Единство и многообразие свойств пространства и времени

Поскольку пространство и время неотделимы от материи, правильнее было бы говорить о пространственно-временных свойствах и отношениях материальных систем. Выделяют всеобщие и специфические свойства пространства и времени. Исследуют также особенности пространства и времени в микро- и мегамире. Ко всеобщим свойствам пространства и времени относятся:

• объективность и независимость от человеческого сознания;

• абсолютность (как универсальных форм бытия материи, проявляющихся на всех структурных уровнях ее существования);

• неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей;

• единство прерывности и непрерывности в их структуре (наличие отдельных тел, фиксированных в пространстве при отсутствии в нем каких-либо разрывов);

• количественная и качественная бесконечность, неотделимая от структурной бесконечности материи (невозможность найти место, где отсутствовали бы пространство и время), а также не­исчерпаемость их свойств.

Всюду, где есть любое взаимодействие и движение материи, сосуществование и связь ее элементов, обязательно наличествует пространство и время; всюду, где имеется сохранение материи, длительность ее бытия и последовательность смены состояний, есть и время, включающее в свое содержание все эти процессы.

К общим свойствам пространства относятся следующие.

1. Протяженность – рядоположенность, существование и связь различных элементов (точек, отрезков, объемов и др.), возможность прибавления к каждому данному элементу некоторого следующего элемента либо возможность уменьшения числа элементов. Протяжен­ность тесно связана со структурностью материальных объектов, обусловлена взаимодействием между составляющими тела элементами материи.

2. Связность и непрерывность – проявляющиеся в характере перемещений тел от точки к точке, в распространении воздействий через различные материальные поля в виде близкодействия, в передаче материи и энергии. Связность означает отсутствие каких-либо «разрывов» в пространстве и нарушений в распространении воздействий в полях.

3. Трехмерность – общее свойство пространства, обнаруживающееся на всех известных структурных уровнях, органически связанное со структурностью систем и их движением. Все материальные процессы и взаимодействия реализуются в пространстве трех измерений длина, ширина, высота). Три измерения являются тем необходимыми достаточным минимумом, в рамках которого могут осуществляться все типы взаимодействий материальных объектов. Пространству на всех структурных уровнях материи присуще единство метрических и топологических свойств. Метрические свойства проявляются в протяженности и характере связи элементов тел. Метрика может быть евклидовой и неевклидовой, причем возможны разновидности неевклидовых пространств с различными значениями кривизны. Топологические свойства характеризуют связность, трехмерность, непрерывность, неоднородность, бесконечность простран­ства, его единство со временем и движением.

Общими свойствами времени являются следующие.

1. Длительность – последовательность сменяющих друг друга моментов или состояний, возникновение за каждым данным интервалом времени последующих. При этом предполагается возможность прибавления к каждому данному моменту времени другого, а также деления любого отрезка времени на меньшие интервалы. Длительность обусловлена сохранением материи и ее атрибутов, единством устойчивости и изменчивости в мире. Никакой процесс в природе не может происходить сразу, мгновенно, он обязательно длится во времени, что обусловлено конечной скоростью распространения взаимодействий и изменения состояний.

Аналогично протяженности пространства длительность относится к метрическим свойствам. Отсутствие же всякой длительности, связанное, например, с состоянием материи типа сингулярности (объект с бесконечной плотностью, гравитационным полем и точечными размерами), означало бы, что материя в этом состоянии не обладает способностью к сохранению и последовательной смене состояний, что равносильно отрицанию всякого материального бытия.

2. Длительность бытия объектов во времени выступает как единство прерывного и непрерывного. Сохраняемость материи и непрерывная последовательность ее изменений, близкодействие в причинных отношениях определяют и общую непрерывность времени, проявляющуюся в постоянном переходе предшествующих состояний в последующие. Время как форма бытия материи складывается из множества последовательностей и длительностей существования конкретных объектов, каждый из которых существует конечный период. Поэтому время характеризуется прерывностью бытия конкретных качественных состояний. Оно относительно, так как между всеми сменяющими друг друга качествами имеются внутренняя связь и непрерывный переход.

Всеобщим свойством времени является необратимость, означающая однонаправленное изменение от прошлого к будущему. Прошлое порождает настоящее и будущее, переходит в них. К прошлому относятся все те события, которые уже осуществились и превратились в последующие. Будущие события – это те, которые возникнут из настоящих и непосредственно предшествующих им событий. Настоящее охватывает все те объекты, системы и процессы, которые реально существуют и способны к взаимодействию между собой. Взаимодей­ствие возможно лишь при одновременном сосуществовании объектов. Объекты, сосуществовавшие в прошлом, но перешедшие в другие, последующие состояния материи, уже недоступны никакому воздействию. На прошлое невозможно физически воздействовать, можно только изменить представление о прошлом в сознании реально существующих людей.

