Пространство и время

ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ

Но что же такое собственно время и пространство, образующие пространственно-временной континуум нашей Вселенной? Системы взглядов на устройство мира, которые формировались в рамках космологической модели, включали в себя понятия пространства и времени. Но при рассмотрении сущности этих категорий им придавались различные значения. Одни мыслители вообще отрицали наличие пустого пространства, другие говорили, что пустота существует, но она непосредственно нужна для перемещения тел в пространстве. Большим вкладом Ньютона в развитие научной картины мира было введение понятий абсолютного и относительного. Абсолютное время - это истинное, математическое время, которое само по себе и по своей сущности и без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и его можно охарактеризовать как длительность. Относительное время - это так называемое кажущееся или обыденное время, которое использовалось в обыденной жизни, например: час, день, месяц. Абсолютное пространство по своей сущности безотносительно к чему-либо внешнему и остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное пространство - это мера или какая-то ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по отношению к расположению других тел. По существу введение этих понятий отвечало двум уровням познания. Абсолютным понятиям принадлежала роль на теоретическом уровне, а относительные - соответствовали эмпирическому уровню познания. Основным положением классической концепции пространства-времени является то, что пространство считалось бесконечным, плоским, прямолинейным. Строгую форму пространственные характеристики обрели уже в работах Евклида. В это же время началось формирование представлений об однородном и бесконечном пространстве. Его метрические свойства определялись полностью геометрией Эвклида. Пространство выступало в качестве вместилища материальных тел, как некая независимая от них инерциальная система. Таким образом, в этом положении отсутствует связь между пространством, временем и материальными телами. Время принималось абсолютным, однородным, равномерно единообразно и синхронно текущим во всей Вселенной. Кроме того, время выступало как независимая от материальных объектов длительность: ему отводилась роль фиксации длительности какого-либо события.

Пятый постулат Евклида гласит: через точку вне прямой можно провести лишь одну параллельную ей прямую. В середине XIX века в этом усомнились великие математики Европы - русский Николай Лобачевский (1793-1856), венгерский Янош Больяй (1802-1860) и немецкий Георг Риман (1826-1866). Они увидели еще, минимум, два варианта ответа на евклидов постулат:

- через точку вне прямой нельзя провести ни одной прямой, параллельной данной (постулат Римана);

- через точку вне прямой можно провести бесчисленное множество прямых, параллельных данной (постулат Лобачевского).

Данные постулаты абсурдны для плоскости но прекрасно работают для других, искривленных поверхностей - например, сферы или псевдосферы. Пример - параллельные друг другу меридианы, пересекающиеся на полюсах. После того, как математики доказали внутреннюю непротиворечивость их новой, неевклидовой геометрии, возник вопрос: является наше пространство евклидовым, или же этот пространство Римана-Лобачевского?

Классическая физика рассматривала процессы взаимодействия с точки зрения сил, действовавших строго по прямым между реальными телами, но создание электродинамики показало, что силы не только зависят от расстояния между телами, но и направлены не по прямым. Кроме того, эти силы зависели не только от расстояния, но и скоростей движения материальных тел. Относительными, по Эйнштейну, оказались и размеры тела и промежутки времени. Свойства пространства и времени, согласно теории относительности, зависят от концентрации масс и скорости движения. Любая масса создает искажение пространства, в прямо пропорциональной зависимости от массы тела. Опыты по проверке ОТО и СТО показали, что прямолинейные лучи света в пространстве искривляются под влиянием гравитации, следовательно - пространство в масштабах Вселенной действительно искривлено.

Почему «наше» пространство трехмерно? Теологи говорят о том, что это самое совершенное пространство. Рациональная наука способна это умозрительное положение объяснить: в одномерном и двумерном пространстве невозможно было бы никакое взаимодействие, в то же время пока нам неизвестны типы взаимодействий, которые требовали бы большего количества измерений, четырех- или пятимерные пространства в этом смысле излишне сложны (вспомним правило бритвы Оккама). В то же время современную науку весьма интересует вопрос: существуют ли не в математических построениях, а в реальности многомерные пространства? Достоверных фактов, подтверждающих это, пока не выявлено, и «параллельные миры» остаются в большей степени местом фантазий в литературе («Колдовской мир» Андрэ Нортон, «Заповедник Гоблинов», «Кольцо вокруг Солнца», «Город» Клиффорда Саймака, «Операция “Хаос”» Пола Андерсона и др.).

