CC BY
69
УДК 115
А.П. КОРОТЧЕНКО СУЩНОСТЬ И АСИММЕТРИЯ ВРЕМЕНИ: ОТ АРИСТОТЕЛЯ И ДО ЕДИНОЙ ТЕОРИИ ПРИРОДЫ
Рассмотрены основные тенденции в определении сущности времени древнегреческим философом Аристотелем. Физика времени Аристотеля определяет время как число, как меру движения, как чувственное восприятие предыдущего и последующего в движении. На основании идей Аристотеля и математического определения необратимости, предложенного В этой работе, дается определение сущности времени как строго субъективной величины в следующем виде. Память человека фиксирует необратимость в природе, определяя интегральный эффект накопления строго положительного значения энтропии как четвертую координату пространства - координату времени.
Джон Уилер, сделавший целую эпоху в физике единой теории поля, утверждал, что за все время развития науки только теперь появилась возможность построить единую теорию природы. Создание такой теории явилось бы кульминацией в открытии законов гармонии Природы и Космоса. Он писал: " Однажды дверь, конечно, отворится и мы увидим сверкающий механизм нашего Мира во всей его простоте и совершенстве". Глубокое впечатление в этой Теории Великого Объединения производит не только единство и целесообразность природы, но и строгое предначертание в ее развитии и в гармонии с Космосом.
Так почему же великого философа древности Аристотеля Стагирита с той эпохи и до настоящего времени обвиняют в телеологии? Вся его философия предусматривала целесообразность в строении и в развитии природы. Он полагал, что для природы характерно конечное предначертание в каждом движении. Время, согласно Аристотеля, определяется как чувственное восприятие предыдущего и последующего в движении. Под угрозой смерти Аристотелю предъявляют стандартное обвинение в "оскорблении богов" и через тысячелетия - обвинение в том, что он считал время "таинственной иллюзией интеллекта".
1. Сущность феномена времени
Вновь наметившаяся тенденция материализации времени в физике и в философии, начало которой положил ДжУитроу в своем труде "Естественная философия времени", особо подчеркивает актуальность рассмотрения сущности феномена времени. Считая основные концепции Аристотеля о времени объективным идеализмом, Дж.Уитроу утверждает, что нельзя считать время "таинственной иллюзией интеллекта. Оно является существенным свойством всей Вселенной". Действительно, среди физических величин, характеризующих окружающий нас мир, нет, пожалуй, величины более неуловимой и недоступной пониманию, чем время. Над сущностью его с глубокой древности задумывались самые могучие умы, самые выдающиеся мыслители пытались постичь таинственный смысл времени.
Нет более древней и навязчивой метафоры для времени, чем образ времени как реки. "Вы не можете войти дважды в одну и ту же реку" - говорил греческий философ Гераклит. Струящиеся воды реки Леты в царстве мрачного Аида стали символом необратимости времени и его бесконечности - забвения. "Куда впадает река времени?" - было проблемой и мифологии и стало проблемой астрофизики сегодня. Однако река символ не только яркий, но и сбивающий всех с толку. "В каких единицах в этом случае нужно измерять скорость потока времени? - задает законный вопрос австралийский философ
Дж.Смарт. - В секунду за...? Ведь течет не время, а течет и изменяется наш мир". Всем этим еще с древности подчеркивалась основная сущность феномена времени - его необратимость в сознании человека.
То, что необратимость является основой сущности феномена времени, к этому согласию пришли и физики и философы. Однако в современной научной литературе по физике и философии остро обсуждаются до сих пор три основных и нерешенных направления этой проблемы:
1. Что такое время с точки зрения объективной реальности? Как оно вписывается
в логическую структуру современной микро- и макрофизики с ее теориями элементарных частиц и теорией гравитации?
2. Каково физическое основание временной направленности явлений природы в целом? Определяется ли оно одним универсальным динамическим законом или множеством взаимосвязанных физических законов?
3. Каков тогда теоретический статус инвариантности физических законов относительно перемены знака времени: является ли это следствием неполноты современного физического знания или же отражением глобальной симметрии нашей природы?
"Физика" Аристотеля и его основные тенденции в определении сущности времени и явились первый этапом на этом бесконечном пути к истине.
