Пространство и время

(реферативное исследование)

1. Начало

Решение написать реферат, в котором бы подробно анализировались категории пространства и времени, связано с тем, что это действительно мне интересно. Этот интерес давний и искренний. Подтверждением тому моя научная работа в области теоретической физики – я занимаюсь квантовыми черными дырами. Для непосвященного, возможно, не ясно, как это касается пространства и времени, но, надеюсь, в этой работе я смогу объяснить это. Конечно, есть риск превратить реферат по философии в научно-популярную статью по физике, но, коль скоро мы заговорили о пространстве и времени, без экскурса в современную физику наше обсуждение будет существенно неполным.

Кроме того, ни один из крупных философов от древности до ХХ века не обходил вниманием понятия пространства и времени, поэтому недостатка в реферируемом нет, и это немаловажно. Вопрос, что же есть пространство и время, тем не менее, как кажется мне, еще далек от своего полного разрешения. Физика уходящего столетия заставила несколько раз поменять взгляды на столь фундаментальные понятия и выявила несостоятельность большинства философских концепций. Наверное, сейчас редкий философ рискнет обсуждать этот вопрос, отдав его на откуп физикам, что еще раз подтверждает мое право не только цитировать классиков, но и принять посильное участие в дискуссии. Здесь можно привести шутливое высказывание замечательного американского физика-теоретика Ричарда Фейнмана: “… когда будут открыты все физические законы, придет время философов, которые до этого стояли рядом и подавали глупые советы” [1]. Ввиду отсутствия ясного взгляда на пространство и время и даже, быть может, их четкого определения, нам остается рассмотреть историю вопроса, которая открывается греческой философией и проходит практически через все основные философские учения. В реферате сознательно обойдем слишком экзотические концепции, такие как теория Бергсона, и это вовсе не значит, что они были совсем упущены из вида. Дело в том, что их ценность для современности и будущего науки представляется сомнительной.

Все многообразие взглядов можно разделить на две основные категории. 1) пространство и время субъективны; 2) они объективны. Пожалуй, нумерацию лучше поменять, т. к. я являюсь последовательным сторонником первой точки зрения. В разные времена люди ставили разные вопросы касательно природы и свойств пространства и времени, но один из них, по крайней мере, прослеживается издревле: существует ли “пустое пространство”? Позже к нему примкнул другой: можно ли говорить о времени, если “ничего не происходит”. Не буду интриговать читателя и скажу, что на эти вопросы в середине ХХ века, наконец-то, получен строгий однозначный ответ – нет. А вот почему? С объяснением придется подождать. Необходимые комментарии и пояснения из области физики будет даны по ходу обсуждения.

Действительно, категории пространства и времени являются, пожалую, одними из самых сложных в философии. Человек желает раскрыть истинный смысл и природу вещей и явлений, его окружающих. Если с объяснением материальных объектов (назовем их так) дело обстоит более менее неплохо, то с пространством и временем вопрос темный. Как мне представляется, причина состоит в том, что большинство материальных объектов человек может “повертеть в руках”, рассмотреть их, поэкспериментировать с ними и, поразмыслив, составить представление об их природе. Ставить опыты со временем и пространством человечество еще не научилось, и на долю ученых остается лишь их мысленное созерцание. Мы до сих пор подобны греческим философам, которые строили свои метафизические теории без активного вмешательства в природу, ограничиваясь случайными, и, в общем-то, неупорядоченными наблюдениями. Понятно, что при этом трудно рассчитывать на глубокое и правильное понимание вопроса. Видимо придется ждать нового Галилея, который сможет ставить опыты со временем и пространством. Если верить обещаниям американских физиков и инженеров, то ждать осталось недолго. В скором времени мы станем свидетелями первого в истории человечества эксперимента с пространством и временем – возможным наблюдением гравитационных волн в рамках американского проекта LIGO. Первая установка требуемой точности вступит в строй, как обещано, в 2001 году в Калифорнии (США).

2. Греки

Итак, начнем с греков. Большинство из философов того далекого прошлого не интересовались пространством в чистом виде, обсуждение подобных проблем носило вспомогательный характер при анализе покоя и движения и вообще в метафизике. А это в свою очередь для греков неизбежно сводилось к вопросу о существовании пустоты или, мы бы сказали, “пустого пространства”, не заполненного никакими телами. Причем люди уже тогда хорошо понимали, что воздух не есть настоящая пустота – это тоже тело (среда). Доводы сторонников существования пустоты в природе сводились к аргументу, что если бы в мире все места были заполнены, то тела не смогли бы двигаться, и это противоречит истинному положению дел. Этот довод был очень сильным и греки, в общем-то, ничего не смогли противопоставить ему по существу. Вывод, сделанный последователями Парменида, был неожиданным и парадоксальным, – движения нет. Не будем обсуждать мировоззрение и философию, следующее отсюда, сосредоточимся на самом утверждении. “Конечно, можно возразить, и, вероятно, это будет основательно, что движение никогда не может возникнуть в заполненном пространстве, но нельзя обоснованно утверждать, что оно там вовсе не может происходить” [2].

