Московский физико-технический институт
Пространство и время
(реферативное исследование)
Долгопрудный 2000
1. Начало
Решение написать реферат, в котором бы подробно анализировались
категории пространства и времени, связано с тем, что это действительно мне
интересно. Этот интерес давний и искренний. Подтверждением тому моя научная
работа в области теоретической физики – я занимаюсь квантовыми черными
дырами. Для непосвященного, возможно, не ясно, как это касается
пространства и времени, но, надеюсь, в этой работе я смогу объяснить это.
Конечно, есть риск превратить реферат по философии в научно-популярную
статью по физике, но, коль скоро мы заговорили о пространстве и времени,
без экскурса в современную физику наше обсуждение будет существенно
неполным.
Кроме того, ни один из крупных философов от древности до ХХ века не
обходил вниманием понятия пространства и времени, поэтому недостатка в
реферируемом нет, и это немаловажно. Вопрос, что же есть пространство и
время, тем не менее, как кажется мне, еще далек от своего полного
разрешения. Физика уходящего столетия заставила несколько раз поменять
взгляды на столь фундаментальные понятия и выявила несостоятельность
большинства философских концепций. Наверное, сейчас редкий философ рискнет
обсуждать этот вопрос, отдав его на откуп физикам, что еще раз
подтверждает мое право не только цитировать классиков, но и принять
посильное участие в дискуссии. Здесь можно привести шутливое высказывание
замечательного американского физика-теоретика Ричарда Фейнмана: «… когда
будут открыты все физические законы, придет время философов, которые до
этого стояли рядом и подавали глупые советы» [1]. Ввиду отсутствия ясного
взгляда на пространство и время и даже, быть может, их четкого определения,
нам остается рассмотреть историю вопроса, которая открывается греческой
философией и проходит практически через все основные философские учения. В
реферате сознательно обойдем слишком экзотические концепции, такие как
теория Бергсона, и это вовсе не значит, что они были совсем упущены из
вида. Дело в том, что их ценность для современности и будущего науки
представляется сомнительной.
Все многообразие взглядов можно разделить на две основные категории. 1)
пространство и время субъективны; 2) они объективны. Пожалуй, нумерацию
лучше поменять, т. к. я являюсь последовательным сторонником первой точки
зрения. В разные времена люди ставили разные вопросы касательно природы и
свойств пространства и времени, но один из них, по крайней мере,
прослеживается издревле: существует ли «пустое пространство»? Позже к нему
примкнул другой: можно ли говорить о времени, если «ничего не происходит».
Не буду интриговать читателя и скажу, что на эти вопросы в середине ХХ
века, наконец-то, получен строгий однозначный ответ – нет. А вот почему? С
объяснением придется подождать. Необходимые комментарии и пояснения из
области физики будет даны по ходу обсуждения.
Действительно, категории пространства и времени являются, пожалую,
одними из самых сложных в философии. Человек желает раскрыть истинный смысл
и природу вещей и явлений, его окружающих. Если с объяснением материальных
объектов (назовем их так) дело обстоит более менее неплохо, то с
пространством и временем вопрос темный. Как мне представляется, причина
состоит в том, что большинство материальных объектов человек может
«повертеть в руках», рассмотреть их, поэкспериментировать с ними и,
поразмыслив, составить представление об их природе. Ставить опыты со
временем и пространством человечество еще не научилось, и на долю ученых
остается лишь их мысленное созерцание. Мы до сих пор подобны греческим
философам, которые строили свои метафизические теории без активного
вмешательства в природу, ограничиваясь случайными, и, в общем-то,
неупорядоченными наблюдениями. Понятно, что при этом трудно рассчитывать на
глубокое и правильное понимание вопроса. Видимо придется ждать нового
Галилея, который сможет ставить опыты со временем и пространством. Если
верить обещаниям американских физиков и инженеров, то ждать осталось
недолго. В скором времени мы станем свидетелями первого в истории
человечества эксперимента с пространством и временем – возможным
наблюдением гравитационных волн[1] в рамках американского проекта LIGO.
Первая установка требуемой точности вступит в строй, как обещано, в 2001
году в Калифорнии (США).
