Федеральне агентство з освіти
Мурманський державний педагогічний університет
Контрольна робота
за концепціями сучасного природознавства:
«Простір і час. Принципи відносності. Незворотність часу »
Виконав студент 4 курсу ЗФО:
Лагунов О.М.
м. Мурманськ, 2008 р.
План
1. Розвиток уявлень про простір і час. Загальні властивості простору і часу
2. Незворотність часу, як прояв асиметрії
3. Гіпотези Н. А. Козирєва про нові властивості часу
4. N-мірність простору і часу
5. Список літератури
1. Розвиток уявлень про простір і час. Загальні властивості простору і часу
Протягом майже всієї історії природознавства і філософії існували 2 основні концепції П. і в. Одна з них йде від стародавніх атомістів - Демокріта, Епікура, Лукреція, які ввели поняття порожнього простору і розглядали його як однорідне (однакове у всіх точках) і нескінченне (Епікур вважав, що воно не изотропно, тобто неоднаково в усіх напрямках) ; поняття часу тоді було розроблено вкрай слабо і розглядалося як суб'єктивне відчуття дійсності. У новий час у зв'язку з розробкою основ динаміки цю концепцію розвинув І. Ньютон, який очистив її від антропоморфізму. За Ньютону, П. і в. суть особливі початку, існуючі незалежно від матерії і один від одного. Простір саме по собі (абсолютний простір) є пусте «вмістилище тіл», абсолютно нерухоме, безперервне, однорідне і изотропное, проникне - не впливає на матерію і не піддається її впливів, нескінченне; воно має 3 вимірами. Від абсолютного простору Ньютон відрізняв протяжність тіл - їх основна властивість, завдяки якому вони займають певні місця у абсолютному просторі, збігаються з цими місцями.
Протяжність, по Ньютону, якщо говорити про найпростіші частинках (атомах), є початкова, первинне властивість, що не вимагає пояснення. Абсолютна простір внаслідок нерозрізненості своїх частин незмірно і непізнаване. Положення тіл і відстані між ними можна визначати тільки по відношенню до ін тілах. Др. словами, наука і практика мають справу тільки з відносним простором. Час у концепції Ньютона саме по собі є щось абсолютне і ні від чого не залежне, чиста тривалість, як така, рівномірно поточна від минулого до майбутнього. Воно є порожнім «вмістилищем подій», які можуть його заповнювати, але можуть і не заповнювати; хід подій не впливає на перебіг часу. Час універсально, одновимірно, безперервно, нескінченно, однорідно (скрізь однаково). Від абсолютного часу, також невимірного, Ньютон відрізняв відносний час. Вимірювання часу здійснюється за допомогою годинника, тобто рухів, які є періодичними. П. і в. в концепції Ньютона незалежні один від одного. Незалежність П. і в. проявляється насамперед у тому, що відстань між 2 даними точками простору і проміжок часу між 2 подіями зберігають свої значення незалежно один від одного в будь-якій системі відліку, а відносини цих величин (швидкості тіл) можуть бути будь-якими.
Ньютон піддав критиці ідею Р. Декарта про заповненому світовому просторі, тобто про тотожність протяжної матерії і простору.
Концепція П. і в., Розроблена Ньютоном, була панівною в природознавстві впродовж 17-19 ст., Тому що вона відповідала науці того часу - евклідової геометрії, класичної механіки і класичної теорії тяжіння. Закони ньютоновой механіки справедливі тільки в інерційних системах відліку. Ця Виділеного інерціальних систем пояснювалася тим, що вони рухаються поступально, рівномірно і прямолінійно саме по відношенню до абсолютного П. і в. і найкращим чином відповідають останнім.
Згідно ньютоновой теорії тяжіння, дії від одних частинок речовини до Іншим передаються миттєво через розділяє їх порожній простір. Ньютонова концепція П. і в., Т. о., Відповідала усієї фізичної картині світу тієї епохи, зокрема представлення про матерії як спочатку протяжної і за природою своєю незмінною. Істотним протиріччям концепції Ньютона було те, що абсолютна П. і в. залишалися в ній непізнаваними шляхом досвіду. Згідно з принципом відносності класичної механіки, всі інерціальні системи відліку рівноправні і неможливо відрізнити, чи рухається система по відношенню до абсолютного П. і в. або спочиває. Це протиріччя служило доказом для прихильників протилежної концепції П. і в., Вихідні положення якої сягають ще до Аристотеля; це уявлення про П. і в. було розроблено Лейбніцем, які спиралися також на деякі ідеї Декарта. Особливість Лейбніца концепції П. і в. полягає в тому, що в ній відкидається уявлення про П. і в. як про самостійних засадах буття, що існують поряд з матерією і незалежно від неї. За Лейбніца, простір - це порядок взаємного розташування безлічі тіл, що існують поза один одного, час - порядок змінюють один одного явищ або станів тел. При цьому Лейбніц надалі включав в поняття порядку також і поняття відносної величини. Уявлення про протяжності окремого тіла, що розглядається безвідносно до інших, за концепцією Лейбніца, не має сенсу. Простір є ставлення («порядок»), уживане лише до багатьох тіл, до «ряду» тел. Можна говорити тільки про відносне розмірі даного тіла в порівнянні з розмірами інших тіл. Те ж можна сказати і про тривалість: поняття тривалості застосовно до окремого явища остільки, оскільки воно розглядається як ланка в єдиному ланцюзі подій. Протяжність будь-якого об'єкта, за Лейбницу, не є первинне властивість, а обумовлено силами, що діють всередині об'єкта; внутрішні і зовнішні взаємодії визначають і тривалість стану; що ж стосується самої природи часу як порядку змінюваних явищ, то воно відображає їх причинно-наслідковий зв'язок. Логічно концепція Лейбніца пов'язана з усією його філософською системою в цілому.
Однак Лейбніца концепція П. і в. не грала істотної ролі в природознавстві 17-19 ст., тому що вона не могла дати відповіді на питання, поставлені наукою тієї епохи. Перш за все, погляди Лейбніца на простір здавалися суперечать існуванню вакууму (тільки після відкриття фізичного поля в 19 ст. Проблема вакууму постала в новому світлі); крім того, вони явно суперечили загальній переконаності в одиничності і універсальності евклідової геометрії; нарешті, концепція Лейбніца представлялася непримиренної з класичною механікою, оскільки здавалося, що визнання чистої відносності руху не дає пояснення переважної ролі інерціальних систем відліку. Т. о., Сучасне Лейбницу природознавство виявилося в суперечності з його концепцією П. і ст., Яка будувалася на набагато більш широкої філософській основі. Тільки два століття потому почалося накопичення наукових фактів, що показали обмеженість панували в той час уявлень про П. і в.
Поняття простору і часу у філософії і природознавстві 18-19 ст. Філософи-матеріалісти 18-19 ст. вирішували проблему П. і в. в основному в дусі концепції Ньютона або Лейбніца, хоча, як правило, повністю не брали яку-небудь із них. Більшість філософів-матеріалістів виступало проти ньютонівського порожнього простору. Ще Дж. Толанд вказував, що подання про порожнечу пов'язане з поглядом на матерію як на інертну, бездіяльну. Таких же поглядів дотримувався і Д. Дідро. Ближче до концепції Лейбніца стояв Г. Гегель. У концепціях суб'єктивних ідеалістів і агностиків проблеми П. і в. зводилися головним чином до питання про ставлення П. і в. до свідомості, сприйняття. Дж. Берклі відкидав ньютонівської абсолютна П. і в., Але розглядав просторові і тимчасові відносини суб'єктивно, як порядок сприйнять, і в нього не було й мови про об'єктивні геометричних і механічних законах. Тому беркліанская точка зору не зіграла істотної ролі у розвитку наукових уявлень про П. і в. Інакше йшла справа з поглядами І. Канта, який спочатку примикав до концепції Лейбніца. Протиріччя цих уявлень і природничонаукових поглядів того часу привело Канта до прийняття ньютоновой концепції і до прагнення філософськи обгрунтувати її. Головним тут було оголошення П. і в. апріорними формами людського споглядання, тобто обгрунтування їх абсолютизації. Погляди Канта на П. та ст. знайшли чимало прихильників в кінці 18 - 1-й половині 19 ст. Їх неспроможність була доведена лише після створення і прийняття неевклідової геометрії, яка по суті суперечила ньютоново розуміння простору. Відкинувши його, Н. І. Лобачевський і Б. Ріман стверджували, що геометричні властивості простору, будучи найбільш загальними фізичними властивостями, визначаються загальною природою сил, що формують тіла.
Погляди діалектичного матеріалізму на П. і в. були сформульовані Ф. Енгельсом. За Енгельсом, перебувати в просторі - означає бути у формі розташування одного біля іншого, існувати у часі - означає бути у формі послідовності одного після другого. Енгельс підкреслював, що «... обидві ці форми існування матерії без матерії суть ніщо, пусті уявлення, абстракції, що існують тільки в нашій голові »(К. Маркс і Енгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20, с. 550).
Криза механістичного природознавства на рубежі 19-20 ст. привів до відродження на новій основі суб'єктивістських поглядів на П. і в. Критикуючи концепцію Ньютона і правильно помічаючи її слабкі сторони, Е. Мах знову розвинув погляд на П. і в. як на «порядок сприйнять», підкреслюючи дослідне походження аксіом геометрії. Але досвід розумівся Махом суб'єктивістським, тому і геометрія Евкліда, і геометрії Лобачевського і Рімана розглядалися ним як різні способи опису одних і тих же просторових співвідношень. Критика суб'єктивістських поглядів Маха на П. і в. була дана В. І. Леніним до збірки «Матеріалізм і емпіріокритицизм».
Розвиток уявлень про простір і час в 20 ст. Наприкінці 19 - початку 20 ст. відбулося глибока зміна наукових уявлень про матерію і, відповідно, радикальна зміна понять П. і в. У фізичну картину світу увійшла концепція поля, як форми матеріального зв'язку між частинками речовини і як особливої форми матерії. Усі тіла представляють собою системи заряджених частинок, пов'язаних полем, що передає дії від одних частинок до інших з кінцевою швидкістю - швидкістю світла. Вважали, що поле - це стан ефіру, абсолютно нерухомою середовища, яке заповнює світове абсолютний простір. Пізніше було встановлено (Х. Лоренц та ін), що при русі тіл з дуже великими швидкостями, близькими до швидкості світла, відбувається зміна поля, що приводить до зміни просторових і часових властивостей тіл; при цьому Лоренц вважав, що довжина тіл у бік їх руху скорочується, а ритм які у них фізичних процесів сповільнюється, причому просторові і тимчасові величини змінюються узгоджено.
Спочатку здавалося, що таким шляхом можна буде визначити абсолютну швидкість тіла по відношенню до ефіру, а отже, по відношенню до абсолютного простору. Проте вся сукупність дослідів спростувала цей погляд. Було встановлено, що в будь-інерціальній системі відліку всі фізичні закони, включаючи закони електромагнітних (і взагалі польових) взаємодій, однакові. Спеціальна теорія відносності А. Ейнштейна, заснована на двох фундаментальних положеннях - про граничності швидкості світла і рівноправності інерційних систем відліку, з'явилася нової фізичної теорією П. і в. З неї випливає, що просторові і тимчасові відносини - довжина тіла (взагалі відстань між двома матеріальними точками) і тривалість (а також ритм) відбуваються в ньому - є не абсолютними величинами, як стверджувала ньютонова механіка, а відносними. Частка (наприклад, нуклон) може виявляти себе по відношенню до повільно рухається відносно неї частці як сферична, а по відношенню до налетающей на неї з дуже великою швидкістю частці - як сплющений в напрямку руху диск. Відповідно, час життя повільно рухається зарядженого p-мезона складає ~ 10 -8 сек, а швидко рухається (з околосветовой швидкістю) - у багато разів більше. Відносність просторово-часових характеристик тіл повністю підтверджена досвідом. Звідси випливає, що уявлення про абсолютний П. і в. неспроможні. П. і в. є саме загальними формами координації матеріальних явищ, а не самостійно існуючими (незалежно від матерії) началами буття. Теорія відносності виключає подання про порожні П. і в., Що мають власні розміри. Уявлення про порожньому просторі було відкинуто в подальшому і в квантовій теорії поля з його новим поняттям вакууму. Подальший розвиток теорії відносності показало, що просторово-часові відносини залежать також від концентрації мас. При переході до космічними масштабами геометрія П.-в. не є евклідової (або «плоскої», тобто не залежить від розмірів області П.-в.), а змінюється від однієї галузі космосу до іншої залежно від щільності мас у цих областях та їх руху. У масштабах метагалактики геометрія простору змінюється з часом внаслідок розширення метагалактики. Т. о., Розвиток фізики та астрономії довело неспроможність як апріорізму Канта, тобто розуміння П. і в. як апріорних форм людського сприйняття, природа яких залишається незмінною і незалежна від матерії, так і ньютоновой догматичної концепції П. і в.
