CAUSAL

Л.С.Шихобалов

ПРИЧИННАЯ МЕХАНИКА Н.А.КОЗЫРЕВА:

АНАЛИЗ ОСНОВ

(сокращенный вариант)

Постулаты причинной механики. Н.А.Козырев формулирует три постулата о физических свойствах времени.

Постулат I. Время обладает особым свойством, создающим различие причин и следствий, которое может быть названо направленностью или ходом. Этим свойством определяется отличие прошедшего от будущего.

Данный постулат, устанавливая наличие тесной связи времени и причинности, немедленно приводит к важному выводу, что на практике искать проявления активных свойств времени следует в причинно-следственных отношениях между явлениями нашего мира. Принятие этого постулата в качестве исходного положения теории свидетельствует о том, что при ее создании Н.А.Козырев ставил целью поиск конкретных экспериментально наблюдаемых эффектов проявления свойств времени в нашем мире. Представление о связи времени с причинностью пронизывает всю теорию Козырева. Это видно, например, из того, что все три аксиомы о свойствах времени содержат термины “причина” и “следствие”. Именно убеждение ученого в наличии такой связи побудило его назвать свою теорию физических свойств времени причинной механикой.

Представление о связи времени и причинности не является новым в науке. Еще три столетия назад его обсуждал Г.В. Лейбниц. При этом он считал временной порядок событий мира результатом причинно-следственного порядка. Однако исследования современных философов - Г.Рейхенбаха, Дж.Дж.Уитроу, А.М.Мостепаненко и других - показали, что, скорее всего, имеет место обратное взаимоотношение между временным и причинно-следственным порядками - временной порядок представляет собой основу порядка причинно-следственного, а не наоборот. Именно такую точку зрения на соотношение времени и причинности отражает теория Козырева.

Взглянем на данный постулат с позиции классической механики. Согласно третьему закону Ньютона взаимодействие двух тел осуществляется таким образом, что силы, с которыми тела воздействуют друг на друга, равны между собой по модулю и противоположны по направлению, причем действуют они одновременно; кроме того, в классической механике всегда принимается, что эти силы имеют одну линию действия. Отсюда видно, что в рамках классической механики между причиной и следствием не существует различий, т. е. выполняется известный принцип “causa aequat effectum” - “причина адекватна следствию”. В этом состоит принципиальная ограниченность классической механики. Преодоление ее и является целью причинной механики. Обсуждаемый постулат утверждает, что время обладает как раз таким свойством, которое порождает различие между причиной и следствием.

Не совсем удачным в рассматриваемом постулате является использование термина “направленность” в качестве названия постулированного свойства времени, так как этот термин уже имеет хождение в науке, а смысл, вкладываемый в него в причинной механике, не тождествен общепринятом. Второе название этого свойства - “ход времени” - также не слишком удачно, потому что в дальнейшем оно используется не столько применительно к самому данному свойству времени, сколько к одной его количественной характеристике. Однако эти терминологические шероховатости, разумеется, не снижают значения обсуждаемого постулата.

Следующие два постулата уточняют, в чем именно состоит различие между причиной и следствием, указанное в постулате I.

Постулат II. Причины и следствия всегда разделяются пространством. Поэтому между ними существует сколь угодно малое, но не равное нулю пространственное различие d х.

(ред.: Предположим, это расстояние между двумя автобусными остановками.)

Постулат III. Причины, и следствия различаются временем. Поэтому между их проявлением существует сколь угодно малое, но не равное нулю временное различие d t определенного знака.

(ред.: Предположим, это время движения автобуса между двумя остановками.)

Эти постулаты согласуются со всем опытом естествознания, касающимся свойств причинности. Их содержание настолько прозрачно и естественно, что не видно каких-либо доводов против их принятия. И даже если в реальности все же выполняется условие dх = 0 или dt = 0, то и такой случай может быть получен из рассматриваемой теории посредством соответствующего предельного перехода. (Между тем, если принять dх = 0 или dt = 0, а в действительности соответствующая величина не равна нулю, то такая теория заведомо не будет адекватна реальности.)

