Многомерное время

Многомерное время [1:05:46]

Свойства S+T-мерного пространства-времени

Многомерное время — гипотезы существования времени с размерностью T>1. Данные гипотезы имеют определенное распространение в физике, философии и фантастике.

Многомерное время — совокупность научных гипотез о возможности существования у времени дополнительных осей движения, кроме привычной от прошлого через настоящее в будущее. Теоретически в нашем мире возможно существование бесконечного числа временных измерений, а сама гипотеза многомерного времени пока не имеет существенных возражений. Единственным критерием применимости теорий многомерного времени является их внутренняя логическая непротиворечивость и согласованность с законами и принципами физики (в частности, теории многомерного времени при применении в мире нашей размерности должны совпадать с наблюдаемой реальностью). Теории многомерного времени используются для объяснения явлений в макро и мегамире, которые не согласуются с нашим макроскопическим опытом.

С точки зрения науки, время — это некий параметр, определяющий последовательность событий. Предполагается, что в мире с многомерным временем последовательность событий не ограничена только одним параметром (движением вдоль одной линии). Точное количество дополнительных временных осей является предметом споров ученых. Академик А. Д. Сахаров высказал идею миров с одной или двумя пространственными и несколькими временными переменными, а болгарский физик Н. Калицин выдвинул теорию бесконечного числа временных переменных, которые различаются силой воздействия в материальном мире.

В физике

Специальная теория относительности описывает пространство-время в виде псевдориманового многообразия с отрицательным собственным значением метрического тензора, которое соответствует «временноподобному» направлению. Метрика с несколькими отрицательными собственными значениями будет соответственно подразумевать наличие нескольких временных направлений, то есть время будет многомерным, но в настоящее время нет консенсуса насчет связи этих дополнительных «времен» с временем в обычном понимании.

Гипотезы многомерного времени иногда выдвигаются в физике как теоретическое описание реальности или как любопытная возможность. Например, Itzhak Bars^[en]'s опубликовал работу «Физика двухмерного времени», основанную на SO (10,2) симметрии расширенной структуры суперсимметрии М-теории, являющийся самой современной и систематизированной разновидностью данной теории (см. также F-theory^[en]).

Макс Тегмарк рассматривает гипотезы миров с размерностью времени T>1 с точки зрения антропного принципа и приходит к выводу о невозможности существования разумной жизни в такой модели мира. В общем случае неизвестно функционирование физических законов в мире с многомерным временем. Если Т отлично от 1, поведение физических систем не может быть выведено из знания соотвектствующих дифференциальных уравнений в частных производных. Разумная жизнь, способная использовать технологии, в подобной вселенной не могла бы возникнуть. Более того Тегмарк утверждает, что если T>1, протоны и электроны были бы неустойчивы и могли бы распадаться на более массивные часицы. (Это не проблема, если частицы имеют достаточно низкую температуру.). При T>1 субатомные частицы, распадающиеся в течении определённого периода, вели бы себя непредсказуемо, геодезическая линия для времени не обязательно была бы максимальной. Случай мира с размерностью пространства N=1 и времени T=3 обладает интересным свойством: скорость света является нижней границей скорости материальных тел, а вся материя состоит из тахионов. Тем не менее, сигнатуры (1,3) и (3,1) физически эквивалентны. Положительная длина вектора в пространстве Минковского для интервалов во времени, это условность, зависящая от договорённости о знаке метрического тензора. Так некоторые физики как правило, используют метрику с сигнатурой (+---), что приводит к положительной «длине» Минковского для времениподобных интервалов и энергии в то время как пространственное расстояние будет иметь отрицательную «длину» Минковского . Релятивисты, однако, как правило, придерживаются противоположной конвенции (-+++), что даёт для пространственного расстояния положительную «длину» Минковского.

В философии

В 1927 году было опубликовано эссе «Эксперимент со временем» Джона Уильяма Данна^[en]. В этом эссе выдвигается гипотеза о существовании человека одновременно на двух уровнях: в субъективном течении времени (см. стрела времени) и вне временной оси с возможностью одновременно видеть прошлое, настоящее и будущее (см. этернализм).

Гипотеза многомерного времени также рассматривались в аналитической философии.

Английский философ Джон Беннет рассматривает модель Вселенной с 6 измерениями: 3 пространственными и 3 временными (имеющими названия «время», «вечность» и «ипостась»). Под временем Джон Беннет понимает привычное для нас линейное течение событий. Гипервремени он относит вечность и ипостась, имеющие собственные, отличные от времени свойства. Вечность Джон Беннет называет космологическим временем и вневременным временем. Ипостась является состоянием бытия и действует в области квантовых процессов.

