Релятивистская причинность

Категория реферата: Рефераты по физике
Теги реферата: проблема реферат, личные сообщения
Добавил(а) на сайт: Pedich.

Ньютона. Высказывает мнение, что причинное действие может передаваться с какой угодно большой скоростью. Отсюда следовала принципиальная возможность установить причинную связь между любыми событиями Вселенной. С принципом дальнодействия связан следующий парадокс. По “логике вещей” причина должна предшествовать следствию. Но, ввиду того, что скорость причинного действия бесконечна, причина и следствие должны быть одновременными.

. Принцип близкодействия. Этой трактовки придерживается теория относительности. Согласно этому под причинностью обычно понимают влияние, которое оказывает событие, происшедшее раньше, на событие, происшедшее позже. Скорость передачи причинного действия конечна и не может превышать скорости света в вакууме.

Этот принцип устраняет упомянутый парадокс, а вместе с тем накладывает ограничение на возможность установления причинной связи между событиями. В соответствии с ним не все, а лишь некоторые события могут находиться между собой в отношении причины и следствия. То есть данное событие может оказать влияние только на те события, которые происходят позже его, и не может оказывать влияния на события, совершившиеся раньше. Вклад теории относительности в развитие представлений о причинности связан именно с таким пониманием ее сущности.

Стоит отметить, что ограничение, накладываемое теорией относительности на причинность, не является чисто негативным. Оно не только сужает область причинно связанных событий, но и приводит к переосмыслению содержания самого понятия причинности.

3. Характеристика релятивистской концепции причинности.

Для концепции причинности, разработанной на основе теории относительности, характерны следующие черты.

. Во-первых, она утверждает, что причинность есть отношение не между вещами, а между событиями. Вообще говоря, такое понимание причинности совместимо и с классической физикой. Однако здесь связь между событиями может быть заменена связью между вещами. С точки зрения теории относительности, понятие события является необходимым для формулировки принципа причинности. Именно понятие события, которое характеризуется не только местом, где оно произошло, но и временем, когда оно произошло, дает возможность поставить пространственно-временные условия причинно- следственной связи.

. Во-вторых, условие, по которому скорость причинного действия конечна и не может превышать скорости света в вакууме, приводит к следующему пониманию причинности. Причинно связанными могут быть лишь такие события, квадрат расстояния между которыми (в трехмерном пространстве) — dl2 не превышает величины c2dt2, где с — скорость света, dt — промежуток времени, разделяющий данные события. О таких событиях говорят, что они разделены временно- подобным интервалом. В пространстве Минковского указанные события располагаются вдоль временно-подобных линий. О событиях, для которых имеет место неравенство с2dt20 (предполагается, что А соответствует момент времени Т0=0). Для наблюдателя 2 В происходит раньше события А (время Т’>0). Если

А — это выстрел, а В — это взрыв, то наблюдатель, 2 зафиксирует, что В происходит раньше А.

Имеется и другая возможность нарушения инвариантности временного порядка причинно связанных событий. Пусть события А и В являются соответственно причиной и следствием, причем скорость причинного действия
VC событие В может предшествовать А. Например, снаряд пушки, расположенный на Земле, мог бы лететь с досветовой скоростью. Но наблюдатель, пролетавший на космическом корабле мимо Земли со сверхсветовой скоростью, все равно зафиксировал бы вначале взрыв снаряда, а потом выстрел.

Можно возразить, что сверхсветовые скорости — вещь невозможная.
Поэтому невозможной является и неинвариантность временного порядка. На это можно ответить так.

Во-первых, если это и невозможно, то данная невозможность имеет не логический, а физический характер и связана с некоторыми особенностями физической структуры нашего мира. Допущение сверхсветовых скоростей не приводит ни к каким логическим противоречиям. Оно противоречит физическому принципу — принципу близкодействия.

Во-вторых, степень этой невозможности не следует преувеличивать.
Доказательством тому служит современное развитие квантовой теории поля.
Обычная квантовая теории поля принимает принцип локальности, согласно которому во взаимодействие вступают лишь поля, взятые в одной и той же точке пространства-времени. Однако таким теории сталкивается с целым рядом трудностей, для преодоления которых приходится жертвовать принципом локальности. В нелокальных теориях допускается взаимодействие нолей в разных точках пространства и времени, которые разделены пространственно- подобным интервалом. Такое взаимодействие может осуществляться лишь со сверхсветовыми скоростями. Допущение же сверхсветовых скоростей приводит к нарушению принципа причинности, точнее, требования инвариантности причинности.

4. Проблемы релятивистской концепции причинности.

Как мы уже отмечали, причинно связанные события располагаются на временно-подобных линиях. Общая теория относительности принимает это положение с той поправкой, что здесь временно-подобные линии являются линиями, соответствующими неэвклидовому пространству. В некоторых случаях геодезические линии такого пространства замкнуты. Спрашивается, могут ли быть замкнутыми временно-подобные линии, и если «да» то, что в этом случае произойдет с причинным порядком?

В большинстве пространственно-временных структур, описываемых решениями гравитационных уравнений, временно-подобные представляют собой незамкнутые линии. Например, в первой космологической модели, полученной
Эйнштейном в 1917 году, пространственное сечение имело положительную кривизну, а потому все пространственно-подобные геодезические были замкнутыми. Но временно-подобные геодезические линии здесь были незамкнутыми.

Однако незамкнутость временно-подобных пространственно-временных структур, используемых общей теорией относительности, не означает, что это свойство временно-подобных линий является непреложным. Гёдель обратил внимание на исключения из этого правила. В 1949 году им была получена космологическая модель, удовлетворяющая уравнениям общей теории относительности, у которой только часть временно-подобных линий были замкнуты. В этой модели, которая является однородной, но анизотропной
(модели присуще вращение), наблюдается следующее. Если на мировой линии некоторой частицы выделить точки А и В, причем таким образом, что А предшествует Б, то найдется другая временно-подобная, соединяющая А и Б, на которой Б предшествует А. Таким образом, модель Гёделя всё же содержит конструкцию временно-подобных с замкнутым временным порядком.

С точки зрения теории относительности, существует корреляция между временем и причинностью. Поскольку причинное действие может распространяться только вдоль временно-подобных линий, то замкнутость последних (например, в смысле Гёделя) означает и замкнутость причинной цепи.

Насколько правомерна конструкция замкнутого причинного порядка? Сам
Гёдель считал эту конструкцию логически неопровержимой. Единственно, в чем он сомневался, так это в ее практической осуществимости. Для того чтобы некоторый наблюдатель через определенное время смог вернуться к своему прошлому, он должен совершить путешествие на корабле, скорость которого не меньше [pic]. Гёдель подсчитал, что для достижения такой скорости космический корабль должен израсходовать топливо (при полной аннигиляции вещества), масса которого в [pic] (при t

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки