Проблема времени занимала одно из центральных мест в творчестве Серафима Тимофеевича Мелюхина. Он прекрасно осознавал фундаментальное значение философского обоснования концепта времени, и на протяжении всей своей научной и педагогической деятельности развивал и шлифовал свое учение о времени. Сказывался при этом его неиссякаемый интерес к истории науки и техники, к результатам, полученным в современном естествознаии. Огромная эрудиция и великолепная память служили ему в этом деле надежной опорой. Я помню лекцию Серафима Тимофеевича по проблемам времени, которые он читал аспирантам философского факультета. Логика изложения была безукоризненная, аргументация убедительная, привлекаемый научный материал интересен. Развиваемая Серафимом Тимофеевичем Мелюхиным концепция метафизики носила синкретичный характер, анализ философского и естественнонаучного знания отличался органичностью. Все мы аспиранты слушали его лекции с увлечением, и вспоминаем теперь с благодарностью.
Светлой памяти моего научного руководителя по кандидатской диссертации Серафима Тимофеевича Мелюхина я посвящяю эту статью.
***
Время – одно из самых знакомых человеку свойств нашего мира. И вместе с тем оно имеет репутацию самого загадочного. Загадочность времени связана, прежде всего, с его течением, знакомым каждому человеку в личном опыте. Под течением времени понимают его логическое свойство, заключающееся в том, что настоящий момент, который мы называем «теперь, сейчас», как бы постоянно движется в направлении будущего, увеличивая объем прошлого, оставляемого за собой.
Физика Нового времени постаралась освободиться от загадочности времени, исключив течение из своей конструкции времени. Ни одна из физических теорий клас сического периода развития науки не обращается к понятию течения времени. Дальнейшее развитие теоретической физики сопровождается элиминацией становления из поведения теоретического объекта. Время реконструируется как отношение порядка между точками математического множества, интерпретируемыми как моменты времени или как события в соответствии с характером построенной теории. Вся цепочка временных отношений вытянута аналогично пространственной рядоположенности точек. Мир теоретических событий оставлен во времени: в нем нет уже осуществившихся прошедших событий, нет мимолетных настоящих, нет еще не наступивших будущих событий. Это застывший мир теоретических событий. «Река времени превращена в стоячий пруд». Какое событие происходит в прошлом, а какое в будущем – устанавливается на основе дополнительных познавательных процедур, которые, в конечном счете, опираются на предварительную осведомленность ученого о том, что время течет от прошлого к будущему. Это знание он черпает непосредственно или опосредованно из философских представлений.
Те свойства времени и пространства, которые сформулированы в классической механике, стали рассматриваться как свойства времени вообще. Это следующие свойства: упорядоченность, одномерность, непрерывность, однородность, изотропность, бесконечность, безграничность, абсолютность. Кроме того, считалось, что время течет в будущее. Это свойство является внешним для физической теории, и оно принималось, видимо, как дань культурной традиции. Во всяком случае, однонаправленность течения времени не проблематизировалась. Ведь в христианской культуре уже сформировалась эта идея, и она была поддержана верой в прогресс, столь характерной долгое время для европейской культуры.
Известна полемика по вопросу о природе пространства и времени между сторонниками Ньютона и Лейбницем. В XVII-XIX веках наибольшее влияние имела концепция Ньютона. Это было обусловлено как наукоцентризмом, свойственным культуре, так и эссенциалистской трактовкой науки. С дальнейшим развитием науки ситуация, надо заметить, существенно усложнилась.
В физике появились высоко абстрактные модели времени, которые еще дальше отстоят от конкретного бытия как природы, так и человека. В них время по-прежнему репрезентируется множеством моментов, на которые наложена определенная система отношений между ними и все моменты времени имеют одинаковый статус существования, т.е. их нельзя характеризовать понятиями "настоящее, прошлое, будущее", а время – течением. В результате расширилась брешь между физико-математическими моделями времени и временем природного и человеческого существования. Эту брешь частично заполняют образы времени в литературе и искусстве, а также модели времени в психологии, истории, которые не могут обойтись без снижения уровня абстрактности в исследовании прошлого, настоящего, будущего.