Зв'язок П. і в. з матерією виражається не тільки в залежності законів П. і в. від загальних закономірностей, що визначають взаємодії матеріальних об'єктів. Вона виявляється у наявності характерного ритму існування матеріальних об'єктів і процесів - типових для кожного класу об'єктів середніх часів життя і середніх просторових розмірів.
З викладеного випливає, що П. і в. притаманні досить загальні фізичні закономірності, що відносяться до всіх об'єктів і процесів. Це стосується і проблем, пов'язаних з топологічними властивостями П. і в. Проблема кордону (дотику) окремих об'єктів і процесів безпосередньо пов'язана з піднімалися ще в давнину питанням про кінцевої або нескінченної подільності П. і в., Їх дискретності або безперервності. В античній філософії це питання вирішувалося чисто умоглядно. Висловлювалися, наприклад, припущення про існування «атомів» часу (Зенон). У науці 17-19 ст. ідея атомізму П. і в. втратила будь-яке значення. Ньютон вважав, що П. і в. реально розділені до нескінченності. Цей висновок випливав з його концепції порожніх П. і в., Найменшими елементами яких є геометрична точка і момент часу («миті» у буквальному сенсі слова). Лейбніц вважав, що хоча П. і в. ділені необмежено, але реально не розділені на точки - у природі немає об'єктів і явищ, позбавлених розміру і тривалості. З подання про необмежену подільності П. і в. випливає, що і межі тіл і явищ абсолютні. Подання про безперервність П. і в. більше зміцнилося в 19 ст. з відкриттям поля; в класичному розумінні полі є абсолютно безперервний об'єкт.
Проблема реальної подільності П. і в. було поставлено лише в 20 ст. у зв'язку з відкриттям у квантовій механіці невизначеностей співвідношення, згідно з яким для абсолютно точної локалізації мікрочастинки необхідні нескінченно великі імпульси, що фізично не може бути здійснено. Більш того, сучасна фізика елементарних частинок показує, що при дуже сильних впливах на частку вона взагалі не зберігається, а відбувається навіть множинне народження частинок. Насправді не існує реальних фізичних умов, при яких можна було б виміряти точне значення напруженостей поля в кожній точці. Т. о., У сучасній фізиці встановлено, що неможлива не тільки реальна розділеність П. і в. на точки, але принципово неможливо здійснити процес їх реального нескінченного поділу. Отже, геометричне поняття точки, кривої, поверхні є абстракціями, що відбивають просторові властивості матеріальних об'єктів лише приблизно. У дійсності об'єкти відокремлені один від одного не абсолютно, а лише відносно. Те ж справедливо і по відношенню до моментів часу. Саме такий погляд на «точечность» подій випливає з т. зв. теорії нелокального поля. Одночасно з ідеєю нелокальності взаємодії розробляється гіпотеза про квантуванні П. і ст., тобто, про існування найменших довжини і тривалості. Спочатку припускали, що «квант» довжини - 10 -13 см (порядку класичного радіуса електрона або порядку « довжини »сильного взаємодії). Однак за допомогою сучасних прискорювачів заряджених частинок досліджуються явища, пов'язані з довжинами 10 -14 -10 -15 см; тому значення кванта довжини стали відсувати до все меншим значенням (10 -17,« довжина »слабкої взаємодії, і навіть 10 -33 см).
Вирішення питання про квантуванні П. і в. тісно пов'язане з проблемами структури елементарних частинок. З'явилися дослідження, в яких взагалі заперечується застосовність до субмикроскопической світу понять П. і в. Проте поняття П. і в. не повинні зводитися ні до метричних, ні до топологічним відносинам відомих типів. Мурманський державний педагогічний університет
Контрольна робота
за концепціями сучасного природознавства:
«Простір і час. Принципи відносності. Незворотність часу »
Виконав студент 4 курсу ЗФО:
Лагунов О.М.
м. Мурманськ, 2008 р.
План
1. Розвиток уявлень про простір і час. Загальні властивості простору і часу
2. Незворотність часу, як прояв асиметрії
3. Гіпотези Н. А. Козирєва про нові властивості часу
4. N-мірність простору і часу
5. Список літератури
1. Розвиток уявлень про простір і час. Загальні властивості простору і часу
Протягом майже всієї історії природознавства і філософії існували 2 основні концепції П. і в. Одна з них йде від стародавніх атомістів - Демокріта, Епікура, Лукреція, які ввели поняття порожнього простору і розглядали його як однорідне (однакове у всіх точках) і нескінченне (Епікур вважав, що воно не изотропно, тобто неоднаково в усіх напрямках) ; поняття часу тоді було розроблено вкрай слабо і розглядалося як суб'єктивне відчуття дійсності. У новий час у зв'язку з розробкою основ динаміки цю концепцію розвинув І. Ньютон, який очистив її від антропоморфізму. За Ньютону, П. і в. суть особливі початку, існуючі незалежно від матерії і один від одного. Простір саме по собі (абсолютний простір) є пусте «вмістилище тіл», абсолютно нерухоме, безперервне, однорідне і изотропное, проникне - не впливає на матерію і не піддається її впливів, нескінченне; воно має 3 вимірами. Від абсолютного простору Ньютон відрізняв протяжність тіл - їх основна властивість, завдяки якому вони займають певні місця у абсолютному просторі, збігаються з цими місцями.
Протяжність, по Ньютону, якщо говорити про найпростіші частинках (атомах), є початкова, первинне властивість, що не вимагає пояснення. Абсолютна простір внаслідок нерозрізненості своїх частин незмірно і непізнаване. Положення тіл і відстані між ними можна визначати тільки по відношенню до ін тілах. Др. словами, наука і практика мають справу тільки з відносним простором. Час у концепції Ньютона саме по собі є щось абсолютне і ні від чого не залежне, чиста тривалість, як така, рівномірно поточна від минулого до майбутнього. Воно є порожнім «вмістилищем подій», які можуть його заповнювати, але можуть і не заповнювати; хід подій не впливає на перебіг часу. Час універсально, одновимірно, безперервно, нескінченно, однорідно (скрізь однаково). Від абсолютного часу, також невимірного, Ньютон відрізняв відносний час. Вимірювання часу здійснюється за допомогою годинника, тобто рухів, які є періодичними. П. і в. в концепції Ньютона незалежні один від одного. Незалежність П. і в. проявляється насамперед у тому, що відстань між 2 даними точками простору і проміжок часу між 2 подіями зберігають свої значення незалежно один від одного в будь-якій системі відліку, а відносини цих величин (швидкості тіл) можуть бути будь-якими.
Ньютон піддав критиці ідею Р. Декарта про заповненому світовому просторі, тобто про тотожність протяжної матерії і простору.
Концепція П. і в., Розроблена Ньютоном, була панівною в природознавстві впродовж 17-19 ст., Тому що вона відповідала науці того часу - евклідової геометрії, класичної механіки і класичної теорії тяжіння. Закони ньютоновой механіки справедливі тільки в інерційних системах відліку. Ця Виділеного інерціальних систем пояснювалася тим, що вони рухаються поступально, рівномірно і прямолінійно саме по відношенню до абсолютного П. і в. і найкращим чином відповідають останнім.
Згідно ньютоновой теорії тяжіння, дії від одних частинок речовини до Іншим передаються миттєво через розділяє їх порожній простір. Ньютонова концепція П. і в., Т. о., Відповідала усієї фізичної картині світу тієї епохи, зокрема представлення про матерії як спочатку протяжної і за природою своєю незмінною. Істотним протиріччям концепції Ньютона було те, що абсолютна П. і в. залишалися в ній непізнаваними шляхом досвіду. Згідно з принципом відносності класичної механіки, всі інерціальні системи відліку рівноправні і неможливо відрізнити, чи рухається система по відношенню до абсолютного П. і в. або спочиває. Це протиріччя служило доказом для прихильників протилежної концепції П. і в., Вихідні положення якої сягають ще до Аристотеля; це уявлення про П. і в. було розроблено Лейбніцем, які спиралися також на деякі ідеї Декарта. Особливість Лейбніца концепції П. і в. полягає в тому, що в ній відкидається уявлення про П. і в. як про самостійних засадах буття, що існують поряд з матерією і незалежно від неї. За Лейбніца, простір - це порядок взаємного розташування безлічі тіл, що існують поза один одного, час - порядок змінюють один одного явищ або станів тел. При цьому Лейбніц надалі включав в поняття порядку також і поняття відносної величини. Уявлення про протяжності окремого тіла, що розглядається безвідносно до інших, за концепцією Лейбніца, не має сенсу. Простір є ставлення («порядок»), уживане лише до багатьох тіл, до «ряду» тел. Можна говорити тільки про відносне розмірі даного тіла в порівнянні з розмірами інших тіл. Те ж можна сказати і про тривалість: поняття тривалості застосовно до окремого явища остільки, оскільки воно розглядається як ланка в єдиному ланцюзі подій. Протяжність будь-якого об'єкта, за Лейбницу, не є первинне властивість, а обумовлено силами, що діють всередині об'єкта; внутрішні і зовнішні взаємодії визначають і тривалість стану; що ж стосується самої природи часу як порядку змінюваних явищ, то воно відображає їх причинно-наслідковий зв'язок. Логічно концепція Лейбніца пов'язана з усією його філософською системою в цілому.
Однак Лейбніца концепція П. і в. не грала істотної ролі в природознавстві 17-19 ст., тому що вона не могла дати відповіді на питання, поставлені наукою тієї епохи. Перш за все, погляди Лейбніца на простір здавалися суперечать існуванню вакууму (тільки після відкриття фізичного поля в 19 ст. Проблема вакууму постала в новому світлі); крім того, вони явно суперечили загальній переконаності в одиничності і універсальності евклідової геометрії; нарешті, концепція Лейбніца представлялася непримиренної з класичною механікою, оскільки здавалося, що визнання чистої відносності руху не дає пояснення переважної ролі інерціальних систем відліку. Т. о., Сучасне Лейбницу природознавство виявилося в суперечності з його концепцією П. і ст., Яка будувалася на набагато більш широкої філософській основі. Тільки два століття потому почалося накопичення наукових фактів, що показали обмеженість панували в той час уявлень про П. і в.
Поняття простору і часу у філософії і природознавстві 18-19 ст. Філософи-матеріалісти 18-19 ст. вирішували проблему П. і в. в основному в дусі концепції Ньютона або Лейбніца, хоча, як правило, повністю не брали яку-небудь із них. Більшість філософів-матеріалістів виступало проти ньютонівського порожнього простору. Ще Дж. Толанд вказував, що подання про порожнечу пов'язане з поглядом на матерію як на інертну, бездіяльну. Таких же поглядів дотримувався і Д. Дідро. Ближче до концепції Лейбніца стояв Г. Гегель. У концепціях суб'єктивних ідеалістів і агностиків проблеми П. і в. зводилися головним чином до питання про ставлення П. і в. до свідомості, сприйняття. Дж. Берклі відкидав ньютонівської абсолютна П. і в., Але розглядав просторові і тимчасові відносини суб'єктивно, як порядок сприйнять, і в нього не було й мови про об'єктивні геометричних і механічних законах. Тому беркліанская точка зору не зіграла істотної ролі у розвитку наукових уявлень про П. і в. Інакше йшла справа з поглядами І. Канта, який спочатку примикав до концепції Лейбніца. Протиріччя цих уявлень і природничонаукових поглядів того часу привело Канта до прийняття ньютоновой концепції і до прагнення філософськи обгрунтувати її. Головним тут було оголошення П. і в. апріорними формами людського споглядання, тобто обгрунтування їх абсолютизації. Погляди Канта на П. та ст. знайшли чимало прихильників в кінці 18 - 1-й половині 19 ст. Їх неспроможність була доведена лише після створення і прийняття неевклідової геометрії, яка по суті суперечила ньютоново розуміння простору. Відкинувши його, Н. І. Лобачевський і Б. Ріман стверджували, що геометричні властивості простору, будучи найбільш загальними фізичними властивостями, визначаються загальною природою сил, що формують тіла.