Существующие проблемы в определении сущности времени, были уже тогда, тысячелетия назад рассмотрены Аристотелем. Аристотель считал неудовлетворительным платоновское отождествление равномерного вращения Вселенной и времени, как это вновь и сегодня стало утверждаться в астрофизике. Он считал, что время вообще не должно отождествляться с движением, тем не менее оно лишь связано с движением: "Мы не только измеряем движение временем, но и время движением,,, ибо время определяет движение, будучи его числом... Таким образом, .время не есть движение само по себе, поскольку движение заключает в себе число". Если время - только и есть число, определяющее движение, тогда что же такое время с точки зрения объективной реальности? "Что время или совсем не существует, или едва существует, будучи чем-то неясным, можно предположить из следующего. Одна часть его быта, и ее уже нет, другая - будет, и ее еще нет, из этих частей и слагается бесконечное время. А то, что слагается из несуществующего, не может быть причастным существованию", - так утверждает Аристотель.
"Ясно, что время само по себе скорее будет причиной уничтожения, чем возникновения, ведь изменение само по себе является выходом из себя, а причиной возникновения и бытия - только по совпадению... Ничто не возникает, не будучи таким-то образом в движении и действии, а уничтожается и то, что не в движении, это мы и привыкли называть разрушением от времени. Однако не время его вызывает, а просто во времени бывает и такое изменение," - так предвосхитил на много веков вперед открытие 2-го начала тер-, модинамики великий Аристотель, представив явление необратимости в природе, определяемое временем, "как чувственное восприятие предыдущего и последующего в движении". Это и есть сущность времени.
Великие идеи Аристотеля Стагирита оказались не совсем очевидными и не столь доказуемы для новых времен, новой эпохи расцвета науки и техники. Их пришлось заново открывать, лишь потом вспомнив, что они принадлежат и являются идеями Аристотеля. Классическая физика XVI - XIX веков, как известно, рассматривала время как нечто абсолютное, воспринимаемое как материя, единое для всей Вселенной. Однако уже в XVIII веке появились концепции, не соответствующие идеям абсолютного времени И.Ньютона. Это были концепции Г.Лейбница, который отрицал идею Ньютона, что моменты времени
существуют сами по себе. Вместо этого он представлял их "классами событий" , связанных понятием одновременности, и определял время как "порядок последовательности явлений". Положение его, что «"время устанавливается из событий", внутренне присуще идеям Аристотеля. И.Кант определял время тоже как субъективно воспринимаемую последовательность, следующих друг за другом "состояний вещей". Однако современная философия обобщает, законы и формы движения материи и последовательность событий представлена здесь уже как всеобщая диалектика развития природы.
Действительно, нельзя упускать из виду, что частные формы взаимодействия и взаимных изменений вещей выступают основой изменения всеобщего характера. Это приводит к порождению новых вещей и новых форм движения, являясь развитием материи. В понятии движения как способа существования материи как раз и определено то, что через все многообразие разного рода изменений прокладывает себе путь развитие природы и общества. "Порядок последовательности явлений" современной философией представлен как развитие материи в целом, где изменение всех форм многообразия материи в виде движения выступает всеобщей формой проявления диалектики природы.
Физика времени Аристотеля предусматривала все формы движения материи, рассматривая уже тогда последовательность движения материи как всеобщую диалектику развития природы. "Может также возникнуть вопрос: для какого именно движения время есть число? Или для всякого? Ведь во времени все возникает, гибнет, растет, качественно меняется и перемещается; поскольку все есть движение, поскольку время есть число каждого движения. Поэтому оно есть число непрерывного движения вообще, а не какого-нибудь определенного вида... Время одно и тоже и для качественного изменения, и для перемещения", - так Аристотель определяет место времени в диалектике природы.
С появлением теории относительности выяснилось, что время, действительно, определяется как чувственное восприятие предыдущего и последующего в движении. "Если бы исчезла материя ,- подчеркивал в своей теории относительности А.Эйнштейн ,- вместе с ней исчезли бы пространство и время". Красное смещение в спектрах галактик, открытое Э.Хабблом в 1929 году, было воспринято как доказательство расширения Вселенной в целом. Это привело; вновь к восприятию времени как абсолюта, даже как "двигателя" Вселенной. Однако работы математика и философа К.Геделя и работы физиков Дж.Уилера и Ч.Мизнера поставили последнюю точку в этой проблеме: "Материя не существует в пространстве и во времени - она сама формирует свое пространство и свое время!" Однако проблема и физически корректное определение асимметрии времени и связь ее с необратимостью явлений в природе так и не получили своего окончательного решения.
