New Energy Technologies, № 3, 2001, p. 3-5.
© Л.С.Шихобалов
Тысячелетия проходят, а что есть время - остается неизвестным. Вряд ли имеется другое такое понятие, в отношении которого сосуществовали бы столь различные и даже взаимоисключающие представления. Вот некоторые из распространенных представлений о времени.
Время не существует; оно есть только субъективное ощущение.
Время - объективная реальность, являющаяся, как и пространство, формой бытия материи.
Время - лишь удобный способ описания движения тел и происходящих в мире процессов.
Время - причина движения тел и протекающих процессов.
Время абсолютно, оно ни от чего не зависит и одинаково для всех систем.
Время относительно, оно свое для каждой системы.
Время - мера строго повторяемых (циклических) процессов, которые реализуются только в неизменяющихся системах.
Время - мера изменчивости систем; в неизменяющихся системах время не течет.
Время обратимо (поскольку базисные уравнения физики не меняются при изменении знака времени).
Время существенно необратимо (ибо весь человеческий опыт свидетельствует, что будущее отличается от прошлого, и что кинофильм, пущенный в обратную сторону, во многом не реалистичен).
Время может быть математически описано как скалярная переменная величина, одинаковым образом меняющаяся во всех точках трехмерного физического пространства.
Время может быть описано как одно из направлений в четырехмерном многообразии, именуемом пространством-временем, причем это направление, вообще говоря, свое для каждой физической системы.
В общем, ситуация вокруг проблемы времени ныне остается такой же, какой она была еще несколько веков назад. Ее хорошо иллюстрируют слова, приписываемые блаженному Августину, которые звучат примерно так: "Пока я не думаю о времени, я знаю, что есть время, но как только я задумываюсь о нем, я перестаю понимать, что такое время".
Ситуация, связанная с понятием времени, осложняется еще и тем обстоятельством, что это понятие широко используется представителями самых разных областей знания (биологами, геологами, историками, филологами, психологами), при этом многие авторы вкладывают в понятие времени свой собственный смысл, зачастую не утруждая себя разъяснением того, что же они понимают под термином "время".
Рассмотрим некоторые базисные положения, касающиеся времени, которые основаны на достижениях философии и физики - наук, где проблема времени исследуется наиболее глубоко и подробно.
Большинство известных представлений о времени укладываются в две принципиально разные концепции времени - реляционную и субстанциональную. Различаются эти концепции трактовкой взаимоотношения времени и физической материи (к последней относятся вещество и физические поля). Согласно реляционной концепции в природе нет никакого времени самого по себе, а время - это всего лишь отношение или система отношений между физическими событиями, иначе говоря, время есть специфическое проявление свойств физических тел и происходящих с ними изменений. Другая концепция - субстанциональная - наоборот, предполагает, что время представляет собой самостоятельное явление природы, как бы особого рода субстанцию, существующую наряду с пространством, веществом и физическими полями. Реляционная концепция времени обычно связывается с именами Аристотеля, Г.В.Лейбница, А.Эйнштейна. Наиболее яркими выразителями субстанциональной концепции времени являются Демокрит, И.Ньютон и из современных ученых - Н.А.Козырев.
С философской позиции обе концепции времени подробно проанализированы в монографии [1]. В этой монографии показано, что каждая из концепций обладает своими достоинствами и недостатками, но при современной степени их разработанности ни одна не описывает всех свойств времени. В связи с этим сделан вывод, что никакая из концепций не имеет преимущества перед другой (хотя отмечается все же, что субстанциональная концепция более адекватна материалистическому миропониманию). С позиции физики анализ реляционной и субстанциональной концепций времени проведен в статье [2]. В ней сделано заключение о том, что современная физика, включая теорию относительности, также не дает основания для предпочтения какой-либо из этих концепций. Между тем, целый ряд принципиальных вопросов, связанных с временем, остается без ответа. Поэтому обе концепции времени нуждаются в дальнейшей проработке.
Отметим трудности, стоящие на пути развития этих концепций.
Сложность построения физической теории времени на основе реляционной концепции состоит в следующем. Поскольку реляционная концепция предполагает, что время полностью определяется физической материей, то в рамках такой теории время должно выражаться через какие-то характеристики процессов, происходящих в физических системах. Но тогда само понятие процесса должно быть определено до введения представления о времени и независимо от него. Однако, трудно представить себе, как можно сформулировать определение процесса без обращения к понятию времени, в частности, без использования таких характеристик процесса, как его продолжительность или скорость его протекания. Заметим, что аналогичная ситуация возникла бы и при разработке реляционной концепции пространства. Тут потребовалось бы сформулировать определение физической системы до введения представления о пространстве, то есть без упоминания даже такой простейшей характеристики системы, как ее пространственный размер. Совершенно не ясно, как это можно сделать.
Существенное затруднение при построении физической теории времени на базе субстанциональной концепции заключается в необходимости ответить на вопрос: "Каким образом временная субстанция передает свои свойства физической материи?"