Погляди діалектичного матеріалізму на П. і в. були сформульовані Ф. Енгельсом. За Енгельсом, перебувати в просторі - означає бути у формі розташування одного біля іншого, існувати у часі - означає бути у формі послідовності одного після другого. Енгельс підкреслював, що «... обидві ці форми існування матерії без матерії суть ніщо, пусті уявлення, абстракції, що існують тільки в нашій голові »(К. Маркс і Енгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20, с. 550).
Криза механістичного природознавства на рубежі 19-20 ст. привів до відродження на новій основі суб'єктивістських поглядів на П. і в. Критикуючи концепцію Ньютона і правильно помічаючи її слабкі сторони, Е. Мах знову розвинув погляд на П. і в. як на «порядок сприйнять», підкреслюючи дослідне походження аксіом геометрії. Але досвід розумівся Махом суб'єктивістським, тому і геометрія Евкліда, і геометрії Лобачевського і Рімана розглядалися ним як різні способи опису одних і тих же просторових співвідношень. Критика суб'єктивістських поглядів Маха на П. і в. була дана В. І. Леніним до збірки «Матеріалізм і емпіріокритицизм».
Розвиток уявлень про простір і час в 20 ст. Наприкінці 19 - початку 20 ст. відбулося глибока зміна наукових уявлень про матерію і, відповідно, радикальна зміна понять П. і в. У фізичну картину світу увійшла концепція поля, як форми матеріального зв'язку між частинками речовини і як особливої форми матерії. Усі тіла представляють собою системи заряджених частинок, пов'язаних полем, що передає дії від одних частинок до інших з кінцевою швидкістю - швидкістю світла. Вважали, що поле - це стан ефіру, абсолютно нерухомою середовища, яке заповнює світове абсолютний простір. Пізніше було встановлено (Х. Лоренц та ін), що при русі тіл з дуже великими швидкостями, близькими до швидкості світла, відбувається зміна поля, що приводить до зміни просторових і часових властивостей тіл; при цьому Лоренц вважав, що довжина тіл у бік їх руху скорочується, а ритм які у них фізичних процесів сповільнюється, причому просторові і тимчасові величини змінюються узгоджено.
Спочатку здавалося, що таким шляхом можна буде визначити абсолютну швидкість тіла по відношенню до ефіру, а отже, по відношенню до абсолютного простору. Проте вся сукупність дослідів спростувала цей погляд. Було встановлено, що в будь-інерціальній системі відліку всі фізичні закони, включаючи закони електромагнітних (і взагалі польових) взаємодій, однакові. Спеціальна теорія відносності А. Ейнштейна, заснована на двох фундаментальних положеннях - про граничності швидкості світла і рівноправності інерційних систем відліку, з'явилася нової фізичної теорією П. і в. З неї випливає, що просторові і тимчасові відносини - довжина тіла (взагалі відстань між двома матеріальними точками) і тривалість (а також ритм) відбуваються в ньому - є не абсолютними величинами, як стверджувала ньютонова механіка, а відносними. Частка (наприклад, нуклон) може виявляти себе по відношенню до повільно рухається відносно неї частці як сферична, а по відношенню до налетающей на неї з дуже великою швидкістю частці - як сплющений в напрямку руху диск. Відповідно, час життя повільно рухається зарядженого p-мезона складає ~ 10 -8 сек, а швидко рухається (з околосветовой швидкістю) - у багато разів більше. Відносність просторово-часових характеристик тіл повністю підтверджена досвідом. Звідси випливає, що уявлення про абсолютний П. і в. неспроможні. П. і в. є саме загальними формами координації матеріальних явищ, а не самостійно існуючими (незалежно від матерії) началами буття. Теорія відносності виключає подання про порожні П. і в., Що мають власні розміри. Уявлення про порожньому просторі було відкинуто в подальшому і в квантовій теорії поля з його новим поняттям вакууму. Подальший розвиток теорії відносності показало, що просторово-часові відносини залежать також від концентрації мас. При переході до космічними масштабами геометрія П.-в. не є евклідової (або «плоскої», тобто не залежить від розмірів області П.-в.), а змінюється від однієї галузі космосу до іншої залежно від щільності мас у цих областях та їх руху. У масштабах метагалактики геометрія простору змінюється з часом внаслідок розширення метагалактики. Т. о., Розвиток фізики та астрономії довело неспроможність як апріорізму Канта, тобто розуміння П. і в. як апріорних форм людського сприйняття, природа яких залишається незмінною і незалежна від матерії, так і ньютоновой догматичної концепції П. і в.
Зв'язок П. і в. з матерією виражається не тільки в залежності законів П. і в. від загальних закономірностей, що визначають взаємодії матеріальних об'єктів. Вона виявляється у наявності характерного ритму існування матеріальних об'єктів і процесів - типових для кожного класу об'єктів середніх часів життя і середніх просторових розмірів.
З викладеного випливає, що П. і в. притаманні досить загальні фізичні закономірності, що відносяться до всіх об'єктів і процесів. Це стосується і проблем, пов'язаних з топологічними властивостями П. і в. Проблема кордону (дотику) окремих об'єктів і процесів безпосередньо пов'язана з піднімалися ще в давнину питанням про кінцевої або нескінченної подільності П. і в., Їх дискретності або безперервності. В античній філософії це питання вирішувалося чисто умоглядно. Висловлювалися, наприклад, припущення про існування «атомів» часу (Зенон). У науці 17-19 ст. ідея атомізму П. і в. втратила будь-яке значення. Ньютон вважав, що П. і в. реально розділені до нескінченності. Цей висновок випливав з його концепції порожніх П. і в., Найменшими елементами яких є геометрична точка і момент часу («миті» у буквальному сенсі слова). Лейбніц вважав, що хоча П. і в. ділені необмежено, але реально не розділені на точки - у природі немає об'єктів і явищ, позбавлених розміру і тривалості. З подання про необмежену подільності П. і в. випливає, що і межі тіл і явищ абсолютні. Подання про безперервність П. і в. більше зміцнилося в 19 ст. з відкриттям поля; в класичному розумінні полі є абсолютно безперервний об'єкт.
Проблема реальної подільності П. і в. було поставлено лише в 20 ст. у зв'язку з відкриттям у квантовій механіці невизначеностей співвідношення, згідно з яким для абсолютно точної локалізації мікрочастинки необхідні нескінченно великі імпульси, що фізично не може бути здійснено. Більш того, сучасна фізика елементарних частинок показує, що при дуже сильних впливах на частку вона взагалі не зберігається, а відбувається навіть множинне народження частинок. Насправді не існує реальних фізичних умов, при яких можна було б виміряти точне значення напруженостей поля в кожній точці. Т. о., У сучасній фізиці встановлено, що неможлива не тільки реальна розділеність П. і в. на точки, але принципово неможливо здійснити процес їх реального нескінченного поділу. Отже, геометричне поняття точки, кривої, поверхні є абстракціями, що відбивають просторові властивості матеріальних об'єктів лише приблизно. У дійсності об'єкти відокремлені один від одного не абсолютно, а лише відносно. Те ж справедливо і по відношенню до моментів часу. Саме такий погляд на «точечность» подій випливає з т. зв. теорії нелокального поля. Одночасно з ідеєю нелокальності взаємодії розробляється гіпотеза про квантуванні П. і ст., тобто, про існування найменших довжини і тривалості. Спочатку припускали, що «квант» довжини - 10 -13 см (порядку класичного радіуса електрона або порядку « довжини »сильного взаємодії). Однак за допомогою сучасних прискорювачів заряджених частинок досліджуються явища, пов'язані з довжинами 10 -14 -10 -15 см; тому значення кванта довжини стали відсувати до все меншим значенням (10 -17,« довжина »слабкої взаємодії, і навіть 10 -33 см).
Тісний взаємозв'язок просторово-часових властивостей і природи взаємодії об'єктів виявляється також і при аналізі симетрії П. і в. Ще в 1918 (Е. Нетер) було доведено, що однорідності простору відповідає закон збереження імпульсу, однорідності часу - закон збереження енергії, ізотропності простору - закон збереження моменту кількості руху. Т. о., Типи симетрії П. і в. як загальних форм координації об'єктів і процесів взаємопов'язані з найважливішими збереження законами. Симетрія простору при дзеркальному відображенні виявилася пов'язаною з істотною характеристикою мікрочастинок - з їх парністю.
Однією з важливих проблем П. і в. є питання про спрямованість плину часу. У ньютоновой концепції це властивість часу вважалося само собою зрозумілим і не потребують обгрунтування. У Лейбніца незворотність плину часу зв'язувалася з однозначною спрямованістю ланцюгів причин і наслідків. Сучасна фізика конкретизувала і розвинула це обгрунтування, зв'язавши його з сучасним розумінням причинності. Мабуть, спрямованість часу пов'язана з такою інтегральною характеристикою матеріальних процесів, як розвиток, що є принципово необоротним.
До проблем П. і ст., Також обговорювалося ще в давнину, відноситься і питання про кількість вимірювань П. і в. У ньютоновой концепції це число вважалося початковим. Однак ще Арістотель обгрунтовував тривимірність простору числом можливих перетинів (поділок) тіла. Інтерес до цієї проблеми зріс у 20 ст. з розвитком топології. Л. Брауер встановив, що розмірність простору є топологічний інваріант - число, що не змінюється при безперервних і взаємно однозначних перетвореннях простору. У ряді досліджень було показано зв'язок між числом вимірів простору і структурою електромагнітного поля (Г. Вейль), між тривимірністю простору і спірально елементарних частинок. Все це показало, що число вимірювань П. і в. нерозривно пов'язане з матеріальною структурою оточуючого нас світу.
Основні поняття:
Просторовими характеристиками є положення щодо ін тіл (координати тіл), відстані між ними, кути між різними просторовими напрямками (окремі об'єкти характеризуються протяжністю і формою, які визначаються відстанями між частинами об'єкта та його орієнтацією). Тимчасові характеристики - «моменти», в які відбуваються явища, тривалості (тривалості) процесів. Відносини між цими просторовими і тимчасовими величинами називаються метричними. Існують також і топологічні характеристики П. і в. - «Зіткнення» різних об'єктів, число напрямів. З чисто просторовими відносинами мають справу лише в тому випадку, коли можна відволіктися від властивостей і руху тіл і їх частин: з суто тимчасовими - у разі, коли можна відволіктися від різноманіття співіснуючих об'єктів.
Проте в реальній дійсності просторові і тимчасові відносини пов'язані один з одним. Їх безпосереднє єдність виступає в русі матерії; найпростіша форма руху - переміщення - характеризується величинами, які являють собою різні відносини П. і в. (Швидкість, прискорення) і вивчаються кінематикою. Сучасна фізика виявила більш глибоке єдність П. і в., Що виражається в спільному закономірний зміні просторово-часових характеристик систем залежно від руху останніх, а також у залежності цих характеристик від концентрації мас у навколишньому середовищі.
Для вимірювання просторових і часових величин користуються системами відліку.
У міру поглиблення знань про матерію і рух поглиблюються і змінюються наукові уявлення про П. і в. Тому зрозуміти фізичний зміст і значення знову відкритих закономірностей П. і в. можна тільки шляхом встановлення їх зв'язків із загальними закономірностями взаємодії і руху матерії.
Поняття П. і в. є необхідною складовою частиною картини світу в цілому, тому входять у предмет філософії. Вчення про П. і в. поглиблюється і розвивається разом з розвитком природознавства і насамперед фізики. З інших наук про природу значну роль у прогресі вчення про П. і в. зіграла астрономія і особливо космологія.
Розвиток фізики, геометрії та астрономії в 20 ст. підтвердило правильність положень діалектичного матеріалізму про П. і в. У свою чергу діалектико-матеріалістична концепція П. і в. дозволяє дати правильну інтерпретацію сучасної фізичної теорії П. і ст., розкрити незадовільність як суб'єктивістського її розуміння, так і спроб «розвинути» її, відриваючи П. і в. від матерії.
