Пространство и время — ключевые понятия при рассмотрении релятивистских явлений, они присутствуют и различными способами преобразуются в моделях, поэтому требуется их неизменная интерпретация во всех случаях.
(Термины «пространство» и «время» могут довольно произвольно использоваться в трёх ипостасях: как текущее значение понятий в описаниях, как точка свершения события в координатах ространства и времени, как интервал (расстояние) в тех же координатах, характеризующий явление. Если нет специальных отметок, следует обращаться к контексту.)
Термин пространство-время относится к модельному объекту — четырёхвектору, в котором пространство и время объединены через скорость света. Происхождение этого восходит к построениям специальной теории относительности (СТО), связано с понятиями удалённого времени и одновременности пространственно разнесённых событий. Если за прямую линию выбран луч света, то использование понятий «отдано на откуп» правильности взглядов на поведение лучей света.
Понятие пространства возникло из необходимости повседневного описания наблюдаемого материального мира, далее развилось понятие системы координат, и появилась геометрия как инструмент описаний. С помощью понятия пространства формируется образ наблюдаемого мира.
Понятие «время» является продуктом интеллектуальной системы, обладающей памятью (в широком смысле слова). Через сравнение наблюдаемого образа с образом, запечатлённым в памяти, описываются процессы их изменений, определяемые как движение во времени. (Память — словно ещё одно чувство, она чувствует время.) Из такого общего представления исходят все вариации при использовании понятия времени.
Понятие «пространство» имеет непосредственно наблюдаемые образы, понятие «время» требует домысливания.
Понятия пространства и времени сформировались до возникновения различных философских теорий, манипулирующих терминами, определениями, трактовками; позже философскими упражнениями они переведены в «формы бытия материи». В физических описаниях следует отойти от различных философских интерпретаций этих понятий.
Пространство и время нельзя рассматривать как некие выделенные изысканиями сущности со своими свойствами наблюдаемые со стороны, умеющие искривляться, искажаться, осциллировать, мерцать, строить свои структуры и на что-то влиять. У пространства и времени не может существовать своя физика, нельзя строить их теории, это модельные описательные понятия.
Нет такого времени, чтобы управляло ходом будильников или атомных часов. (Автор уверен, что читатели в мистику не верят. В опытах с любыми часами следует искать влияющие материальные факторы.) Есть сущность — непрерывно движущийся, меняющийся материальный мир, понятия пространства и времени используются для его описания, это и есть фундаментальная связь пространства и времени с материей, именно в таком смысле пространство и время могут меняться, и при этом их изменения не могут выступать как причинные факторы. Нет самостоятельной «ткани пространства-времени», есть единая «ткань» непрерывной материи. Нельзя туннелировать в пространстве и времени мимо остального материального мира без связи с ним.
Не существует пространства и времени которые могут согласованно подстраиваться с целью сохранить постоянство материального параметра — скорости света, как трактуется СТО.
Пространство и время не имеют эталонов, сформированных вне самих понятий по каким-то соображениям, не имеют абсолютных отсчётов, они масштабируются через параметры выбранных материальных явлений относительным образом. Безусловна логическая связь двух понятий: наблюдаемые в пространстве образы соответствуют определённым моментам времени и при этом являются маркерами точек времени.
Материальный мир для описания происходящих в нём явлений требует как минимум пять измерений: к обычно упоминаемым четырём измерениям пространства и времени следует добавить пятое — каким-то образом задаваемую плотность непрерывной материи в каждой точке пространства и времени. Это пятое измерение является «ведущим».
Так называемые «изменения пространства и времени» не могут выступать как причины явлений, следует обсуждать материальные процессы, ответственные за явления и требующие изменений масштабов параметров пространства и времени в описаниях явлений. Не пространство и время относительны в инерциальных системах, а количественные характеристики процессов в них, что переходит на пространство и время в описаниях.
