Многомерное время

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Свойства S+T-мерного пространства-времени

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

В физике[править | править код]

Специальная теория относительности (СТО) описывает пространство-время в виде псевдориманова многообразия с одним 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 «времён» с временем в обычном понимании.

Гипотезы многомерного времени выдвигались в физике двояко: как возможное теоретическое описание реальности или как любопытная возможность, вероятно, не имеющая отношения к известной природе. Например, Ицхак Барс (англ.) опубликовал работу «Физика двухмерного времени»[1], основанную на SO(10,2) симметрии расширенной структуры суперсимметрии М-теории, являющийся самой современной и систематизированной разновидностью данной теории (см. также F-теория (англ.)).

Если специальная теория относительности может быть обобщена на случай k-мерного времени (t1,t2,…,tk) и n-мерного пространства (xk+1, xk+2,…, xk+n), тогда (k+n)-размерный интервал, будучи инвариантным, дает выражение (dsk,n)2=(cdt1)2+…+(cdtk)2−(dxk+1)2−…−(dxk+n)2. Сигнатура метрики тогда будет выглядеть следующим образом:

 — временно-подобное правило знаков (англ.),

или

 — пространственно-подобное правило знаков (англ.).

Преобразования между двумя инерциальными системами отсчета K и K′, которые находятся в стандартной конфигурации (например, преобразование без перевода и/или вращения оси пространства в гиперплоскости пространства и/или поворотов оси времени в гиперплоскости времени) выглядят следующим образом[2]:

где являются векторами скоростей K′ против K, определяют соответственно в зависимости от размеров времени t1,t2,…,tk; σ=1,2,…,k; λ=k+2,k+3,…,k+n. Здесь δσθ является символом Кронекера. Эти преобразования являются обобщением преобразования Лоренца в фиксированном пространственном направлении (xk+1) в области многомерного времени и многомерного пространства.

Причинно-следственная структура пространства-времени с двумя временных измерениях и одной размерности пространства

Обозначим: и где σ=1,2,…,k; η=k+1,k+2,…,k+n. Сложение скоростей затем даст

где σ=1,2,…,k; λ=k+2,k+3,…,k+n.

Для простоты рассмотрим только одну пространственную размерность x3 и две временные размерности x1 и x2 (то есть , x1=ct1, x2=ct2, x3=x.). Предположим, что в точке O, имеющей координаты x1=0, x2=0, x3=0, имело место событие E. Предположим далее, что данный интервал времени прошел с момента события E. Причинно-следственная область, связанная с событием E включает в себя боковую поверхность прямого кругового конуса { (x1)2+(x2)2−(x3)2=0 }, боковую поверхность прямого кругового цилиндра { (x1)2+(x2)2=c2ΔT2 } и внутреннюю область, ограниченную этими поверхностями, то есть причинно-следственная область включает в себя все точки (x1,x2,x3), для которых условия

{ (x1)2+(x2)2−(x3)2=0 и |x3|≤cΔT } или
{ (x1)2+(x2)2=c2ΔT2 и |x3|≤cΔT } или
{ (x1)2+(x2)2−(x3)2>0 и (x1)2+(x2)2<c2ΔT2 }

являются выполненными[3].

Макс Тегмарк[4] 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 соответствующих дифференциальных уравнений в частных производных — задача Коши для волнового уравнения становится плохо определённой. Иными словами, в мире с многомерным временем невозможно точно рассчитать поведение физических систем в будущем, а любой расчет физических законов будет иметь несколько решений — будущее такой вселенной невозможно спрогнозировать. 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 частицы. (Это не проблема, если частицы имеют достаточно низкую температуру.). При T>1 субатомные частицы, распадающиеся в течение определённого периода, вели бы себя непредсказуемо, геодезическая линия не обязательно была бы максимальной для времени. 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, так как положительная длина вектора в пространстве Минковского для временноподобных интервалов — 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[источник не указан 1357 дней].