Просторово-часові відносини підпорядковуються не тільки загальним закономірностям, але і специфічним, характерним для об'єктів того чи іншого класу, оскільки ці відносини визначаються структурою матеріального об'єкта та його внутрішніми взаємодіями. Тому такі характеристики, як розміри об'єкта і його форма, час життя, ритми процесів, типи симетрії, є істотними параметрами об'єкту даного типу, що залежать також від умов, в яких він існує. Особливо специфічні просторові і тимчасові відносини у таких складних розвиваються об'єктах, як організм або суспільство. У цьому сенсі можна говорити про індивідуальні П. і в. таких об'єктів (наприклад, про біологічне або соціальному часі).
2. Незворотність часу, як прояв асиметрії
Найбільший інтерес дослідників в останні три десятиліття привертає проблема спрямованості і незворотності (односпрямованість) часу, оскільки саме це властивість якісно відрізняє час від просторових координат.
Необхідність дослідження підстав односпрямованість часу випливає з того, що всі локальні (мікроскопічні) фізичні закони, відомі на даний момент, симетричні по відношенню до звернення часу. Однак на макроскопічному рівні спостерігається явна тимчасова асиметрія всіх явищ. Тут необхідно зауважити, що "тверда" зв'язок між існуванням незворотних процесів і необоротністю часу не цілком коректна. Сучасна теоретична фізика, заснована на симетричних за часом рівняннях, дає безліч модельних процесів, необоротне поведінка яких зберігається і при зверненні часу. Так стаціонарна генерація другої гармоніки хвилі, що розповсюджується в середовищі з квадратичною нелінійністю, незалежно від напрямку часу йде у бік повного перетворення першої гармоніки в другу. Зворотний же процес розпаду другої гармоніки не йде ні при якому напрямку часу. Оскільки єдиною причиною такої поведінки є нелінійність системи, можна було б вважати, що нелінійність виникає за рахунок незворотності часу, проте для виникнення нелінійності існує безліч значно менш екзотичних причин, і доводиться визнати, що принаймні деякі процеси можуть бути незворотними "самі по собі ". Вказана обставина не усуває необхідності аналізу підстав односпрямованість часу, оскільки необоротне поведінка спостерігається і у систем, поведінка яких досить добре описується лінійними рівняннями, і в цьому випадку про незворотність самих систем говорити не доводиться. У сучасній літературі розглядаються два можливих підстави незворотності часу: номологическое і фактичне. У першому з них для обгрунтування односпрямованість часу вважається необхідним фізична відмінність його протилежних напрямків. Причому ця фізична відміну повинно виявлятися в асиметрії фізичних законів по відношенню до звернення часу. У другому з них односпрямованість спостережуваних явищ (і, отже, односпрямованість часу) є наслідком фактичних умов протікання процесів. Фізичні закони в цьому випадку симетричні щодо звернення часу.
Позиція прихильників фактичного підстави незворотності часу достатньо повно сформульовано в / 5 / наступним чином: "З того, що закони фізики не забороняють процесів, зворотних даними, очевидно, логічно не випливає, що процеси ці фактично протікають. Останнє, мабуть, залежить від певних панівних у світі або його частині умов протікання процесів ... Отже, час (номологическое оборотне) є фактично оборотним тоді, коли існують такі початкові або граничні умови в світі, при яких всі процеси є фактично оборотними ... Навпаки, час (номологическое оборотне) є фактично незворотним, коли існують такі початкові або граничні умови в світі, при яких щонайменше деякі процеси, тобто процеси певного типу, є незворотними ". Таким чином, при цьому підході замість вимоги асиметрії фізичних законів з'являється вимога несиметричності початкових і граничних умов. Основна ж труднощі цього підходу полягає в необхідності пояснити, чому ці умови асиметричні для всіх відомих нам класів необоротних процесів. Досить імовірно, що пошук джерела несиметричності фактичних умов протікання всіх класів необоротних процесів в кінцевому рахунку зведеться до існування деяких несиметричних за часом фізичних законів, які обумовлюють асиметрію фактичних умов протікання процесів і фізична відмінність протилежних напрямів часу, тобто до номологическое обгрунтуванню напряму часу. Будь-яка ж спроба номологическое обгрунтування односпрямованість часу повинна в першу чергу відштовхуватися від критичного аналізу поняття часу в філософії та фізики. У залежності від прийнятої концепції, постановка питання про незворотність часу має набувати специфічні риси, що відбивають специфіку обраної моделі часу. Очевидно, що можливі рішення проблеми односпрямованість часу також повинні відображати специфічні риси прийнятої концепції. Оскільки в сучасній літературі відсутній аналіз специфічних рис прояви односпрямованість часу в різних його концепціях, спробуємо сформулювати постановку проблеми незворотності часу та можливі її вирішення, що виникають в рамках субстанційної та реляційної концепцій. У рамках реляційної концепції, яка каже, що час - система відносин між фізичними подіями, постановка питання про незворотність самого часу є безглуздою. Поняття незворотності часу в цій концепції зв'язується з існуванням в навколишньому світі необоротних змін.
Hаправленіе часу визначається напрямом протікання незворотних процесів. Основною трудністю цього визначення напряму часу є те, що існує принаймні три класи незворотних процесів: електромагнітні, термодинамічні та космологічні, а в роботі Р. Пенроуза / 6 / розглянуті сім несвідомих на даному етапі один до одного "стріл часу". Результатом зв'язку напряму часу з яким-небудь одним типом необоротних процесів є численні твердження про можливе звернення часу. Проте, в силу відсутності відомої нам зв'язку між класами необоротних процесів, з обігу одного з них не слід повернення інших і, отже, звернення часу. Єдиним шляхом подолання зазначеної труднощі є пошук зв'язків між різними класами незворотних процесів і, в кінцевому рахунку - деякого матеріального чинника (назвемо його, приміром тау-поле), який, беручи участь у всіх або принаймні в деяких необоротних явищах, обумовлював б їх незворотність. Поведінка ж самого тау-поля, очевидно, має описуватися асиметричними за часом рівняннями. З усього вищесказаного аж ніяк не випливає, що тау-поле обов'язково має бути якийсь новою формою матерії. Цілком можливо, що роль тау-поля може грати будь-яка з вже відомих полів, за умови, що саме це поле обумовлює незворотність спостережуваних явищ.
У рамках субстанціальним концепції постановка питання про незворотність самого часу стає цілком коректною. Тому в рамках цієї концепції принципово можливі два шляхи обгрунтування односпрямованість часу. Перший шлях аналогічний вирішення цього питання в реляційної концепції і не зачіпає визначення часу. Другий же шлях полягає у розвитку субстанціальним концепції. Не зачіпаючи основи концепції, яка вважає час особливого роду субстанцією, визначальною тривалість всіх явищ і впорядкує події, можна доповнити визначення часу, постулюючи наявність у нього інших властивостей, прояв яких полягає в тому, що час, "саме по собі" незворотнє, обумовлює незворотність всіх або принаймні деяких можна побачити явищ. Тобто процеси відбуваються не тільки в часі, але й за участю часу / 7 /. Припущення про наявність у часі фізичних властивостей, крім тривалості і впорядкованості, в рамках субстанціальним концепції є цілком природним, хоча і трохи незвичним. Проте ніхто вже не вважає дивним, що, наприклад, елементарні частинки можуть володіти масою, зарядом, спіном, магнітним моментом і т.д., будучи в той же час цілком певними об'єктами.
Таким чином, існує два шляхи обгрунтування односпрямованість часу. Перший - пошук матеріального чинника, що обумовлює незворотність принаймні деяких класів необоротних процесів, другий - припущення про те, що незворотність - це властивість самого часу і що сам час обумовлює незворотність принаймні деяких класів процесів. Розглянута специфіка прояву односпрямованість часу не накладає ніяких обмежень на те, яким чином формується необоротне поведінка реальних систем. Однак з огляду на об'єктивності часу повинні існувати деякі, спільні для всіх концепцій, підстави його незворотності. Аналіз цих підстав дозволяє встановити, що може бути джерелом незворотності процесів.
До загальних підставах незворотності часу слід, мабуть, віднести асиметрію причинно-наслідкових (ПС) відносин, оскільки саме ця асиметрія в явному або неявному вигляді використовується як незалежний постулат як критерій правильного тимчасового порядку. Саме на підставі принципу причинності, наприклад, відкидаються рішення хвильових рівнянь у вигляді випереджальних потенціалів. Однак, незважаючи на те, що у філософських дослідженнях, за рідкісними винятками, асиметрію ПС відносин однозначно пов'язують зі спрямованістю і необоротністю часу, в існуючих фізичних теоріях ПС відносини симетричні, що і виражається симетрією локальних фізичних законів щодо звернення часу. Сам же принцип причинності використовується тільки для впорядкування в часі причинно пов'язаних подій.
Тотожність причинного порядку явищ тимчасового порядку стимулювала спроби звести тимчасовий порядок до причинному (так звана "причинний теорія часу" / 2 /). Невдача цих спроб, досить повно обгрунтована в / 8,9 /, цілком зрозуміла. Дійсно, по-перше, в субстанціальної концепції часу тимчасової порядок є первинним і вводиться в якості незалежного постулату. Будь-яка спроба звести тимчасовий порядок до причинному в рамках цієї концепції повинна в першу чергу грунтуватися на її модифікації. У рамках реляційної концепції для встановлення тимчасового порядку досить не існування, а принципова можливість причинного зв'язку, тобто тимчасової порядок знову-таки первинний. По-друге, якщо брати сучасне трактування принципу причинності у фізиці / 10 /, що містить два твердження: 1) матеріальне вплив причини на слідство, 2) передування причини слідству, то стає очевидним, що для визначення причинного порядку необхідно існування тимчасового порядку, оскільки нічим іншим, як порядком в часі, причина і наслідок у цьому трактуванні принципу причинності не відрізняються. Таким чином, про причинний теорії часу можна було б говорити, якщо визначити кількісне і якісне відміну причини від слідства, не залежне від їх тимчасового порядку, і вже на підставі цих відмінностей встановлювати часовий порядок.
У сучасній літературі можна виділити дві точки зору на можливі шляхи номологическое обгрунтування односпрямованість часу: 1. "... Для обгрунтування такого фундаментального визначення, як напрямок часу, недостатньо одних тільки фактуальних тверджень і емпіричних даних, наскільки б достовірні і переконливі вони не були. Для цього необхідно номологическое обгрунтування напрямку часу, спеціальний закон, що встановлює незворотність принаймні визначеної групи фізичних процесів. Мабуть, це повинен бути досить строгий принцип заборони, який виключав би протікання фізичних процесів у зворотному напрямку. (...)... наявні дані свідчать про те, що незворотність фізичних процесів не є тільки емпірично спостерігається і, мабуть, швидше за все є прояв і дія якогось єдиного і загального закону. Очевидно, однак, що такого роду принцип заборони не можна нізвідки вивести, а можна тільки постулювати. " / 1/.Соглашаясь з тим, що незворотність спостережуваних явищ, швидше за все, є прояв якогось загального закону, слід зауважити, що ніякої принцип заборони, не підкріплений фізичної теорією, в якій цей принцип з'являвся б природним чином (як наслідок прийнятих постулатів ) у вигляді відсутності рішень, звернених у часі, не може бути достатнім для обгрунтування незворотності часу.
