Введение
Проблема «стрелы времени» занимает физиков и философов уже почти два века, став центром метафизического напряжения с момента, когда был открыт второй закон термодинамики. По сей день эта проблема занимает центральное место среди нерешенных фундаментальных проблем физики и космологии. Попытаемся вначале придать точный смысл словам «стрела времени», ибо лишь только подступая к проблеме мы попадаем на минное поле нечеткости и неопределенности, окружающее понятие «времени» вообще и «стрелы времени» в частности.
В начале хорошо бы определиться с понятием «времени». Время — существительное, и современный, философский, семиотически ориентированный ум, немедленно спросит [1]: а каков же денотат, референт существительного «время» [2]? Попросту говоря, что означает слово «время»? Уже в ответе на этот наивный вопрос мы испытывает затруднения, и в повседневной речи; говоря о времени, указываем на события, происходящие во времени, промежутки времени [3], или прибор для измерения времени — часы [4]. Стоит начать с точки зрения Аристотеля на время: «всякое движение находится в некотором количественном числовом отношении со всяким другим движением, так как оно существует во времени, а всякое время находится в отношении со временем, поскольку обе величины конечны» [5]. Остается изумляться философской проницательности Аристотеля, относящего возможность количественного описания движения к его протеканию во времени. Однако Аристотель уклоняется от вопроса о референте времени. Время, есть количественная характеристика движения, но не само движение.
Блаженный Августин ясно видел трудность в том, что у времени нет денотата. «Я измеряю и не знаю, что измеряю. Я измеряю движение тела временем. И разве я не измеряю само время? Когда я измеряю, как долго движется тело и как долго проходит оно путь оттуда сюда, что я измеряю, как не время, в течение которого тело движется? А само время чем мне измерять? .. Что же я, Господи, измеряю, говоря или неопределенно: “это время длиннее того”, или определенно: “оно вдвое больше того”. Что я измеряю время, это я знаю, но я не могу измерить будущего, ибо его еще нет; не могу измерить настоящего, потому что в нем нет длительности, не могу измерить прошлого, потому что его уже нет. Что же я измеряю?» [6]. Как полагал Бертран Рассел, суть решения проблемы времени Августином заключается в том, что время субъективно: время существует в человеческом уме, который ожидает, созерцает и вспоминает. Из этого следует, что не может быть времени без сотворенного существа… Я лично не согласен с теорией Августина, поскольку она делает время чем-то существующим в моем уме». Реально существует для Августина только настоящее [7]. Здесь следует отметить два обстоятельства: Расселу не нравится, то что время требует наблюдателя, но это точка зрения, не так далеко расположилась от взглядов Джона Арчибальда Уилера, о которых мы поговорим позднее, полагавшего, что физика имеет дело исключительно с наблюдаемым миром [8]. Во-вторых, отсутствие денотата прошедшего и будущего времени, приводит Августина к необходимости признать их несуществующими.
Для Лейбница, время возникает в качестве фактора, определенным образом упорядочивающего события, задающего последовательность событий и вне, и помимо этих событий не существующего [9]. Кант, по-видимому, первым указал на то, что в отличие от других существительных время обозначает не объект, а отношение между объектами. Во многом следуя Лейбницу, Кант полагал, что денотат времени не предмет не вещь, не множество вещей, но априорная форма, условие восприятия вещей, инстинктивные навыки, присущие мыслящему субъекту [10]. Дадим слово самому Канту: «Время не есть эмпирическое понятие, выводимое из какого-нибудь опыта», но есть «чистая форма чувственного созерцания» [10]. В Эйнштейновской теории относительности время — не более чем четвертая координата пространственно-временного континуума. Позднее Эйнштейн скажет: ход часов зависит от гравитационных полей, в которые часы погружены [11], и не вполне в шутку проговорит, что: «Для нас, убежденных физиков, различие между прошлым, настоящим и будущим — не более, чем иллюзия, хотя и весьма навязчивая», тем самым отрицая «стрелу времени», которой посвящен данный текст. В пост-Эйнштейновскую эпоху, стало привычным говорить не о времени, а о “временах”: абсолютном, относительном, цикличном, биологическом, индивидуальном [12]. Таким образом, указать денотат времени не так-то просто.
