Что такое пространство и время?

Пространство есть форма бытия материи, характеризующая порядок сосуществования и рядоположенность материальных образований, их структурность и протяженность. Время - форма бытия материи, характеризующая взаимодействие объектов и смену их состояний, последовательность процессов и их длительность.

Пространство и время как объективные формы материи отличаются от тех естественнонаучных представлений о них, которые с прогрессом естествознания и науки в целом изменяются. В связи с этим, кроме реальных пространства и времени, различают перцептуальное (психологическое) и концептуальное пространство и время.

Под перцептуальным пространством и временем понимают формы

чувственного созерцания, отражение реальных пространства и времени в чувственном восприятии субъекта, концептуальное пространство и время - это наши знания, представления, которые в итоге оказываются более или менее адекватным отображением пространства и времени путем логического мышления. Перцептуальное и концептуальное пространство, и время являются формами отражения материальной действительности и вместе с тем формами дальнейшего познания внешнего мира.

Происхождение понятий пространство и время

Истоки и конкретное содержание понятий пространство и время связаны с тем, насколько адекватна ведущая идея той или иной культурной эпохи, "фоновое культурное знание" способно выразить (или, напротив, исказить) первоначальный смысл, выраженный в соответствующих словах. К этому первоначальному "звучанию" по мере развития человеческой практики добавляются новые смыслы, они уточняются в рефлексивных изысканиях философов, концепциях естествознания, "мирах сознания" художников. Но тем не менее первоначальное значение присутствует в неявной форме в любой концепции, поэтому я и начну именно с него.

С древнейших времен люди, пытаясь упорядочить свою жизнь, сообразовать ее с ходом природных процессов, измеряли окружающий мир. При этом время и пространство не противопоставлялись, а взаимодополняли друг друга. Так, длина пути измерялась часами и днями; размер пахотного участка и в доколумбовой Америке, и в средневековой Европе определялся тем временем. Которое надо было потратить на его обработку. И, напротив, пространственные соотношения элементов древних календарей (зарубки, ямки и т, п.) обозначали отрезки времени. И сегодня соотношение делений циферблата и стрелок позволяет счислять отрезки времени. Таким образом, практически (но, возможно, не вполне осознанно) люди мыслили организацию времени и пространства в единстве как хронотоп (единство хроноса и топоса), не называя его так.

Во всех культурах человек боялся или обожествлял время, придавая ему самые разные формы: луча, пронизывающего тьму; стрелы, летящей из прошлого в будущее; спирали. Чаще всего время передавалось числом, но иногда, как у орфиков и кельтов, оно представлялось звуком или музыкой. Так, кельтский бог Дагда своей игрой на живой арфе - дубе вызывал различные времена года.

Все культуры мира ставили в первоочередную заслугу своим богам, культурным героям именно организацию жизни, превращение хаоса в космос, упорядоченность. Идея времени и идея пространства были единой идеей, выражающей меру этой упорядоченности. В дальнейшем эти идеи становились все более самостоятельными. И все же образ времени представлялся более важным, что подтверждается наличием особого бога-Хроноса, олицетворяющего изменчивое время. Миф о том, что этот бог, пытаясь избежать предсказанной ему судьбы, пожирает своих детей, дает нам первое выражение рефлексии по поводу порождения и уничтожения объектов, процессуальности мира. Но еще более важным в рождающихся образах времени является различение бренности чувственного мира и вечности, надвременности "истинного", совершенного бытия.

Переход к Новому времени знаменовался замещением религиозной картины мира естественнонаучными представлениями. Образы времени конкретизируются в рождающихся моделях и концепциях времени. Под моделью времени мы понимаем такую систему абстракций о свойствах времени, изменение которой ведет к новому миропредставлению.

Анализ времени в физике породил как минимум три модели. Первая модель рассматривает время одновременно и как меру, и как измеряемое количество. Такой взгляд на время лежит в основе законов ньютоновской механики. Во второй модели анализируются направленные процессы и события, отраженные в законах термодинамики или в теории диссипативных структур. Квантовая теория предлагает третью модель физического времени, считая последнюю реальность фундаментально временной. Особую группу составляют модели биологического и геологического времени. Наибольшую роль в современных представлениях о времени играет модель, построенная в связи с переходом к изучению необратимых процессов (рождение и смерть микрочастиц, радиоактивный распад, теплоотдача, трение, диффузия и т.д.) Этот переход вызвал крушение линейно-причинной парадигмы и становление новой парадигмы (нелинейной, цикло-причинной, синергетической). В книге "От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках" И. Пригожин последовательно развил концепцию внутреннего времени для классических динамических систем с сильной неустойчивостью (это может быть Вселенная, в которой распространяются диспергирующие световые волны, либо химический реактор, либо какая-то другая система).

Во всех основных моделях мы видим одно общее: время одного процесса соотносится с событиями другого процесса и измеряется через них. Но если мы действительно хотим понять время процесса самого по себе, его необходимо определить через события его же самого. А событие - это то, что ограничено двумя перерывами (с начала и конца). Время с этой точки зрения есть рисунок перерывов непрерывной линии длящихся процессов. Подобно тому, как на чистом листе бумаги проведенная линия разделяет его на правую и левую половины. Разве возможен рисунок без линий, разделяющих (отсекающих) одну часть изображения от другой? Разве возможно время без четко определенных моментов, мгновений, отделяющих одну часть события от другой, не относящихся ни к одной из них и в этом смысле "пустых"? Разве возможна музыка (самый яркий пример процесса, разворачивающегося во времени) без длящихся звучаний и пауз, создающих музыкальный рисунок наряду со звуками? В теории музыки это было понято достаточно давно, когда в 3 в. был введен в музыковедении термин "атом времени": Аристид Квинтилиан, например, определяет единицу времени в ритмике атомов, поскольку он является наименьшей различимой в восприятии длиной времени. В 5 в. эту идею развивает Марциан Капелла; в 7 в. Исидор Севильский говорит об атомах времени уже без ссылок на музыку. Бэда Достопочтенный в 8 в. и Гонорий Августодунский в 12 в. рассматривают атомы времени в качестве абсолютной меры длительности, в часе они насчитывают 22560 атомов времени.

Следует отметить, что понимание времени как рисунка интервалов не отменяет так называемого событийного определения времени. Сравнение событийного (время есть совокупность моментов) и процессуального (время есть совокупность интервалов) проведено еще в статье З. Аугустынека "Два определения времени". Эти два определения времени, однако, выполняют разные функции: событийное определение времени фиксирует время как континуум, который представляет собой математическое описание реального времени, обеспечивающего в физике гносеологическую функцию идеализации, а процессуальное определение времени относится к миру реальных явлений. Думается, что такие определения не совсем удачны: процесс можно представить как событие, а событие может развертываться как процесс. Поэтому точнее выделять атомистическую и континуальную концепции времени.

Как известно, Аристотель формулирует парадокс времени: "Одна часть его была, и ее уже нет, другая - будет, и ее еще нет; из этих частей слагается и бесконечное время, и каждый раз выделяемый промежуток времени. А то, что слагается из несуществующего, не может, как кажется, быть причастным существованию". Именно в этом месте Аристотель и формулирует "двойственность" времени: каждая "часть" времени "слагается" и из непрерывной длительности, и из тех промежутков, "пустот", которые образуются на границе с уже и еще не существующими "частями времени". Но Аристотель оценивает пустоту как "несуществующее" и поэтому задает вопрос: как "теперь" может быть частью несуществующего времени? Если "теперь" - точки во временном континууме, то невозможно существование двух соседних точек, так как между ними можно вводить еще другие точки - "теперь".

Сам Аристотель нашел выход в том, чтобы мыслить время непрерывным потоком, связанным с движением в чувственном мире.

Такой ответ соответствовал очевидностям обыденного опыта. Но эта позиция была уязвимой для критики: например, идея о бесконечной делимости континуума времени ввела к тому, что оно лишалось реальности. Критика со стороны стоицизма основывалась на том, что сам Аристотель игнорировал: на понимании "неточечного" характера "теперь". Так, согласно Хрисиппу, "настоящее", "теперь" - не фиксированная точка, а предел, к которому стремится угасающее в настоящем прошлое и грань, за которой зарождается будущее: настоящее находится частично в прошлом и частично в будущем. Другими словами, "теперь" рассматривается у ранних стоиков как предел, к которому приближаются уменьшающиеся временные интервалы. С.Я. Лурье отмечает, что концепция первых отношений зарождающихся и последних отношений исчезающих величин, развитая Ньютоном в "Методе флюксий" и нашедшая отражение в "Началах", основывается на концепции ранних стоиков.

Представить время как рисунок интервалов - не значит свести время к форме деления, но представить форму связи одного качественного состояния с другим, одного этапа процесса со следующим и предыдущим.

Вполне понятно, что все окружающие нас предметы обладают определёнными размерами (ширина-высота-длина - параметры их протяжённости в пространстве), они перемещаются (изменение, движение) относительно друг друга или вместе с планетой Земля - по отношению к другим космическим телам: звёздам, планетам, созвездиям, галактикам. Точно также все предметы изменяются (перемещаются, движутся) во времени: они возникают в процессе взаимодействия материальных образований, развиваются и переходят из одних форм в другие.

Поэтому пространство и время являются всеобщими формами бытия - атрибутами - материальных систем. Не может существовать предмета, который находился бы вне пространства и времени, как нет пространства и времени существующих сами по себе, вне постоянно движущейся (изменяющейся) материи.

В истории философии сложились две концепции относительно понимания пространства и времени, которые можно обозначить как концепции Демокрита-Ньютона (субстанциональная) и Аристотеля-Лейбница (реляционная). Суть их заключается в выяснении вопроса: в каком отношении находятся пространство и время к материи.

Субстанциональная концепция . Она складывалась в метафизическом русле в соответствии с принципами классической механики, которые интуитивно предполагали древние мыслители, а фундаментально обосновал в первой четверти ХVIII столетия Исаак Ньютон. Пространство рассматривалось как бесконечная пустая протяжённость, вмещающая в себя все тела (предметы). Время рассматривалось как равномерный поток длительности, не зависящий от каких-либо процессов, оно абсолютно. Материя существует сама по себе и как бы "погружена" в пространство и время. Соответственно отношение между пространством, временем и материей представлялось как отношение между самостоятельными субстанциями.

Реляционная концепция (лат. - относительный). Она зародилась в русле диалектической традиции - Аристотель, Лейбниц, Гегель; была сформулирована в диалектическом материализме и окончательно подтверждена теорией относительности Эйнштейна, который вскрыл непосредственную связь пространства и времени с движущейся материей и друг с другом. Фундаментальный вывод, следующий из теории относительности, гласил: пространство и время не существуют без материи, их метрические свойства создаются распределением и взаимодействием материальных масс, то есть гравитацией. Сам Эйнштейн, отвечая на вопрос о сути своей теории, говорил, что раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы. Согласно же теории относительности, вместе с вещами исчезли бы и пространство, и время.

Эйнштейн Альберт (1879-1955 гг.), физик-теоретик, один из основателей современной физики. Родился в Германии в обеспеченной еврейской семье, с 1893 г. жил в Швейцарии. В 1900 г. в Цюрихе закончил политехникум, в 1902-1909 гг. работал в патентном бюро в Берне. В дальнейшем занимался научной и педагогической работой в Бернском, Женевском, Пражском и Берлинском университетах. Создал частную (1905 г.) и общую (1907-1916 гг.) теории относительности. Открыл закон взаимодействия массы и энергии. Автор основополагающих трудов по квантовой теории вещества и поля: ввёл понятие кванта света, как "порции" света, в виде которой он существует, впоследствии именуемого фотоном (само слово "фотон" ввёл в научный оборот в 1926 г. физик Н. Льюис), установил законы фотоэффекта, основной закон фотохимии, предсказал индуцированное излучение. Развил статистическую теорию броуновского движения, заложив основы теории флуктуации, создал квантовую статистику Бозе-Эйнштейна. Нобелевский лауреат 1921 г. за труды по теоретической физике. Парадокс: в 1907 г. Эйнштейн участвовал в конкурсе по кафедре теоретической физики Венского университета на должность приват-доцента, представив в качестве конкурсной работы опубликованную им статью, по новым на тот момент научным взглядам в области квантовых явлений: факультет признал работу неудовлетворительной, а 14 лет спустя за эти исследования Нобелевский комитет присудили ему свою премию. Преследуемый нацистами за идейную борьбу против фашизма, Эйнштейн в 1933 г. эмигрировал в США, где работал над проблемами космологии и единой теории поля. В 1940 г. участвовал в написании коллективного письма учёных-физиков президенту США Ф. Рузвельту об опасности для планеты, создаваемого в Германии ядерного оружия, которое стимулировало и американские ядерные испытания. Иностранный член-корреспондент РАН (1922 г.), иностранный почётный член АН СССР (1926 г.). Один из инициаторов создания государства Израиль.

Идеи Эйнштейна послужили основой для представления материалистической картины мира, исходящей из единства пространства и времени с материей и её движением. По признанию Эйнштейна, на его философское мировоззрение оказали влияние взгляды Канта, Юма и Маха. Особенностью собственного мировоззрения стал рационализм. Рационализм Эйнштейна нашёл выражение в его взглядах на идеал физической теории, который он мыслил как единую теорию геометризированного поля. Его онтологический рационализм заключался в представлении природы, как строго детерминированной системы, включающей неопределённости и случайности.

Что же такое пространство и время в философском представлении?

Пространство - форма бытия материи (атрибут) со свойством протяжённости всех взаимодействующих во времени компонентов. (Компонент может являть собой как отдельный предмет (тело), так структуру и даже систему, в зависимости от функционального подхода к пространству.)

Время . - форма бытия материи (атрибут) со свойствами длительности и последовательности смены состояний в пространстве.

Все свойства пространства и времени неразрывны, взаимосвязаны с материальными образованиями (телами, предметами, структурами, системами), внутри и между которыми пребывают и развиваются те или иные формы движения. Существуют общие, а также особенные свойства пространства и времени.

Общие свойства пространства:

• - объективность;
• - бесконечность;
• - взаимосвязь со временем и с движением;
• - протяжённость;
• - единство прерывности и непрерывности: прерывность относительна по отношению к двум (или нескольким) взаимодействующим системам в пространстве; непрерывность - абсолютна, потому как пространство обладает связностью, в нём не может быть дискретности.

Общие свойства времени:

• - объективность;
• - вечность;
• - взаимосвязь с пространством и с движением;
• - зависимость от структурных характеристик материальных систем;
• - единство прерывности и непрерывности: у времени нет естественных объективных перерывов, оно всеобъемлюще и течёт даже там, где могут образовываться пространственные пустоты, поэтому связный подход характерен для всех процессов и явлений во времени, так как они взаимосвязаны между собою потенциально и актуально: прошлое - настоящее - будущее.

Особенные свойства пространства и времени:

• - для пространства - трёхмерность (высота-ширина-длина), симметрия и асимметрия, формы и размеры, местоположение, расстояние между предметами, распределение вещества, поля и космического вакуума;
• - для времени - одномерность, асимметричность, необратимость, то есть направленность всегда от прошлого к будущему, ритм процессов, скорость изменения состояния, неповторяемость, длительность.

В отношении бесконечности, как общего свойства пространства и времени, необходимо пояснение. Поскольку материя абсолютна, несотворима и неуничтожима, постольку она существует вечно, а вечность - это бесконечность времени независимо от его интервалов: от секунд до вселенских эпох, причём неважно для каких именно материальных систем. Поэтому всякие допущения конечности времени неизбежно приведут либо к теологическим гипотезам о сотворении мира и времени Богом, либо к идеалистическим концепциям мироздания.

Материя бесконечна в своих пространственно-временных формах бытия . Из теоретических принципов астрофизики и астрономии следует, что спектральные линии галактик Вселенной смещены в красную сторону спектра, и это смещение свидетельствует об их взаимном удалении друг от друга. Этот вывод вытекает из теории "Большого взрыва". Определено и время этого, порождающего вселенскую жизнь, события - примерно 14 млрд лет. Явившись из космического вакуума, взорвалась некая туманность, представляющая материальную субстанцию, а её фрагменты с колоссальной скоростью стали разлетаться в синергетическом вихре. Из этих фрагментов впоследствии стали образовываться звёзды, затем галактики, которые продолжали движение по инерции, созданной субстанциональным взрывом, расширяя пространство Вселенной. Есть естественнонаучные основания считать, что предполагаемое пространственное расширение является не только внутригалактическим процессом, а во Вселенной кроме нашей Метагалактики существует бесчисленное множество других космических систем. С философской точки зрения это суждение - объективный факт, так как в материальном мире, в его бесконечных пространственно-временных формах существуют самые разнообразные структурные образования материи с многомерными элементами, в том числе и социальной организации. Но классический вопрос для Вселенной и Земли остаётся - а как же естественный материальный процесс во времени и пространстве будет происходить дальше?

Существует несколько вариантов:

• - первый - движение, начало которому было положено в результате "Большого взрыва" будет продолжаться бесконечно;
• - второй - движение, начавшись в момент "Большого взрыва", расширит нашу Вселенную до бесконечности, затем наступит замедление и остановка. А вот энергии материи (возможно энергии космического вакуума, как вида материи) к сжатию уже не хватит и Вселенная "застынет" - будут происходить только внутривселенские процессы; - третий - скорость галактик постепенно замедлится, вплоть до полной остановки, а затем они двинутся назад в точку своего первичного "хлопка", где и исчезнут, растворившись в космическом вакууме, а с ними трансформируется в абиотику социальная материя на тех планетах, где она имелась. Следующий этап развития материи - новый Вселенский взрыв. Для пояснения этих вариантов сделаем уточнение: в конце XX в. учёные ряда стран провели совместный эксперимент в рамках программы "Наблюдение внегалактического излучения с аэростата и исследования геомагнетизма". Выводы научной экспедиции оказались уникальными: наша Вселенная устроена так, что кинетическая энергия её расширения и потенциальная энергия вещества в ней уравновешены. Это означает, что она плоская и выстроена по геометрии Евклида (III в. до н.э.), а не Б. Римана (1826-1866 гг.) и Н. Лобачевского (1792-1856 гг.). Три весьма своеобразные геометрически обоснованные точки зрения мыслителей-математиков прогнозировали не только возможную форму Вселенной, они определяли её судьбу во времени и пространстве. Учёные-экспериментаторы пришли к выводу, что если наша Вселенная построена по Б. Риману, подобно шару, она должна расширяться, доходя до максимального радиуса кривизны, потом начнёт сжиматься и в конце концов коллапсирует. По геометрии Н. Лобачевского (эллипс, криволинейное движение) Вселенная будет расширяться бесконечно, причём по истечении бесконечного времени сохранит некую скорость. По геометрии Евклида Вселенная тоже должна расширяться бесконечно, но при этом скорость расширения непременно падает, пока не станет равной нулю. Тогда Вселенная растянется до бесконечности. Главное здесь то, что расширение Вселенной никогда не сменится сжатием, для этого у неё просто не хватит материи. Она будет развиваться в вечности. В этом заключается сегодня естественнонаучный и философский ответ на проблему бытия Вселенной и бытия человека в ней.

Евклид (III в. до н.э.), древнегреческий математик. Работал в Александрии. Основной труд "Начало" (15 книг), содержащий основы древней математики - в плоскости, элементарной геометрии, теории чисел, общей теории отношений и метода определения площадей и объёмов, включавшего элементы теории пределов.

Лобачевский Николай Иванович (1792-1856 гг.), российский математик, создатель неевклидовой геометрии, труды по алгебре, математическому анализу, теории вероятностей, механике, физике и астрономии. Родился 20 ноября (1 декабря) 1792 г. в Нижнем Новгороде. Учился в Казанском университете. В 1811 г. получил степень магистра, в 1814 г. стал адъюнктом, в 1816 г. экстраординарным, в 1822 г. ординарным профессором. Заведовал университетской библиотекой, был хранителем музея, с 1827 по 1846 г. ректор Казанского университета. Его математическое открытие, доказывающее, что существует не одна "истинная" геометрия (1826 г.), не получило научного признания. В 1832 г. при обсуждении в Петербургской Академии наук идеи "воображаемой" (термин Н. Лобачевского; понятие "неевклидовая геометрия" позднее ввёл в научный оборот немецкий математик К. Гаусс) геометрии, против неё, как незаслуживающей внимания членов академии, выступили авторитетные математики N. Остроградский и В. Буняковский; резкая критика открытия Лобачевского продолжалось в тиражируемом журнале Ф. Булгарина и завершилось его снятием в 1846 г. (по совокупности обстоятельств) с должности ректора университета, освобождения от должности профессора и других университетских должностей. Лишь во 2-й половине XIX в. открытие Н. Лобачевского было по достоинству оценено научным сообществом, что позволило перевернуть существовавшее более 2-х тысяч лет учение Евклида о природе пространства. В 1993 г. в Российской Академии наук была учреждена премия имени Н.И. Лобачевского. Имя Н.И. Лобачевского присвоено Нижегородскому государственному университету.

Риман Бернхард (1826-1866 гг.), немецкий математик, положивший начало геометрическому направлению в теории аналитических функций. Рассматривал геометрию как учение о непрерывных совокупностях любых однородных объектов (многообразиях). Ввёл так называемые римановы пространства и развил их теорию: по окружности - риманова геометрия. Выдвинул ряд основных идей типологии. Известны собственные работы по алгебраическим функциям, аналитической теории дифференциальных уравнений, распределению простых чисел, тригонометрическим рядам и теории интеграла. Риманова геометрия (1854 г.) изучает свойства многомерных пространств, в малых областях которых имеет место евклидова геометрия.

Отметим и то, что исследование пространственно-временных характеристик человеческого бытия, а также естественных его факторов - это прерогатива не только философии, оно осуществляется многими науками и прикладными дисциплинами. Другой вопрос, что философия в вопросах пространственно-временного бытия даёт ответы на всеобщие человеческие и естественные проблемы, а частные науки ориентированы на описание и анализ предметных проблем. Обратимся к некоторым из них:

• - история - историческое время несравнимо с физическим временем, так как имеет свою собственную структуру, в которой субъекты истории овладевают временем и пространством, организуя события и одновременно переживая их. Историческое время исчисляется поколениями, веками, эпохами. Его особенным свойством является то, что за точку отсчёта берутся те или иные общественные события, которые остались в памяти поколений и сыграли существенную роль. Интересна теория исторического сжатия времени с пространственной динамикой и результатами его протекания для человечества: Античные времена охватывали пять тысячелетий (ведение примитивного хозяйства); Средневековье "уложилось" уже в одну тысячу лет (развитие ремёсел); Новое время заняло всего 300 лет (скачок в естественных науках, становление производства); Новейшее время уложилось в сотню лет, а событий произошло множество (появление супертехнологий, мощная социальная динамика). Сегодня история буквально творится на наших глазах, многие люди просто не успевают приспосабливаться к быстро меняющимся условиям бытия. Целые поколения людей поэтому не понимают друг друга, так как жили и живут по сути в разные и по-разному адаптированные ими исторические периоды времени;
• - политология - политическое время. Оно и в физическом, и в реальном властном проявлении - уникальное общественное явление. В своём формальном проявлении политическое время - это специфическое бытие народов, наций, стран, государств, содружеств, союзов, где осуществляется политическое господство, действуют политические режимы, реализуются гражданские свободы, где политико-правовые механизмы институционального регулирования прошли длительную адаптацию. Политика, отражая отношения по поводу власти, становится реальным временем, когда удовлетворяет общественные потребности;
• - социология - социальное время. В социальном пространстве мы наблюдаем ускорение темпов человеческого развития, темпов социализации, вызванных общественными явлениями, и потому в одну и ту же единицу фактического времени сейчас укладывается всё большее количество социальных явлений: в семье, в учебной группе, в профессиональном коллективе, в государственной структуре. Другой вопрос - когда мы оцениваем социальное явление с общественной точки зрения (институционально, то течение времени одно) и с персональной точки зрения, когда человек, индивид решает свои личные проблемы (здесь протекание временных процессов иное - персонифицированное);
• - биология - биологическое время. Живые структуры обладают особыми свойствами пространства и времени. Биологическое время - это время жизнедеятельности организмов от белковых до приматов, то есть до человека. Биологическое время - это время когда в живом организме происходит обмен веществ, способствующий его жизненным функциям. Продлить или сократить время жизнедеятельности организма - задача многомерная. Для человека и биомира она глобальная. Как люди, так и животные постоянно сталкиваются с проблемой возможного сокращения времени своего функционирования - экологической угрозой. Техногенный процесс охватил всю цивилизацию, в этом есть как технические плюсы, так и социальные минусы, разбирать которые мы сейчас не будем, отметим лишь для организма человека только один факт - искривление естественного течения времени при переводе с "летнего" на "зимний" режим функционирования и обратно. В ходе такого насильственного временного сдвига реально страдает множество людей, особенно больных и пожилого возраста, которых никогда не поймёт и не поддержит государство, невоспринимающее биологическое время, а это уже уровень социального времени на стыке с политическим;
• - психология - психологическое время. Оно связано с индивидуально-эмоциональными переживаниями человека. Напряжённость, как бы растягивает время, а удовольствие, радость достаточно скоротечны, они "уплотняют" время. Человек, поступая так или иначе, действует двояко, как рационально, так и эмоционально. Его собственное Эго соприкасается с подсознательным Оно и при воздействии общественного Супер-Эго, имеющего нормативный характер, составляет индивидуальный психологический тип поведения, то есть мотивированность поступков, с учётом психологического времени, может быть достаточно разнообразной.

9. Пространство и время

Понятия пространства и времени . Все тела имеют определенную протяженность - длину, ширину, высоту. Они различным образом расположены друг относительно друга, составляют части той или иной системы. Пространство есть форма координации сосуществующих объектов, состояний материи. Оно заключается в том, что объекты расположены вне друг друга (рядом, сбоку, внизу, вверху, внутри, сзади, спереди и т. д.) и находятся в определенных количественных отношениях. Порядок сосуществования этих объектов и их состояний образует структуру пространства.

Явления характеризуются длительностью существования, последовательностью этапов развития. Процессы совершаются либо одновременно, либо один раньше или позже другого; таковы, например, взаимоотношения между днем и ночью, зимой и весной, летом и осенью. Все это означает, что тела существуют и движутся во времени. Время - это форма координации сменяющихся объектов и их состояний. Оно заключается в том, что каждое состояние представляет собой последовательное звено процесса и находится в определенных количественных отношениях с другими состояниями. Порядок смены этих объектов и состояний образует структуру времени.

Пространство и время - это всеобщие формы существования, координации объектов. Всеобщность этих форм бытия заключается в том, что они - формы бытия всех предметов и процессов, которые были, есть и будут в бесконечном мире. Не только события внешнего мира, но и все чувства, мысли происходят в пространстве и во времени. В мире все простирается и длится. Пространство и время обладают своими особенностями. Пространство имеет три измерения: длину, ширину и высоту, а время лишь одно - направление от прошлого через настоящее к будущему. Оно неотвратимо, неповторимо и необратимо.

Правильное понимание сущности пространства и времени тесно связано с научной картиной мира в целом. В мире все дифференцировано, расчленено на относительно устойчивые внеположные образования. Процессы, которые происходят в них и обусловливают их сохранение (воспроизведение), а вместе с тем и их изменение, тоже дифференцированы - они составляют последовательность сменяющих друг друга состояний объекта. Таким образом, в целостной картине мира каждый объект является лишь относительно выделенной частью более общей системы, а каждое явление - относительно выделенным звеном более общего процесса. Пространство и время существуют объективно, вне и независимо от сознания. Их свойства и закономерности также объективны, не являются порождением мысли. Чувствуя, как в своем неумолимом потоке уносит нас время, мы не можем ни остановить его, ни задержать, не можем вернуть ни одного прожитого мига. Течение времени находится вне нашего контроля. Мы столь же бессильны перед ним, как щепка перед речным потоком.

Единство материи, движения, пространства и времени . Существовало воззрение, согласно которому пространство - это как бы грандиозное вместилище, куда помещена материя. Время мыслилось наподобие потока, все увлекающего за собой и все поглощающего. Считалось, что мировое пространство заполнено абсолютно неподвижным эфиром, а в движущемся теле ощущается «эфирный ветер», подобный ветру, который овевает бегущего человека. Так, сначала пространство отрывается от протяженных вещей, а время - от реальных процессов, а затем говорится об их абсолютном бытии. Согласно Ньютону, пространство неизменно, неподвижно, его свойства не зависят ни от чего, в том числе и от времени; они не зависят ни от материальных тел, ни от их движения. Из пространства можно убрать все тела, и все же пространство останется и свойства его сохранятся. Такие же взгляды были у Ньютона и на время. Он считал, что время течет одинаково во всей Вселенной и это течение не зависит ни от чего, а поэтому время абсолютно.

Идея абсолютного пространства и времени соответствовала определенной физической картине мира, а именно: системе взглядов на материю как на совокупность отграниченных друг от друга атомов, обладающих неизменными объемом и инертностью (массой) и действующих друг на друга мгновенно либо на расстоянии, либо при соприкосновении. Изменение физической картины мира изменило и воззрения на пространство и время. Открытие электромагнитного поля и выяснение несводимости поля к состояниям механической среды мирового эфира - вскрыли несостоятельность классической картины мира. Оказалось, что материя не может быть представлена как совокупность отдельных, строго отграниченных друг от друга элементов. В действительности частицы вещества связаны друг с другом в единые системы полем, действие которого передается с конечной скоростью, одинаковой в любой замкнутой системе (со скоростью света в вакууме).

Огромный вклад в разработку научных представлений о связи пространства и времени с движущейся материей внес Н.И. Лобачевский. Им была выдвинута идея, согласно которой закономерности геометрии могут быть различными в разных масштабах. Лобачевский пришел к очень важному не только для геометрии, но и для философии выводу: свойства пространства не являются всегда и везде одинаковыми и неизменными. Он создал неевклидову геометрию, которая является более общей и включает в себя евклидову геометрию как частный случай, отражающий пространственные отношения, воспринимаемые нами в повседневном опыте. В ней через точку, взятую вне прямой, можно провести не одну (как в геометрии Евклида), а бесчисленное множество прямых, не пересекающихся с данной. Сумма углов треугольника в этой геометрии не остается постоянной и равной 180°, а меняется в зависимости от изменения длины его сторон и при этом всегда оказывается меньше 180°. Б. Риман создал еще одну неевклидову геометрию. В ней через точку, взятую вне прямой, нельзя провести ни одной прямой, не пересекающей данную. Иначе говоря, в этой геометрии вообще нет параллельных прямых, а сумма углов треугольника больше 180°. Эти парадоксальные положения приобретают очевидный смысл, если геометрические фигуры нарисовать не на плоскости, а, например, на поверхности сферы. Здесь роль прямых играют кратчайшие дуги, например дуги меридианов на поверхности Земли, каждые два из которых непременно пересекутся. Значит, на поверхности сферы невозможно провести параллельные кратчайшие линии. У нарисованного на сфере треугольника сумма углов больше 180°. Идеи Лобачевского получили свое дальнейшее развитие и конкретизацию в современной физике. Великое научное открытие XX в. - теория относительности, созданная А. Эйнштейном, - вскрыло конкретные связи пространства и времени с движущейся материей и друг с другом, выразив эти связи строго математически в определенных законах .

Одним из выражений связи пространства и времени с движением материи является тот факт, обнаруженный теорией относительности, что одновременность событий не абсолютна, а относительна .

Наш ограниченный земной опыт приводит к иллюзии, будто два события, одновременные по отношению к одному телу, одновременны и по отношению к другим телам независимо от их относительного движения. Мы склонны полагать, что данное мгновение охватывает всю Вселенную. Эта кажимость могла бы иметь физический смысл, если бы воздействие на удаленное тело происходило с бесконечной скоростью. Но бесконечных скоростей взаимодействия тел нет. Каждое событие происходит через некоторое время после вызвавшего его другого события. Одного и того же мгновения для всего мира не может быть. В мире нет единственного «сейчас», разделяющего все прошлые события и события будущего. Каждая система имеет свое «сейчас», свое прошлое и будущее.

С этим фундаментальным положением связаны другие важные принципы теории относительности. Оказывается, расстояние между какими-либо телами, находящимися в пространстве на конечном удалении друг от друга, неодинаково в различных движущихся инерциальных системах. С возрастанием скорости длина тела сокращается. В мире нет единственной длины тела: она меняется в зависимости от системы отсчета. Подобно этому промежуток времени между какими-либо событиями различен в различных движущихся материальных системах - с возрастанием скорости он уменьшается. Такое изменение протяженности тел и временных промежутков, связанное со скоростью движения, свидетельствует о внутреннем единстве пространства и времени. Итак, в мире все пространственно и временно. Пространство и время абсолютны. Но поскольку это формы движущейся материи, постольку они не безразличны к своему содержанию: перемещаясь, предмет не оставляет после себя свою пустую форму, пространство - это не «наемная квартира» для такого «жильца», как материя, а время нельзя уподоблять чудовищу, которое грызет вещи и оставляет на них отпечатки своих зубов. Пространство и время обусловлены материей, как форма своим содержанием, и каждый уровень движения материи характеризуется своей пространственно-временной структурой. Так, особенными свойствами пространства и времени обладают живые клетки и организмы, где усложняется геометрия и изменяется ритм времени. Предполагают, что существует историческое время, единицей которого может быть смена одного поколения другим. Эта единица соответствует столетию. Возможно, что внеземные цивилизации исчисляют историческое время иными мерами.

Конечное и бесконечное . Чье воображение не волновало таинственное ощущение бездны мироздания? Кого не поражала космическая экзотика при виде ночного неба, искрящегося мириадами звезд? Вспомним слова М.В. Ломоносова:

Открылась бездна, звезд полна;

звездам числа нет, бездне - дна…

В повседневной жизни, во всем, что нас окружает, мы сталкиваемся с конечными предметами, процессами. Под бесконечностью в повседневной практике мы понимаем все достаточно большое или достаточно малое в зависимости от условий рассматриваемой задачи. Например, миллиард в степени сто практически бесконечная величина. Из любой точки пространства можно бросить копье, затем из достигнутой точки повторить это. И так все вновь и вновь, нигде не натыкаясь на границу. Это дурная бесконечность. В отличие от дурной истинная бесконечность в процессе: это постоянный выход за пределы конечного. Вселенная не дана в готовом виде, она непрерывно создается. Это постоянно творящая себя действительность. Бесконечное проявляется в конечном и через конечное. Через конечное мы идем к познанию бесконечного. Конечное это все время появляющийся и исчезающий момент бесконечного изменения сущего. Изменение вообще связано с выходом объекта за свои пространственные, временные, количественные и качественные границы. Сам факт взаимодействия вещей суть непрерывный выход за пределы конечного, индивидуального бытия. И в этом постоянном «выхождении вне себя» состоит бесконечная природа конечного. Отношений объекта к другим объектам бесконечное множество. Следовательно, объект обладает бесконечным множеством свойств. И в этом смысле бесконечность выступает как качественное многообразие. Следовательно, истинная бесконечность - это процесс, качественное многообразие, включающее в себя бесконечность пространства и времени, единство противоположностей, постоянный выход за пределы конечного, процесс его продолжения.

Следует отметить, что исследование конечного, ограниченного как момента бесконечного процесса изменения имеет большое методологическое значение для понимания строения Вселенной. Это прежде всего связано с современным толкованием гравитации. А. Эйнштейн рассматривал гравитационные поля различных тел как искривления пространства в областях, окружающих эти тела. Тела, находящиеся на поверхности Земли, вызывают незаметные искривления. Но имеет ли кривизну все мировое пространство? Кривизна пространства определяется искривлением световых лучей, проходящих мимо массивных тел. Понять суть общей кривизны пространства возможно по аналогии с общей кривизной такого, например, двумерного пространства, как поверхность Земли, на которой мы наблюдаем впадины, пригорки, горы, т. е. отдельные искривления. Наряду с ними имеется кривизна поверхности Земли в целом. Дороги на поверхности Земли поднимаются по холмам и спускаются в долины; они приспосабливаются к местности. Если взять совокупность мировых линий всех тел природы, то эти линии сильнее искривляются вблизи центров тяготения. Планеты вызывают более слабое искривление, чем звезды. Тяготение незначительно в межгалактической области, где мировые линии выпрямляются. Если искривляются все мировые линии, мы можем говорить об общем искривлении пространства.

Некоторые склонны интерпретировать факт искривленности пространства как доказательство замкнутости и в этом смысле конечности мира, подобно конечности любой сферической поверхности. Отсутствие у пространства каких-либо границ не означает, что в нем имеется сколь угодно большое расстояние. Движение в таком пространстве в строго определенном направлении не обязательно будет удалять от исходной точки, но в силу внутренней кривизны пространства может завершиться возвращением в исходную точку с противоположной стороны. Эта проблема аналогична той, которая обсуждалась до кругосветного путешествия Магеллана: можно ли, плывя в строго определенном направлении, скажем на запад, тем не менее оказаться в конце концов в исходной точке, вернувшись в нее с востока, покрыв при этом конечное расстояние. Безграничность пространства не означает его бесконечности.

Другие утверждают, что из искривленности пространства не вытекает с однозначной необходимостью его конечность. Замкнутость пространства - лишь частный и идеализированный (допуская равномерное распределение материи во Вселенной) случай кривизны пространства. Будучи искривленным, пространство остается бесконечным.

Наша мысль витала от масштабов Земли в просторы Космоса, в безначальное и бесконечное время - это экстенсивная бесконечность. Сами мы находимся как бы между бесконечной далью известных и неизвестных миров и столь же бесконечной глубиной мира мельчайших частиц материи - это интенсивная бесконечность. От областей в миллионы световых лет мысль проникла в области порядка триллионных долей сантиметра. Здесь свои свойства конечного и бесконечного. Так, по мнению многих физиков, возможно наличие некоторой фундаментальной длины - кванта пространства. Рассматривать расстояния меньше этой длины так же бессмысленно, как говорить, например, о количестве золота менее одного его атома, ибо оно не будет уже данным химическом элементом. Таким образом, ученые допускают существование своего рода «пространства» атомов. Из этого следует признание и минимального времени, в пределах которого теряет смысл понятие фазы, т. е. различия состояния во времени.

Одной из попыток опровергнуть теорию бесконечности мира является концепция расширяющейся Вселенной, возникшая в связи с открытием явления «красного смещения» линий внегалактических туманностей (галактик). Если источник света приближается, спектральные линии смещаются в сторону более коротких волн, если удаляется - в сторону более длинных. Это явление называется эффектом Доплера. Оказалось, что у галактик (за исключением немногих, самых близких к нам) спектральные линии всегда смещены в длинноволновую часть спектра («красное смещение» линий), причем смещение тем больше, чем более удалена от нас галактика. Это означает, что все галактики удаляются от нас, причем скорость этого «разлета» по мере удаления галактик растет. Д. Джинc, например, полагал, что во Вселенной не только количество вещества уменьшается, но и то, что осталось, непрерывно «разбегается» в пространстве с колоссальной и зловеще увеличивающейся скоростью. Однако для подобных выводов нет оснований. Метагалактика, в которой наблюдается «разбегание» галактик, несмотря на всю фантастическую для нас грандиозность ее размеров, лишь крохотная частица в бесконечной Вселенной, поэтому нельзя говорить о «расширении» всей Вселенной.

Далее. Нет оснований утверждать, что движение туманностей даже в наблюдаемой нами части Вселенной оставалось тем же самым во все времена. Современная космология исходит из признания анизотропной неоднородной Вселенной - неодинаковости свойств вещества по разным направлениям. Соответствующая современным данным теория анизотропной неоднородной Вселенной доказала возможность одновременного расширения одних областей метагалактики и сжатия других, смены сжатия расширением и наоборот. В сжимающихся метагалактиках направление течения времени является обратным. Следовательно, гравитация определяет не только метрику (шкалу, ритм) времени, но и такое глубокое топологическое его свойство, как ориентируемость. Таким образом, выявив эффективность гибкого метода мышления, данная теория преодолела односторонность, свойственную однородным изотропным моделям Вселенной.

Итак, в мире все предметы и процессы конечны. Но совокупность конечных вещей и процессов бесконечна. Мир безначален, бесконечен и неистощим. За отдаленнейшими звездными системами, куда нам позволили заглянуть современная наука и техника, располагаются все новые и новые гигантские небесные тела. И так до бесконечности: каждая познанная человеком система мира является частью все более и более обширной системы. Вселенная, по словам А. Пуанкаре, издана в одном экземпляре и охватывает все. Не существует границ, за которыми могло быть еще нечто, не охватываемое понятием объективной реальности. Понятие границы имеет смысл лишь применительно к конечному. И наше поглощаемое далью воображение, и космонавты будущего не могут встретить такое сверхъестественное препятствие, как небытие. Как бы много ни прошло времени до какого-либо события, время будет длиться и дальше. Каким бы давно прошедшим ни было событие, ему предшествовало неисчислимое множество других. Цепь событий нигде не оборвана. Звеньям ее нет числа. В мире, как целом, нет ни исходного, ни завершающего пункта: он одинаково открыт в обе стороны.

Понятие начала имеет смысл применительно не к миру в целом, а лишь к отдельным конкретным вещам и процессам, т. е. к конечному. Каждая вещь или фаза развития произошла от другой конечной вещи, возникла из предшествующей ступени развития. К миру в целом неприменимы «от» и «до». Он кладет на них строгий запрет. Он не обладает возрастом. Он бесконечно стар и вечно молод. Мы не можем представить себе Вселенную прожившей свой век и печально прозябающей остаток вечности.

Пространство и время в философии - это сложные понятия, с которыми до сих пор связано очень много вопросов. Их изучали не только философы, но и представители других наук: математики, физики и так далее. Такие термины, как «пространство» и «время» в философии появились давно. Первые работы, которые так или иначе связаны с ними, принадлежат Демокриту, Ньютону, Эпикуру.

Пространство и время в философии

Материальный мир, который нас окружает, состоит из различного рода структурных постоянно находятся в движении, а также развиваются. Развитие же их представляет собой своеобразный процесс развертывания. Проходит этот процесс по определенным этапам.

По сути дела пространство - это не что иное, как способность объекта быть протяжным, иметь место среди других, а также граничить с ними. О времени говорят при сравнении разных длительностей, которые выражают скорость развития процессов развертывания, их темп, а также ритм. Пространство и время в философии всегда имеют определенную связь. Их категории являются материи.

Существуют различные концепции, которые имеют пространство и время. Философия их знает две:

Субстанциональная;

Реляционная.

Первая рассматривает и то, и другое как свободные сущности, существующие совершенно независимо от материальных объектов - то есть самостоятельно. Во втором случае они рассматриваются как между объектами, а также процессами. Вне этих объектов и процессов ни того, ни другого не существует.

Как уже говорилось выше, данные понятия рассматриваются и другими науками, однако их основные свойства помогла открыть именно философия. Пространство и время имеют следующие всеобщие свойства:

Неразрывная связь с материей, а также друг с другом;

Абсолютность;

Зависимость от процессов, а также от взаимодействий внутри материальных систем;

Единство непрерывного, а также прерывного в их собственной структуре;

Качественная и количественная бесконечность.

Различают метрические, а также топологические свойства времени и пространства. Топологические характеристики связаны с прерывностью и непрерывностью, ориентируемостью, связанностью, размерностью и так далее. Метрические характеристики отображают изотропность, бесконечность, конечность и прочее.

Всеобщие свойства пространства - это расположенность, протяженность, сосуществование разных элементов, возможность соединения элементов, увеличения или уменьшения их числа.

Метрические свойства в первую очередь связаны именно с протяженностью пространства. Они выражают то, как связаны пространственные элементы, каким законам их связи подчиняются.