В причинной механике, как отмечалось, вещество моделируется материальными точками. В рамках такой модели всякий процесс может быть представлен как последовательность отдельных причинно-следственных звеньев. При этом самое малое (элементарное) причинно-следственное звено состоит из двух материальных точек - точки-причины и точки-следствия, - которые согласно второму и третьему постулатам разделены пространством и временем и между которыми уже нет никаких других материальных точек. Считается, что величины dх и dt относятся именно к такому элементарному причинно-следственному звену (причем они, вообще говоря, могут быть различными для разных звеньев). Н.Л.Козырев вводит в рассмотрение величину

c₂= d х/d t,

которую называет ходом времени. Эта величина имеет размерность скорости и характеризует скорость перехода причины в следствие в элементарном причинно-следственном звене. Величина с₂ является основной количественной характеристикой в причинной механике. На основании того, что элементарное причинно-следственное звено не содержит между точкой-причиной и точкой-следствием никакого вещества, а только пространство и время, ученый заключает, что величина с₂ должна отражать свойства именно времени и пространства, а не конкретной физической системы или процесса. В связи с этим он делает предположение, что с₂ является универсальной мировой константой, подобной, например, скорости света в вакууме.

(ред.: Какое отношение имеет скорость движения автобуса к мировым константам?)

Следующее положение причинной механики уточняет математический характер величины с₂. Это положение не выделено в качестве отдельного постулата, но по своей сути является именно таковым. Поэтому назовем его четвертым постулатом.

Постулат IV. Ход времени c₂ является псевдоскаляром, положительным в левой системе координат.

(Ред.: Интересно! В каком времени можно измерить скорость хода времени?)

В отношении величины с₂ необходимо отметить следующее. Данная величина, как указывалось, характеризует скорость перехода причины в следствие в элементарном причинно-следственном звене. Однако величина c₂не есть наблюдаемая на макроскопическом уровне скорость реализации всей причинно-следственной цепи. Это связано с тем, что окончание одного элементарного причинно-следственного перехода и начало следующего могут быть разделены каким-то промежутком времени, потребным, например, для перемещения точки-причины или точки-следствия из одного места пространства в другое. Здесь можно провести аналогию с взаимодействием молекул газа: между двумя последовательными взаимодействиями одной молекулы газа с другими протекает какое-то время, когда молекула движется свободно, без взаимодействий, причем это время может значительно превышать время осуществления отдельного межмолекулярного взаимодействия (особенно, в случае разреженного газа), поэтому скорости макроскопических процессов в газе, таких, как распространение ударной волны и других, не связаны напрямую со скоростью осуществления отдельного межмолекулярного взаимодействия. Точно так же и наблюдаемая на макроскопическом уровне скорость реализации причинно-следственной цепи может быть не связана напрямую с величиной хода времени c₂. Из этого ясно, что разработка методов экспериментального определения этой величины представляет собой непростую задачу.

Н.А.Козыреву удалось поставить соответствующие опыты. Они показали, что

c_{2 »}2200 км/с » 1/137 c₁ в левой системе координат,

где c₁ - скорость света в вакууме. Из (2) следует, что отношение c₂. к c₁ примерно равно постоянной тонкой структуры Зоммерфельда a . Происхождение этой фундаментальной безразмерной константы давно волнует ученых-физиков. Так, Ричард Фейман пишет: "Вам, конечно, хотелось бы узнать, как появляется это число…?" Никто не знает. Это одна из величайших проклятых тайн физики: магическое число, которое дано нам и которого человек совсем не понимает”. Если в реальной действительности отмеченная связь c₂ и c₁ с a выполняется не приближенно, а точно, то эта “величайшая тайна физики” перестает быть тайной: константа a оказывается просто отношением двух фундаментальных скоростей - c₂ к c₁:

здесь первое равенство есть определение величины a; e - элементарный заряд; е₀ - электрическая постоянная; h - постоянная Планка (квант действия).