Автору настоящей статьи не известны работы, в которых успешно преодолевалась бы упомянутая выше трудность, стоящая на пути развития реляционной концепции времени. Исследователи, придерживающиеся такой концепции, как правило, сосредоточивают внимание на описании способов измерения времени и не выясняют детально сущности самого явления времени. Напомним, что термин "время" имеет два разных смысла. Он обозначает, с одной стороны, определенное явление природы - время-явление, а, с другой стороны, некоторую количественную характеристику этого явления - время-параметр. Поскольку часы, как всякий физический прибор, есть элемент физической материи, то представляется вполне естественным, что может быть построена теория, в которой показания часов, устанавливающие значения времени-параметра, выражаются через какие-то свойства физической материи. Однако, даже успешное построение такой теории (которую можно назвать реляционной теорией часов или же реляционной теорией времени-параметра) не означает обязательно справедливости реляционной концепции времени, так как эта теория ничего не говорит о сущности времени-явления. Подчеркнем, повторяя сказанное в [3], что умение измерять какую-либо величину еще не служит гарантией понимания природы описываемого ею физического явления. Особенно наглядно это иллюстрирует пример с явлением теплоты: температура тел прекрасно измерялась с помощью термометра как во времена признания существования теплорода, так и после создания молекулярно-кинетической теории вещества. Таким образом, можно утверждать, что реальных успехов в развитии физической теории времени на основе реляционной концепции пока что не достигнуто.
В противоположность этому в разработке субстанциональной концепции времени в последние десятилетия наметилось определенное продвижение. Оно связано прежде всего с именем петербургского астрофизика Николая Александровича Козырева (1908 - 1983 гг.). Занимаясь проблемой происхождения звездной энергии, Н.А.Козырев выдвинул гипотезу о наличии у времени наряду с длительностью также других свойств - свойств, благодаря которым время активно воздействует на события мира. Ученый назвал эти свойства физическими или активными, а теорию, описывающую их, причинной механикой (такое название обусловлено тем, что по представлениям ученого физические свойства времени проявляются в причинно-следственных связях). Н.А.Козырев проделал большую теоретическую и экспериментальную работу в развитие своей гипотезы и дополнил ее циклом астрономических наблюдений. Основные результаты этих исследований изложены им в двух десятках публикаций, в большинстве вошедших в сборник избранных трудов ученого [4]. К сожалению, Н.А.Козырев не успел завершить разработку своей теории. Ученый указал возможный путь изучения времени и сам прошел значительную его часть.
Дальнейшее продвижение по пути, намеченному Н.А.Козыревым, осуществляют последователи ученого. В частности, в работе [5] в развитие идей Н.А.Козырева введено представление о пространственно-временной субстанции. Последняя представляет собой четырехмерное многообразие, обладающее геометрией псевдоевклидова пространства Минковского (благодаря этому она удовлетворяет всем положениям теории относительности). Кроме того, субстанция наделена определенными физическими свойствами. В данной модели предполагается, что вещество и поля, образующие наш мир, являются не самостоятельными физическим реальностями, а специфическими структурами такой субстанции (типа сгущений, вихрей и т. п.), в целом же наш мир есть одиночная волна наподобие солитона, распространяющаяся сквозь субстанцию в направлении от прошлого к будущему. В рамках данной модели сформулированный выше вопрос о том, каким образом временная субстанция передает свои свойства физической материи, разрешается сразу же: поскольку вещество и поля представляют собой особые состояния самой субстанции, то никакой специальной передачи свойств от субстанции к веществу и полям вообще не требуется - эти объекты уже исходно имеют общие с ней свойства. В такой модели получают ясный смысл понятия течения времени и его направленности, легко доказывается утверждение о симметрии мира, аналогичное известной CPT-теореме квантовой теории поля, удается показать, что наблюдающиеся зеркальная асимметрия мира и асимметрия его по отношению к частицам и античастицам могут быть следствиями воздействия на мир пространственно-временной субстанции. Развитием указанных представлений явилось построение модели электрона как структуры, образованной такой субстанцией [6, 7]. Эта модель в точности описывает электромагнитное поле произвольно движущегося заряда (причем без применения уравнений Максвелла).
К настоящему времени многие результаты теоретических, лабораторных и астрономических исследований Н.А.Козырева нашли подтверждение и развитие в работах других специалистов, использовавших различные подходы. Некоторые из этих работ опубликованы в коллективной монографии [8] и в двух специальных выпусках журнала "Galilean Electrodynamics" [9]. Изучению феномена времени посвящена работа Российского междисциплинарного семинара по темпорологии, постоянно действующего на базе Московского государственного университета (руководитель семинара А. П. Левич).
Растущий в последние годы поток сообщений об исследованиях, разрабатывающих идеи Н.А.Козырева, свидетельствует о перспективности основанного этим выдающимся ученым направления изучения времени. Вместе с тем, следует признать, что многие проблемы, касающиеся времени, пока еще не решены, и время по-прежнему остается тайной мироздания.
Научно-исследовательский институт математики и механики Санкт-Петербургского государственного университета