На отдаленное будущее также нельзя воздействовать, пока оно не возникнет, поскольку реально оно еще не существует. Воздействовать можно на события настоящего и на те ближайшие события буду­щего, которые из них непосредственно вытекают. Понятие настоящего многозначно, как и понятие современности, ибо охватывает различные временные интервалы. Так, для человека предельно суженное настоящее – это сиюсекундное переживание, фиксируемое с большим трудом. Все, что было до него, относится к прошлому, все последующее – к будущему. Но это настоящее может быть расширено в зависимости от сопоставляемых интервалов и масштабов события до часа, дня, года и большего отрезка времени, как и понятие современности.

Положения тела в пространстве необходимо задать три координаты, то для определения времени достаточно одной. Если бы время имело не одно, а два, три и больше измерений, это означало бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с ним миры-двойники, в которых те же самые события разворачива­лись бы в одинаковой последовательности.

Рассмотрим теперь специфические пространственно-временные свойства систем. К пространственным свойствам относятся:

• конкретные пространственные формы тел, их положение в пространстве по отношению друг к другу, скорость пространственного перемещения, размеры тел;

• наличие внутренней симметрии или асимметрии. Различные виды симметрии свойственны как макро-, так и микромиру, являясь фундаментальным свойством неживой природы. Живому веществу присуще свойство пространственной асимметрии, которым обладает молекула живого вещества;

• изотропность и неоднородность пространства.

Изотропность означает отсутствие выделенных направлений (верха, низа и др.), независимость свойств тел, движущихся по инерции, от направления их движения. Полная изотропность присуща лишь вакууму, а в структуре вещественных тел проявляется анизотропия в распределении сил связи. Они расщепляются в одних направлениях лучше, чем в других. Точно так же полная однородность свойственна лишь абстрактному евклидовому пространству и является идеализацией. Реальное пространство материальных систем неоднородно, различается метрикой и значениями кривизны в зависимости от распределения тяготеющих масс.

В биологических системах есть специфические пространственно-временные свойства: асимметрия расположения атомов в молекулах белка и нуклеиновых кислот, собственные временные ритмы и темпы изменения внутри организменных и надорганизменных биосистем, взаимосвязь и синхронизация ритмов друг с другом, а также с вращением Земли вокруг своей оси и сменой времен года.

В обществе есть специфические пространственные отношения между его элементами, собственные ритмы и темпы изменения в различных сферах общественной жизни. Ускорение темпов развития про­является с прогрессом науки и техники. Но во всех этих и других си­стемах проявляются указанные ранее всеобщие свойства пространства и времени и большинство их общих свойств.

Необратимость – неустранимое свойство реальности (стрела времени). На существование парадокса времени было обращено внимание почти одновременно с естественно-научной и философской точек зре­ния в конце XIX в. В работах философа А. Бергсона время, или «длительность», играет главную роль при обсуждении взаимоотношений между человеком и природой, а также пределов науки. Наука успешно развивалась только в тех случаях, когда ей удавалось свести происходя­щие в природе процессы к монотонному повторению. Но всякий раз, когда наука пыталась описывать созидающую силу времени, возникновение нового, она неизбежно терпела неудачу. Согласно Бергсону, наше понимание природы должно опираться не на объекты, выделенные наукой вследствие их повторяющегося временного поведения, а на наш собственный субъективный опыт, который является в первую очередь и по большей части опытом длительности и творчества.

В XIX в. возникли две концепции времени. Одна из них восходит к динамике, другая – к термодинамике. С точки зрения классической динамики время отнюдь не означает становления. Возникло противоречие теорий: обратимые во времени законы динамики против второго начала термодинамики, связанного с необратимой эволюцией к равновесию. Из классической динамики вытекает отрицание «стрелы времени». Принцип, которым руководствовались Галилей, Гюйгенс, был сформулирован Лейбницем, назвавшим его «принципом достаточного основания». Он утверждает, что в природе «полная» причина любого превращения эквивалентна его «полному» следствию. До Больцмана принцип достаточного основания традиционно приравнивался к де­терминистической связи между причиной и следствием. Эквивалентность между причиной и следствием является важнейшим исходным пунктом принципа достаточного основания.

Обратимых процессов в природе не бывает. «Стрела времени» указывает на различия между прошлым и будущим как следствие из это­го факта. Все выглядит так, будто одна-единственная стрела времени управляет всем наблюдаемым миром. Открытие самоорганизации, детерминированного хаоса указывает направление науки с ориенти­рованным временем, свободной от парадокса времени, квантового и космологического парадоксов.

Причинность, согласно классической физике, понимается сле­дующим образом: состояние механической системы в начальный момент времени с известным законом взаимодействия частиц есть причина, а ее состояние в последующий момент времени – следствие. Известна простая причинно-следственная связь: одна причина – одно следствие – и сложные причинные связи: несколько причин – одно следствие; одна причина – несколько следствий; прямые и опосредованные причинно-следственные отношения. Отличают взаимодействие: явление-причина испытывает обратное действие со стороны собственного действия. Дальнейшее развитие причинно-следственных отношений – учет условий, поводов, при­чинных оснований.

На вопросы, событиен ли наш мир или процессуален и каковы причины наблюдающейся в нашем мире необратимости и многовариантности, следует ответить следующими выводами: мир событиен, событиям внутренне присуща многовариантность, отсутствие жесткого детерминизма делает невозможным обратить события вспять, что де­лает наш мир необратимым.