Далее в причинной механике речь идет о силах, которые появляются в причинно-следственном звене при определенных условиях и которые являются добавочными по отношению к силам, предсказываемым классической механикой. Утверждение, конкретизирующее значения этих сил, также не выделено в качестве самостоятельной аксиомы, а представлено в виде результата, вытекающего из постулированных свойств времени. Однако совершенно очевидно, что, располагая единственной (псевдо) скалярной характеристикой-ходом времени с₂, - принципиально невозможно чисто логическим путем сделать однозначное заключение о значении векторной величины, каковой является сила (для этого требуется знание трех независимых скалярных величин). Поэтому приводимое обоснование указанного утверждения заведомо не может быть строгим. Не трудно убедиться, что оно действительно опирается не только на сформулированные ранее постулаты, но и на некоторые допущения, выходящие за рамки последних.

Разумеется, и сам автор причинной механики не считал это обоснование строгим логическим выводом. Так, он пишет: “Изложенные здесь теоретические соображения нужны в основном только для того, чтобы знать, как поставить опыты по изучению свойств времени”. В связи с этим сразу сформулируем окончательный результат в виде самостоятельного постулата. Придание ему статуса постулата тем более оправданно, что он выполняет в причинной механике такие же функции, какие в классической механике выполняют второй и третий законы Ньютона.

Постулат V. Если, в причинно - следственном звене имеет место относительное вращение точки-причины, и точки-следствия, то в нем наряду с силами, учитываемыми классической механикой, действуют и определенные добавочные силы. При этом добавочные силы, приложенные к точке - причине и к точке- следствию, равны по модулю и противоположны по направлению, так что их главный вектор равен нулю. Вместе с тем линии действия этих сил могут не совпадать, поэтому их главный момент может быть отличен от нуля.

Для реального причинно-следственного звена, состоящего из макроскопических тела-причины и тела-следствия, при условиях, что: а) одно из тел вращается, а другое не вращается, б) вращающееся тело по форме близко к идеальному волчку (то есть вся его масса располагается примерно на одном расстоянии от оси вращения, а центр масс находится на этой оси), в) центр масс невращающегося тела также находится в некоторой точке оси вращения, добавочные силы имеют вид

где , .- результирующие добавочных сил, действующих соответственно на следствие и причину; j - орт оси вращения, направленный в ту сторону, откуда вращение кажется происходящим по ходу часовой стрелки; и - псевдоскаляр, равный по абсолютной величине линейной скорости поворота и имеющий положительный знак в левой системе координат (все точки идеального волчка характеризуются одним значением и); Ф₀ - описываемая классической механикой сила, с которой причина действует на следствие (при этом к причине приложена сила противодействия со стороны следствия R₀= -Ф₀). Предполагается, что |и|“ |с₂|, поэтому “ и “ , т. е. силы и представляют собой малые добавки к “классической” силе Ф_о.

Для этого же макроскопического причинно-следственного звена, но в случае, когда центр масс невращающегося тела расположен в стороне от оси вращения, добавочные силы описываются теми же выражениями (4), в которых под j следует понимать орт, параллельный оси вращения, направленный так, как указано выше, и приложенный для каждого тела в его центре масс.

Опыты, в которых Н.А.Козырев наблюдал появление добавочных сил, ставились таким образом, что в них реализовалась ситуация, описанная в последнем абзаце постулата V. В данном случае добавочные силы, приложенные к причине и следствию, направлены вдоль параллельных, но не совпадающих прямых. Вследствие этого их главный момент не равен нулю, и он вызывает поворот причинно-следственного звена. Такой поворот и наблюдался в опытах. В связи с тем, что по отношению к причинно-следственному звену добавочные силы являются внутренними, наличие у них ненулевого главного момента ведет к нарушению закона сохранения момента импульса. Вместе с тем закон сохранения импульса в данном случае остается в силе, так как согласно постулату V главный вектор добавочных сил равен нулю. Обсудим эту ситуацию с позиции классической механики.