Найбільш яскравим сучасним прикладом подібної недостатності, мабуть, є поява в СТО об'єктів, що поширюються зі сверхсветових швидкостями. Незважаючи на те, що один з основних постулатів СТО в її первісній формулюванні забороняв існування об'єктів, зі швидкостями більше швидкості світла, розвиток теорії показало, що в математичному формалізмі СТО сверхсветовие об'єкти виникають природним чином, тобто самі рівняння не забороняють їх існування. Обгрунтування ж граничності швидкості світла в рамках СТО, як зазначено в / 1 /, містить логічне коло і не може вважатися коректним. Мабуть, більш конструктивним обгрунтуванням незворотності часу в цьому напрямку є пропозиція Р. Пенроуза / 6 /, який стверджує, що "... залишається єдине (" очевидне ") пояснення (оборотності локальних законів та незворотності спостережуваних явищ. - В.М.) : не всі точні закони фізики симетричні у часі! "2. "... Сама множинність цих обгрунтувань (безліч різних" стріл часу ". -В.М.) Свідчить про необхідність звернення міркувань. Мабуть, не односпрямованість часу випливає з явищ трьох розглянутих типів (необоротні термодинамічні та електромагнітні процеси, розширення Всесвіту), а, навпаки, спостерігається в досвіді асиметрія процесів зумовлена єдиним джерелом - односпрямованістю часу "/ 11/.Первая точка зору може ставитися як до реляційної, так і до субстанційної концепції, і по суті еквівалентна пошуку матеріального чинника, що обумовлює незворотність процесів. Друга точка зору може відноситися тільки до субстанційної концепції, оскільки тільки в цій концепції час, в принципі, може мати якісь властивості, крім метричних. Обидві наведені точки зору об'єднує одна спільна риса: ці підходи не використовують зазначене вище і є на даному етапі загальноприйнятим, підстава несиметричності процесів - тимчасову асиметрію ПС відносин. Мабуть, найбільш природним (і, мабуть, найбільш фундаментальним) шляхом обгрунтування односпрямованість часу є та чи інша спроба доповнення принципу причинності можливістю кількісного або якісного відмінності причини від слідства, і побудова фізичної теорії, що використовує як постулату це реальне «фізична» відмінність причини від слідства в елементарних процесах. Питання ж про те, чим обумовлена постулируемая асиметричність ПС зв'язку: впливом деякого матеріального чинника (тау-поле) або ж властивостями самого часу, на сьогоднішній день, мабуть, можна віднести до питань термінології. Згідно з принципом двоїстості пізнання навколишньої дійсності / 12 /, завжди можлива побудова двох типів теорій - одні з них грунтуються на певному комплексі властивостей простору і часу і безперервному множенні властивостей матерії, інші - на певному комплексі властивостей матерії і безперервному множенні властивостей простору і часу. Причому, теорії обох типів, в принципі, можуть однаково добре описувати спостережувані явища, і кожна з цих теорій може містити будь-які внутрішні протиріччя, що стимулюють їх подальший розвиток.
3. Гіпотези Н. А. Козирєва про нові властивості часу
У своїх міркуваннях Козирєв виходив з основної ідеї про те, що час - це не просто "чиста тривалість", так би мовити, відстань від однієї події до іншої, а щось матеріальне, що має не тільки "довжину", але і певну щільність.
З першого погляду з цим важко погодитися, однак більш пильний розгляд показує, що в цій парадоксальній ідеї є сенс.
Дійсно, експеримент і квантова теорія довели, що якщо б оточує нас можна було розглянути у надсильний мікроскоп, що збільшує в трильйони трильйонів разів, то ми побачили б його заповненим "смогом" народжуються і тут же зникаючих часток. Іншими словами, вакуум - це не чиста безтілесна протяжність, як можна було б подумати, розглядаючи порожню відкачану від газів колбу, а особливий стан матерії. Але якщо це так, то подібними властивостями "особливої субстанції" має мати і час, адже теорія відносності каже, що простір і час немов дві проекції єдиного цілого - відстані в чотиривимірному просторі. Щоправда, такий простір - специфічне, не оточує нас тривимірне, але це вже деталі. Важливо, що якщо одна проекція володіє матеріальними властивостями, то, можна думати, вони є і в іншої.
Втім, думки про матеріальність часу висловлювалися задовго до квантової механіки і теорії відносності. Ще в найдавніших філософіях згадувалося про два сутності, складових основу нашого світу, - аморфної речовій, що утворює тіла, і безтілесної, невидимою і невідчутною, породжує рух, перехід від одного стану до іншого. На сучасній мові першу ми називаємо матерією, другу - часом.
Проте, в більшості філософських і фізичних теорії час завжди розглядається як щось зовсім не матеріальне, не має ніяких властивостей, крім "чисто геометричних", - вимірюваної годинами швидкості (ритму) і кривизни, що виявляється як гравітація.
З точки зору Козирєва, метафора "річка часу" має прямий сенс. У його теорії час, подібно водяному потоку, має густину і, можливо, має якісь інші властивості, які ще тільки належить нам відкрити. Омиваючи матеріальні тіла, річка часу робить на них силовий вплив. Зустрінься їй на шляху відповідним чином влаштоване "млинове колесо", і потік часу приведе його в рух.
Образно кажучи, часом поводиться не як безпристрасний хронометрист-спостерігач, а як активний учасник подій, що відбуваються. Воно прискорює їх або уповільнює.
Можна сказати, що в часу два типи властивостей: пасивні, пов'язані з геометрією нашого світу (ох вивчає теорія відносності), та активні, залежні від його внутрішнього "пристрою". Ось вони-то і є предметом теорії Козирєва.
Щільність часу характеризує ступінь його активності. Вона показує, наскільки сильно "тимчасова субстанція" впливає на процеси в тому чи іншому місці процеси. І подібно до того, як водяний струмінь змінюється при зіткненні з каменем, щільність часу теж міняється в процесах його взаємодії з речовиною.
У деяких випадках, наприклад при зіткненні пружних куль, яке відбувається майже без втрати енергії, процес може йти як у прямому, так і в зворотному напрямку. Ніяких істотних, якісних змін тут не відбувається, змінюється лише кінематика. Можна вважати, що щільність часу при цьому теж залишається незмінною.
Інша річ - незворотні процеси, скажімо, гальмування тіла силами тертя або випаровування рідини. Точно провести їх у зворотному напрямку, слід у слід повторюючи всі їх проміжні етапи, неможливо. На думку Козирєва, тут відбувається зміна щільності часу. Якщо вона збільшується, це еквівалентно випускання тимчасової субстанції, тобто творіння часу. Якщо ж його щільність знизилася і процеси стали протікати менш енергійно, значить, сталося поглинання часу.
Всесвіт у теорії Козирєва виявляється схожою на безкрайнє океан-море, в якихось місцях якого б'ють великі і малі ключі, які викидають потоки часу, в інших відкриті каналізаційні стоки, що втягують час. Там воно стає небуттям.
Оскільки потік часу активно взаємодіє з речовиною, слід очікувати, що на ньому залишаться відбитки властивостей і структури тіл, з якими він "стикався". Несучи з собою частину інформації, час разупорядочівает тіла, порушує їх внутрішню організацію.
Козирєв вважає, що будь-який процес, пов'язаний з втратою інформації і збільшенням хаосу, обов'язково випускає потік поцяткованого інформацією часу. У свою чергу, поглинаючись в навколишніх тілах, він збільшить кількість міститься в них і тим самим трохи впорядкує їх структуру.
Виходить, будь деструктивний процес пов'язаний з випусканням часу, а всяке упорядкування супроводжується його поглинанням. Наприклад, танення снігу, випаровування рідини або розчинення цукру у воді є джерелами часу. Тоді в речовинах, розташованих по сусідству з ними і поглинаючих частина испущенного ними тимчасового потоку, повинні усуватися дефекти кристалічних граток, а у живих організмів повинні відновлюватися пошкоджені генні структури. Поблизу нерівноважних процесів буде змінюватися електричний опір матеріалів, яке сильно залежить від впорядкованості їх структури, там повинні змінюватися також теплоємність, магнітні властивості і багато іншого.
Як води точать камені, поточна крізь Всесвіт річка часу щогодини і щохвилини впливає на процеси в ній події, перерозподіляє містяться в ній енергію та інформацію. На нашій, планеті кожну весну народжуються бурхливі потоки часу, і жива природа, поглинаючи їх, оновлюється. Восени ж увядающие поля і ліси усіма порами виділяють час, а кристалізація рідини в сніг і лід інтенсивно поглинає його.
Звичайно, все це лише гіпотези, які повинні бути перевірені досвідом. Проте, щоб не переривати логічної лінії у викладі теорії, відкладемо поки розмова про експерименти і розглянемо докладніше, що визначає напрямок часу і як працюють його джерела.
Ріка часу тече з минулого в майбутнє. Але чим розрізняються ці два її кінця? Що визначає напрям "стріли часу"?
Хоча однозначної відповіді на ці питання, який задовольнив би і фахівців-фізиків, і професіоналів-філософів, поки ще немає, більшість вчених схиляються до думки, що справа тут - у незліченній кількості каналів, якими всякий предмет і кожне явище пов'язані з оточенням. Навіть ті з них, які виглядають повністю ізольованими, насправді безперервно випускають і поглинають кванти різних полів, взаємодіють з вакуумним "смогом". Можна без перебільшення сказати, що будь-яке явище в нашому світі прямо або побічно пов'язане з усіма іншими. Це призводить до того, що енергія та інформація у процесах взаємодії "розтікаються" за численними струмками-каналах і зібрати їх назад просто неможливо. Зробити це можна лише приблизно, зберігши найширші потоки і відсікаючи все інше. Найточніше це вдається у згадуваних вище "оборотних процесах", хоча повна, стовідсоткова оборотність і абсолютна симетрія минулого з майбутнім існують лише в абстрактній теорії.
Необоротні процеси як раз і задають напрямок "стріли часу".
Однак якщо логічно продовжити ці міркування, ми прийдемо до похмурого висновку про поступове, але неминуче виродження Всесвіту, перетворення її на газ найпростіших, елементарних частинок, яким уже ні на що розпадатися і ні в що переходити. До того ж космологічне розширення Всесвіту ("розбігання" галактик) робить його надзвичайно розрідженим.
Виходить, нас чекає досить сумне майбутнє, практично порожній, холодний і мертвий світ. Щоправда, розрахунки говорять, що такий стан наступить не раніше, ніж через 10 110 років, часовий інтервал, у порівнянні з яким двадцять мільярдів років існування нашого Всесвіту - зникаюче малий мить. Тим не менше, коли мова йде про долю світу, питанні швидше філософському, ніж фізичному, важливий принциповий відповідь.
Козирєв не приймав ідею теплової смерті світу. На його думку, безмежній дисипації, необмеженому "розтіканню" енергії та інформації перешкоджають процеси поглинання часу, які грають роль автоматичного стабілізатора, що оберігає світ від смертельної ерозії. Поглинаючи час, матеріальні системи відновлюють рівень своєї організації, і це забезпечує нескінченний кругообіг природи.
Підтвердження своєї гіпотези пулковський астроном бачив у феномені многомілліардолетнего горіння зірок. Підрахунок числа нейтрино, що звільняються в ході ядерних реакцій на Сонце, а, отже, і на інших зірках, вказує на те, що потужність ядерної топки, мабуть, недостатня для підтримання зоряної енергетики на стабільному рівні, і тому повинні бути якісь інші її джерела. Відомо кілька альтернатив відновлення енергетичного балансу "зоряної ілюмінації", не настільки радикальних, як гіпотеза про перетворення часу в енергію, але Козирєв віддавав перевагу саме їй.
Якщо судити з публікацій, то пошук процесу, який би перешкоджав скачуванню Всесвіту до стану повного рівноваги, був відправною точкою його теорії.
Пояснення механізму випускання і поглинання часу Козирєв намагався знайти в зв'язку причини і наслідку. Від усіх інших цей зв'язок відрізняється тим, що явища тут не просто супроводжують один одного, а одне з них викликає, породжує друге. Це - "батьківська", або, як кажуть філософи, глибинна генетичний зв'язок матері - причини і дитя - наслідки.
Перехід причини в наслідок визначає напрям процесу, а отже, і напрям потоку часу, розрізняє минуле і майбутнє. Час втікає в систему через причину до слідства. Воно втягується причиною і ущільнюється там, де розташоване слідство.
І ось тут ми стикаємося з дуже важким питанням. Виникає щось на зразок логічного кола: час визначається через причинність, а вона в свою чергу залежить від часу, адже в її визначенні використовуються терміни "викликати", "породжувати", які нерозривно пов'язані з поняттям часу. Ясно, що породити можна лише те, чого спочатку не було, а потім стало. Виходить, як у приказці: де тут початок того кінця, яким закінчується це початок? Або як в сакраментальному питанні: хто старше - яйце чи курка?
Щоправда, за причинним ланцюжках подій завжди передається рух. Наприклад, в механічних явищах - імпульс і момент обертання. Здавалося б, цією обставиною можна скористатися для встановлення порядку. На жаль, придбання або втрата руху саме по собі ще нічого не говорить про направлення процесу. Тіло, з яким пов'язана причина, може як втратити імпульс - згадаймо зупиняються при лобовому ударі більярдні кулі, - так і придбати його (рушниця, з якого зроблений постріл, відчуває віддачу). От якби нам показали два уривки кінофільму, в одному з яких кулі наближаються, а в іншому - котяться геть, поступово вповільнюючись, тоді ми відразу б сказали, що перший відеокліп відноситься до причини, другий - до слідства. Тут ясно, що є що. Однак кінофільм - це знову-таки впорядкована в часі ланцюжок подій.
