Ипостаси времени

[bob]

Мы постоянно оперируем словом "время". Но что оно означает? Как это ни странно, физика оперирует несколькими альтернативными определениями времени, пересекающимися друг с другом далеко не всегда. Самое привычное нам время - время классической механики Ньютона. Характер его определения я давал в беседе с ув. Trеspassers W:
Первично определение величины из опыта. Время - категория интуитивно трудная. Но разобраться можно. Чтобы измерить "промежуток времени" для какого-либо процесса, мы должны взять процесс, условно принятый нами за эталон. Например, Вы бросили на пол ластик и замеряете время его падения секундомером. Секундомер - штука неточная, в сравнении с атомными часами, но мы его ПРИНЯЛИ за эталон.( Атомными часами мы бы замерили совсем другое, хотя и близкое "время".) Его шкала градуирована в условных единицах "времени". И возьмём ещё линейку деревянную из магазина, чтобы замерить высоту броска, - только тогда система будет условно "достаточна". Итого, есть два физических процесса - падающий ластик и циклически ползущая по делениям стрелка. Один процесс приблизительно линеен, второй приблизительно периодичен для того, чтобы делать мысленные отметки на первом. Процессы инспектируются наблюдателем. Достаточная система, чтобы говорить о "времени", исходя из условного упрощённого предположения о её внутренней замкнутости. В ней есть физические устройства, реализующие тенденцию, цикл и фиксацию измерений. Итого, мы имеем наблюдение А - ластик отпущен, положение стрелки относительно шкалы первое, наблюдение В - ластик коснулся пола, положение стрелки второе. Первично не формальное "математическое время", а только этот процесс и два события измерения. Это реальный промежуток физического времени, полученный из опыта. Так как мы доверяем градуировке нашего эталона, мы соотносим его с условным математическим временем, которое уже является абстракцией, применимой в расчёте "скорости" по нашей модели. Поэтому первичен физически измеренный интервал, как совокупность событий измерения. А математическое "время", как и "скорость с ускорением" - это лишь вторичная надстройка над реальным процессом, существующая лишь в области представлений когнитивной системы наблюдателя. Поэтому МАТЕМАТИЧЕСКИ СТРОГУЮ формулировку мы можем построить. Но она будет нефизична. ФИЗИЧЕСКИ строгая формулировка именно такова: расстояние (как отношение между точками физических измерений местонахождения физического резинового ластика), пройденное за промежуток времени (как отношение между ФИЗИЧЕСКИМИ положениями стрелки нашего железного физического секундомера), условно принятый за... МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ФОРМАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ условных единиц отсчёта. Бриллюэн и Вигнер как раз критиковали примеры недостаточно продуманной математизации теории относительности и квантовой физики, исходя из требования ФИЗИЧНОСТИ базы системы отсчёта. Любая практическая система отсчёта обладает, как минимум, массой и другими свойствами (материалом секундомера, Вас и ластика, например). И очень многие фундаментальные эксперименты и теоретические построения могут быть неправильно выполнены и трактованы только исходя из приложения математической модели без учёта свойств реально участвующей в опыте материи.
Поэтому разница между ОПРЕДЕЛИТЬ (из опыта) и ПРИНЯТЬ (из представления) принципиальна. И смешивать эти понятия можно только если строгостью физического определения считается возможным пренебречь для данного рассмотрения (что мы в обычных школьных опытах обычно и делали)...  Итого: часы, линейки, наблюдатель (база СО), и пробное тело (ластик).
И математическое представление, привязанное к этой "системе".

Существует "неклассическое время" в понимании теории относительности. Оно математическое, сжимающееся и растягивающееся настолько, чтобы обеспечить строгую сферичность волнового фронта в локальном участке пространства трёх измерений с точки зрения каждого наблюдателя и симметрию уравнений Максвелла. Это было бы нефизично, если бы не его тесная взаимосвязь с "квантовым временем", измеряемым атомными часами, описываемыми квантовой механикой. Атомные часы, основанные на самом независимом от прочих физическом процессе, показывают именно это время. То есть, физически, переход от времени Ньютона ко времени Эйнштейна, Планка и Гейзенберга происходит при замене измерительной базы лаборатории - вместо секундомера мы берём атомные часы, вместо линейки - интерферометр с эталонным лазером.