2.Топология и асимметрия времени
Аристотель в своем исследовании времени не ограничивался только качественными соображениями. Хотя время не существует без изменения или движения, оно не сводится просто к движению. Время есть нечто, сообщающее движению внутреннюю структуру при всём разнообразии внешних проявлений. Такой анализ топологических и групповых свойств времени был проведен А.Грюнбаумом, который дал логическое объяснение понятий, относящихся к топологии физического времени. Анализируя распространенное понятие "направление времени" в логическом Контексте идей Г.Рейхенбаха, Грюнбаум обосновывает предпочтительность более четкого физического термина - анизотропия времени; выражающего структурные различия в физических процессах в виде необратимости взаимодействия.
В физике эта мысль нашла свое отображение в законах термодинамики, где впервые было сформировано в виде 2-го начала термодинамики понятие необратимого изме-
нения. Определенному в рамках этой феноменологической теории понятию энтропии суждено было стать мощным средством теоретического описания широкого круга реальных процессов. На основании этого понятия удалось разделить все известные физическое процессы на два четко различимых класса - обратимых и необратимых. Вместе с этим феноменологическое определение энтропии резко оттенило концептуальный пробел в теории необратимых процессов в виде отсутствия в этой теории фундаментального и необходимого для каждой теории общего физического принципа - принципа симметрии взаимодей-
Действительно, в основе каждой современной физической теории, как это утверждает известный физик и теоретик Г.Т. Хоофт, должен лежать определенный принцип -закон симметрии. Принцип симметрии формулируется в виде требования инвариантности относительно определенной группы преобразования, определяя фундаментальный закон сохранения для этого преобразования. Хотя понятие симметрии имеет свои истоки в геометрии, оно оказалось достаточно общим, способным охватить инвариантность по отношению к динамическим преобразованиям негеометрического типа. Такие симметрии получили название внутренних симметрий. Физика обратимых процессов и основана на законе такой инвариантности в виде обратимости любого акта термодинамического взаимодействия.
На основании этого определим феномен необратимости как механизм нарушения инвариантности обычного динамического описания относительно обращения времени в виде нарушения внутренней симметрии. Нарушение внутренней симметрии будет представлено здесь как факт несовпадения прямого и обратного актов термодинамического взаимодействия. Ставшая основой всех современных физических теорий, теория калибровочных полей Янга- Миллса предлагает в. этом случае механизм восстановления внутренней симметрии путем введения компенсирующих полей в виде так называемой ковари-антной производной. Это приводит к далеко ведущим теоретическим возможностям.
Формулировка 2-го начала термодинамики, предложенная Р.Клаузиусом для необратимых процессов уравнением
в современной геометрической трактовке может быть представлена выражением, известным в дифференциальной геометрии как ковариантная производная в виде:
Здесь 77,<2,7\д,£ - соответственно энтропия, количество тепла, температура, термодинамическая сила, коэффициент связности. Теоретические аспекты формализма Янга -Миллса, таким образом, позволяют представить 2-ое начало термодинамики как систему калибровочных полей, выравнивающих все потенциалы, существующие в природе, в обеспечение симметрии.
Когда Аристотель сделал вывод, что время - это вид числа, он уже тогда предполагал, что для самого измерения времени необходим постулат, определяющий существование "единичного", движения: "Оттого время и кажется движением небесной сферы, что этим движением измеряются прочие движения, и время измеряется им же". Взяв за основу этот постулат, вычислим интеграл от От} по замкнутой поверхности определяемой масштабом изменений в природе, за период гу:
ствия.