Соединение времени и вечности дает возможность создания многовариантной космологии с параллельными вселенными, дающими большой спектр возможностей. Существование такого временного измерения, как ипостась, делает возможным многие научно-фантастические идеи: путешествие во времени, перемещение между параллельными мирами и движение быстрее скорости света.

Хотя идеи Джона Беннета довольно любопытны, но они основаны на субъективных аспектах восприятия времени и не имеют полностью научной основы. Также остается открытым вопрос измерения этих гипотетических временных измерений.

В фантастике

• В романе Роберта Хайнлайна «Число зверя» Вселенная имеет 6 измерений, в том числе 3 временных (обозначаемые t, tau and teh).
• В тетралогии «Обеспечение» (Ware) Руди Рюкера инопланетная раса метамарсиан происходит из области космоса с двухмерным временем.
• В романе «Израненное небо» сериала «Звёздный путь» Дианы Дуэйн физик Hamalki K’t’lk утверждает, что время имеет 3 измерения («начало», «продолжение» и «конец»).

Первые гипотезы многомерного времени

Со временем в науке происходит всё большая формализация и во главу угла ставятся геометрические построения моделей времени. Такие модели приводят к статической концепции времени. Это даёт нам право применять чисто математические преобразования и операции, что приводит нас к возможности применения такой матмодели, где время многомерно.

Идея многомерного времени впервые была выдвинута английским философом Брэдли. Он обнаружил, что сны не имеют логической связи между собой, но каждое сновидение обладает собственными временными связями. Для объяснения этого феномена Брэдли выдвинул гипотезу о существовании во Вселенной «временных серий», протекающих независимо друг от друга.

Хинтон выдвинул гипотезу о том, что время является четвертым пространственным измерением. По его мнению сам мир статичен и состоит из множества трехмерных сечений. В этой теории время (четвертое измерение) означает перемещение из одного трехмерного сечения в другое. Эту гипотезу использовал Герберт Уэллс в романе «Машина времени».

Гипотезы Хинтона и Брэдли развил Данн в своей теории многомерного времени, предназначенной для объяснения феномена предвидения. По мнению Данна, в мире не существует ни прошлого, ни настоящего, ни будущего (то есть он статичен в привычном нам определении слова время). Вместе с Хинтоном он понимает под временем процесс движения сознания в статичном мире. Но количество наблюдателей (а соответственно и индивидуальных сознаний) теоретически может быть бесконечным, соответственно и число дополнительных временных измерений не имеет ограничений.

Многомерное время в специальной теории относительности

В специальной теории относительности (СТО) время и пространство рассматриваются в качестве единого объекта (четырехмерного пространства-времени). В СТО принята идея относительности времени: вместо единого для всей Вселенной часового механизма введены индивидуальные хронометры для каждой точки пространства.

Первым возможность существования иных миров с другими законами природы озвучил Ньютон в «Вопросах» в конце «Оптики». Артур Эддингтон предложил исследовать свойства гипотетических миров с другим типом метрики: вместо традиционного четырехмерного (3+1)-мерного до (2+2) и (4+0)-мерного мира. По мнению В. С. Барашенкова, многомерное время существует в нашем мире, но 2 дополнительные временные координаты недоступны для восприятия человека.

Развитие физики в последние десятилетия выявило теоретические проблемы, не имеющие решения в классической теории относительности. Речь идет о невозможности преодоления «светового барьера» материальными объектами в специальной теории относительности и «горизонта событий» в общей теории относительности. В целях преодоления ограничений общей теории относительности была создана концепция тахионов (частиц, перемещающихся со сверхсветовыми скоростями) и концепция «отонных миров» (появление которой связано с изучением черных дыр).

Введение сверсветовых объектов потребовало изменения в теории относительности и привело к появлению шестимерной модели мира (с тремя пространственными и тремя временными осями): $M_{6}=M_{3+3}$. В рамках данной модели любое событие описывается формулой:

$E=(x,y,z,t_{x},t_{y},t_{z})$

Для согласования данной гипотезы с наблюдаемой реальностью сделано допущение о доступности для наблюдения всех пространственных компонентов, а осознаваемое человеком время принято за модуль трех временных координат:

$t=(t_{x}^{2}+t_{y}^{2}+t_{z}^{2})^{1/2}$

Человек воспринимает только 4 координаты (x, y, z, t), поэтому шестимерное пространство-время с 3-мерным временем используется только для интерпретации суперлюминальных преобразований.

Многомерное время и концепция множественности миров

Отличительной особенностью современной космологии является переход на неевклидовую геометрию и признание сложной топологической структуры вселенной с дополнительными временными и пространственными измерениями. Идею высших пространтсвенно-временных размерностей предложил Т.Калуцой в 1921 году в рамках разработки единой теории поля. В настоящее время его идею используют в теории Великого объединения и супергравитации. Количество размерностей в теориях неограниченно, но самой распространенной является модель с 10 или 11 измерениями. В привычных для человека маштабах размерность имеет вид 3+1, при этом остальные пространственные и временные измерения скомпактифицированы (свернуты) в 7-мерные сферы.

