Некоторые нерешенные проблемы теории пространства и времени

Проблема измерений. Новая концепция пространства и времени привела к заостренной постановке проблемы измерений. Может ли пространство иметь более чем три, а время — более чем одно измерение1 ? С общей теоретической точки зрения это можно допустить. В современной науке разработаны, например, представления о пяти-, восьми- и более мерном пространстве, о более, чем одномерном времени. Однако не существует никаких общих философских или естественнонаучных положений, которые позволяли бы однозначно решить эту проблему. Нет и никаких эмпирических данных для такого решения.

Проблема многообразия форм пространства и времени. В настоящее время существует большое многообразие подходов к изучению пространства и времени, с которыми связаны существенно различные трактовки форм пространства и времени. Так, различают метрическое и неметрическое пространства. Пространство, описываемое евклидовой и неевклидовой геометриями, относится к первому, в котором существенное значение имеет расстояние. В неметрическом, например топологическом, пространстве расстояние оказывается несущественной, «не сохраняющейся» величиной. Применительно к топологическому пространству коренным образом меняется понятие бесконечности. В метрически конечном пространстве может, например, мыслиться топологически бесконечное пространство. Если окажется, что пространство реальной Вселенной является топологическим, а не метрическим, это приведет к весьма серьезным пересмотрам материалистической концепции мира. Разумеется, решающую роль при выяснении природы окружающего нас пространства должны сыграть эмпирические, частные науки, опирающиеся на методы наблюдения. Однако в решении вопроса о природе реального пространства активную роль должна сыграть и научная философия. С философской точки зрения необходимо учесть прежде всего, что вопрос о соответствии той или иной мыслительной модели пространства и времени объективной реальности решается далеко не просто. Возможность создания самых разнообразных и «диковинных» абстракций пространства и времени вовсе не означает, что эти мыслимые формы пространства и времени существуют где-то реально. Не существует буквально, как таковое, так называемое четырехмерное пространство, поскольку четвертое измерение этого «пространства» является временным. Математика и физика широко применяют понятие о многомерных пространствах, которые не имеют буквального смысла и являются математическими фикциями или идеализациями, обозначающими многофазовые состояния физических систем, а не реальные пространственные измерения. Вполне вероятно, что топологическое пространство является только абстракцией каких-то существенных сторон реального метрического пространства и не существует реально, как таковое, нигде в мире.

Мысль о зависимости пространства и времени от свойств материи получила в современной науке широкое распространение. Были даже предприняты попытки различить формы пространства и времени в связи с различными формами материи — физической, химической, биологической и социальной. Однако при этом не было обнаружено каких-либо существенных специфических черт пространства и времени в химической, биологической, социальной формах материи, которые позволили бы сделать вывод о реальности таких форм пространства и времени. По-видимому, следует признать, что пространство и время находятся в существенной зависимости только от базовых форм материи (в нашей части Вселенной это физическая форма материи), которые характеризуются такими мощными факторами, как например, гравитация. Химические процессы, жизнь и социальная жизнь протекают, очевидно, в физическом пространстве.

Может ли время течь обратно? Такое предположение высказывалось рядом ученых. Так, американский физик Р. Фейнман разработал представление о позитроне как электроне, движущемся в обратном направлении времени. Однако это представление не имело реального физического смысла. Принято, что физические процессы и, следовательно, время, являются необратимыми в двух смыслах: фактуальном и номологическом. Фактуальный смысл необратимости состоит в том, что обращение процессов во времени никогда не происходит и запрещается по следующим соображениям: некоторые частные условия де-факто (начальные или граничные), существующие во Вселенной независимо от какого-либо закона (или законов), совместно с соответствующим законом (или законами) делают обращение во времени де-факто невозможными, хотя никакой отдельный закон или комбинация разных законов сами по себе не запрещают такого обращения. Необратимость в номологическом смысле означает, что, наоборот, обращение во времени запрещается каким-то законом или комбинацией законов1 .