Итак, указать референт, денотат существительного время оказывается невозможным. Однако возможен необычайно плодотворный подход к понятию времени, предложенный Гансом Рейхенбахом в его книге «Направление Времени» [13]. Итак, мы не можем указать денотат, референт «времени». Но мы можем попытаться взглянуть на проблему времени с точки зрения логики, объявив время экспликандом, и задавшись вопросом: а что же является экспликансом времени. Напомним, что в теории логической экспликации неточное понятие называется экспликандом, а точное экспликансом. Рейхенбах предположил, что экспликансом временного порядка является причинный порядок. Заметим, что Рейхенбах, тем самым, избегает вопроса о том, что есть время, предпочитая отвечать на вопрос: что есть временной порядок? Ставя вопрос подобным образом, Рейхенбах показывает поразительную вещь: «путешествуя вдоль причинных цепей, мы сделаем открытие, что никогда не сможем вернуться в исходную точку, или другими словами, что замкнутых причинных цепей не существует». Это открытие Ганса Рейхенбаха представляет собою одно из возможных решений парадокса «стрелы времени». Заметим, что точка зрения Рейхенбаха подвергалась уничтожающей критике со стороны Бертрана Рассела и Стивена Хокинга. Рассел и вообще полагал понятие «причины» избыточным и философски бессмысленным.
Парадокс «Стрелы Времени» на Разных Уровнях Физической Реальности
Словосочетание «Стрела времени» было пущено в обиход Эддингтоном [14], как кажется, имевшего в виду стрелки, расположенные на перекрестках дорог, и указующие направление движения транспорта [3]. Уже у Вергилия в «Георгиках» «время улетает» [15]. Наш повседневный опыт доставляет нам массу доказательств однонаправленности течения времени; нам кажется, что время само по себе задает порядок течения событий, различая между прошлым и будущим. Пролитое молоко не соберется обратно в стакан, разбитая чашка не окажется вновь целой, а ушедшие из жизни не будут с нами. Таким образом возникает интуитивное представление о «стреле времени», противоречащее, полностью обратимым законам, как классической, так и квантовой механики, инвариантных относительно обращения времени . Любопытно, что Ньютон в «Оптике» отмечает «Motion is much more apt to be lost than got, and is always upon the decay» [16], что означает следующее: «движение скорее будет потеряно, нежели приобретено, и всегда находится в состоянии деградации». Эту фразу можно интерпретировать и как первое указание на необратимость физических процессов, на «стрелу времени».
Прекрасный критический обзор проблемы «стрелы времени» содержится в работах 17-18; проблемы, имеющей статус закоренелого парадокса (в прямом переводе с древнегреческого: «парадокс», неожиданное, странное суждение; в современном русском языке парадоксальным является умозаключение внутренне противоречивое). Наиболее точная формулировка парадокса «стрелы времени» содержатся в недавней статьей Е.А. Мамчур [19]. В частности, в этой работе показано, что существует по меньшей мере три формулировки парадокса: «В первой формулировке, выдвинутой И. Пригожиным и И. Стенгерс, ставится вопрос: Как могла возникнуть стрела времени на более высоких уровнях описания природы, если ее не было на самом нижнем, фундаментальном уровне (в физике)? В химии, биологии, геологии и других областях естественных наук, также как и в некоторых гуманитарных науках, прошлое отличается от будущего (существует асимметрия между ходом разворачивания событий в прошлом и будущем), так что стрела времени здесь существует; тогда как на фундаментальном уровне познания мира реализуется полная симметрия между прямым и обратным ходом событий. Стрелы времени здесь нет, и прошлое не отличается от будущего” [19, 20]. Иначе говоря, как же получается, что наблюдаемый нами физический мир, описываемый фундаментальными обратимыми уравнениями классической и квантовой механики и теории поля (общей теории относительности) наполнен необратимыми макроскопическими явлениями, будь то физическими или биологическими. Итак, фундаментальные уравнения физики обратимы, как же возникает необратимый наблюдаемый нами мир? Как возникает беспощадная «стрела времени»? Отметим неявное предположение, латентно принимаемое, при подобной формулировке: парадокса стрелы времени: по умолчанию предполагается, что фундаментальны системы, состоящие из небольшого числа частиц, вполне описываемые уравнениями классической и квантовой механик и теории поля. Системы, содержащие большое число частиц, — вторичны, их свойства должны быть описаны на основании законов, прекрасно описывающих поведение малонаселенных систем. Забегая вперед, замечу, что автор полагает именно это положение философски неоправданным, и в конечном счете приводящим к «парадоксу стрелы времени». Системы, состоящие из большого числа частиц ничуть не менее фундаментальны, нежели физические системы, включающие в себе одну-две-три частицы, а под фундаментальностью, мы на самом деле понимаем приятную для человеческого разума интеллектуальную прозрачность.