Закон сохранения импульса и закон сохранения момента импульса являются одними из основных законов физики. Причем обычно считается, что к описанию поведения физических систем они применимы в равной степени. Однако если обратиться к обоснованию этих законов, даваемому классической механикой, то можно увидеть, что они базируются на несколько различающихся допущениях. Так, закон сохранения импульса выводится непосредственно из законов Ньютона, закон сохранения момента импульса - из законов Ньютона и дополнительного допущения о том, что силы взаимодействия любых двух внутренних точек, системы имеют одну линию действия. Из этого следует, что рассматриваемые законы только в том случае могут иметь одинаковую степень применимости к описанию природы, если указанное дополнительное допущение является таким же общим законом природы, как законы Ньютона. Между тем в классической механике данное допущение не возводится в ранг фундаментального закона. Это говорит о той, что в классической механике заложена принципиальная возможность того, что при каких-то условиях указанное допущение и вместе с ним закон сохранения момента импульса могут нарушаться. Именно о таком случае идет речь в постулате V. Из него следует вывод, что в причинно-следственных связях может происходить нарушение закона сохранения момента импульса. Этот вывод, как видно из изложенного, естественным образом дополняет представления классической механики.

Отметим, что в теоретической физике принято выводить закон сохранения момента импульса из допущения об изотропности пространства. При таком подходе вывод, вытекающий из постулата V, может быть истолкован как утверждение, что причинно-следственные процессы могут изменять геометрию пространства, нарушая его изотропность. Такая интерпретация ставит данный вывод в один ряд с известным результатом общей теории относительности, согласно которому любое тело, обладающее ненулевой массой, изменяет геометрию пространства, вызывая его искривление. Важность постулата V определяется, в частности, следующим.

Во-первых, этот постулат открывает путь к экспериментальной проверке причинной механики. Проделав соответствующие опыты, Н.А.Козырев получил с помощью формул (4) указанное в (2) значение хода времени с₂.

Во-вторых, постулат V впервые в физике устанавливает объективное отличие причин от следствий в простейших механических системах. Из (4) вытекает, что в случае причинно-следственного звена, содержащего вращающееся тело, можно узнать, является оно причиной или следствием, по тому признаку, в какую именно сторону кажется происходящим вращение его при взгляде со стороны, куда направлен вектор добавочной силы. Если вращение кажется происходящим по ходу часовой стрелки, то рассматриваемое тело является следствием, если против хода часовой стрелки, то оно является причиной. Из этого видно, что в причинной механике различие причины и следствия связывается с различием правого и левого.

В-третьих, из постулата V вытекает вывод о возможности различия свойств зеркально-симметричных систем. Пусть имеются два зеркально симметричных причинно-следственных звена, включающие в себя вращающиеся тела. У таких звеньев направления вращений этих тел противоположны (точнее говорят у одного звена псевдовектор угловой скорости поворота направлен в ту сторону от вращающегося тела, где находится невращающееся тело, а у другого звена он направлен в противоположную сторону). При одинаковых внешних условиях и начальных состояниях действующие в таких звеньях “классические” силы будут одинаковыми, так как классическая механика не делает различия в свойствах зеркально-симметричных систем. Вместе с тем добавочные силы в звеньях, как следует из выражений (4), будут направлены в противоположные стороны. Понятно, что такие звенья будут обладать разными физическими свойствами. Важность этого вывода определяется тем, что в физике до сих пор не найдено убедительного объяснения много- численным проявлениям в природе зеркальной асимметрии. Наиболее ярким примером ее является так называемая спиральная чистота биологических объектов, которая заключается в наличии исключительно правой закрутки молекул нуклеиновых кислот и исключительно левой закрутки белков. Это свойство живого вещества, начало изучению которого положил Л.Пастор, считается одним из основных признаков жизни.

Остановимся на тех аспектах постулатов IV и V, которые представляются недостаточно убедительными.