В первой половине XX века в естествознании нарастает стремление преодолеть физикалистское истолкование времени. Академик В.И.Вернадский, оказавший большое влияние на развитие естествознания и философии, высказал идею, что природа есть целостность вещества, времени и пространства, которые нельзя оторвать друг о друга, и время есть, прежде всего, дление. Классическая же физика представила время как абсолютное, оторванное от природных явлений, поэтому, как сказал Вернадский, она не изучала время. Время тогда исчезло как предмет научного изучения, ибо оно было поставлено вне явлений, понималось как абсолютное. В науке XX века впервые объектом научного исследования становится время, которое долго находилось вне интересов науки.
В.И.Вернадский трактует время как часть реального мира, органически в нее включенную. Исторически изменчивый, эволюционирующий целостный мир мыслится лишь в единстве с текущим временем: это мир, в котором есть настоящее, перед ним открыто будущее, он имеет свою историю, свое прошлое. Время нельзя оторвать от живого; время – это и есть жизнь, бренность живого – это и есть течение времени, это и есть время. Чтобы выразить чувство единства биологических и геологических процессов с их эволюцией, с их исторически изменчивым характером, со сменой вчера-сегодня-завтра, с текущим временем он использует понятия биологического и геологического времени. Вернадский подчеркивал, что время натуралиста не является геометрическим временем Минковского и не является временем механики и теоретической физики, временем Галилея или Ньютона.
В естествознании было введено понятие специфического времени: биологического времени, геологического времени, психологического времени, и т.п. – в соответствии с областью исследования. Широко используется в естествознании понятие «часов», характеризующих циклический характер протекающих процессов и позволяющих изучать их временные закономерности. Биологическое время часто понимается как время, которое занимает та или иная биологическая система (клетка, организм, популяция, экосистема, биосфера), Оно не противостоит физическому, но организует его и тем самым наделяет биологическое время специфическими свойствами.
Со временем стало ясно, что любому процессу можно сопоставить свое специфическое время. При этом, как правило, одновременно используется и общий эталон времени, которым по традиции являются эталонные часы, хранящиеся в Палате мер и весов, а процедура измерения осуществляется на базе физической теории измерения времени. Это сделано и в географии, и в геологии. Так, в геологии говорят и о реальном геологическом времени, под которым понимают специфические временные отношения геологических процессов, и время, совпадающее с физическим временем. На эмпирическом уровне исследования используются физические представления о времени. А в тех теориях, которые построены с активным использованием развитого математического формализма (типа современной генетики) понятие специфического времени исчезает. Оно становится аналогичным физическому теоретическому времени.
Идея В.И.Вернадского о том, что время становится предметом изучения в науке, воплощается в жизнь в современных исследованиях. Так, наряду с выше названными направлениями, развивается исследовательская программа А.П.Левича на базе математических теории систем и теории категорий. Время интерпретируется как метаболическое время естественных систем. Предложена аксиоматика изменчивости, вводится постулат генерирующего потока (или генерирующего истечения). Гипотеза генерирующего истечения позволяет конструировать время, пространство, частицы, взаимодействия.
Для нашего времени характерно также развитие исследований сложных систем, которое осуществляется с использованием процедур построения математических моделей, исследования их на базе ЭВМ, интерпретации на изучаемой предметной области. В этих исследованиях большую роль играют такие свойства времени, которые не включались ранее в сферу точных наук. Так, эти исследования опираются на категорию будущего, к которому безразличны физические модели времени. В процессе построения математической модели категория времени приобретает новый (по сравнению с прежним естествознанием) прагматический аспект, поскольку эта познавательная процедура предполагает наличие определенной цели познания и практического применения построенной модели. Эти области исследования, по-видимому, приведут к построению принципиально новых для точных наук моделей времени.
С развертыванием исследований по изучению сложных систем произошли определенные изменения в понимании цели и задач научного исследования, а в связи с этим дается более богатое, чем в теоретической физике истолкование времени. Если прежде считалось, что основная задача ученого заключается в том, чтобы объяснить явление, то теперь его исследование должно быть эффективно с практической точки зрения – помогать решить проблему. Исследователь должен уметь проектировать и конструировать объект с заранее заданными свойствами, управлять реальным процессом при наличии определенных реальных ресурсов. Среди этих ресурсов одним из фундаментальных является время. Эти исследования погружены в реальное социальное время общества: временной параметр, используемый в них, соответствует ходу социально декретируемого времени. С социальной стороны – это ход времени, регламентирующего жизнедеятельность общества, времени, которое неразрывно связано с его функционированием и развитием. Оно выступает одной из важнейших основ в исследованиях такого рода. Время, значимое для общества, входит непосредственно в ткань научного исследования, воплощаясь в цель исследования, в формулирование конкретной научной задачи, в способ решения задачи.
При этом в процессе проектирования сложных систем реализуется такое истолкование времени, которое было чуждо теоретической физике. Время понимается не как некоторая рядоположенность прошлого и будущего в статике, а как время, нацеленное на будущее. Будущее выступает не в значении чего-то чуждого человеку: будущее, по крайней мере, ближайшее будущее, как модус времени, предстает как то, что можно творить, создавать, используя план действий, полученных на основе научных исследований, как что-то подвластное человеку, не безразличное его интересам. Цели по практическому преобразованию действительности, сформулированные как задача научного исследования, вошли в современную науку, изменив тем самым представления об идеале научного познания, а также связанные с ним временные представления. Ведь, как правило, естественнонаучные теории сформулированы безотносительно к тому «человеческому» времени, в котором живет общество. Кажется, что время теории и время общества, его реальной истории, не имеют никаких точек соприкосновения. Теория предстает как нечто выключенное из бренной жизнедеятельности людей. Сотворенная людьми, она вместе с тем напоминает нечто божественное, отчужденное от людей и безразличное к их мирским интересам.
Анализируя развитие представления о пространстве и времени в естествознании вообще, и в физике в частности, необходимо учесть тот факт, что они включают в себя не только теории, но и эмпирический уровень исследования. Это особенно важно для понимания времени, поскольку оно, в отличие от пространства, на эмпирическом уровне проявляет специфические, новые по сравнению с теориями, свойства даже в классической физике. В процессе эмпирического исследования ученый опирается на определенное понимание времени, которое сложилось в процессе осознания действительности и самого себя как имеющих временную структуру. Эмпирический уровень научных исследований, связь с которым во многом обеспечивает интерпретацию соответствующих теоретических величин как времени, предполагает учет целого ряда реальных условий, в которых живет и действует человек.
Конечно, в эмпирическом исследовании в силу его органической связи с соответствующими теоретическими построениями экспериментатор имеет дело и с такими представлениями, которые навеваются теорией. Но вместе с тем, поскольку здесь еще не применяются жесткие идеализации, характерные для теоретического познания, используются и такие представления о времени, которые не конструируются теоретическими средствами. Экспериментатору приходится иметь дело с реальным миром, практически взаимодействовать с ним (в отличие от теоретика, который оперирует только теоретическими объектами). Реальное оперирование материальными предметами демонстрирует направленность временного порядка в будущее. В этом случае преодолевается номологическая обратимость времени, столь характерная для фундаментальных законов физики. Кроме того, приведенный пример иллюстрирует и другой факт, а именно: экспериментатор знает не только о направленности временного порядка, но и о потоке времени.
Экспериментальная ситуация показывает, что в исследовании используются временные представления в такой форме, которая не зафиксирована в теории. Она соответствует процедурам экспериментального исследования природы. Отсутствие направленности временного порядка и потока времени в фундаментальных законах физики не означает, что в реальном экспериментальном исследовании можно их не учитывать.
С созданием квантовой физики и теории относительности приходит понимание того, что научная деятельность является прерогативой не гносеологического субъекта, а макроскопической деятельностью человека (обладающего, кроме разума и телом). Это было выявлено и подчеркнуто в результате анализа роли прибора и системы отсчета в научном познании. В квантовой же физике соотношение неопределенностей накладывает дополнительные ограничения на процедуру измерения времени, с которыми классическая физика не сталкивается. Эксперимент в области квантовой физики имеет свои особенности, поскольку экспериментировать с микрообъектом приходится в условиях макромира. Специфика физики микромира по сравнению с физикой макромира находит выражение в особенностях взаимоотношения экспериментальной и теоретической деятельности в квантовой физике. Они выражены в принципе дополнительности Бора и принципе неопределенности Гейзенберга.
Общая теория относительности тоже столкнулась с трудностями в соотнесении теоретических результатов с результатами измерения пространства и времени. Эти трудности заключались в том, что в теории была построена такая концепция пространства-времени, в которой они являются неоднородными. Измеряются же они на основе концепции однородных пространства и времени. И нужно было формулировать какие-то дополнительные правила перехода от теоретического знания к эмпирическому.
В физике макромира теория измерения времени и пространства находится в согласии с ее теоретическими принципами и понятиями, поскольку теория измерения разработана для процедуры, осуществляемой в условиях макромира, и ее абстракции являются во многом абстракциями от твердых тел и их движения. Так что в отличие от общей теории относительности и квантовой физики в этой области нет трудностей в согласовании языка теории и языка экспериментальной деятельности.
В классической физике ученый имеет дело с наблюдаемыми явлениями. Он строит концепции теоретические, но теоретическим понятиям может сопоставить явления человеческого мира (макромира). Так, конструкция пространства вполне понимаема на основе опыта нашей непосредственной жизни: в нашем эмпирическом пространстве есть верх - низ, лево - право, спереди - сзади (т.е. пространство трехмерно); оно не прерывается для нас ни в одном из измерений (т.е. непрерывно); когда мы идем, мы не встречаем его края или границы, за которой бы его не было (т.е. оно безгранично). Теоретическая конструкция времени соответствует времени, показываемому часами, по которым привык жить человек технической цивилизации.
Микромир не является тем миром, в котором мы можем измерять процессы с помощью часов, а объекты с помощью линеек, он не является миром человеческого опыта. Вместе с тем экспериментальная деятельность и в этом случае осуществляется людьми с помощью приборов и установок макроскопического характера. Для этого понадобятся классические конструкции времени и пространства. Но это будет только одна понятийная структура в квантовой физике. Назовем ее эмпирической. Будет и вторая понятийная структура – собственно квантово-механическая. При этом собственно квантово-механические пространство и время будут конструироваться чисто теоретическими средствами с использованием абстрактных математических пространств.
Рассмотрим некоторые конструкции времени в теоретической физике. Понятия времени, наряду пространством, является одними из базовых понятий физики. В Новое время с его ориентацией на научную рациональность господствующей формой истолкования времени и пространства была Ньютонова концепция. Вплоть до начала двадцатого века свойства пространства и времени, которыми наделяла его классическая физика, считались их неотъемлемыми свойствами, а часто также и единственными, исчерпывающими.
Физическая теория всегда строится в форме единства физических идей и математических структур, физический смысл которым задают эти идеи. В этих рамках конструируется и время. Поэтому при смене теорий, должно, вообще говоря, происходить и изменение конструкций пространства и времени. В реальной истории развития физики временные конструкции оказываются по некоторым своим свойствам достаточно консервативными.
Обратим внимание на основные теории с точки зрения предлагаемых в них конструкций времени. Физические теории в XIX веке: ньютоновская механика, электродинамика Максвелла, равновесная термодинамика. Физические теории в XX веке: специальная теория относительности, квантовая теория, общая теория относительности, квантовая теория поля, неравновесная термодинамика. Особняком стоит космология. Сейчас она представляет собой комплекс высокотехнологичных наблюдений и теоретических построений, синтезирующих новейшие разработки в области квантовой физики и идей общей теории относительности.
Так, в классической динамике время моделируется множеством точек линии без самопересечений. В результате получаем представление времени в виде одномерного линейного континуума, который описывается множеством действительных чисел. Если мы представляем множество моментов времени множеством действительных чисел, то это накладывает на время те свойства, которые порождаются структурами, имманентными этому множеству. Структура порядка на множестве действительных чисел порождает последовательность моментов времени (один момент после другого); аддитивная группа – задает метрику (продолжительность интервалов между различными моментами времени); мультикативная группа – обеспечивает произвольный выбор единицы измерения времени (эталонной продолжительности). Топология действительной прямой обеспечивает непрерывность времени.
Надо сказать, что в течение, по крайней мере, столетия обсуждается вопрос: являются достаточными (а также необходимыми) для описания времени свойства, представляемые множеством действительных чисел, или же нет. Окончательного ответа на этот вопрос нет и сегодня.
Представление времени с помощью числовой прямой, когда совокупность моментов-точек актуально дается вся сразу, уподобляет его пространству. Говорят, что физика, нуждаясь в математически ясном определении времени, опространствует его. Итак, в классической механике время одномерно, непрерывно, упорядочено, безгранично, бесконечно. При этом все свойства времени носят абсолютный характер, т.е. ничем другим, кроме самих себя, не обусловлены. При этом один из фундаментальных законов классической физики – второй закон Ньютона является инвариантным относительно знака времени (симметричен во времени). Это говорит о том, что временной порядок не имеет выделенного направления, не направлен, т.е. время не обладает направлением.
Специальная теория относительности вводит некоторые новые представления о времени и пространстве. Они теперь связаны друг с другом в четырехмерный пространственно-временной континуум. Метрические свойства времени и пространства теряют свойство абсолютности. Отношение одновременности между событиями становится относительным к системе отсчета. Отношение порядка сохраняется для событий, находящихся внутри светового конуса. За его пределами понятие временного порядка становится неопределенным. Время, по-прежнему, непрерывно и одномерно. Абсолютным, т.е. ничем не обусловленным, является четырехмерный пространственно-временной континуум. В общей теории относительности Эйнштейна пространство-время связано с гравитационными массами. Оно искривляется (время замедляется) вблизи гравитационных масс. Пространство-время является неоднородным, неодинаковым для различных гравитационных условий. Пространство-время существует не само по себе, а только как структурное свойство гравитационного поля.
В альтернативных исследовательских программах иногда предлагаются иные конструкции времени и пространства. Так, в физике Милна, одной из альтернатив общей теории относительности Эйнштейна, понятие времени считается первичным, а понятие пространства – производным от него. В причинной механике Козырева предложена гипотеза о субстанциальной природе времени, где время рассматривается как физический фактор. В программе геометродинамики физические явления строятся из свойств геометрии пространства-времени.
Квантовая физика имеет дело с явлениями, которые непосредственно не наблюдаемы. Это является одной из причин, почему понятия времени и пространства не занимают в ней такого фундаментального места, как в классической физике: в квантовой физике большую роль играет импульсно-энергетическое представление и локальные, калибровочные инварианты (т.е. не глобальные геометрические, не простанственно-временные). В ней сформулирован ряд законов сохранения, которым трудно сопоставить свойства симметрии пространства и времени: сохранение барионного числа, сохранение лептонных чисел. Теории сильных и слабых взаимодействий тоже являются калибровочными. Фундаментальный закон, описывающий движение в квантовой физике – уравнение Шредингера, является симметричным во времени.
Обратимость фундаментальных законов физики, описывающих фундаментальные уровни мира посредством уравнений, инвариантных относительно инверсии времени, вступает в противоречие с необратимостью явлений реальной жизни. Во второй половине XIX века это противоречие было осознано как проблема необратимости времени. Если фундаментальные уравнения инвариантны относительно знака времени, то время не направлено. В то же время много уравнений, которые необратимы во времени. Они, как правило, касаются более частных, локальных явлений, при описании которых происходит понижение уровня абстрактности. В этом контексте сформулировано несколько, так называемых, стрел времени, т.е. выявлено несколько видов необратимых процессов, которые могли бы коррелировать с направленностью времени: энтропийная, волновая, космологическая стрелы и другие.
Последнее время помимо проблемы направленности времени возникает неясность относительно упорядочения времени. Кажется, возможен положительный ответ на вопрос: не нарушается ли где-то на фундаментальном или локальном уровне отношение порядка, с которым наряду с течением, связана, прежде всего, наша интуиция времени? Теории допускают отсутствие этого свойства при определенных условиях. Одна из интерпретаций квантовой механики – квантовая механика с параллельными вселенными и квантовой концепцией времени – говорит о том, что классическая концепция времени как порядка, последовательности моментов не может быть истинной, хотя и обеспечивает хорошее приближение во многих областях вселенной. Что касается потока времени (течения времени), то эти слова не имеют смысла в теоретической физике, т.е. теоретическая физика ничего не может о них сказать.
Обратимся к вопросу о размерности пространства-времени. Обычно факт трехмерности пространства и одномерности времени физического мира, в котором мы живем, постулируется. Это тоже одна из загадок: почему это именно так, а не иначе? Сейчас этот вопрос ставится в такой форме: каким образом можно объяснить четырехмерность пространства-времени? При этом для ответа на вопрос нужно найти теорию из физики микромира, в которой постулируемые классические представления о пространстве и времени возникали бы как вторичные для описания макроявлений. Появление представлений о многомерных пространствах является важной вехой в развитии учения о структуре пространства и времени в физике. До сих пор не сформулировано достаточных оснований для того, чтобы обязательно мыслить физические объекты в отношениях, соответствующих четырехмерному пространству.
Что касается непрерывности времени, то идею о квантовании пространства-времени развивал Р.Пенроуз. Он выдвинул твисторную программу, важнейшим моментом которой выступало сомнение в универсальности понятия континуума.
Квантовая механика существует каких-то 75 лет (это как для механики Ньютона 50-ые годы XVIII века). Поэтому можно понять ту ситуацию в науке, которая сложилась к концу XX и к началу нашего века. Развиваются различные направления исследования, и нет окончательно признанных концепций, решивших все проблемы, которые на сегодня известны, или давших ключ к их решению. Имеется спектр исследовательских программ. Одни из них по-прежнему, т.е. как это характерно для классической физики, развивают физику пространства и времени. Другие исследовательские программы переносят центр тяжести с пространства-времени на иные характеристики физического мира.
Великие физические теории ХХ века достигли больших успехов, но вместе с тем они не свободны от трудностей. Общая теория относительности не полностью совместима с квантовой теорией, и сегодня никто еще не преуспел в формулировке квантовой теории гравитации. Ученые убеждены, что эти трудности, в конце концов, будут разрешены, когда квантовую теорию поля и общую теорию относительности удастся объединить в некоторую новую теорию. Развивается ряд программ синтеза квантовой теории поля и общей теории относительности, каждая из которых включает в себя соответствующую конструкцию времени и пространства. Среди них программа на основе теории суперструн, твисторная программа Р.Пенроуза, программа квантовой гравитации С.Хокинга.
Анализ космологии, термодинамики и других наук, показывает, что их теории раскрывают время в аспекте временного порядка. Это позволяет получить такое знание, которое недоступно иным методам познания. Научная концепция времени погружена в мировоззренческую, в других отношениях более богатую, концепцию, которая опирается и на жизненный опыт человечества. Она строится на базе динамического представления времени как текущего и обладающего модусами «прошлое», «настоящее», «будущее». Уверенность в существовании «настоящего» выступает как предпосылка познания времени в науке. Ученый, для которого научная деятельность является частицей его более полной жизни, выходит в познании за пределы рамок гносеологического объекта в более широкую область человеческого. Это особенно заметно в современных областях точных наук, касающихся управления, проектирования, моделирования сложных систем.
Утверждение экзистенциального характера «настоящее существует» фиксирует факт существования человека, других людей, мира культуры, мира природы – факт, который специально не доказывается, но и не подвергается сомнению. Это – очевидность, с которой невозможно не считаться. Утверждение «существует настоящее» не подходит ни под статус определения, ни под статус конвенции, ни под статус научной аксиомы. Это утверждение другого рода. Оно в явной форме обычно не формулируется, ибо является выражением очевидности, выходящей за пределы научного теоретизирования. Лишь на уровне эмпирической научной деятельности этот факт оказывается важным, ибо здесь ученый выступает не только как гносеологический субъект, но и как человек, живущий в реальном времени и действующий с материальными предметами, – т.е. он включен и в своей познавательной деятельности в реальную жизнь, а не только в мир теоретических абстракций. Не случайно в физической теории нет понятия настоящего. Она не выходит в сферу живой жизни. «Настоящее» же – феномен жизни, а не абстрактного мира. Именно этот жизненный факт, который ученый знает до того, как он строит теорию, и независимо от этого, обеспечивает понимание научной модели времени, временного многообразия в физике – как времени текущего, того самого, в котором живут люди, природа, мир.