Вернемся к статье Е.А. Мамчур, предлагающей вторую из возможных формулировок парадокса “стрелы времени”: «существует противоречие между нашим обыденным, повседневным опытом и законами физики, действующими на фундаментальном уровне. В нашем повседневном опыте мы никогда не видели, чтобы молоко, разлившееся из упавшего со стола стакана, вновь собралось в стакане; или чтобы в смешанном со сливками кофе удавалось отделить друг от друга компоненты смеси; чтобы сгоревшие свечи восстанавливались; упавшее и разбившееся яйцо вновь собралось и стало целым, хотя законы, действующие на фундаментальном уровне описания природы, являясь симметричными относительно прошлого и будущего, прямого и обратного направления хода событий не запрещают этого. Ничто в уравнениях фундаментального уровня не указывает на различие хода событий, развиваются ли они в прямом или обратном направлении. Откуда же тогда берется асимметрия в реализации событий, которую мы так явственно видим в нашем повседневном опыте?». И вновь обратим внимание на то, что под фундаментальным уровнем понимания природы, понимается взаимодействие между небольшим числом частиц.
И, наконец, третье оформление парадокса стрелы времени предложено Брайаном Грином: «существует противоречие, несоответствие между реальностью, наблюдаемой нами в обыденном опыте, и той, более «тонкой» реальностью, которую выстраивают ученые в процессе теоретического познания мира [21]. Грин полагает, что настоящей реальностью является не та, что мы ощущаем в повседневном опыте с помощью наших органов чувств, а та, которая выстраивается наукой в процессе теоретических и экспериментальных разработок [21]. Органы чувств могут обманывать нас. «Стрела времени благодаря своей роли, определяющей нашу повседневную жизнь, и благодаря своей сокровенной связи с происхождением Вселенной попадает на стык между реальностью которую мы ощущаем, и той более тонкой реальностью которую стремится открыть передовая наука», — пишет Грин. Настоящей реальностью Грин считает ту реальность, которую выстраивает наука» [19, 21].
На этой точке зрения, отстаиваемой Брайаном Грином, и представляющей собою крайний рецидив платонизма в естествознании, мы остановимся подробнее. Настоящей, подлинной реальностью, Грин полагает реальность физических моделей, и, если продлить мысль, реальность математики. Эту же платоновскую мысль, обостряя и доводя до логического завершения, отстаивает и физик-теоретик Макс Тегмарк, утверждая что реальность в которой мы живет и есть математика [22]. Иначе говоря, логически непротиворечивые математические объекты существуют реально. Подобный платоновский подход снимает парадокс стрелы времени. В самом деле в математике нет ни становления, ни необратимости, ни физического времени.