В опытах, использовались механические системы в виде рычажных весов или длинного маятника с подвешенными к ним вращающимися гироскопами. Добавочные силы определялись по отклонению весов от равновесия и по отклонению нити маятника от вертикали. Причинность вводилась в систему посредством механических вибраций, нагрева или пропускания электрического тока, причем источник воздействия помещался вблизи одного из концов системы (выполнявшего роль причины) и воздействие естественным путем передавалось по системе к другому ее концу (следствию). Опыты показали, что добавочные силы возникают только при наличии такого воздействия. Следовательно, указанное воздействие играет определяющую роль в появлении эффекта. Между тем никакие характеристики воздействия не входят в выражения (4), описывающие величины добавочных сил. Это обстоятельство вызывает удивление. По-видимому, дело здесь в том, что выражения (4) являются приближенными. Можно надеяться, что после проведения дополнительных исследований окончательные выражения для добавочных сил будут содержать какие-то характеристики причинного воздействия.

При описании опытных данных с помощью формул (4) в качестве силы |Ф_о| принимается вес того тела, для которого определяется значение добавочной силы. При этом остается неясным, почему не учитываются силы, действующие на тело со стороны подвеса (или других контактирующих с ним частей системы). Использование в формулах (4) веса тела представляется неудачным еще и в связи со следующим. По логике самой причинной механики добавочные силы определяются внутренним взаимодействием в системе, поэтому, казалось бы, они не должны зависеть от внешних условий, в которых находится система. В частности, они не должны зависеть от того, находится система в земной лаборатории, где на нее действует сила тяжести, или в космосе в условиях невесомости. Однако в последнем случае при использовании в качестве силы |Ф_о| веса тела формулы (4) дают нулевое значение добавочных сил. Эти соображения свидетельствуют о необходимости доработки соответствующего положения причинной механики.

Принятие постулата IV, приписывающего величине с₂ псевдоскалярный характер, осуществлено с очевидной целью - связать различие причины и следствия с различием правого и левого. Из сказанного ранее видно, что это в полной мере достигается постулатом V, причем независимо от постулата IV (последнее следует из того, что смысл постулата V совершенно не меняется при одновременном изменении в нем характера величин и и с₂ с псевдоскалярного на скалярный). Таким образом, вполне можно было бы опустить постулат IV и считать ход времени с₂ и величину u обычными скалярами. Отказаться от постулата IV целесообразно также по той причине, что в этом случае отпадает необходимость приписывать одной из величин dх или dt псевдоскалярный характер, что требовалось бы делать, как следует из формулы (1), при псевдоскалярности величины с₂. Заметим, что допущение о псевдоскалярности с₂ используется в тех опущенных нами рассуждениях,. которые предваряют утверждения, входящие в постулат V.

Н.А.Козырев пишет, что между силой действия и силой противодействия нет разрыва во времени, причем здесь подразумеваются и силы, описываемые выражениями (4). Это означает, что причина и следствие воздействуют друг на друга одновременно. При этом остается неясным, как этот результат соотносится с постулатом III о наличии не равного нулю временного различия между причиной и следствием. По-видимому, этот вопрос требует дополнительного осмысления.

Следующий постулат может быть сформулирован таким образом.

Постулат VI. Время наряду с постоянным свойством - ходом с₂ обладает и переменным свойством - плотностью.

Н.А.Козырев провел большой цикл исследований этого свойства времени и получил интересные результаты. Однако, учитывая, что ему не удалось ввести количественную характеристику плотности времени, мы считаем, что обсуждать данный постулат преждевременно.

На этом рассмотрение постулатов причинной механики закончим. В целом о них можно сказать, что они существенно дополняют и развивают современные научные представления о времени и причинности; вместе с тем ряд заключенных в них положений требует дальнейшей проработки.

5. Экспериментальное исследование физических свойств времени. “Время представляет собой целый мир загадочных явлений, и их нельзя проследить логическими рассуждениями. Свойства времени должны постоянно выясняться физическими опытами” - эти слова Н.А.Козырева свидетельствуют о том, что ученый придавал экспериментальному исследованию свойств времени первостепенное значение. Об этом говорит и тот факт, что он впервые обнародовал свои представления о времени только после того, как они были подтверждены опытами. Первая работа о свойствах времени была опубликована им в 1958 году. А ранее на протяжении многих лет он развивал теорию и разрабатывал, а потом и осуществлял такие схемы опытов, которые позволяли наблюдать эффекты воздействия времени на объекты нашего мира. Причем экспериментальные исследования ученый начал проводить, как он сам пишет, еще зимой 1951-1952 годов.