В то же время, нельзя исключать, что наука в скором времени представит нам новые данные по топологии пространства. В этом случае реальностью могут стать не только параллельные миры иных измерений, но и «сверхбыстрые» космические путешествия через «гиперпространство». Дело в том, что при наличии четвертого измерения весьма удаленные точки трехмерного мира могут оказаться в ином измерении практически совмещенными. Аналогию можно провести с плоским листом бумаги (условно двухмерным пространством). Если это двухмерное пространство изогнуть в третьем измерении, то любые его удаленные точки можно совместить. Есть и иной вариант (конечно, пока лишь теоретический) - войти в пространство с нулем измерений (точку) и выйти из него в любой искомой точке «нашего» пространства. По мнению уфологов, именно таким способом сверхбыстрого перемещения в пространстве пользуются пилоты НЛО. Пока земные ученые-теоретики разрабатывают математические модели, фантасты уже вовсю «пользуются» «нуль-транспортировкой», «телепортацией» «зеро-каналами» («Миры смерти» Г. Гарриссона, «Чердак Вселенной» А. Павлова и др.), а братья Стругацкие придумали даже названия для «прокола пространства» и для физики многомерных пространств - «сигма-деритринитация» и «нуль-физика». Как назовут этот гипотетический процесс в лабораториях будущего?

Есть и иной подход к вопросу о параллельных пространствах. Это гипотеза была математически сформулирована и обоснована академиком М.А. Марковым. Через любую, даже сверхгигантскую сферу можно провести секущую плоскость так, что площадь сечения окажется равной площади элементарной частицы. Представим теперь четырехмерную сферу-вселенную, «рассеченную» таким образом нашей Вселенной. Сечения этих иных миров будут выглядеть у нас электронами, мезонами, нейтронами… Но стоит «войти» в этот нейтрон, и мы окажемся в новом неведомом мире. Такие миры-частицы академик Марков предложил назвать «фридмонами» в честь первым предположившего возможность замкнутости Вселенной и предложившего три модели ее эволюции русского ученого Александра Александровича Фридмана (1888-1925). В таком случае спор о низшем уровне «кирпичиков мироздания» теряет смысл. Воистину «малое в большом и большое в малом»…

Что может быть проще времени? (Кстати именно так озаглавил один из своих многочисленных романов американский фантаст Клиффорд Саймак). Время - это расстояние, разделяющее события в порядке их следования и связующее их в одно целое? Или это собственно последовательность несущихся друг за другом событий? Мы привыкли измерять время периодами между повторяющимися событиями, то есть события и являются средствами измерения времени. Иначе говоря, вне событий время должно терять смысл. Но все ли так просто? Время уже в глубокой древности интересовало философов. Библейская «Книга Екклесиаста или Проповедника» отчасти посвящена восприятию событий через время - «всем свое время, и время всякой вещи под небом», категориям сиюминутного и вечного. В средневековье Блаженный Августин говорил: «Я прекрасно знаю, что такое время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься - и вот я уже не знаю, что есть время. Так ли я его измеряю, Боже мой, и что я в нем измеряю, сам не знаю».

В целом большинство философов и физиков современности сходится на том, что время обладает следующими топологическими свойствами: одномерностью, непрерывностью и вечностью (реально только настоящее, прошлое уже состоялось, будущее формируется), длительностью (ибо никакой процесс не происходит сразу), упорядоченностью, однонаправленностью (необратимостью), неоднородностью. В философии сложились три концепции времени:

- способ восприятия сознанием действительности и упорядочения явлений (Платон, Кант);

- субстанция, внутри которой протекают все мировые процессы (Демокрит, Ньютон);

- свойство самих процессов, как способ бытия материальных объектов (Аристотель, Лейбинц)

Если первая субъективистская концепция уже не представляется плодотворной для современного естествознания, то две остальные продолжают сосуществовать. И если во втором случае речь идет об одном реальном времени и сознательно создаваемых его «фантомах», «отражениях», то во втором эти отражения получают полные права - то есть возникают понятия геологического времени, биологического времени, исторического времени, археологического, радиоизотопного и так далее. Не вполне ясен и вопрос: одинаково ли течет время и микромире и мегамире? Так, некоторые ученые предполагают, что электроны и иные элементарные частицы существуют вне времени, направление времени для них несущественно. Выходит, как сказал археолог А.А. Синицын, перефразируя английскую поговорку, «когда Бог создавал время, он создал его достаточно и на любой вкус». И все же обе концепции сводились лишь к различным способам измерения длительности времени.