Очень замечательны в этом отношении апории Зенона, ученика Парменида. Мы вполне можем утверждать, что эти парадоксы касаются непосредственно свойств пространства и времени. Они настолько широко известны, что приводить их здесь смыслы не имеет, перейдем сразу же к анализу. Зенон старался показать при их помощи парадоксальность движения. Но для нас очень важно то, что пространственный отрезок Зенон считал возможным делить до бесконечности также как и рассматривать бесконечно близкие моменты времени. Таким образом, можно утверждать, что в античности пространство и время мыслились непрерывными, это один из важнейших для нас моментов, запомним это.

Современники Зенона были настолько поражены апориями, что конечно же старались найти какие-то объяснения. Здесь я упомяну интересное разрешение этих парадоксов, данное Демокритом. Вообще последовательная позиция этого атомиста заслуживает уважения, ведь он считал “зернистым” не только вещество, но и время, и пространством. Довод Демокрита состоял в том, что пространство дискретно, и для тела возможно лишь определенное счетное множество положений. Поясняя эту мысль, скажу, что пространство представлялось ему как бы разлинованным на клеточки, и атомы могут находиться только в определенных клетках, а с одного место в соседние перемещаться скачкообразно. Долгое время казавшаяся оригинальной, но не имеющей никакого отношения к действительности, эта точка зрения вновь привлекла к себе внимание лишь сейчас в связи с гипотезами относительно теории квантовой гравитации. Недавно некоторые авторы, к которым относится и известный советский физик Блохинцев [4], делали попытки проанализировать модель дискретного пространства-времени. Квант пространства при этом равнялся невообразимо малой величине 10^-33 см, а квант времени 10^-43 сек. Хотя и нельзя сказать, что такой подход сейчас считается перспективным, но столь неожиданные параллели между античными идеями и современными физическими парадигмами весьма замечательны. Во избежание недоразумений поясню, что сейчас уже речь, конечно, не идет о преодолении классических апорий, причина введения дискретного пространства состоит в другом.

Позже греки отчетливо разделяли материю и пространство, как вместилище всех вещей, наиболее четко такая позиция сформулирована у Аристотеля: “Утверждающие существование пустоты называют ее местом; в этом смысле пустота была бы местом, лишенным тела” [3]. Кстати, у Аристотеля движение возможно только благодаря веществу. Брошенное тело высвобождает позади себя место, куда устремляется воздух, подталкивая тело вперед. Далее следует развитие этой мысли, что в более разреженной среде сопротивление движению слабее и тело движется быстрее. Так в пустоте движение стало бы настолько быстрым, что тело приобрело свойство вездесущности. Этот вывод говорит о весьма оригинальном понимании Аристотелем пространства и его свойств. Несмотря на кажутся наивность такой точки зрения, здесь содержится весьма глубокое умозаключение, что в пустом пространстве все положения (точки) равноправны, хотя стагирит, видимо, не понимает это утверждения в подобном свете. Эти идеи Аристотеля представляются мне этаким античным аналогом теоремы Эммы Нетер, сформулированной в прошлом веке.

Говоря об античном воззрении на пространство и время, никак нельзя обойти геометрию Евклида. Это, наверное, первая строгая и последовательная научная теория, построенная индуктивным способом на основе аксиом, которых в элементарной геометрии пять. Эти постулаты казались совершенно естественными и неколебимыми для математиков вплоть до Лобачевского, Бойяи и Римана (см. ниже). Аксиомы Евклида произошли исключительно из опыта, т.е. согласно Канту представляют собой синтетические высказывания, однако, тот же немецкий философ замечает, что даны они человеку априори. Что важно для нас в античной геометрии. Наверное, стоит отметить то, что люди научились теоретически обращаться с идеальными объектами на плоскости – точками, прямыми и т. д., греки смогли абстрагироваться от реальных объектов и рассматривать отдельно форму. Можно сказать, что во времена Евклида, появились абстрактные представления о пространстве. Это знаменует качественной скачек в сознании, с пространством, оказывается, можно оперировать, отвлекаясь от наполняющего его вещества.