. Рус. пер.: Рейхенбах Г. Направление времени. М., 1962. 396 с. 2. Whitrow G. J. The Natural Philosophy of Time. L.; Edinburgh, 1961.. 324+XI p. Рус. пер.: Уитроу Дж. Естественная философия времени. М.,. 1964. 432 с. 3. Gauss С. F. Theoria residuorum biquadraticorum, commentatio secunda// Gottingishe Gelehrte Anzeigen. 1831. Bd 1. Studie 64. S. 635. 4.* Козырев Н. А. Возможная асимметрия в фигурах планет//Докл. АН СССР. 1950. Т. 70. ь 3. С. 389-392. 5.* Козырев Н. А. 1) Источники звездной энергии и теория внутреннего. строения звезд//Изв. Крымск. астрофиз. обсерв. 1948. Т. 2. С. 3-43; 2) Теория внутреннего строения звезд и источники звездной энергии// Изв. Крымск. астрофиз. обсерв. 1951. Т. 6. С. 54-83. 6. Reich F. Fallversuche fiber die Urndrehung der Erde. Freiberg, 1832.. 48 S. 7. Н a gen J. G. La Rotation de la Terre, ses Preirves mecaniques anciennes et nouvelles//Specola Astronomica Vaticana [Roma]. 1912. Vol. 1. Append. 2. P. 1-53. 8. Piccardi G. 1) Les tests chimiques//Symposium international sur les Relations entre phenomenes solaires et terrestres en chimie-physique et en biologue, Uccle-Bruxelles, 8-10 octobre 1958. Bruxelles, 1960. P. 21- 49; 2) Une hypothese solaire//lbid. P. 121-130. 9. Кozyrev N. A. Physical peculiarities of the components of double stars//' Colloque "On the evolution of double stars", Uccle (Belgique), 29 aout- 2 septembre 1966: Comptes rendus/Union Astronomique Internationale (IAU). 1967. P. 197-202, 212, 252 (Communications/Observatoire Royat de Belgique; Ser. B. N 17).

Н. А. Козырев

О ВОЗМОЖНОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ВРЕМЕНИ

О ВОЗМОЖНОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
СВОЙСТВ ВРЕМЕНИ