Но существует ещё одно "классическое время", которое тоже нам привычно - это время термодинамическое, "время по Больцману-Карно". С ним мы сталкиваемся каждый раз, засовывая продукты в холодильник. Ну, и когда взрослеем или стареем сами. Базой для измерения этого времени тоже является линейка (в школе - деревянная, в институте - более серьёзная), часы - тоже чугунные или атомные, как повезёт, и термометр (от ртутного до спектрографа). К несчастью, столь точного измерителя температуры, близкого к атомным часам, у нас нет. Отсюда проистекает много неприятностей. Но они, кажется, преодолимы на ускорителях, где мы с большой точностью знаем энергию пробной частицы, и очень точно можем замерить выделившуюся тепловую энергию на мишени. В сущности, это "теплофизическое время" является темпом изменения энтропии пробной системы относительно эталонной "идеально холодной" системы в понимании Ньютона, Эйнштейна или Гейзенберга.

Собственно, в жизни мы постоянно находимся в поисках баланса между этими временами. Например, Магеллан, отправляясь в кругосветное плавание, наверняка сетовал соратникам, что "год этого плавания отнимет у меня, как минимум, десять лет  жизни". То есть, год механического движения корабля по Ньютону соответствовал по термодинамическому времени мореплавателя износу его организма в нежелательной для него пропорции.

А теперь рассмотрим знаменитый парадокс близнецов под этим неожиданным углом. Ведь читателям фантастики и популярной литературы, мечтающим о полётах к звёздам, интересно не эйнштейновское время, которое "замедлится" для астронавтов, а шкурные вопросы личного выживания при подобном "замедлении"...

[bob]

Вот интересная тема, где недавно в стотысячный раз разбирался вопрос о шаблонном понимании парадокса близнецов:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,42271.0.html

[bob]

А теперь посмотрим на него с другой стороны. Итак, для того,чтобы придать телу скорость, ему нужно сообщить импульс. Для того, чтобы придать телу импульс, нужна энергия. Предельным случаем здесь является реактивное движение. А выделение тепловой энергии сопровождается термодинамическим разрушением структуры материи. В случае с Магелланом всё ясно - попробуйте с годик постоять за штурвалом, выпить десять бочек рома, несколько месяцев поругаться с матросами, съесть собственный сапог во время голода, и несколько галлонов прогорклой воды - и Вы поймёте, что тащить свой парусник на хребтине по идеальной математической прямой было бы проще. То есть, сопутствующие термодинамические затраты были очень опосредованно связаны с двигательной системой каравелл. Но не так обстоит дело с межзвёздными каравеллами. Для того, чтобы достичь световой скорости, надо сообщить  ВСЕМУ материалу ракеты энергию, равную энергии аннигиляции. То есть - превратить её в световой поток. По сути, поэтому скорость света недостижима физически. Почему она недостижима математически, мы знаем. Но, как видите, есть очень простое приложение термодинамических характеристик, из которых следует то же самое....

[bob]

Итак, с точки зрения термодинамики, реактивный снаряд представляет собой термодинамическую систему (знакомый нам "холодильник", где мы любим хранить банки с огурцами ), но умеющую замедлять и "квантовое время" по атомным часам, а не только "классическое". То есть, в случае с нашими близнецами из "парадокса" в этом рассмотрении их кабина оказывается "универсальным холодильником", где замерзают даже атомные часы, а двигатель и средства защиты кабины - радиатором...

[bob]

То есть, чем больше мы желаем замедлить время, тем меньший объём и с большими потерями мы можем защитить от роста энтропии. Ну, как и в обычном холодильнике. Так что формула Циолковского - это только одна ипостась реактивного движения, учитывающая лишь ньютоново время, а теплофизику сваливающая на технологов. С межзвёздными ракетами такой финт не выйдет. Там потребуется и начнёт играть основную роль другая формула - рост массы двигателя, устройств охлаждения и защиты с ростом ожидаемой скорости.

[Vrm]

Можно не достигая скорости света, перемещатся быстрее скорости света вырывая кусок пространства (теория Алькубъере)
Как тут со временем?

[ggolos]

Итак, с точки зрения термодинамики, реактивный снаряд представляет собой термодинамическую систему (знакомый нам "холодильник", где мы любим хранить банки с огурцами ), но умеющую замедлять и "квантовое время" по атомным часам, а не только "классическое". То есть, в случае с нашими близнецами из "парадокса" в этом рассмотрении их кабина оказывается "универсальным холодильником", где замерзают даже атомные часы, а двигатель и средства защиты кабины - радиатором...