Известны также специфические свойства пространства. К ним относят:

Симметрию и асимметрию;

Местоположение;

Расстояние между объектами;

Распределение поля и вещества;

Границы, которые определяют различного рода системы.

Всеобщие свойства времени - это:

Связь с атрибутами материи;

Длительность;

Ассиметричность и одномерность;

Направленность от прошлого к будущему;

Необратимость.

К специфическим свойствам времени можно отнести определенные периоды существования тел, одновременность различных событий, ритм процессов, темпы развития, а также взаимоотношения разных циклов развития, находящихся в одной системе.

Альберт Эйнштейн сумел доказать то, что в нашем мире временные и пространственные интервалы при переходе к другой системе отсчета всегда меняются. сделала наглядной ту глубокую связь, которая существует между пространством и временем. Также она показала, что существуют единое пространство, а также время. То пространство и время, которые мы ощущаем - это всего лишь проекции того самого единого времени и пространства. Они могут расщепляться в зависимости от того, как ведут себя тела.

Есть много различных моментов в теории, указывающих, что общая теория относительности - не последняя точка в истории о пространстве-времени. И в самом деле, пускай мне нравится ОТО как абстрактная теория, однако я пришел к мысли, что она, возможно, на целый век увела нас от пути познания истинной природы пространства и времени.

Я размышлял об устройстве пространства и времени немногим более сорока лет. В начале, будучи молодым физиком-теоретиком, я просто принимал эйнштейновскую математическую постановку задачи специальной и общей теории относительности, а так же занимался некоторой работой в квантовой теории поля, космологии и других областях, основываясь на ней.

Но около 35 лет назад, отчасти вдохновленный своим опытом в технических областях, я начал более детально исследовать фундаментальные вопросы теоретической науки, с чего и начался мой длинный путь выхода за рамки традиционных математических уравнений и использования вместо них вычислений и программ как основных моделей в науке. Вскоре после этого мне довелось выяснить , что даже очень простые программы могут демонстрировать очень сложное поведение, а затем, спустя годы, я обнаружил, что системы любого вида могут быть представлены в терминах этих программ.

Воодушевившись этим успехом, я стал размышлять, может ли это иметь отношение к важнейшему из научных вопросов - физической теории всего.

Во-первых, такой подход казался не слишком перспективным - хотя бы потому, что модели, которые я изучал (клеточные автоматы) , казалось, работали так, что это полностью противоречило всему тому, что я знал из физики. Но где-то в 88-м году - в то время, когда вышла первая версия Mathematica , я начал понимать, что если бы я изменил свои представления о пространстве и времени, возможно, это к чему то бы меня привело.

Простая теория всего?

Но насколько простой может быть теория всего для нашей Вселенной? Скажем, мы можем представить её в виде программы, допустим, в Wolfram Language . Насколько большой будет эта программа? Будет ли оно сравнима с длиной человеческого генома, или больше походить по объему на операционную систему? Или же она будет значительно меньше?

Если бы я отвечал на этот вопрос до того, как начал исследовать вычислительную вселенную простых программ, я бы, скорее всего, ответил, что подобная программа должна быть чем то весьма сложным. Однако мне удалось обнаружить, что в вычислительной вселенной даже чрезвычайно простые программы могут демонстрировать сколь угодно сложное поведение (этот факт отражен в общем принципе вычислительной эквивалентности).

Структура данных Вселенной

Но если поведение вселенной определяются простой программой, то какова структура данных, с которыми эта программа работает? Сперва я предположил, что это должно быть нечто простое для описания, как, к примеру, структура клеток, которая появляется в клеточном автомате. Но даже если подобная структура хорошо работает для описания моделей различных вещей , представляется, что она должна быть весьма неправдоподобной для фундаментальных физических моделей. Да, можно найти такие правила, что будут демонстрировать поведение , которое в большом масштабе не будет показывать очевидное свойства структуры. Однако если физика действительно может описываться некоторой простой моделью, то представляется, что столь жёсткая структура для пространства не может быть в неё включена, и что свойства пространства должны из чего-то проистекать.

Так какова альтернатива? Нам потребуется более низкоуровневое понятие, чем пространство, из которого оное и будет рождаться. Также нам потребуется базовая структура данных, которая будет максимально гибкой. Я размышлял об этом много лет, изучая самые разнообразные вычислительные и математические формальные системы. Но в конце концов я понял, что по сути все, с чем я сталкивался, может быть представлено одним способом - с помощью сетей.

Пространство как граф

Однако можем ли мы точно сказать, что пространство является непрерывным? Когда квантовая механика зарождалась, была популярна идея о том, что пространство, как и всё остальное, квантуется. Но было не ясно, как эту идею можно сопрячь со СТО, собственно, не было и явных доказательств дискретности пространства. Когда я начал заниматься физикой в семидесятых, обсуждение дискретности пространства сошло на нет, плюс экспериментально было доказано, что в масштабах до 10 -18 м (1/1000 радиуса протона, или аттометр) дискретности не наблюдается. Спустя 40 лет и десятки миллиардов долларов, потраченные на ускорители частиц, в масштабах до 10 -22 м (или 100 йоктометров) дискретность пространства так и не обнаружили.

Однако есть мнение, что она должна проявиться в масштабах около планковской длины - 10 -34 метра. Но когда люди размышляют об этом , скажем, в контексте спиновых сетей, петлевой гравитации или чего бы ты ни было, то они склонны предполагать, что всё, что там происходит, тесно связано с формализмами и понятиями квантовой механики.

Но что, если пространство - вероятно, в планковских масштабах - есть лишь старый добрый граф, лишённый квантовых свойств? Звучит не особо впечатляюще, однако для задания подобного графа требуется значительно меньше информации - достаточно просто сказать, какие узлы с какими соединены.

Но как подобное может порождать пространство? Прежде всего, откуда на больших масштабах возникает видимая непрерывность пространства? На самом деле, всё очень даже просто: это может быть следствием большого количество узлов и связей. Немного напоминает то, что происходит в жидкостях - скажем, в воде. В малых масштабах мы можем наблюдать молекулы, мечущиеся в тепловом движении. Однако масштабный эффект заставляет все эти молекулы порождать то, что мы воспринимаем как непрерывную жидкость.

Так получилось, что в середине 80-х я много времени уделял изучению этого феномена - это было частью моей работы, в которой я разбирался в природе кажущейся случайности турбулентных потоков жидкости . В частности, мне удалось показать, что если представить молекулы как клетки клеточного автомата, то их крупномасштабное поведение будет точно описываться дифференциальными уравнениями для потоков жидкости.

И потому, когда я начал размышлять о возможности существования подструктуры пространства, которое можно представить в виде сети, мне подумалось, что здесь можно использовать те же методы, и что это может свести уравнения ОТО Эйнштейна к другим, существенно более низкоуровневым.

Может быть, нет ничего, кроме пространства

В последние годы своей жизни Эйнштейн был весьма увлечен этой идеей . Он полагал, что, быть может, такие частицы, как электроны, можно рассматривать как нечто вроде черных дыр, что состоят из одного лишь пространства. Однако, опираясь лишь на формализм ОТО, Эйнштейн не смог развить эту идею, в результате чего она была заброшена.

И, так уж было, что за сотню лет до этого в умах некоторых людей жили подобные идеи. Это были времена до СТО, когда люди думали, что пространство заполнено средой, подобной жидкости - эфиром (по иронии судьбы в настоящее время мы вернулись к модели заполненного пространства - полем Хиггса , квантовыми флуктуациями в вакууме и прочим). Между тем, было понятно, что существуют различные типы атомов, соответствующие различным химическим элементам. И было выдвинуто предположение (в частности, Кельвином), что разным атомам можно сопоставить различные узлы эфира .

Это интересная идея, хоть и неправильная. Но, представляя пространство как сеть, можно рассмотреть схожую идею: возможно, частицы соответствуют определенным структурам сети . Быть может, всё сущее во вселенной есть сеть, а материи соответствуют какие-то структуры этой сети. Подобные вещи легко можно обнаружить на поле клеточного автомата. Даже если каждая клетка подчиняется некоторым простым правилам, в системе появляются определенные структуры со своими свойствами - прямо как частицы с физикой взаимодействия друг с другом.

То, как всё это может реализовываться на сетях - отдельная и очень большая тема. Однако сперва нам стоит обсудить одну очень важную вещь - время.

Что есть время?

Оно вносит множество смыслов в СТО, в которой, к примеру, перемещение с переменной скоростью есть суть вращение в четырехмерном пространстве-времени. И весь этот век физики полагали пространство-время некоей сущностью, в которой пространство и время не имеют фундаментальных различий.

Но теперь все становится немного сложнее. Ведь может быть много мест в сети, где можно применить подобное правило. Так что определяет порядок обработки каждого фрагмента?

По сути, каждое возможное упорядочение соответствует своему временному потоку. И можно было бы вообразить теорию, в которой все потоки имеют место быть, и наша вселенная имеет множественную историю .