В нашу задачу не входит анализ экспериментальных исследований Н.А.Козырева. Мы лишь отметим две принципиальные сложности, возникающие при постановке соответствующих опытов. Одна из них непосредственно связана с основами причинной механики. Согласно последней добавочные силы, обусловленные воздействием временя, проявляются в причинно-следственных связях. Это вынуждает вводить в экспериментальную установку, предназначенную для определения добавочных сил, какой-нибудь процесс (пропускание электрического тока, тепла, механических колебаний и т. д.). В результате процедура измерения добавочных сил оказывается сложнее процедуры измерения обычных сил, действующих в той же установке при отсутствии процесса. При этом в схемах опытов, разработанных Н. А. Козыревым, процесс вводится прямо в измерительную систему, что, конечно, резко снижает достижимую точность измерений. Между тем измеряемые силы очень малы. Поэтому желательно разработать такие методы измерения добавочных сил, которые позволили бы освободить измерительную систему от воздействия процесса и тем самым повысить точность измерений.

6. Заключение. Главный вывод, который Н.А.Козырев делает на основе причинной механики, состоит в следующем:

Время благодаря своим активным, свойствам может вносить в наш мир организующее начало и тем противодействовать обычному ходу процессов, ведущему к разрушению организованности и, производству энтропии. Это влияние времени очень мало в сравнении с обычным разрушающим ходом процессов, однако оно в природе рассеяно всюду, и поэтому имеется возможность его накопления. Такая возможность осуществляется в живых организмах и массивных космических телах, в первую очередь в звездах. Для Вселенной в целом влияние активных свойств времени проявляется в противодействии наступлению ее тепловой смерти.

(Ред.: Интересно! Время Н.А.Козырева - нечто отвлеченное, имеющее косвенное отношение к нашему миру, противодействующее "нашему" времени!)

Н.А.Козырев не успел дать этому выводу строгого теоретического или экспериментального обоснования, поэтому при нынешнем состоянии развития причинной механики данный вывод имеет в значительной мере мировоззренческий характер. Важно, что он, по крайней мере, частично, находит подтверждение в философских работах. Так, заключительная его часть, из которой следует ошибочность широко распространенного представления о неизбежности тепловой смерти Вселенной, полностью созвучна положениям материалистической философии. Ф.Энгельс в “Диалектике природы” пишет: "…излученная в мировое пространство теплота должна иметь возможность каким-то путем, - путем, установление которого будет когда-то в будущем задачей естествознания - превратиться в другую форму движения, в которой она может снова сосредоточиться и начать активно функционировать..." Вот вечный круговорот, в котором движется материя...". Обосновывается это положение тем, что материя не может утратить ни одного из своих атрибутов, она не может стать ни хуже, ни лучше и во всех своих бесконечных превращениях остается вечно одной и той же.

Резюмируя все сказанное, можно заключить, что причинная механика Н.А.Козырева, не вступая в противоречие ни с одним положением современной физики, гармонично дополняет имеющуюся картину мира. Однако она пока еще не является завершенной теорией. Заслуга Н.А.Козырева в том, что он указал путь изучения времени и прошел сам значительную его часть. Трудно предсказать, что ждет нас в конце этого пути. Но одно несомненно - этот путь должен быть пройден наукой.

Увы. Достоверно воспроизвести опыты Н.А.Козырева никому не удалось. А опыт по фиксации трех положений солнца на небосводе - подобен анекдоту - по Н.А.Козыреву не Земля движется вокруг Солнца, а Солнце движется вокруг Земли! А если же считать, что движение Солнца - это ее движение в пределах Галактики, то Земля движется вместе с Солнцем и… остается только недоумевать по поводу восторженной шумихи!

Однако, вероятно, есть причины изложенного варианта представления о времени.