Извините, bob, но для меня так и не дошло-а что, собственно, Вы хотели сказать.

[bob]

Можно не достигая скорости света, перемещатся быстрее скорости света вырывая кусок пространства (теория Алькубъере)
Как тут со временем?

Алькубьере и надо спрашивать, как там у него со временем.

[bob]

Извините, bob, но для меня так и не дошло-а что, собственно, Вы хотели сказать.

Я подвожу к мысли, что пробное тело как физическая система в целом, при разгоне относительно лабораторной базы, может испытывать более сложные преобразования, чем просто замедление времени. Современное физическое время - это то, что измеряют квантовыми часами. А вот как быть с термодинамическим разрушением структуры? Энергия не сообщается материи "безнаказанно". Увы, теория относительности, как и теория Ньютона оперирует неразрушимыми идеальными объектами, в которые можно вкачивать энергию неограниченно.

[Vrm]

Релятивистское понятие температуры не определено

[bob]

Релятивистское понятие температуры не определено

Энергия определена. Поэтому я и сослался на ускоритель,  как то, что может сойти за релятивистский термометр. Температура - следствие ненаправленного излучения и переизлучения энергии. В большинстве опытов - просто характеристика ненаправленного электромагнитного излучения, вследствие какого-нибудь процесса.

[Vrm]

Взял в руки учебник термодинамики.
Температура связана с количеством теплоты, поэтому и теплота неопределена (существует 2 противоречащие теории )
Теплота связана с термодинамической энергией.

[bob]

Взял в руки учебник термодинамики.
Температура связана с количеством теплоты, поэтому и теплота неопределена (существует 2 противоречащие теории )
Теплота связана с термодинамической энергией.

Да, там сохраняется некоторая смесь - теплота это и мера электромагнитного излучения в полном угле, и мера броуновского движения атомов и молекул одновременно. В сущности - верно. Если бы у нас была единая теория поля, где бы и атом и фотон были бы только компонентами в общей формуле, источник такой "теплоты" был бы чётко определён.

[bob]

Так что я ставлю глобальную задачу. У нас крупная проблема - мы пытаемся объединить гравитацию с электромагнетизмом, не объединив толком даже КМ с термодинамикой, которая, на самом деле, и является базой для определения времени.

P.S. Шучу. На самом деле большой проблемы здесь нет.

[Vrm]

Ну КМ с термодинамикой более менее согласованы.
А вот термодинамика и СТО нет.

[bob]

Ну КМ с термодинамикой более менее согласованы.
А вот термодинамика и СТО нет.

Так вот случайно ли это? Точнее, не это ли надо исходно увязывать, прежде, чем переходить к суперсимметриям?

[Vrm]

Ну КМ с термодинамикой более менее согласованы.
А вот термодинамика и СТО нет.

Так вот случайно ли это? Точнее, не это ли надо исходно увязывать, прежде, чем переходить к суперсимметриям?

Логичное предположение.

[Vrm]

Что бы увязать термодинакику и СТО, нужно сначала понять как меняется температура от скорости при ее увеличении
как T*sqrt(1-v^2/c^2)
или T/sqrt(1-v^2/c^2)

[bob]

Да, задачка не такая простая, как кажется на первый взгляд. Просто в динамике фотонных ракет ракеты, как водится, летают с идеальными отражателями, как у Стругацких. То есть, предполагается, что наши средства охладить кабину безграничны. Однако, мы знаем, что в пределе малых скоростей термодинамические и квантово-относительные "времена" идентичны. В максимальном пределе - при достижении скорости света - тоже. Возникает предположение, что эта пропорциональность универсальна. И то, что мы "недобрали" по атомным часам при достижении субсветовой скорости, нам "вернёт" термодинамика. То есть, любое практическое, неидеальное, тело при любом способе сообщения ему энергии, будет "стареть", как ему и положено. Поскольку, теория относительности и квантовая механика, которые должны были его "заморозить", ответственны только за половину процесса.

[ggolos]

[quote author=bob link=topic=42301.msg739092#msg739092  То есть, любое практическое, неидеальное, тело при любом способе сообщения ему энергии, будет "стареть", как ему и положено. Поскольку, теория относительности и квантовая механика, которые должны были его "заморозить", ответственны только за половину процесса.
[/quote]
Н-да.., bob.
Но Вы явно  кое-что не договариваете.
Выкладывайте наработки.