Но мы можем обойтись и без этой гипотезы. Вместо этого, вполне возможно, существует лишь одна нить времени - и это хорошо соотносится с тем, что мы знаем о мире, с нашим опытом. И чтобы понять это, нам следует сделать нечто наподобие того, что сделал Эйнштейн, формулируя СТО: нам следует ввести более реалистичную модель того, чем может являться наблюдатель.

Излишне говорить, что какой-либо реальный наблюдатель должен иметь возможность существовать в нашей вселенной. Таким образом, если вселенная представляет собой сеть, то наблюдатель должен быть некоей частью этой сети. Вспомним теперь о постоянных небольших изменениях, которые происходят в сети. Чтобы знать, что подобное изменение (обновление) произошло, наблюдатель и сам должен быть изменен (обновлен).

И тут вещи приобретают интересный оборот. Если сеть ведет себя как неискаженное в пространстве большей размерности d -мерное пространство, то число узлов всегда будет около r d . Но если поведение подобно искривленному пространству (как в ОТО), то будет иметь место поправочный член, пропорциональный такому математическому объекту, как тензор Риччи . И это весьма интересно, ведь тензор Риччи как раз и возникает в уравнениях Эйнштейна.

Тут много математических сложностей. Следует рассмотреть кратчайшие пути - геодезические линии сети. Следует понять, как сделать что бы то ни было не только в пространстве, но и на сети с течением времени. Так же следует понять то, до каких масштабов проявляются свойства сети.

При выводе математических результатов важно иметь возможность получать разного рода средние значения. По сути, это подобно выведению уравнений для жидкости из динамики молекул: нужно иметь возможность принимать среднее из некоторого диапазона случайных значений в низкоуровневых взаимодействиях.

Но хорошая новость заключается в том, что существует необъятное количество систем, построенных даже на чрезвычайно простых правилах, которые подобны цифрам числа пи , то есть для любых прикладных целей являются достаточно случайными . Получается, что даже если особенности причинной сети полностью определены для того, кто знает исходное состояние сети, то большая часть этих особенностей будут являться, по сути, случайными.

Вот что имеем в итоге. Если ввести предположение об эффективной микроскопической случайности и предположить, что поведение системы в целом не приводит к изменению во всех ограничивающих размерностях, то из этого следует, что масштабное поведение системы удовлетворяет уравнениям Эйнштейна !

Полагаю, это очень интересно. Уравнения Эйнштейна можно получить практически из ничего. Это означает, что эти простые сети воспроизводят черты гравитации, которые мы знаем из современной физики.

Есть ряд деталей, которые не подходят под формат этой статьи. Многие из них я озвучивал довольно давно в NKS , особенно в заметках в конце.

Некоторые из вещей, возможно, стоит упомянуть. Во-первых, стоит отметить, что эти базисные сети не только представляются в обычном непрерывно определенном пространстве, но и не определяют такие топологические понятия, как внутри и снаружи. Все эти понятия являются следствием и выводятся.

Когда дело доходит до вывода уравнений Эйнштейна, тензоры Риччи рождаются из геодезических линий на сети вместе с ростом сфер, которые берут начало из каждой точки на геодезической линии.

Полученные уравнения Эйнштейна являются уравнениями Эйнштейна для вакуума. Но как и в случае с гравитационными волнами, можно эффективно отделить особенности пространства, связанные с материей, а затем получить полные уравнения Эйнштейна в терминах материи-энергии-импульса.

Когда я пишу это, то понимаю, насколько легко скатываюсь к «языку физиков» (вероятно, это связано с тем, что я занимался физикой в молодости...). Но достаточно просто сказать, что на высоком уровне появляется захватывающая вещь, которая заключается в том, что из простой идеи о сетях и причинно-следственно инвариантных правил замены можно вывести уравнения ОТО. Сделав удивительно мало, мы получаем яркую звезду физики 20-го века: общую теорию относительности.

Частицы, квантовая механика и прочее

Но тогда их поведение должно следовать правилам, которые мы знаем из квантовой механики - или, если более конкретно - из квантовой теории поля. Ключевой особенностью квантовой механики является то, что она может быть сформулирована в терминах множественных поведений, каждое из которых связано с определенной квантовой амплитудой. Я не до конца со всем этим разобрался, однако есть намек на то, что нечто подобное происходит, если смотреть на эволюцию сети с различными возможными последовательностями низкоуровневых замен.

Моя сетевая модель, говоря строго, не имеет никаких квантовых амплитуд. Она больше похожа (но не в точности) на классическую, по сути, вероятностную модель. И в течение полувека люди считали, что с подобными моделями сопряжены практически нерешаемые проблемы. Ведь есть такая теорема Белла, в которой говориться, что если нет мгновенных нелокальных распространений информации, то не найдется и такой модели «скрытых переменных», что сможет воспроизвести квантово-механические результаты, наблюдаемые экспериментально.

Но есть принципиальные замечания. Вполне себе ясно, что означает нелокальность в обычном пространстве некоторой размерности. Но что можно сказать в контексте сетей? Тут всё по-другому. Потому что все определяется одними лишь связями. И хоть сеть и может в больших масштабах представляться трехмерной, остаётся возможность, что есть некие «нити», соединяющие некоторые области, которые без оных были бы отделены друг от друга. И мне не даёт покоя одна мысль - есть основания полагать, что эти нити могут генерироваться подобными частицам структурами, распространяющимися в сети.

В поисках вселенной

Первая мысль - начать с существующей физики и попытаться адаптировать инженерно-прикладные правила так, чтобы воспроизвести её. Но единственный ли это путь? А что если просто начать перечислять все возможные правила, ища среди них те, что будут описывать нашу вселенную?

Не начав изучение вычислительной вселенной простейших программ, я бы подумал, что это безумная затея: правила нашей вселенной никак не могут быть достаточно простыми для того, чтобы их можно было бы найти простым перечислением. Но увидев, что творится в вычислительной вселенной и увидев некоторые другие примеры, в которых потрясающие вещи были найдены одним лишь перебором, я понял, что ошибаюсь.

Но что будет, если кто-то действительно начнет осуществлять подобный поиск ? Вот подборка сетей, полученных после довольно небольшого числа шагов, используя все возможные правила определенного, весьма простого типа:

Некоторые из этих сетей явно не соответствуют нашей вселенной. Они просто замирали спустя несколько итераций, то есть время в них, по сути, останавливалось. Или структура их пространства была слишком простой. Или у них было бесконечное число измерений. Или какие-то другие проблемы.

Здорово, что с такой удивительной быстротой мы можем найти те правила, которые явно не соответствуют нашей вселенной. А сказать то, что именно этот объект - наша вселенная, является значительно более сложной задачей. Потому что даже если смоделировать большое количество шагов, то невероятно сложно будет показать то, что поведение этой системы демонстрирует то же самое, что говорят нам физические законы о ранних моментах жизни вселенной.

Хотя есть ряд обнадеживающих вещей. Например, эти вселенные могут рождаться с фактически бесконечным числом измерений, а затем постепенно сжиматься до конечного числа измерений, потенциально устраняя необходимость в явной инфляции в ранней Вселенной.

А если рассуждать на более высоком уровне, то следует помнить, что если использовать весьма простые модели, то будет иметь место большое расстояние между «соседними моделями», так что, скорее всего, эти модели будут либо точно воспроизводить известные физические построения, либо будут далеки от истины.

В конце концов, нужно воспроизвести не только правила, но и начальное состояние вселенной. И как только мы узнаем его, то мы принципиально сможем узнать точную эволюцию вселенной. Так означает ли это, что можно было бы сразу узнать все о вселенной? Однозначно нет. Из-за явления, которое я называю «вычислительной несводимостью» , и которое подразумевает, что если знать правила и начальное состояние для системы, она по-прежнему может требовать неприводимое количество вычислительной работы для прослеживания каждого шага системы в выяснения того, что она делает.

Тем не менее, существует вероятность, что кто-то сможет найти простое правило и начальное состояние, сказав: "Смотрите-ка, это наша вселенная! " Мы нашли бы нашу вселенную в пространстве всех возможных вселенных.

Конечно, это было бы знаменательным днём для науки.

Но возникло бы множество других вопросов. Почему именно это правило, а не другое? И почему наша Вселенная должна иметь правило, которое появляется достаточно рано в нашем списке всех возможных вселенных, и которое мы можем найти простым перечислением?

Можно было бы подумать, что именно особенности нашей вселенной и тот факт, что мы в ней находимся, заставят нас сформировать правила перечисления так, что вселенная появится достаточно рано. Но в настоящее время я полагаю, что всё должно быть значительно более экстравагантно, как, например, в случае с наблюдателем во вселенной - все из большого класса нетривиальных возможных правил для вселенных в действительности эквивалентны, потому можно выбрать любое из них и получить точно такие же результаты, просто по-другому.