Проблема размерности времени в микромире

Квантовые объекты в микромире не имеют определенной, четко заданой траектории. Их поведение описывается волновой функцией вероятностного вида: в каждый момент времени нельзя однозначно определить состояние частицы. Частица одновременно существует в нескольких состояниях в зависимости от степени вероятности. Но по выводам Аскина, в микромире одномерное время: частица не может одновременно находиться в нескольких точках.

Описывающее время в микромире волновая функция определяется дифференциальным уравнением Шрёдингера, то есть является детерминированной (предопределенной величиной). Но пространственные координаты в микромире определяются наблюдениями и имеют вероятностный разброс значений. Поэтому в квантовой механике наблюдается разрыв между пространством и временем. Другими словами, процесс времени происходит в сознании наблюдателя, а сами свойства времени (необратимостью и непрерывностью) не дают возможность установить связь между пространством и временем в микромире.

Квант действия в микромире при наблюдениях дает следующий эффект. Хотя состояние частицы в момент наблюдения детерминируется (определяется) волновой функцией, но после перехода частицы в новое состояние для ее описания приходится вводить новую волновую функцию, не имеющую ничего общего с предыдущей. Таким образом отсутствует причинная связь между состояниями частицы в разные моменты времени. Это делает невозможным выстраивание причинно-следственных связей в микромире. В микромире не причинно-следственная связь определяет временной процесс, а наоборот временной процесс (последовательность наблюдений) определяет причинно-следственную связь (совокупность волновых функций в разные моменты времени). Поэтому классические представления о времени оказываются неприменимыми для квантовых закономерностей в микромире.

На невозможность применения обыденных представлений о пространстве и времени в микромире первым указал Эйнштейн. Луи де Бройль высказал идею о необходимости введения новых фундаментальных определений термина время, которые будут адекватно отражать свойства микромира и, одновременно, при переходе в мир большего размера соответствовать традиционным представлениям о пространстве-времени.

Гипотезы многомерного времени Д. Г. Павлова

Д. Г. Павлов попытался рассмотреть концепцию многомерного времени путем замены квадратичных метрик специального вида финслеровыми, которые называются метриками Бервальда-Моора и могут иметь произвольную степень компонент вектора. Данный подход открывает возможность построения теоретической модели времени с любым натуральным числом измерений без единой пространственной координаты.

По мнению Д. Г. Павлова, примером реализации концепции двумерного времени может выступать псевдоевклидова плоскость, на которой оба ортогональных измерения совершенно равноправны и в определенных условиях могут играть роль собственного времени наблюдателя, тогда вторая координата становится субъективно пространственной. И наоборот.

В научно-популярном изложении концепция многомерного времени без объективно существующих пространственных измерений представлена в фильме «Многомерное время» (Авторы сценария: Дмитрий Павлов, Андрей Скляров. Режисер: Андрей Скляров).

См. также

• Анизотропность Вселенной

Литература

• Itzhak Bars, Gauge Symmetry in Phase Space, Consequences for Physics and Spacetime. arXiv:1004.0688 [hep-th]
• Steven Weinstein, Multiple Time Dimensions, arXiv:0812.3869 [physics.gen-ph]
• Jacob G. Foster, Berndt Muller, Physics With Two Time Dimensions. arXiv:1001.2485 [hep-th]
• Itzhak Bars, The Standard model as a 2T-physics theory. hep-th/0610187
• (есть preview) Itzhak Bars, John Terning, Extra dimensions in space and time, N.Y.: Springer, Multiversal journeys series, 2010, ISBN 978-0-387-77638-8. DOI: 10.1007/978-0-387-77638-5.
• Квантовая космология и физика переходов с изменением сигнатуры пространства-времени
• А. С. Карташов. О масштабно-инвариантной эволюции вселенной и проблеме времени
• Знание—сила : Люди «ЗС»
• Гипотеза многомерного времени в современных физических теориях
• В. С. Барашенков. Многомерное время
• 2006 г., А. В. Коротков, В. С. Чураков Многомерные концепции пространства и времени (пространства-времени)
• Гипотеза многомерного времени в контексте проблем современной физики. Часть 1: многомерное время в макро и мегамире
• Д. Г. Павлов. Хронометрия трехмерного времени
• Трофименко А. П., Артеменко О. Л., Спасков А. Н. Гипотеза многомерного времени в современных физических теориях
• Концепция Хью Эверетта и идея многомерного времени Спасков А. Н., Трофименко А. П., Баранов А. В.
• Гипотеза многомерного времени в современных физических теориях
• Д. Г. Павлов. Четырехмерное время