Если теоретическая физика эквивалентна математике, эквивалентна миру идеальных платоновских объектов, стрела времени не более, чем иллюзия, как полагал Эйнштейн, ибо время теоретической физики — тоже особое, выделенное, вычлененное время. Физик-теоретик и глубочайший философ Генрих Соколик назовет его трагическим и музыкальным [23, 24]. Эта мысль впервые была озвучена физиком-теоретиком Генрихом Соколиком в трактате «Огненный лед», к сожалению, сегодня прочно забытом. «Ганс Рейхенбах пишет в «Направлении времени» о театральном зрителе, пытавшемся предупредить Ромео, о том, что его любимая сейчас проснется. Но трагедию невозможно предотвратить, ибо она «записана на пленку», точнее, истинная трагедия, по сути своей, всегда записана на пленку. Время, будучи связано с некоторым выделенным процессом меняет свой характер, становясь воспроизводимым… Иначе говоря, теоретическое время музыкально в смысле, который придавал этому термину Томас Манн. В романе «Волшебная Гора», главным героем которого является время, Манн отметил, что «музыкальное время» — выемка в обычном времени, куда устремляется музыка, несказанно его возвышая. «Вычлененное время» воспроизводимо. Для него существует в «другой раз». Для естественных же процессов, зависящих от всего, что происходит во внешнем мире, ничего не повторяется» [24].
Автор полностью согласен с Генрихом Соколиком: для естественных, физических, природных процессов, зависящих от всего, что происходит во внешнем мире, ничего не повторяется. Стрела времени не недоразумение, а фундаментальный физический факт.
Стрела Времени в Актуальной Физической Реальности
Автор настоящей работы предлагает смещение акцентов, сдвиг взгляда, позволяющей ре-интерпретировать, переосмыслить парадокс стрелы времени. Забегая вперед, скажем, что предложенная трактовка приводит к следующему выводу: стрела времени, вытекающая из второго закона термодинамики, необратимость всех реально наблюдаемых физических процессов — представляет собою фундаментальный физический закон, обобщающий всю совокупность доступных науке наблюдений. Все без исключения реально наблюдаемые, актуальные физические процессы — необратимы. Таким образом, «стрела времени» — не есть недоразумение, невесть откуда взявшееся и противоречащее основным законам физики, но, напротив, основополагающий закон, задающий направление физических процессов.
Начнем с «низшего» уровня, как бы преодоленного современной физикой, механики Галилея-Ньютона (мы увидим ниже, что это преодоление не окончательно и не совершенно). Принято думать, что уравнения механики Ньютона полностью обратимы во времени. Подобные утверждения, очевидно неверные, можно встретить и в классических учебниках физики. Уравнения механики Ньютона обратимы в лишь только заведомо идеализированных ситуациях, когда полностью пренебрежимы силы трения; говоря более обще, в случаях, когда обнулены все силы, зависящие от первых (вообще говоря нечетных) производных координат по времени. Именно таковы, в частности, силы вязкого трения. В физической реальности таких систем, в которых трение тождественно равно нулю, — нет. Таким образом, уравнения механики Ньютона обратимы лишь только в идеализированных, модельных, платоновских системах, которые традиционно полагаются фундаментальными. Между тем, автор полагает, что фундаментальны для физики — реальные физические системы, в которых трение и диссипация неустранимы, и энтропия не убывает, как ей и предписано Вторым Законом Термодинамики [25]. Макроскопические системы, включающие в себя большое количество частиц, системы, в которых идут необратимые, диссипативные процессы — фундаментальны в самом точном и полном значение этого слова, и ничуть не менее фундаментальны, нежели системы, состоящие из пары-тройки объектов, легко поддающиеся интегрированию. Интеллектуальная прозрачность подобных систем выдает себя за «фундаментальность». В макроскопических, диссипативных системах необратимость и «стрела времени» возникают естественно и неизбежно, и парадокс «стрелы времени» легко снимается. Заметим, что статус «фундаментальных» ЮНЕСКО присваивает исследованиям, которые способствуют открытию законов природы, пониманию взаимодействий между явлениями и объектами реальной действительности. А все процессы реальной действительности — необратимы, что и зафиксировано во Втором Законе Термодинамики. Автор отнюдь не преувеличивает значимости документов ЮНЕСКО, но полагает, что вопрос о фундаментальности тех или иных законов физики находится за пределами самой физики, иначе говоря является метафизическим.