Ок, покажите мне Вселенную

Так, хорошо. Какова наша текущая позиция во всем этом? Большую часть из того, что сейчас обсуждалось, я понял где-то в 99-ом - за несколько лет до окончания A New Kind of Science . И хоть я и писал на простом языке, а не в формате статьи по физике, мне удалось покрыть основные моменты этой темы в девятой главе книги, добавив некоторые технические детали в примечаниях в конце.

Но после того, как в 2002 году книга была закончена, я снова начал работать над физическими проблемами . Будет забавным сказать, что в моём подвале стоял компьютер, который искал фундаментальную физическую теорию. Но вот что на самом деле он делал: перечислял возможные правила различных типов и пытался обнаружить соответствие их поведения определенным критериям, которые могли бы сделать их правдоподобными в качестве моделей физики.

Я весьма скрупулёзно проделывал это работу, черпая идеи из простых случаев, последовательно продвигаясь к более реалистичным. Было много технических вопросов. Как представлять большие эфолюционирующие последовательности графов. Или как быстро распознавать слабоуловимые закономерности, которые показывают, что правило не соответствует нашей вселенной.

Работа разрослась на тысячи страниц, если её представлять в печатной форме, постепенно приближая к пониманию основ того, что могут делать системы, основанные на сетях.

В некотором смысле это было чем-то вроде хобби, которым я занимался параллельно с текучкой по управлению компанией и ее технологическим развитием . И был еще один отвлекающий фактор. В течение многих лет я занимался проблемой вычислительных знаний и построением движка, который мог бы всесторонне их реализовывать. И по результатам моей работы над A New Kind of Science я убедился, что это возможно, и что сейчас подходящее время для реализации этого.

К 2005 году стало ясно, что это действительно возможно реализовать, и потому я решил посвятить себя этому направлению. В результате получилась Wolfram|Alpha . И как только Wolfram|Alpha была запущена, то стало ясно, что можно сделать значительно большее - и я посвятил своё, пожалуй, наиболее продуктивное десятилетие на создание огромной системы из идей и технологий, которая дала возможность реализовать Wolfram Language в его нынешнем виде, а так же множество других вещей.

Заниматься физикой или нет - вот в чем вопрос

Должен ли я вернуться к вопросам физики? Я определенно хочу этого. Хотя есть и другие вещи, которые я хотел бы реализовать.

Я провел большую часть своей жизни, работая над очень большими проектами. И я упорно трудился, планируя то, что собираюсь сделать, пытаясь их распланировать на ближайшее десятилетие. Иногда я откладывал проекты, потому что существующие на тот момент технологии или инфраструктура были ещё не готовы к ним. Но как только я приступал к работе над проектом, я давал себе обещание найти способ его успешно завершить, даже если для его реализации потребуется много лет напряженной работы.

Однако поиск фундаментальной физической теории, пожалуй, несколько отличается от проектов, над которыми мне приходилось работать раньше. В некотором смысле критерии его успеха гораздо жестче: он или решает проблему и находит теорию, или нет. Да, можно было бы найти множество интересных абстрактных понятий из формирующийся теории (как в теории струн). И вполне вероятно, что такое исследование даст интересные побочные результаты.

Но в отличие от создания технологий или исследования научных областей, формулирование содержания этого проекта вне нашего контроля. Его содержание определяется нашей вселенной. И, вполне возможно, я просто ошибаюсь в предположениях о том, как работает наша вселенная. Или, быть может, что я прав, но есть практически непреодолимый барьер из-за вычислительной несводимости, который лишает нас возможностей познать эту сферу.

Кто-то может сказать, что есть вероятность того, что мы найдем некоторую вселенную, которая будет походить на нашу, но мы так никогда и не узнаем, наша ли она в действительности. Я, на самом деле, не особо беспокоюсь об этом. Я думаю, что есть достаточное количество аномалий в существующей физике, приписываемых таким вещам, как темная материя, объяснение которых даст нам полную уверенность в том, что мы нашли верную теорию. Будет здорово, если можно будет сделать предположение и быстро проверить его. Но к тому времени, как мы выведем все, казалось бы, произвольные массы частиц, и другие известные особенности физики, можно будет быть уверенным, что мы имеем дело с верной теорией.

Было занятно в течение многих лет спрашивать у своих друзей, должен ли я заниматься фундаментальными вопросами физики. И получал я три совершенно разных типа ответов.

Первый - простой: "Ты должен заниматься этим! " Они говорили, что проект является самым увлекательным и важным из тех, что можно себе вообразить, и не могут понять, зачем ждать ещё хоть один лишний день, прежде чем к нему приступить.

Второй тип ответов: "Зачем тебе этим заниматься? " Затем они говорят нечто вроде «Почему бы не решить проблему искусственного интеллекта, или молекулярной инженерии, биологического бессмертия, или, по крайней мере, не построить огромную многомиллиардную компанию? Зачем заниматься чем-то столь абстрактным и теоретическим, когда можно сделать что-то насущное и изменить тем самым мир?»

А есть третий тип ответов - весьма ожидаемый, если иметь в виду историю науки. В основном он исходит от моих друзей-физиков, и это некая комбинация из "Не трать своё время на это! " и "Пожалуйста, не надо этим заниматься ".

Дело в том, что нынешний подход к фундаментальной физике, основанный на теории квантового поля, насчитывает почти 90 лет. Он имел ряд успехов, однако не привел нас к фундаментальной физической теории. Но для большинства современных физиков нынешний подход и есть суть сама физика. И когда они слышат о том, над чем я работаю, им это кажется чем-то столь незнакомым, будто это на самом деле и не физика.

И некоторые из моих друзей прямо так и говорят: "Я надеюсь, что у тебя ничего не получится, потому что тогда все, над чем я работал, пойдет коту под хвост ". Ну, да, многое из сделанного окажется бессмысленным. Но вы всегда сталкиваетесь с этим риском, когда занимаетесь проектом, в котором природа решает что верно, а что нет. Но я должен сказать, что даже если можно будет найти по-настоящему фундаментальную физическую теорию, то останется ещё очень большое поле для работы квантовой теории поля, к примеру - объяснение различных эффектов на масштабах, с которыми мы работаем в настоящее время на ускорителях частиц.

Что требуется?

Будет ли он в конечном счете работать - не знаю, но думаю, что будет довольно интересно за ним наблюдать, и я планирую представить его в прозрачном формате, сделав его максимально доступным и познавательным (конечно, это будет ободряющим контрастом с тем режимом отшельника, в котором я работал над A New Kind of Science в течение десяти лет).

Безусловно, я не могу знать, насколько сложен этот проект, и принесет ли он вообще результаты. В конечном счете это зависит от того, какова есть на самом деле наша вселенная. Но, основываясь на том, что я сделал десять лет назад, у меня есть четкий план относительно того, с чего начать и каких людей свести вместе в рамках одной команды.

Тут потребуются как хорошие учёные, так и прикладники/инженеры. Потребуется проделать много работы в области разработки алгоритмов эволюции сетей и их анализа. Я уверен, что тут потребуется теория графов, современная геометрия, теория групп и, возможно, некоторые другие разделы абстрактной алгебры. И я не удивлюсь, если в итоге будут задействовано большое количество других областей математики и теоретической информатики.

Тут потребуется сложная и серьёзная физика, с понимаем основ квантовой теории поля, теории струн и, возможно, таких разделов, как спиновые сети. Также, вероятно, потребуются методы статистической физики и её современных теоретических основ. Потребуется понимание общей теории относительности и космологии. И, если дела идут хорошо, потребуется работа над большим количеством разнообразных физических экспериментов, а также их интерпретация.

Будут и технические проблемы - понять, к примеру, то, как проводить огромную вычислительную работу по сетям и визуализировать получаемые результаты. Но я подозреваю, что самые большие проблемы будут в строительстве здания новой теории и понимании того, что необходимо для изучения различных видов сетевых систем, которые я хочу исследовать. Будет не лишней поддержка из существующих ныне областей. Но, в конце концов, подозреваю, потребуется построение существенно новой интеллектуальной структуры, которая не будет похожа ни на что из того, что имеется сейчас.

Но пришло ли время?

Я не уверен. Но я и не вижу никаких непреодолимых препятствий, а лишь то, что на этот проект потребуются усилия и ресурсы. И кто знает: может быть, это окажется проще, чем мы думаем, и мы, оглядываясь назад, будем задаваться вопросом - почему этого никто не сделал ранее.

Одним из ключевых моментов, который привел к общей теории относительности 100 лет назад, заключался в том, что пятый постулат Евклида («параллельные линии никогда не пересекаются») может и не выполняться в реальной вселенной, давая возможность существования искривленного пространства. Но если мои подозрения о космосе и вселенной верны, то это означает, что на самом деле есть и более фундаментальная проблема в основаниях Евклида - в самых первых его определениях. Ведь если существует дискретная подпространственная сеть, то предположения Евклида о точках и линиях, которые могут занимать любые пространственные положения, попросту не верны.