Фактуальное основание идеи необратимости времени включает три аспекта: энтропийный, электродинамический и космологический. Согласно второму началу термодинамики термодинамические процессы в замкнутых системах всегда приводят к возрастанию (или, в крайнем случае, к сохранению) энтропии — меры неупорядоченности процессов. С точки зрения термодинамики любая замкнутая физическая система стремится к уменьшению организованности, упорядоченности, а не наоборот. Второе начало термодинамики, в его первоначальной общей формулировке Клаузиуса и Томсона, рассматривалось как убедительное номологическое свидетельство в пользу идеи необратимости времени (впервые необратимость времени была связана со вторым началом термодинамики Больцманом). Однако статистическое, вероятностное истолкование второго начала Больцманом, заменившим динамическую интерпретацию этого закона, означало, что возрастание энтропии происходит только с большей вероятностью, чем убывание, которое, таким образом, должно было быть понято как обратимость времени. С этой точки зрения казалось возможным так называемое «чудо Джинса», когда вода, поставленная в горячую печь, замерзает, а печь еще больше нагревается.

Более того, статистическое истолкование второго начала привело к так называемому «парадоксу обратимости», согласно которому переходы к низшим значениям энтропии происходят столь часто, сколь и переходы к высоким значениям1. Ю.Б. Молчанов считает, что в современной физической и философской литературе «не найдено сколько-нибудь убедительных доводов против возражения, основанного на «парадоксе обратимости». Между тем фактуально, то есть эмпирически, «обоснование направления времени с помощью энтропийных или статистических процессов является однозначным и неопровержимым, ибо нам не известно ни одного факта самопроизвольного протекания процессов в порядке, обратном протеканию большинства процессов нашего окружения»2 .

Следующим фактуальным основанием идеи необратимости течения времени является рассеяние электромагнитного излучения, которое распространяется в пространстве от любого источника света в виде сферической волны, никогда не возвращающейся обратно, к своему источнику. Обратимость процессов электромагнитных излучений совершенно немыслима с точки зрения физики. Однако законы электродинамики не содержат никаких запретов для обратного движения процессов, и поэтому современная электродинамика также не дает номологического обоснования идеи необратимости времени.

Космологическое обоснование идеи необратимости времени связано с наблюдаемым в известной части Вселенной явлением разбегания галактик, расширением наблюдаемой части Вселенной. Но современной астрономии и астрофизике не известно никакого принципа, запрещающего обратный процесс сжатия материи в видимой части Вселенной. Более того, процесс сжатия, с точки зрения релятивистской космологии, является весьма вероятным (заметим, однако, что с точки зрения термодинамики бесконечно пульсирующая от сжатия к сжатию Вселенная невозможна).

Таким образом, естественнонаучные обоснования идеи необратимости времени в настоящее время имеют, по-видимому, только фактуальный характер и связаны, по Грюнбауму, с оценкой роли начальных или граничных условий де-факто. Подчеркивая роль фактуального подхода, Молчанов отмечает: «Обращение времени означало бы неестественное протекание процессов: мертвецы вставали бы из могил и оживали из пепла и праха в процессах, обратных горению и разложению, которые «всасывали» бы теплоту и электромагнитное излучение из окружающей среды, в результате синтеза возникали бы новые вещи и т. д.»1 .

Молчанов высказал ряд философски перспективных соображений относительно роли начальных, или граничных, условий. «Представляется все же сомнительным, чтобы... начальные, граничные условия были номологически случайными. Они оказываются более чем просто регулярными и приводят к слишком уж железной необходимости, которая обусловливает необратимость всех без исключения процессов. О какой же тогда «случайности» граничных условий можно говорить? Это скорее более или менее разнообразные проявления некоего общего и динамического закона или свойства Вселенной, чем беспорядочное стечение независимых друг от друга условий и обстоятельств».

Необратимость процессов имеет «необходимый, динамический характер и, видимо, скорее всего есть проявление или действие какого-то единого и всеобщего закона»2 .

Следует задуматься, не держит ли ключ к открытию такого закона, к пониманию необратимости времени философия?

ДВИЖЕНИЕ — СПОСОБ