Перейдем к квантовой механике. Уравнение Шредингера — обратимо во времени. Но, как отмечено в классическом курсе теоретической физики Ландау и Лифшица, квантовая механика не является самодостаточной физической теорией [26]. Процитируем: «для системы из одних только квантовых объектов вообще нельзя было бы построить никакой логически замкнутой механики. Возможность количественного описания движения электрона требует наличия также и физических объектов, которые с достаточной точностью подчиняется классической механике… Формулировка же основных положений квантовой механики принципиально невозможна без привлечения механики классической…» [26]. А наблюдатель (регистрирующий прибор) классической механики — объект макроскопический, состоящий из большого числа частиц и диссипация энергии, и связанная с ней «стрела времени» — неизбежны. Наш, актуальный, явленный мир — мир наблюдаемый, и в этой точке, подход Ландау и Лифшица вполне смыкается со взглядами Джона Арчибальда Уилера, постулировавшего принципиальную наблюдаемость мира физики [8]. Эта точка зрения метафизически переосмыслена А.Ю. Севальниковым, предположившим, что процедура измерения превращает потенциальное бытие квантовых частиц в актуальное [27]. «Мы имеем аппарат, описывающий классический мир, то есть мир актуальный, явленный — это аппарат классической физики» [27]. И в актуальном, явленном мире физики «стрела времени» — неизбежна. Она возникает в результате процедуры измерения, производимой макроскопическим, диссипативным и диссипирующим энергию объектом, прибором. В отличие от Брайана Грина [21], автор полагает подлинной, физической реальностью, наш несовершенный, наблюдаемый мир, мир в котором необратимость биологических, химических и физических процессов и «стрела времени» — фундаментальны, неустранимы и непреодолимы. Именно этот наблюдаемый мир и есть мир фундаментальный. Второй Закон Термодинамики — фундаментален, в той мере, в какой фундаментальна физическая реальность.
На биологическом уровне бытия, появление стрелы времени и вовсе неизбежно, ибо как показано в работе 28, уже единичная живая клетка по необходимости должна быть макроскопическим объектом, способным противостоять тепловым флуктуациям, и обеспечивающим значительную информационную емкость клетки [28]. Таким образом уже в единичной клетке идут необратимые процессы, и на уровне существования биологических объектов «стрела времени» — неизбежна.
Заключение
Проблема наблюдаемой необратимости физических процессов, «стрелы времени» находится на стыке, на тонком шве, соединяющем физику и метафизику. Профессиональных физиков долгое время мучит вопрос: каким образом из полностью обратимых уравнений классической и квантовой механик возникает наш с вами необратимый физический мир, мир в котором направление процессов диктуется безжалостной и равнодушной стрелой времени? Были предложены различные решения парадокса «стрелы времени» [12, 13, 29]. Автор полагает, что наличие «стрелы времени», необратимых физических, химических и биологических процессов является основополагающим законом наблюдаемого, реального, актуального мира. Более того, все наблюдаемые процессы — необратимы, ибо по необходимости включают в себя макроскопическую диссипативную систему, будь то наблюдатель или измерительный прибор. Полностью обратимые процессы возможны лишь в потенциальном, идеальном, платоновском мире, описываемом обратимыми же уравнениями механики Ньютона и квантовой механики, пренебрегающими диссипацией. Таким образом, Второй Закон Термодинамики (в любой из его формулировок) представляет собою фундаментальный физический закон, обобщающий все гамму доступных нам наблюдений, отнюдь не сводимый к представлениям классической и квантовой механик.
Ариэльский Университет, Израиль
Литература
-
Лотман Ю.М. Люди и знаки, Лотман Ю.М. Семиосфера. — С.-Петербург: «Искусство—СПБ», 2000. — 704 с. — с. 5-10.