Як бачимо, обійтися без часу ніяк не вдається.
Не тільки астроном Козирєв, а й інші вчені стверджували, що причинність має більш глибокий і фундаментальний сенс, ніж час. Тим не менш, створити "позачасову" теорію причинності ще нікому не вдалося.
Не будемо, однак, надто прискіпливими. Коли створюється нова теорія, вона завжди виглядає суперечливою. Головне, щоб усі використовувані нею величини і їх зв'язку можна було однозначно реалізувати на досвіді і перевірити слідства. Теорія Козирєва цій вимозі задовольняє, і якщо її прогнози підтвердяться досвідом, то знайти їй обгрунтування - це вже наступний етап. Як говориться, було б що обгрунтовувати!
Механічні системи найпростіші, на них в першу чергу і слід перевіряти передбачення нової теорії. Для цього, перш за все, зауважимо, що будь-механічний рух складається з зсуву і повороту і може бути представлене як гвинтове, на зразок того, як рухається вганяє в пробку штопор. Козирєв припустив, що силовий вплив тимчасового потоку при переході причини в наслідок теж пов'язано з гвинтовим зусиллям.
Причина діє на слідство, а наслідок чинить опір "зворотним гвинтом". Зустрічні тиску при цьому повністю гасять один одного, викликаючи внутрішні напруги, а периферичні обертання створюють пару направлених в протилежні сторони сил. Це схоже на те, як ми тиснемо на кермо велосипеда при повороті. Сили деформують предмет і теж викликають в ньому напруги. Всі ці напруги якраз і є та енергія, яку вносить в тіло впадає до нього потік часу.
Діючи на тіло, час не може зрушити його з місця, але здатен його розгорнути. У цьому сенсі воно родинно обертанню, і можна зробити ще одне сміливе припущення: не тільки час породжує обертання, але і назад - будь-яке обертання збільшує щільність тимчасового потоку, створюючи додатковий "тимчасової гвинт" вздовж своєї осі.
Іншими словами, передбачається, що будь-яке обертається тіло, будучи включеним в причинно-наслідковий зв'язок, обов'язково деформується і, крім того, створює пару сил, одна з яких прикладена в точці розташування причини, а друга - в точці слідства.
Це дуже важлива гіпотеза. Якщо всі попередні мали скоріше філософський, ніж фізичний характер, то цю можна кількісно перевірити на досвіді.
Розглянемо, наприклад, що швидко обертається дзига-гіроскоп, прикріплений до стелі лабораторії довгим еластичним підвісом. Ясно, що після того як затухнути хитання такого незвичайного маятника, він витягнеться вздовж вертикалі - поки немає зовнішніх причинних зв'язків, додатковий "тимчасової гвинт" обертового гіроскопа кілька його деформує, але не зміщує центра ваги. Пара сил теж "захована" всередині гіроскопа.
Ситуація зміниться, якщо маятник включити у будь-якій зовнішній процес, наприклад, встановити на стелі, в точці підвісу, електровібратори, який буде служити причиною коливань, що передаються по схилу до гіроскопа. Якщо вірити "причинного механіці", в цьому випадку відразу ж виникне пара сил. Одна з них буде діяти на причину - вібратор, інша буде прикладена до обертається гіроскопа, з яким пов'язано поглинання коливань (наслідок). Схил повинен відхилитися від вертикалі.
Якщо тепер вібратор зміцнити на самому гіроскопі, тобто поміняти місцями причину і наслідок (коливання будуть тепер поглинатися стелею кімнати), той напрямок "тимчасового гвинта" зміниться на протилежне і висок теж повинен відхилитися в протилежну сторону.
І що ви думаєте - коли Козирєв виконав такі досліди, вони підтвердили його пророкування!
В іншому експерименті він зважував обертається гіроскоп на аналітичних вагах, що складаються з центральної стійки і укріпленого на ній коромисла з підвішеними чашечками - одна для зважується предмета, інша - для врівноважити його гирьок. Такі ваги часто використовують фотографи і аптекарі.
Коли немає зовнішнього процесу, всі тимчасові деформації знову-таки заховані усередині гіроскопа і його вага не залежить від обертання. Варто, однак, включити вібратор, що діє на стійку ваг, як відразу ж виникне пара сил: одна прикладена до причини - вібруючої стійці, друга - до центру тяжіння обертового гіроскопа, і рівновагу чашок порушується. У залежності від напрямку обертання гіроскопа, за або проти годинникової стрілки, його вага повинна зменшитися або зрости. І експеримент знову підтвердив теорію.
Відхилення від звичайної, "непрічінние" механіки невеликі - всього лише кілька тисячних відсотка, але вони повторювалися від одного досвіду до іншого.
Крім вібраційної, використовувалися й інші причинно-наслідкові ланцюги. Маятник з металевою струною-підвісом і обертається гіроскоп включалися в мережу зовнішнього струму, в інших випадках точка підвісу сильно нагрівалася або охолоджувалася. І Козирєв завжди виявляв ефект, передбачати його нової механікою. Схожі результати отримали й інші дослідники.
Якщо допустити, що в цих дослідах немає будь-яких прихованих систематичних помилок, то їх результати не можна пояснити за допомогою відомих нам фізичних законів. А це означає, що ми - на порозі відкриттів, незрівнянно більш фундаментальних, ніж теорія відносності та квантова механіка.
Питання настільки серйозний, а спостережувані ефекти такі малі, що перш ніж прийти до остаточних висновків, потрібно ретельна ревізія експериментів
4. N-мірність простору
Саме слово «простір» - це узагальнення. Історію поняття цього слова можна почати з ідей учня Платона Арістотеля, який, крім того, що зіставив лінії, поверхні і тілам числа 1, 2, 3, до того ж пов'язав ідеї з об'єктами, позбавивши їх повної самостійності, вічності за Платоном. З цього моменту філософія розвивається разом з розвитком знань про природу, розходиться і змішується за напрямками фізики, математики, філософії, особи і суспільства, зі старим поділом, і з іншим відтінком - на матеріалізм та ідеалізм.
Всі напрямки філософії рівноцінні. Але можна відзначити, відкритість фізики, і замкнутість інших напрямків, пов'язаних з нашою свідомістю. Тому, зрозуміти філософію Природи можна тільки зрозумівши, що таке простір фізики і що таке закони фізики (рис. п.2).
Рис. п.1. Початкове визначення простору
Рис. п.2. Сучасне визначення простору
Єдина перевага фізики - це мінімальна абстрагування, а абстракція - це вид кодування інформації. Матерія, Природа сама по собі незмірно і, не тому що "нескінченний" у своїй різноманітності, а тому, що вимірюємо. І у фізиці була застосована абстракція у вигляді виміру, але не до самої матерії в самому загальному її вигляді, а до її якостям - приватним видам.
Фізика - це наука вимірювання того, що ми бачимо, чуємо і відчуваємо.
Математика - це наука вимірювання всього, що ми можемо собі уявити, але уявити ми можемо тільки те, що нас оточує, в цьому знаходиться зв'язок фізики і математики.
Філософія - це наука, яка одночасно використовує можливості зовнішнього і внутрішнього світу для розуміння законів Природи і опису їх словами.
Далі ми розглянемо тільки властивості фізичних вимірювань, як би з боку і тільки факти. Для того щоб вимірювати, використовується еталон, як міра, мірність, розмірність.
Міра - ціле або раціональне число - значення еталона виміру, або золота константа фізичної величини.
Мірність - ціле число логарифмічного простору виміру, має підставою постійну тонкої структури.
Розмірність - символ простору вимірювання фізичної величини, сама фізична величина позначається одним символом і має традиційну будь-яку одиницю виміру.
Вимірюванню піддаються різні властивості речовини (якості і види) і, знизившись на рівень нижче, ніж Природа, вже на цьому рівні, щоб вимірювання розрізняти, їх позначають символами фізичних величин, і між фізичними величинами існують певні закономірності, їх називають законами. Розглядаючи разом різні виміри, отримуємо закони властивостей вимірювання.
Тепер трохи ускладнимо розуміння вимірювання тим, що вимірювання пов'язані з матерією через форми виміру матерії у вигляді якості, мірності та кількості - в узагальненій системі координат.
І коли розглядаються властивості матерії, часто мається на увазі під ним простір. І в той же час поняття простору застосовно до будь-якого абстрактного об'єкта.
Але як підступитися до цього його властивості? Традиційно для цього поняття простору звужується і зводиться, як до того, що відбувається від обсягу, і тоді виникає питання: «Чому простір трехмерно?» [3] і, що таке багатомірний простір? Розглянемо один із стародавніх підходів, що має вихідними точку, мірність якій 0, і її рух.
Рух точки дає лінію, відрізок якої є мірою довжини, що має мірність 1.
Рух лінії дає площину, частина якої є мірою площі, що має мірність 2.
Рух площині дає обсяг, частина якого є мірою обсягу, що має мірність 3.
Рух тривимірної фігури, створює чотиривимірний простір і так далі. У продовженні - це чисто математичний підхід. Фізики зупинилися на мірності 4, а далі пішли математики, застосувавши математичний підхід або тензорне числення для визначення метрик фізичного простору, і, знову ж таки, замкнулися на складному нічого не пояснює математичному підході.
Мета цих підходів - створення n-мірних ФОРМ.
Залишається тільки з'ясувати, як і для чого? Відповідь проста: форми служать для вимірювання і форма - це простір. Тобто насправді поняття ПРОСТОРУ - це узагальнення і в нього закладені всі ФОРМИ ВИМІРЮВАННЯ матерії. Таким чином, новим у філософії буде те, що N-мірний ПРОСТІР - ЦЕ ФОРМА Фізичної Величини, а всі фізичні величини - це форми виміру матерії, а не форми її існування. Матерія існує незалежно від форм вимірювання і фізична величина не матеріальна. Фізична величина служить для вимірювання - це ідея, абстракція. Природа розвивається з планківських точок. І поки існує природа, існує простір. Нами вивчається простір формами нами винайденими, і на цьому рівні форми служать нам цілям вимірювання. Однією з таких форм (четвертої) є час.
До якісних форм відносяться всі речові і квантові стани об'єктів, відзначимо з них чорні діри, крайнім станом яких є планківські точки.
До класичних кількісним форм відносяться об'ємна і тимчасова. Об'ємна форма, у свою чергу, складається з довжини, площі і власне обсягу. Всі ці форми складають як деякий набір величин, якими оперує математика - математичних величин, так і частина найпростіших величин, якими оперує фізика. Так як на основі використання фізичних величин описані всі закони природи, то за основу реальної мірності форм приймемо мірність фізичних величин.
Усі фізичні величини мають один початок, в якому вони всі разом, як цеглинки, щільно підходять один до одного, утворюючи моноліт. Це стан фізичних величин знаходиться в реально існуючої планковской точці - в місці зіткнення матерії і первоматерии (матерія знаходиться зовні планковской точки, а первоматерія - всередині). У цій точці всі фізичні величини одиничні і кожна така фізична одиниця має, у вигляді мірності, свій номер - ціле число.
6. Список літератури
1. Молчанов Ю.Б. Чотири концепції часу у філософії та фізики. М., Hаука, 1977.
2. Рейхенбах Г. Hаправленіе часу. М., 1962.
3. Аугустинек З. Проблема анізотропії часу. / / Історія та методологія природничих наук, М., Вид. МДУ, 1968, Вип. 6, сер. "Фізика".
4. Аскін Я.Ф. Hаправленіе часу і тимчасова структура процесів. / / Простір, час, рух. М., 1971.
5. Свірідонов М.H. До питання про незворотність часу у фізиці. / / Філософія і фізика., Воронеж, 1972.
6. Пенроуз Р. Сингулярності і асиметрія в часі / / Загальна теорія відносності. М., Мир, 1983.
7. Козирєв H.А. Причинний механіка і можливість експериментального дослідження властивостей часу. / / Історія та методологія природничих наук. М., вид. МДУ, 1963, вип. 2, сірий. "Фізика".
8. Уітроу Дж. Природна філософія часу. М., Прогрес, 1964.
9. Грюнбаум А. Філософські проблеми простору і часу. М., 1969.
10. Молчанов Ю.Б. Парадокс Ейнштейна-Подольського-Розена і принцип причинності. / / Питання філософії. 1963, N3.