О)
Цт1 = 5,Г1 + ёА1г1"
(2)
ду = = Цф^сг" - 2тН = 2я*£Т„Н\ (3)
Здесь Я* - любые изменения, выраженные в единицах энтропии, как меры изменения потенциалов природы, например, за ту = 1 год, у - индекс года относительно определенного летоисчисления. Для нашего летоисчисления это изменение энтропии М определится в виде натурального ряда: 1
1997
М = 2яг£т,Н1' =2от1Н'+2эт2Н2 +... + 2ят1997Нт\ • (4)
I
Подинтегральное выражение ф(/ представляет собой тензор напряженности поля в виде суммы обратимой части и необратимой - коммутатора векторных
(5)
Этот тензор определяет механизм необратимости всех явлений в природе в трехмерном пространстве. Для любого движения в трехмерном пространстве геометрия этого преобразования строго необратима и каждое движение определяется дифференциальной геометрией как коммутатор группы преобразования в виде тензора напряженности Фу.
Это относится и к движению в виде взаимодействия тел в количестве больше трех. Именно это и дает ответ на воцрос: когда классическая механика становится неинвариантной относительно времени, определяя необратимость взаимодействия в трехмерном пространстве? Действительно, любое движение из точки А в точку В за счет последовательного воздействия ковариантной производной в виде двух движений определяется Б, Dj г|. В точку А из В возвращение должно быть обеспечено обратным последовательным движением Оз В* т). Акт прямого взаимодействия не замкнут актом обратного взаимодействия, образуя.геометрию несовпадения в виде вектора, пропорционального тензору напряженности динамического поля:
Ц0г1-0)Дт1 = [Ц)В1]ч1 = -£ф.'п. ' (6)
В дальнейшем необратимость всех явлений природы в целом предполагается как интегральный эффект накопления строго положительного значения энтропии, фиксируемого памятью человека, определяемого необратимыми изменениями в природе в виде механизма необратимости - коммутатора группы преобразования. А три, известные в философии и в физике "стрелы времени",- астрофизическая, социально-биологическая и термодинамическая являются частным проявлением одного этого общего механизма необратимости, который и придает времени свойство асимметрии. Таким образом, существует единый механизм необратимости в природе, который определяется коммутатором группы преобразований, не равным нулю в трехмерном пространстве, и фиксируется памятью человека как четвертая координата пространства - координата времени.
Идеи и гипотезы, связанные с теорией времени, нам дала античная греческая мысль, где наука и философия были тесно связаны между собой. Уже сейчас можно утверждать, что эти идеи помогли раскрыть загадку многих законов и явлений природы и, в данном случае - загадку сущности и необратимости времени. Для представления временного континуума в качестве измеримого множества и предлагается здесь строго однозначная и анизотропная топологическая схема, определяемая основным феноменом человеческого сознания - его памятью.
Аристотель был прав. Можно смело утверждать, что время - таинственная иллюзия интеллекта, и столь же иллюзорная, как и система пространственных координат!
Перечень ссылок
1. Хайдеггер М. О существе и понятии ФУЕ1£. Аристотель. Физика. -М.:Медиум,1995.
2. Девис П. Суперсила: Поиски единой теории природы. - М. Мир, 1989.
3. Уитроу Дж. Естественная философия времени. - М.: Прогресс, 1964.
4. Аристотель. Собр. соч. в 4 т. - М. Мысль, 1981.
5. Пассмор Дж. Новейшие философы. - М.: Высш. шк., 1994.
6. Мизнер Ч., Торн К., Уидер Дж. Гравитация, тт 1-3. - М.Мир, 1977.
7. Грюнбаум А. Философские проблемы пространства и времени. - М.: Прогресс, 1969.
8. Рейхенбах Г. Направление времени,- М.: ИЛ, 1962.
9.,Климонтович Ю.Л. Критерии относительной степени упорядоченности открытых систем//Успехи физ. наук,- 1996. -Т.166, №11. - С.1231-1243.
10. Т Хоофт Г. Калибровочные теории сил между элементарными частицами //Успехи физ. наук. - 1981.-Т.135, Вып.З. -С.479-512.
11. Коротченко А.П. Геометрические аспекты термодинамики многокомпонентных химических сред //Журнал физ. химии. - 1985. - Т.59, №2. - С.284-295.
12. Ченг Т.-П., Ли Л.-Ф. Калибровочные теории в физике элементарных частиц. -М.Мир,1987.
13. Шпон Г. Крупномасштабная динамика взаимодействующих систем. - М.: Наука, 1992.
14. Эбелинг В., Энгель А., Файстель Р. Физика процессов эволюции. - М.: Наука, 1992.
15. Пригожин П., Стенгерс И. Порядок из хаоса. - М.: Мир, 1986.