Исходные построения специальной теории относительности представляют особый тип моделей, суть которых можно определить (не обсуждая содержание) как параметрическую кинематику объектов и параметрическую кинетику процессов. В них входные и выходные данные записываются подобно через пространство и время. В описания явлений при этом вводятся дополнительные параметры как факторы влияния на параметры пространства и времени..Такого рода описательные параметрические модели применяются во многих случаях, в различных областях. Их роль в том, что они рисуют короткий, связный, устойчивый, обобщающего вида алгоритм перехода от исходных условий к результату. Явление, процесс, объект и т.д. в этом случае представляются чёрным ящиком, содержимым которого не интересуются при описании связи входных и выходных данных.
Факторами влияния на параметры пространства-времени в построениях А.Эйнштейна выступают параметры движений инерциальных систем. Признавать изменения пространства и времени, которые фигурируют в моделях, действующими причинно, означает отказ от полного в деталях рассмотрения явлений и влияния на них окружающих условий. И ещё: введение факторов влияния в уравнения требует тщательного анализа причинно-следственных связей ( что может оказаться сложнее, чем выстроить уравнение).
Всё вышесказанное может быть адресовано и общей теории относительности. Вводимая в рассмотрение «кривизна пространства-времени» не является сутью гравитации и не «производит» гравитацию. Суть в том, что некоторые проявляющиеся гравитационные эффекты могут быть описаны с применением таких представлений, если выработаны соглашения о неискривлённом пространстве-времени. Гравитация вводится как фактор влияния на пространство-время.
Дифференциальная связь пространства и времени отражается в СТО построением четырёхмерного пространства-времени (r-t), связанного (исходя из понятий одновременности, удалённого времени и т.д.) воедино через скорость света C=dr/dt, как максимально возможную скорость обмена информацией. Она постулирована неизменной.
Исключив нюансы и частности, можно утверждать, что интегральные параметры пространства и времени, то-есть их интервалы, занимаемые объектами и процессами, связаны обратно-пропорционально со значениями присутствующей в них энергии. Это является результатом процессов квантования, формирующих элементарные объекты, и переходит к составным объектам и макросистемам. Именно интервалами пространства и времени необходимо оперировать при обращении к собственным свойствам материальных систем, помещённых в поле наблюдений.
Можно проследить как «замедлилось» время в СТО.
Введение четырёхвектора — особого модельного объекта — в описания меняющихся событий, в которых время выступает «действующим лицом», возможно различными путями.
— Пространство и время изменяются согласно, будучи связанными дополнительными условиями. Скорость света постоянна. Связанное четырёхвекторное пространство-время искривляется.
— Масштаб пространства не изменяется, изменяется скорость света. Время изменяется соответственно.
— Скорость света постоянна, масштаб пространства изменяется, как производная величина изменяется время.
Очевидно,что существует выбор в построении моделей, в СТО применён последний вариант. Изначально было внесено изменение в четырёхвектор движущейся системы: масштабы пространства в направлении движения меняются в соответствии с преобразованием Лоренца. При постоянстве скорости света (оно было постулировано) это и приводит к замедлению времени. Как известно этот вариант порождает парадокс близнецов и другие.
Замедление времени по СТО не является отражением каких-то реальных событий. Это результат выбранного способа построения моделей, способа введения в модели четырёхвектора, и не очень удачного способа. К сожалению, из-за этого, ввиду того, что термины «пространство» и «время»,обозначающие определённые физические понятия, соответствуют обычным бытовым, появилось много псевдонаучных, ненаучных спекуляций, манипуляций понятиями, путешествий в прошлое, будущее и т.д. со ссылками на теорию относительности.
P.S.
Не рекомендуется планировать на основе выводов СТО длительные космические полёты с целью сохранения молодости — это плохая идея.
Дискретные пространство и время следует отнести к модельным ухищрениям а не к какой-то наблюдаемой реальности; такие модели для непрерывной материи лишены полезного смысла.
Понятие меняющегося и влияющего на что-то времени оказалось удобным для физиков: на его изменения можно сослаться если вдруг появилось что-то непонятное.