11. Мостепаненко А.М. Простір і час у макро-, мега-і мікросвіті. М., Политиздат, 1974.
12. Ватажків А.С. Вчення про простір і час у сучасній науці / / Історія та методологія природничих наук. М., Вид. МДУ, вип. 2, сірий. "Фізика".
13. Козирєв H.А., "Час як фізичне явище", ДАТ АН СРСР (Ленінград).
14. Козирєв H.А., "Джерела зоряної енергії та теорія внутрішньої будови зірок", в збірнику Козирєв М.О., Вибрані праці, Л.: Вид-во ЛДУ, 1991, стор 448.
3. Гіпотези Н. А. Козирєва про нові властивості часу
У своїх міркуваннях Козирєв виходив з основної ідеї про те, що час - це не просто "чиста тривалість", так би мовити, відстань від однієї події до іншої, а щось матеріальне, що має не тільки "довжину", але і певну щільність.
З першого погляду з цим важко погодитися, однак більш пильний розгляд показує, що в цій парадоксальній ідеї є сенс.
Дійсно, експеримент і квантова теорія довели, що якщо б оточує нас можна було розглянути у надсильний мікроскоп, що збільшує в трильйони трильйонів разів, то ми побачили б його заповненим "смогом" народжуються і тут же зникаючих часток. Іншими словами, вакуум - це не чиста безтілесна протяжність, як можна було б подумати, розглядаючи порожню відкачану від газів колбу, а особливий стан матерії. Але якщо це так, то подібними властивостями "особливої субстанції" має мати і час, адже теорія відносності каже, що простір і час немов дві проекції єдиного цілого - відстані в чотиривимірному просторі. Щоправда, такий простір - специфічне, не оточує нас тривимірне, але це вже деталі. Важливо, що якщо одна проекція володіє матеріальними властивостями, то, можна думати, вони є і в іншої.
Втім, думки про матеріальність часу висловлювалися задовго до квантової механіки і теорії відносності. Ще в найдавніших філософіях згадувалося про два сутності, складових основу нашого світу, - аморфної речовій, що утворює тіла, і безтілесної, невидимою і невідчутною, породжує рух, перехід від одного стану до іншого. На сучасній мові першу ми називаємо матерією, другу - часом.
Проте, в більшості філософських і фізичних теорії час завжди розглядається як щось зовсім не матеріальне, не має ніяких властивостей, крім "чисто геометричних", - вимірюваної годинами швидкості (ритму) і кривизни, що виявляється як гравітація.
З точки зору Козирєва, метафора "річка часу" має прямий сенс. У його теорії час, подібно водяному потоку, має густину і, можливо, має якісь інші властивості, які ще тільки належить нам відкрити. Омиваючи матеріальні тіла, річка часу робить на них силовий вплив. Зустрінься їй на шляху відповідним чином влаштоване "млинове колесо", і потік часу приведе його в рух.
Образно кажучи, часом поводиться не як безпристрасний хронометрист-спостерігач, а як активний учасник подій, що відбуваються. Воно прискорює їх або уповільнює.
Можна сказати, що в часу два типи властивостей: пасивні, пов'язані з геометрією нашого світу (ох вивчає теорія відносності), та активні, залежні від його внутрішнього "пристрою". Ось вони-то і є предметом теорії Козирєва.
Щільність часу характеризує ступінь його активності. Вона показує, наскільки сильно "тимчасова субстанція" впливає на процеси в тому чи іншому місці процеси. І подібно до того, як водяний струмінь змінюється при зіткненні з каменем, щільність часу теж міняється в процесах його взаємодії з речовиною.
У деяких випадках, наприклад при зіткненні пружних куль, яке відбувається майже без втрати енергії, процес може йти як у прямому, так і в зворотному напрямку. Ніяких істотних, якісних змін тут не відбувається, змінюється лише кінематика. Можна вважати, що щільність часу при цьому теж залишається незмінною.
Інша річ - незворотні процеси, скажімо, гальмування тіла силами тертя або випаровування рідини. Точно провести їх у зворотному напрямку, слід у слід повторюючи всі їх проміжні етапи, неможливо. На думку Козирєва, тут відбувається зміна щільності часу. Якщо вона збільшується, це еквівалентно випускання тимчасової субстанції, тобто творіння часу. Якщо ж його щільність знизилася і процеси стали протікати менш енергійно, значить, сталося поглинання часу.
Всесвіт у теорії Козирєва виявляється схожою на безкрайнє океан-море, в якихось місцях якого б'ють великі і малі ключі, які викидають потоки часу, в інших відкриті каналізаційні стоки, що втягують час. Там воно стає небуттям.
Оскільки потік часу активно взаємодіє з речовиною, слід очікувати, що на ньому залишаться відбитки властивостей і структури тіл, з якими він "стикався". Несучи з собою частину інформації, час разупорядочівает тіла, порушує їх внутрішню організацію.
Козирєв вважає, що будь-який процес, пов'язаний з втратою інформації і збільшенням хаосу, обов'язково випускає потік поцяткованого інформацією часу. У свою чергу, поглинаючись в навколишніх тілах, він збільшить кількість міститься в них і тим самим трохи впорядкує їх структуру.
Виходить, будь деструктивний процес пов'язаний з випусканням часу, а всяке упорядкування супроводжується його поглинанням. Наприклад, танення снігу, випаровування рідини або розчинення цукру у воді є джерелами часу. Тоді в речовинах, розташованих по сусідству з ними і поглинаючих частина испущенного ними тимчасового потоку, повинні усуватися дефекти кристалічних граток, а у живих організмів повинні відновлюватися пошкоджені генні структури. Поблизу нерівноважних процесів буде змінюватися електричний опір матеріалів, яке сильно залежить від впорядкованості їх структури, там повинні змінюватися також теплоємність, магнітні властивості і багато іншого.
Як води точать камені, поточна крізь Всесвіт річка часу щогодини і щохвилини впливає на процеси в ній події, перерозподіляє містяться в ній енергію та інформацію. На нашій, планеті кожну весну народжуються бурхливі потоки часу, і жива природа, поглинаючи їх, оновлюється. Восени ж увядающие поля і ліси усіма порами виділяють час, а кристалізація рідини в сніг і лід інтенсивно поглинає його.
Звичайно, все це лише гіпотези, які повинні бути перевірені досвідом. Проте, щоб не переривати логічної лінії у викладі теорії, відкладемо поки розмова про експерименти і розглянемо докладніше, що визначає напрямок часу і як працюють його джерела.
Ріка часу тече з минулого в майбутнє. Але чим розрізняються ці два її кінця? Що визначає напрям "стріли часу"?
Хоча однозначної відповіді на ці питання, який задовольнив би і фахівців-фізиків, і професіоналів-філософів, поки ще немає, більшість вчених схиляються до думки, що справа тут - у незліченній кількості каналів, якими всякий предмет і кожне явище пов'язані з оточенням. Навіть ті з них, які виглядають повністю ізольованими, насправді безперервно випускають і поглинають кванти різних полів, взаємодіють з вакуумним "смогом". Можна без перебільшення сказати, що будь-яке явище в нашому світі прямо або побічно пов'язане з усіма іншими. Це призводить до того, що енергія та інформація у процесах взаємодії "розтікаються" за численними струмками-каналах і зібрати їх назад просто неможливо. Зробити це можна лише приблизно, зберігши найширші потоки і відсікаючи все інше. Найточніше це вдається у згадуваних вище "оборотних процесах", хоча повна, стовідсоткова оборотність і абсолютна симетрія минулого з майбутнім існують лише в абстрактній теорії.
Необоротні процеси як раз і задають напрямок "стріли часу".
Однак якщо логічно продовжити ці міркування, ми прийдемо до похмурого висновку про поступове, але неминуче виродження Всесвіту, перетворення її на газ найпростіших, елементарних частинок, яким уже ні на що розпадатися і ні в що переходити. До того ж космологічне розширення Всесвіту ("розбігання" галактик) робить його надзвичайно розрідженим.
Виходить, нас чекає досить сумне майбутнє, практично порожній, холодний і мертвий світ. Щоправда, розрахунки говорять, що такий стан наступить не раніше, ніж через 10 110 років, часовий інтервал, у порівнянні з яким двадцять мільярдів років існування нашого Всесвіту - зникаюче малий мить. Тим не менше, коли мова йде про долю світу, питанні швидше філософському, ніж фізичному, важливий принциповий відповідь.
Козирєв не приймав ідею теплової смерті світу. На його думку, безмежній дисипації, необмеженому "розтіканню" енергії та інформації перешкоджають процеси поглинання часу, які грають роль автоматичного стабілізатора, що оберігає світ від смертельної ерозії. Поглинаючи час, матеріальні системи відновлюють рівень своєї організації, і це забезпечує нескінченний кругообіг природи.
Підтвердження своєї гіпотези пулковський астроном бачив у феномені многомілліардолетнего горіння зірок. Підрахунок числа нейтрино, що звільняються в ході ядерних реакцій на Сонце, а, отже, і на інших зірках, вказує на те, що потужність ядерної топки, мабуть, недостатня для підтримання зоряної енергетики на стабільному рівні, і тому повинні бути якісь інші її джерела. Відомо кілька альтернатив відновлення енергетичного балансу "зоряної ілюмінації", не настільки радикальних, як гіпотеза про перетворення часу в енергію, але Козирєв віддавав перевагу саме їй.
Якщо судити з публікацій, то пошук процесу, який би перешкоджав скачуванню Всесвіту до стану повного рівноваги, був відправною точкою його теорії.
Пояснення механізму випускання і поглинання часу Козирєв намагався знайти в зв'язку причини і наслідку. Від усіх інших цей зв'язок відрізняється тим, що явища тут не просто супроводжують один одного, а одне з них викликає, породжує друге. Це - "батьківська", або, як кажуть філософи, глибинна генетичний зв'язок матері - причини і дитя - наслідки.
Перехід причини в наслідок визначає напрям процесу, а отже, і напрям потоку часу, розрізняє минуле і майбутнє. Час втікає в систему через причину до слідства. Воно втягується причиною і ущільнюється там, де розташоване слідство.
І ось тут ми стикаємося з дуже важким питанням. Виникає щось на зразок логічного кола: час визначається через причинність, а вона в свою чергу залежить від часу, адже в її визначенні використовуються терміни "викликати", "породжувати", які нерозривно пов'язані з поняттям часу. Ясно, що породити можна лише те, чого спочатку не було, а потім стало. Виходить, як у приказці: де тут початок того кінця, яким закінчується це початок? Або як в сакраментальному питанні: хто старше - яйце чи курка?
Щоправда, за причинним ланцюжках подій завжди передається рух. Наприклад, в механічних явищах - імпульс і момент обертання. Здавалося б, цією обставиною можна скористатися для встановлення порядку. На жаль, придбання або втрата руху саме по собі ще нічого не говорить про направлення процесу. Тіло, з яким пов'язана причина, може як втратити імпульс - згадаймо зупиняються при лобовому ударі більярдні кулі, - так і придбати його (рушниця, з якого зроблений постріл, відчуває віддачу). От якби нам показали два уривки кінофільму, в одному з яких кулі наближаються, а в іншому - котяться геть, поступово вповільнюючись, тоді ми відразу б сказали, що перший відеокліп відноситься до причини, другий - до слідства. Тут ясно, що є що. Однак кінофільм - це знову-таки впорядкована в часі ланцюжок подій.
Як бачимо, обійтися без часу ніяк не вдається.
Не тільки астроном Козирєв, а й інші вчені стверджували, що причинність має більш глибокий і фундаментальний сенс, ніж час. Тим не менш, створити "позачасову" теорію причинності ще нікому не вдалося.
Не будемо, однак, надто прискіпливими. Коли створюється нова теорія, вона завжди виглядає суперечливою. Головне, щоб усі використовувані нею величини і їх зв'язку можна було однозначно реалізувати на досвіді і перевірити слідства. Теорія Козирєва цій вимозі задовольняє, і якщо її прогнози підтвердяться досвідом, то знайти їй обгрунтування - це вже наступний етап. Як говориться, було б що обгрунтовувати!
Механічні системи найпростіші, на них в першу чергу і слід перевіряти передбачення нової теорії. Для цього, перш за все, зауважимо, що будь-механічний рух складається з зсуву і повороту і може бути представлене як гвинтове, на зразок того, як рухається вганяє в пробку штопор. Козирєв припустив, що силовий вплив тимчасового потоку при переході причини в наслідок теж пов'язано з гвинтовим зусиллям.
