Проблемы времени и проблемы естествознания

Проблемы времени и проблемы естествознания

Понятие «время» пронизывает и повседневный быт, и технику, и культуру, и все бытие; мало можно найти в мире идей, которые так или иначе не связаны со временем.

Многие проблемы естествознания также связаны с проблемами времени. Среди них – само происхождение течения времени: что течет в нашем мире, что заставляет нас постоянно меняться?

Почему фундаментальные уравнения физики обратимы во времени, а реальные процессы мира явно необратимы?

Как в наш мир приходит новое, почему он изменяется? Откуда происходит новое? Конечно, происхождение становления – это проблема не только естествознания, но тем не менее и естествознание должно внести вклад в ее разрешение.

Откуда в науке берутся фундаментальные уравнения? Такие уравнения носят имена их гениальных создателей – например, Ньютона, Максвелла, Эйнштейна – и лежат в основе точного знания. А что делать в тех областях знания, где эти уравнения пока не угаданы и не родился еще подобный гений, а без нужных уравнений не удается работать «строго»? Может быть, не угадывать, а выводить эти фундаментальные уравнения? То, что мы называем законами изменчивости, уравнениями обобщенного движения, фактически есть способ описания изменчивости интересующего нас фрагмента реальности с помощью привычной, известной нам эталонной изменчивости, например, с помощью физических часов. И от того, насколько правильно мы сможем описать эту изменчивость, насколько угадаем способ ее измерения, зависит возможность угадать или увидеть уравнения, которые нас интересуют.

Среди интересующих нас проблем – и та, насколько неизбежна тепловая смерть мира. Если наш мир изолирован и в нем действует второй закон термодинамики, то пройдет несколько сотен миллиардов лет, и во Вселенной не будет ничего, кроме многочисленных электронов и нейтронов, рассеянных на огромных пространствах; все придет к равновесию. Но готовы ли мы внутренне с этим согласиться?

Еще одна проблема в том, что естествознание и гуманитарные науки имеют дело не со временем, а с временами: есть время психологическое, астрономическое, физическое, биологическое, географическое. Откуда берутся такие специализированные «дисциплинарные» времена? Имеют ли они право на существование, или все-таки время универсально?

Обратим внимание на отношение к времени в нынешнем естествознании, причем не в формализованной его части, а в той, что называют парадигмой. В парадигму входят не высказываемые явно, но существующие предпосылки, верования, символы нашей приверженности той или другой школе, то, без чего тем не менее никакая наука, самая строгая и точная, не существует. В нынешней парадигме ко времени относятся скорее как к предмету философии, а не как к объекту естествознания. Считается, что время – исходное и неопределяемое понятие. Такой подход – не недостаток, потому что любая наука не может строиться на пустом месте, она всегда начинается с каких-то исходных, неопределяемых понятий. Но, строго говоря, раз в науках время – такое исходное и неопределяемое понятие, то мы не можем обсуждать его свойства, нам не о чем дискутировать, потому что все, что мы знаем о времени, спрятано в нашей интуиции, а о символах веры и интуиции бессмысленно спорить, это уже не предмет науки.

* * *

Проведем краткий экскурс в естествознание столетней давности и посмотрим, какие вехи были связаны с развитием представлений о времени и постепенно приводили к расшатыванию привычной парадигмы.

Одна из вех – это работы Людвига Больцмана, который хотел установить мостик между необратимостью уравнений статистической физики и обратимостью фундаментальных уравнений механики. То есть в работах Л. Больцмана был поставлен вопрос, обратимо ли время в физике.

Следующая веха – работы Альберта Эйнштейна по согласованию законов преобразования скоростей в классической механике и законов распространения света. Чтобы сделать это, оказалось достаточным ввести новые представления о времени, а именно новый способ измерения одновременности событий, которые удалены друг от друга. И поскольку способ согласования связан с конечной скоростью распространения сигнала, оказалось, что эта одновременность не такая, как в классической науке. А еще пришлось ввести в теорию новые часы, которые ранее были изобретены Ланжевеном. В работе Эйнштейна они носят название световых часов и связаны со способом измерения времени с помощью распространения светового сигнала. Нового типа часов и нового определения одновременности оказалось достаточно, чтобы построить новую теорию, которая перевернула классическое естествознание.