2. Греки
Итак, начнем с греков. Большинство из философов того далекого прошлого
не интересовались пространством в чистом виде, обсуждение подобных проблем
носило вспомогательный характер при анализе покоя и движения и вообще в
метафизике. А это в свою очередь для греков неизбежно сводилось к вопросу о
существовании пустоты или, мы бы сказали, «пустого пространства», не
заполненного никакими телами. Причем люди уже тогда хорошо понимали, что
воздух не есть настоящая пустота – это тоже тело (среда). Доводы
сторонников существования пустоты в природе сводились к аргументу, что если
бы в мире все места были заполнены, то тела не смогли бы двигаться, и это
противоречит истинному положению дел. Этот довод был очень сильным и греки,
в общем-то, ничего не смогли противопоставить ему по существу. Вывод,
сделанный последователями Парменида, был неожиданным и парадоксальным, –
движения нет. Не будем обсуждать мировоззрение и философию, следующее
отсюда, сосредоточимся на самом утверждении. «Конечно, можно возразить, и,
вероятно, это будет основательно, что движение никогда не может возникнуть
в заполненном пространстве, но нельзя обоснованно утверждать, что оно там
вовсе не может происходить» [2].
Очень замечательны в этом отношении апории Зенона, ученика Парменида.
Мы вполне можем утверждать, что эти парадоксы касаются непосредственно
свойств пространства и времени. Они настолько широко известны, что
приводить их здесь смыслы не имеет, перейдем сразу же к анализу. Зенон
старался показать при их помощи парадоксальность движения. Но для нас очень
важно то, что пространственный отрезок Зенон считал возможным делить до
бесконечности также как и рассматривать бесконечно близкие моменты времени.
Таким образом, можно утверждать, что в античности пространство и время
мыслились непрерывными, это один из важнейших для нас моментов, запомним
это.
Современники Зенона были настолько поражены апориями, что конечно же
старались найти какие-то объяснения. Здесь я упомяну интересное разрешение
этих парадоксов, данное Демокритом. Вообще последовательная позиция этого
атомиста заслуживает уважения, ведь он считал «зернистым» не только
вещество, но и время, и пространством. Довод Демокрита состоял в том, что
пространство дискретно, и для тела возможно лишь определенное счетное
множество положений. Поясняя эту мысль, скажу, что пространство
представлялось ему как бы разлинованным на клеточки, и атомы могут
находиться только в определенных клетках, а с одного место в соседние
перемещаться скачкообразно. Долгое время казавшаяся оригинальной, но не
имеющей никакого отношения к действительности, эта точка зрения вновь
привлекла к себе внимание лишь сейчас в связи с гипотезами относительно
теории квантовой гравитации. Недавно некоторые авторы, к которым относится
и известный советский физик Блохинцев [4], делали попытки проанализировать
модель дискретного пространства-времени. Квант пространства при этом
равнялся невообразимо малой величине 10-33 см, а квант времени 10-43 сек.
Хотя и нельзя сказать, что такой подход сейчас считается перспективным, но
столь неожиданные параллели между античными идеями и современными
физическими парадигмами весьма замечательны. Во избежание недоразумений
поясню, что сейчас уже речь, конечно, не идет о преодолении классических
апорий, причина введения дискретного пространства состоит в другом.
Позже греки отчетливо разделяли материю и пространство, как вместилище
всех вещей, наиболее четко такая позиция сформулирована у Аристотеля:
«Утверждающие существование пустоты называют ее местом; в этом смысле
пустота была бы местом, лишенным тела» [3]. Кстати, у Аристотеля движение
возможно только благодаря веществу. Брошенное тело высвобождает позади себя
место, куда устремляется воздух, подталкивая тело вперед. Далее следует
развитие этой мысли, что в более разреженной среде сопротивление движению
слабее и тело движется быстрее. Так в пустоте движение стало бы настолько
быстрым, что тело приобрело свойство вездесущности. Этот вывод говорит о
весьма оригинальном понимании Аристотелем пространства и его свойств.
Несмотря на кажуюся наивность такой точки зрения, здесь содержится весьма
глубокое умозаключение, что в пустом пространстве все положения (точки)
равноправны, хотя стагирит, видимо, не понимает это утверждения в подобном
свете. Эти идеи Аристотеля представляются мне этаким античным аналогом
теоремы Эммы Нетер[2], сформулированной в прошлом веке.
Говоря об античном воззрении на пространство и время, никак нельзя
обойти геометрию Евклида. Это, наверное, первая строгая и последовательная
научная теория, построенная индуктивным способом на основе аксиом, которых
в элементарной геометрии пять. Эти постулаты казались совершенно
естественными и неколебимыми для математиков вплоть до Лобачевского, Бойяи
и Римана (см. ниже). Аксиомы Евклида произошли исключительно из опыта, т.е.
Страницы: 1, 2, 3, 4