Причина діє на слідство, а наслідок чинить опір "зворотним гвинтом". Зустрічні тиску при цьому повністю гасять один одного, викликаючи внутрішні напруги, а периферичні обертання створюють пару направлених в протилежні сторони сил. Це схоже на те, як ми тиснемо на кермо велосипеда при повороті. Сили деформують предмет і теж викликають в ньому напруги. Всі ці напруги якраз і є та енергія, яку вносить в тіло впадає до нього потік часу.
Діючи на тіло, час не може зрушити його з місця, але здатен його розгорнути. У цьому сенсі воно родинно обертанню, і можна зробити ще одне сміливе припущення: не тільки час породжує обертання, але і назад - будь-яке обертання збільшує щільність тимчасового потоку, створюючи додатковий "тимчасової гвинт" вздовж своєї осі.
Іншими словами, передбачається, що будь-яке обертається тіло, будучи включеним в причинно-наслідковий зв'язок, обов'язково деформується і, крім того, створює пару сил, одна з яких прикладена в точці розташування причини, а друга - в точці слідства.
Це дуже важлива гіпотеза. Якщо всі попередні мали скоріше філософський, ніж фізичний характер, то цю можна кількісно перевірити на досвіді.
Розглянемо, наприклад, що швидко обертається дзига-гіроскоп, прикріплений до стелі лабораторії довгим еластичним підвісом. Ясно, що після того як затухнути хитання такого незвичайного маятника, він витягнеться вздовж вертикалі - поки немає зовнішніх причинних зв'язків, додатковий "тимчасової гвинт" обертового гіроскопа кілька його деформує, але не зміщує центра ваги. Пара сил теж "захована" всередині гіроскопа.
Ситуація зміниться, якщо маятник включити у будь-якій зовнішній процес, наприклад, встановити на стелі, в точці підвісу, електровібратори, який буде служити причиною коливань, що передаються по схилу до гіроскопа. Якщо вірити "причинного механіці", в цьому випадку відразу ж виникне пара сил. Одна з них буде діяти на причину - вібратор, інша буде прикладена до обертається гіроскопа, з яким пов'язано поглинання коливань (наслідок). Схил повинен відхилитися від вертикалі.
Якщо тепер вібратор зміцнити на самому гіроскопі, тобто поміняти місцями причину і наслідок (коливання будуть тепер поглинатися стелею кімнати), той напрямок "тимчасового гвинта" зміниться на протилежне і висок теж повинен відхилитися в протилежну сторону.
І що ви думаєте - коли Козирєв виконав такі досліди, вони підтвердили його пророкування!
В іншому експерименті він зважував обертається гіроскоп на аналітичних вагах, що складаються з центральної стійки і укріпленого на ній коромисла з підвішеними чашечками - одна для зважується предмета, інша - для врівноважити його гирьок. Такі ваги часто використовують фотографи і аптекарі.
Коли немає зовнішнього процесу, всі тимчасові деформації знову-таки заховані усередині гіроскопа і його вага не залежить від обертання. Варто, однак, включити вібратор, що діє на стійку ваг, як відразу ж виникне пара сил: одна прикладена до причини - вібруючої стійці, друга - до центру тяжіння обертового гіроскопа, і рівновагу чашок порушується. У залежності від напрямку обертання гіроскопа, за або проти годинникової стрілки, його вага повинна зменшитися або зрости. І експеримент знову підтвердив теорію.
Відхилення від звичайної, "непрічінние" механіки невеликі - всього лише кілька тисячних відсотка, але вони повторювалися від одного досвіду до іншого.
Крім вібраційної, використовувалися й інші причинно-наслідкові ланцюги. Маятник з металевою струною-підвісом і обертається гіроскоп включалися в мережу зовнішнього струму, в інших випадках точка підвісу сильно нагрівалася або охолоджувалася. І Козирєв завжди виявляв ефект, передбачати його нової механікою. Схожі результати отримали й інші дослідники.
Якщо допустити, що в цих дослідах немає будь-яких прихованих систематичних помилок, то їх результати не можна пояснити за допомогою відомих нам фізичних законів. А це означає, що ми - на порозі відкриттів, незрівнянно більш фундаментальних, ніж теорія відносності та квантова механіка.
Питання настільки серйозний, а спостережувані ефекти такі малі, що перш ніж прийти до остаточних висновків, потрібно ретельна ревізія експериментів
4. N-мірність простору
Основні поняття про простір були сформовані в глибокій старовині, і як би сенс цього слова залишився і дійшов до наших днів. І зараз, з великою різноманітністю відкриттів розуміння цього слова змінюється. Ще дві тисячі років тому простір ділився на світ речей матерії і світ ідей свідомості, на два полюси - матеріальність і ідеальність, на дві закриті частини (рис. п.1).
І метою цього дослідження є розкриття визначення «Простір і час - це форми існування матерії».Саме слово «простір» - це узагальнення. Історію поняття цього слова можна почати з ідей учня Платона Арістотеля, який, крім того, що зіставив лінії, поверхні і тілам числа 1, 2, 3, до того ж пов'язав ідеї з об'єктами, позбавивши їх повної самостійності, вічності за Платоном. З цього моменту філософія розвивається разом з розвитком знань про природу, розходиться і змішується за напрямками фізики, математики, філософії, особи і суспільства, зі старим поділом, і з іншим відтінком - на матеріалізм та ідеалізм.
Всі напрямки філософії рівноцінні. Але можна відзначити, відкритість фізики, і замкнутість інших напрямків, пов'язаних з нашою свідомістю. Тому, зрозуміти філософію Природи можна тільки зрозумівши, що таке простір фізики і що таке закони фізики (рис. п.2).
Рис. п.1. Початкове визначення простору
Рис. п.2. Сучасне визначення простору
Єдина перевага фізики - це мінімальна абстрагування, а абстракція - це вид кодування інформації. Матерія, Природа сама по собі незмірно і, не тому що "нескінченний" у своїй різноманітності, а тому, що вимірюємо. І у фізиці була застосована абстракція у вигляді виміру, але не до самої матерії в самому загальному її вигляді, а до її якостям - приватним видам.
Фізика - це наука вимірювання того, що ми бачимо, чуємо і відчуваємо.
Математика - це наука вимірювання всього, що ми можемо собі уявити, але уявити ми можемо тільки те, що нас оточує, в цьому знаходиться зв'язок фізики і математики.
Філософія - це наука, яка одночасно використовує можливості зовнішнього і внутрішнього світу для розуміння законів Природи і опису їх словами.
Далі ми розглянемо тільки властивості фізичних вимірювань, як би з боку і тільки факти. Для того щоб вимірювати, використовується еталон, як міра, мірність, розмірність.
Міра - ціле або раціональне число - значення еталона виміру, або золота константа фізичної величини.
Мірність - ціле число логарифмічного простору виміру, має підставою постійну тонкої структури.
Розмірність - символ простору вимірювання фізичної величини, сама фізична величина позначається одним символом і має традиційну будь-яку одиницю виміру.
Вимірюванню піддаються різні властивості речовини (якості і види) і, знизившись на рівень нижче, ніж Природа, вже на цьому рівні, щоб вимірювання розрізняти, їх позначають символами фізичних величин, і між фізичними величинами існують певні закономірності, їх називають законами. Розглядаючи разом різні виміри, отримуємо закони властивостей вимірювання.
Тепер трохи ускладнимо розуміння вимірювання тим, що вимірювання пов'язані з матерією через форми виміру матерії у вигляді якості, мірності та кількості - в узагальненій системі координат.
І коли розглядаються властивості матерії, часто мається на увазі під ним простір. І в той же час поняття простору застосовно до будь-якого абстрактного об'єкта.
Але як підступитися до цього його властивості? Традиційно для цього поняття простору звужується і зводиться, як до того, що відбувається від обсягу, і тоді виникає питання: «Чому простір трехмерно?» [3] і, що таке багатомірний простір? Розглянемо один із стародавніх підходів, що має вихідними точку, мірність якій 0, і її рух.
Рух точки дає лінію, відрізок якої є мірою довжини, що має мірність 1.
Рух лінії дає площину, частина якої є мірою площі, що має мірність 2.
Рух площині дає обсяг, частина якого є мірою обсягу, що має мірність 3.
Рух тривимірної фігури, створює чотиривимірний простір і так далі. У продовженні - це чисто математичний підхід. Фізики зупинилися на мірності 4, а далі пішли математики, застосувавши математичний підхід або тензорне числення для визначення метрик фізичного простору, і, знову ж таки, замкнулися на складному нічого не пояснює математичному підході.
Мета цих підходів - створення n-мірних ФОРМ.
Залишається тільки з'ясувати, як і для чого? Відповідь проста: форми служать для вимірювання і форма - це простір. Тобто насправді поняття ПРОСТОРУ - це узагальнення і в нього закладені всі ФОРМИ ВИМІРЮВАННЯ матерії. Таким чином, новим у філософії буде те, що N-мірний ПРОСТІР - ЦЕ ФОРМА Фізичної Величини, а всі фізичні величини - це форми виміру матерії, а не форми її існування. Матерія існує незалежно від форм вимірювання і фізична величина не матеріальна. Фізична величина служить для вимірювання - це ідея, абстракція. Природа розвивається з планківських точок. І поки існує природа, існує простір. Нами вивчається простір формами нами винайденими, і на цьому рівні форми служать нам цілям вимірювання. Однією з таких форм (четвертої) є час.
До якісних форм відносяться всі речові і квантові стани об'єктів, відзначимо з них чорні діри, крайнім станом яких є планківські точки.
До класичних кількісним форм відносяться об'ємна і тимчасова. Об'ємна форма, у свою чергу, складається з довжини, площі і власне обсягу. Всі ці форми складають як деякий набір величин, якими оперує математика - математичних величин, так і частина найпростіших величин, якими оперує фізика. Так як на основі використання фізичних величин описані всі закони природи, то за основу реальної мірності форм приймемо мірність фізичних величин.
Усі фізичні величини мають один початок, в якому вони всі разом, як цеглинки, щільно підходять один до одного, утворюючи моноліт. Це стан фізичних величин знаходиться в реально існуючої планковской точці - в місці зіткнення матерії і первоматерии (матерія знаходиться зовні планковской точки, а первоматерія - всередині). У цій точці всі фізичні величини одиничні і кожна така фізична одиниця має, у вигляді мірності, свій номер - ціле число.
6. Список літератури
1. Молчанов Ю.Б. Чотири концепції часу у філософії та фізики. М., Hаука, 1977.
2. Рейхенбах Г. Hаправленіе часу. М., 1962.
3. Аугустинек З. Проблема анізотропії часу. / / Історія та методологія природничих наук, М., Вид. МДУ, 1968, Вип. 6, сер. "Фізика".
4. Аскін Я.Ф. Hаправленіе часу і тимчасова структура процесів. / / Простір, час, рух. М., 1971.
5. Свірідонов М.H. До питання про незворотність часу у фізиці. / / Філософія і фізика., Воронеж, 1972.
6. Пенроуз Р. Сингулярності і асиметрія в часі / / Загальна теорія відносності. М., Мир, 1983.
7. Козирєв H.А. Причинний механіка і можливість експериментального дослідження властивостей часу. / / Історія та методологія природничих наук. М., вид. МДУ, 1963, вип. 2, сірий. "Фізика".
8. Уітроу Дж. Природна філософія часу. М., Прогрес, 1964.
9. Грюнбаум А. Філософські проблеми простору і часу. М., 1969.
10. Молчанов Ю.Б. Парадокс Ейнштейна-Подольського-Розена і принцип причинності. / / Питання філософії. 1963, N3.
11. Мостепаненко А.М. Простір і час у макро-, мега-і мікросвіті. М., Политиздат, 1974.
12. Ватажків А.С. Вчення про простір і час у сучасній науці / / Історія та методологія природничих наук. М., Вид. МДУ, вип. 2, сірий. "Фізика".
13. Козирєв H.А., "Час як фізичне явище", ДАТ АН СРСР (Ленінград).
14. Козирєв H.А., "Джерела зоряної енергії та теорія внутрішньої будови зірок", в збірнику Козирєв М.О., Вибрані праці, Л.: Вид-во ЛДУ, 1991, стор 448.