Следующая веха относится к середине XX века и связана с работами нашего соотечественника, пулковского астронома Николая Александровича Козырева. Истоки его интереса ко времени происходили из естествознания. В своей докторской диссертации он исследовал проблему происхождения энергии в звездных источниках. Светимость источников не вписывалась в известные теории термоядерного синтеза в недрах звезд, и для объяснения происхождения энергии Николай Александрович предложил идею необходимости существования некой сущности, не совпадающей ни с материей, ни с пространством, ни с энергией в обычном их понимании. Эту сущность он назвал потоком времени. Сформулировав предположение об активных свойствах времени, в течение десятилетий Н. Козырев со своими коллегами занимался исследованием свойств времени, сводя их к неравновесным процессам в нашем мире и к влиянию этих процессов на другие процессы. Следует сказать, что эффекты, которые обнаруживаются в экспериментах Николая Александровича, лежат на границе точности. Некоторые из них были повторены независимыми исследователями, и далеко не всегда результаты совпадали. На мой взгляд, проблема, поставленная Козыревым, остается открытой до настоящего времени, но сейчас важен весь круг его идей. Эти идеи связаны с возможностью открытости Вселенной, с тем, что время может быть предметом естествознания, а не только философии, что его можно исследовать как активное свойство мира. Эти идеи останутся в науке независимо от того, насколько верны экспериментальные исследования или конкретные аспекты приложения этих идей. После работ Козырева ко времени нельзя относиться как к только философской категории, потому что с его работами время как активный компонент вошло в предметную область естествознания.

Следующее, на что хотелось бы обратить внимание, – это быстрый рост публикаций о специфических временах в литературе после 50–60-х годов XX века. Можно назвать сотни, тысячи, десятки тысяч работ, посвященных времени биологическому, психологическому, геологическому… Может быть, нет смысла вводить биологическое время, когда можно говорить о биологических процессах? Ведь в биологии можно пользоваться теми же часами, которые родились в астрономии. Однако есть один аспект, который является основной причиной интереса к возникновению специфических времен.

Мы лишены свободы перемещения во времени, такой, какая у нас есть при перемещении в пространстве. Мы не можем «схватить» текущую минуту и сравнить ее с предыдущей. Все, что мы можем, – это договориться, что нынешний год в точности равен предыдущему или 1900 году, который в свое время был связан с эталоном секунды. Соглашение о том, какие промежутки времени считать равными, лежит в основе нашего измерения времени. За равные отрезки времени можно принять периоды колебания атомов цезия, или время оборота Земли вокруг оси, или промежутки между ударами пульса – и в этих промежутках можно измерять все другие. Право на это у нас есть ровно такое же, как на применение других единиц времени. «Одни или другие часы не могут быть хорошими или плохими, они могут быть только более или менее удобными», – писал А. Пуанкаре. Например, за единицу времени можно принимать промежуток между делениями клетки. Оказывается, если в этих единицах измерять изменения зародыша, мы находим закономерности, которые не могли обнаружить, используя астрономическое время. В геологии за единицу времени принимают не доли астрономического года, а толщину геологических наслоений.

Еще одна из вех изучения времени в XX веке – это тенденция к возвращению субстанциональных воззрений. Казалось бы, эфир и флогистон ушли в далекое прошлое. Теория относительности – вершина реляционных воззрений, в ней рассматриваются отношения между объектами, но не среда, не эфир, не материальный носитель взаимодействия, который тем не менее существует в природе. Эйнштейн понимал и писал неоднократно, что мы не можем работать с пустотой, потому что у пространства должна быть физическая структура. Можно называть эту структуру эфиром, можно средой, можно не делать этого, но, если мы хотим оставаться физиками, естествоиспытателями, мы должны заботиться о физической структуре пространства, структуре взаимодействий, физической структуре полей. Этим занимаются субстанциональные подходы.

Особенно мощный набор субстанциональных концепций связан с теорией физического вакуума, когда множится набор скалярных, векторных, тензорных и других полей, с помощью которых описываются и физические взаимодействия, и мир психики и сознания, и коммуникации, и многие аспекты биологического мира. По-видимому, в нынешнем естествознании не хватает каких-то сущностей для описания реальности, в частности для описания времени. И эти сущности, возможно, возникнут при использовании субстанциональных подходов.

Александр Левич, д-р биол. наук, МГУ