Ogden C. K., Richards I. A. The Meaning of Meaning (A Study of the Influence of Language upon Thought and of the Science of Symbolism), 1923, Magdalene College, University of Cambridge, p. 11.
Torretti R. The problem of time’s arrow historico-critically re-examined, Studies in History and Philosophy of Modern Physics. 2007. 38. 732-756.
Blumenthal A.S., Nosonovsky M. Friction and Dynamics of Verge and Foliot: How the Invention of the Pendulum Made Clocks Much More Accurate. Appl. Mech. 2020. 1(2). pp. 111-122.
Аристотель Соч. в 4-х томах, т. 3. «Физика», с. 141, Мысль, М. 1981.
Августин, ”Исповедь”. Кн. XI. XXVI. Августин Аврелий. Исповедь. Петр Абеляр. История моих бедствий. М. Республика. 1992. С. 174.
Рассел Б. История Западной Философии. Санкт-Петербург. Азбука. 2002. С. 425.
Wheeler J. A. Information, Physics, Quantum: The Search for Links, Proceedings of the 3rd International Symposium on Foundations of Quantum Mechanics in the Light of New Technology. Tokyo, 1989. 354—368.
Лейбниц Г. В. Соч. в 4-х томах, т. 1. с. 341, Мысль, М. 1982.
Кант И. Критика чистого разума. Пер. с нем. и предисл. Н. Лосского, М. Мысль, 1994.
Эйнштейн А. Время, пространство, и тяготение, Собрание Научных Трудов, т. 2, стр. 715. М. Мысль. 1966.
Уитроу Дж. Естественная Философия Времени. УРСС, М. 2003.
Рейхенбах Г. Направление Времени. УРСС, М. 2010.
Eddington A. S. The Nature of the Physical World. The Gifford Lectures, 1927, Cambridge University Press, Cambridge, 1927.
15. Вергилий, Буколики. Георгики. Энеида. Художественная литература, Москва, 1979. Перевод с латинского С. В. Шервинского.
Newton, Isaac. Opticks: or, a treatise of the reflexions, refractions, inflexions and colours of light. Also two treatises of the species and magnitude of curvilinear figures. Commentary by Nicholas Humez. 1998. Palo Alto, Calif. USA
Price H. Time’s Arrow and Archimedes’ Point: New Directions for a Physics of Time, Oxford University Press, Oxford, 1996.
Zeh H. D. The Physical Basis of the Direction of Time, second edition, Springer Verlag, Berlin, 1992.
Мамчур Е. А. К вопросу о парадоксе времени: теоретико-познавательный аспект проблемы. Vox. Философский Журнал. Вып. 24. 2018.
Пригожин И. Стенгерс И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. Москва, Издательская группа «ПРОГРЕСС», 1994.
Грин Б. Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности. Перевод с англ. под ред. В.О. Малышенко и А. Д. Панова. М., URSS, 2009
Tegmark Max. Our Mathematical Universe, My Quest for the Ultimate Nature of Reality, Alfred A. Knopf, NY, USA.
Бормашенко Эд. Философские итоги ХХ века. 7 Искусств, 3, N 119, 2020.
Соколик Г., Огненный Лед. Иерусалим, 1984.
Nosonovsky M., Mortazavi V. Friction-induced vibrations and self-organization, CRC Press, Boca Rayton, USA, 2014.
Ландау Л., Лифшиц Е. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. Теоретическая физика. Т. 3. Москва. ФИЗМАТГИЗ, 1963.
Севальников А. Ю. Квант и время в современной физической парадигме, Философия науки. Вып. 7. 226-236, ИФ РАН, 2001.
Bormashenko Ed., Voronel A. Spatial scales of living cells and their energetic and informational capacity. European Biophysics Journal, 47, 515—521, 2018.
Гулидов А.И., Наберухин Ю. И. Существует ли «стрела времени»? Философия науки, №2 (17), 2003.
Оригинал: https://7i.7iskusstv.com/y2023/nomer1/bormashenko/