Только в мире с одномерным временем можно надежно рассчитать состояние физических систем в будущем (в мире без времени такие расчеты невозможны, а в мире с многомерным временем расчет будущего состояния физических систем дает несколько вариантов решения). Единственный вариант одного решения для физических уравнений в мире с многомерным временем — это движение наблюдателя со скоростью света, когда время для него вообще не существует. Только мир с трехмерным пространством дает достаточную стабильность и сложность, так как в мире с числом измерений пространства меньше 3 маловероятна гравитация и возникают топологические проблемы, а в мире с числом измерений пространства больше 3 элементарные частицы имеют тенденцию к самопроизвольному распаду, так же в таких мирах гравитация становится слишком сильной для формирования устойчивых планетарных орбит. Впрочем, проблема устраняется, если измерения свёрнуты, как в струнной теории. Поэтому миры с мерностью времени отличной от 1 имеют недостаток прогнозируемости, а миры с развёрнутой мерностью пространства больше 3 — недостаток стабильности. Таким образом, соблюдение антропного принципа исключает любые варианты мира помимо N=3 и Т=1 (или N=1 и Т=3 в других концепциях)[4].

Все вселенные многомерного времени можно рассматривать в качестве фридмонов[5].

В философии[править | править код]

В 1927 году было опубликовано эссе «Эксперимент со временем» Джона Данна. 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). В своей статье «The Unreality of Time (англ.)» английский философ Джон Эллис Мак-Таггарт разделяет время на два ряда: А-серии и В-серии (см. Этернализм#Аргументация Джона Мак-Таггарта).

Гипотеза многомерного времени также рассматривались в аналитической философии[6].

Английский философ Джон Беннет рассматривает модель Вселенной с 6 измерениями: 3 пространственными и 3 временными (имеющими названия «время», «вечность» и «гипарксис (hyparxis)»). Под временем Джон Беннет понимает привычное для нас линейное течение событий. К гипервремени он относит вечность и гипарксис, имеющие собственные, отличные от времени свойства. Вечность Джон Беннет называет космологическим временем и вневременным временем. Гипарксис (от др.-греч. ὕπαρξις — существование) является состоянием бытия и действует в области квантовых процессов. Соединение времени и вечности даёт возможность создания многовариантной космологии с параллельными вселенными, дающими большой спектр возможностей. Существование такого временного измерения, как гипарксис, 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[править | править код]

  • В завершающем романе трилогии Люди как боги «Кольцо обратного времени» (1977), Сергей Снегов вкладывает в уста главного героя слова: «В этом и есть моя мысль — вырваться из одномерного, прямолинейного времени во время двумерное…»[7]
  • В романе Роберта Хайнлайна «Число зверя» (1979) Вселенная имеет 6 измерений, в том числе 3 временных (обозначаемые t, τ (тау) и т).
  • В романе «Израненное небо» (1983) сериала «Звёздный путь» Дианы Дуэйн физик Hamalki K’t’lk утверждает, что время имеет 3 измерения («начало», «продолжение» и «конец»).
  • В тетралогии «Обеспечение» англ. Ware (2000) Руди Рюкера инопланетная раса метамарсиан происходит из области космоса с двухмерным временем[8].
  • В серии комиксов Sonic the Hedgehog теория многомерного времени используется для объяснения встречи главного героя Соника со своим злым близнецом Scourge.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Two-Time Physics. Проверено 8 декабря 2012. Архивировано 5 февраля 2013 года.
  2. Velev, Milen (2012). «Relativistic mechanics in multiple time dimensions». Physics Essays 25 (3): 403–438. DOI:10.4006/0836-1398-25.3.403. Bibcode2012PhyEs..25..403V.
  3. Velev, Milen (2012). «Relativistic mechanics in multiple time dimensions». Physics Essays 25 (3): 403–438. DOI:10.4006/0836-1398-25.3.403. Bibcode2012PhyEs..25..403V.
  4. 1 2 Tegmark, Max (April 1997). «On the dimensionality of spacetime». Classical and Quantum Gravity 14 (4): L69–L75. arXiv:gr-qc/9702052. DOI:10.1088/0264-9381/14/4/002. Bibcode1997CQGra..14L..69T. Проверено 2006-12-16.
  5. Геометрия черных и белых дыр (Часть 1)
  6. Philosophy Faculty Members: Steven Weinstein. Department of Philosophy, University of Waterloo, Canada. Проверено 8 декабря 2012. Архивировано 5 февраля 2013 года.
  7. Сергей Снегов. Кольцо обратного времени / Сост. и авт. вступ. ст. Е. Брандис, В. Дмитревский. — Л.: Лениздат, 1977. — С. 11—270. — 639 с. — 100 000 экз.
  8. Notes for Realware (25 November 2005). Проверено 8 декабря 2012. Архивировано 5 февраля 2013 года.

Литература[править | править код]