Между тем, еще в 1950-х гг. выдающийся русский ученый (в 15 лет он поступил на физмат, а в 23 года стал профессором) - астроном Пулковской обсерватории Николай Александрович Козырев - утверждал, что время имеет и другие активные свойства и является активным участником мироздания. Открытый им активный вулканизм на Луне, так же как и длительность существования звезд, и многие другие явления, Козырев объяснял воздействием времени, как физического фактора. Ход времени, по Козыреву, определяется линейной скоростью поворота причины относительно следствия. Согласно расчетам ученого, такая линейная скорость имеет положительный знак в левой системе координат и равна 700 км/сек. Это было затем подтверждено независимыми японскими исследователями с помощью вращающихся гироскопов с электровибраторами, являвшихся системами с причинно-следственной связью. При закрутке маховика против хода времени масса и некоторые иные параметры системы менялись. Из опытов Н.А. Козырева следует, что время можно отражать, экранировать, но не преломлять как свет. Кроме того, время имеет плотность. Процессы, упорядочивающие мир поглощают время. При процессах, где нарастает энтропия (хаос, беспорядок) время излучается. По мнению Козырева, звезды излучали огромное количество времени. Время по Козыреву вездесуще, оно появляется сразу и везде, его флуктуации происходят повсюду одновременно, в то же мгновение (кстати, как и гравитация). Для доказательства своего вывода астроном с помощью своего гироскопа, установленного в главном фокусе пулковского телескопа-рефрактора установил реальное положение на небе Проциона - Альфы Малого Пса, отличающееся от видимого (ведь свет, в отличие от времени распространяется не мгновенно и мы видим звезды на небосклоне на тех местах, где они были, когда испустили порцию фотонов, попавшую на сетчатку нашего глаза). Эти наблюдения подтвердили в дальнейшем астрономы из Новосибирского Академгородка, причем выяснилось, что в космосе есть объекты, не излучающие времени (по крайней мере на уровне чувствительности использованной аппаратуры) - в их числе туманность Ориона, планета Сатурн, звезда Арктур (Альфа Волопаса). Если так, то в будущем время может быть использовано для моментальной передачи информации между звездными системами! Ведь релятивистские ограничения на время не распространяются.

Профессор Козырев создал причинную механику, основные постулаты которой таковы:

в причинных связях всегда имеется принципиальное отличие причин от следствий;

причины и следствия всегда разделяются пространством, расстояние между ними не может равняться нулю;

причины и следствия всегда разделяются временем, время между ними не может равняться нулю;

следствие всегда находится в будущем по отношению к причине;

время обладает абсолютным свойством направленности, отличающим следствие от причины.

Исследования по программе, предложенной Козыревым, продолжаются большим коллективом ученых, среди которых и ученики самоотверженного профессора.

После столь, казалось бы, фантастичной информации зададимся вопросом, волнующим уже несколько поколений писателей-фантастов, начиная с Герберта Уэллса («Машина времени») и заканчивая Рэем Брэдбери («Охотники на динозавров»), Робертом Янгом («У начал времен»), Айзеком Азимовым («Конец Вечности»), авторов киносериала «Назад, в будущее». Возможно ли путешествие во времени? Учитывая наличие причинно-следственных связей и их необратимости, как фундаментального свойства механики времени по Козыреву и как основы элементарной логики, можно заявить: невозможно, несмотря на всю красоту этой идеи. Оригинально эту идею решил в романе «Лангольеры» писатель Стивен Кинг. В его «прошлом», куда попадают герои книги, остается лишь мертвый, страшный, распадающийся мир вне времени. А вот наблюдение за прошлым, без активного вмешательства в ход событий, теоретически возможно. Перемещение же в будущее в принципе возможно, но оно необратимо. Информация не может попасть из будущего в прошлое и нарушить причинно-следственные связи.

Подводя итоги, основные положения современной концепции континуума пространства-времени можно представить так:

пространство-время объективно, реально, это всеобщие формы бытия материи;

единство пространства-времени выражается в совместном их изменении в зависимости от концентрации масс и скорости их перемещения;

пространство многомерно и обратимо, а время необратимо и одномерно.