Какое из свойств характеризует время как форму бытия

Анализ проблемы пространства и времени предполагает различие понятий: реальное пространство и время, перцептуальное пространство и время, концептуальное пространство и время[1].

Под реальным временем и пространством исследователи понимают свойства и отношения этих форм в сфере объективной реальности.

С возникновением человека возникают и формы отражения человеком в своем сознании пространственно-временных свойств предметов. Это отражение существует на двух основных уровнях – перцептуальном и концептуальном.

На перцептуальном (от лат. perceptio – восприятие) уровне человек познает пространственно-временные формы при помощи органов чувств и формирует чувственные образы, представления. Представления времени и пространства на перцептуальном уровне являются индивидуальными, зависят от физиологических и психологических факторов.

Концептуальные пространство и время выражают теоретический уровень знаний о пространственно-временной организации мира. К концептуальным времени и пространству относят те их абстрактные модели и структуры, которые выступают средствами научного описания и познания реального и перцептуального времени и пространства.

Обратимся к анализу понятий пространства и времени на концептуальном уровне.

С философской точки зрения, которая начала складываться еще в глубокой древности, пространство и время относятся к атрибутивным свойствам бытия.

Атрибут (от лат. attributus – приданный, предназначенный) – это необходимое, неотъемлемое свойство объекта, то, без чего он не может быть тем, что он есть. Пространство и время выражают упорядоченность бытия и не существуют вне него. Их непосредственное единство выступает в движении и изменении мира.

Вместе с тем они различаются по смыслу, поскольку смысл понятия пространства связан с упорядочиванием сосуществующего (одно рядом с другим), в то время как смысл понятия времени связан с тем, что приходит на смену друг другу (одно после другого).

Пространство – это определенность бытия, характеризующая его протяженность, строение, сосуществование и взаимодействие элементов во всех материальных системах. Порядок сосуществования этих объектов и их состояний образует структуру пространства.

Сущностным свойством пространства является протяженность, понимаемая как рядоположенность, существование и связь различных элементов (точек, отрезков, объемов и др.). Протяженность пространства проявляется как единство прерывности и непрерывности в его структуре. Для пространства в целом характерно отсутствие каких-либо “разрывов” и нарушений в распространении взаимодействий в природе. Но для отдельных материальных тел свойственна относительная прерывность, которая проявляется в раздельном существовании материальных объектов и систем, имеющих определенные размеры и границы.

Фундаментальным свойством пространства как формы бытия является его трехмерность. Все материальные процессы и взаимодействия реализуются именно в пространстве трех измерений. В одномерном (линия) или двухмерном (плоскость) пространстве не могут происходить взаимодействия частиц и полей. Три измерения являются необходимым и достаточным минимумом, в рамках которого могут осуществляться все типы взаимодействий материальных объектов. В настоящее время не известно каких-либо форм движения и взаимодействия, которые требовали бы четырех- или пятимерного пространства, и возможность таких процессов не вытекает ни из каких установленных законов природы.

Однородность пространства выражается в том, что не существует выделенных в каком-либо отношении точек пространства. Все точки в пространстве равноправны, поэтому не существует преимущественной точки отсчета, любую можно принять в качестве начальной.

Изотропность пространства означает, что все направления в пространстве равнозначны. Пространство называется изотропным, если поворот системы отсчета на произвольный угол не приведет к изменению результатов измерений. Физические явления в системе не должны изменяться при ее повороте в пространстве.

Обратимость пространства проявляется в том, что в каждую точку пространства можно снова и снова возвращаться.

Время – это определенность бытия, характеризующая его с точки зрения длительности и последовательности смены состояний.

Философские и научные исследования времени установили, что оно в первую очередь характеризует изменения, происходящие с тем или иным объектом. Следовательно, оно интегрировано в объект, входит в его субстанциальные параметры. Невозможно говорить о времени, игнорируя специфику того объекта, для характеристики которого используется временной параметр.

Сущностным свойством времени является его длительность, которая выступает как последовательность сменяющих друг друга моментов или состояний, возникновение за каждым данным интервалом времени последующего. Длительность бытия объектов во времени выступает как единство прерывного и непрерывного. Общая непрерывность времени проявляется в постоянном переходе предшествующих состояний в последующие. Но конкретные объекты материального мира имеют начало и конец.

Время одномерно: для определения времени достаточно задать одну координату. Если бы время имело не одно, а два, три измерения и больше, то это означало бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с нашим миром другие миры-двойники, в которых те же события разворачиваются в той же последовательности. Но для таких предположений нет оснований.

Однородность времени означает, что любые явления, которые происходят в одних и тех же условиях, но в разные периоды времени, протекают одинаково.

Необратимость – свойство времени, означающее однонаправленное изменение от прошлого к будущему, невозможность вернуться в прошлое.

В природе мы постоянно сталкиваемся с необратимыми процессами.

Необратимость эволюции называется в биологии законом Л. Долло по имени бельгийского палеонтолога, сформулировавшего его: организмы, возвращаясь в процессе эволюции в среду обитания далеких предков, не могут стать абсолютно похожими на них.

Излучение энергии Солнцем и звездами являются однонаправленными процессами.

Распады неустойчивых частиц демонстрируют необратимость изменений в микромире.

Какие причины лежат в основе необратимости времени?

В современной науке существует несколько подходов к объяснению этого свойства времени. Выделим некоторые из них.

Направление времени задается вторым началом термодинамики, согласно которому энтропия, т.е. мера беспорядка в системе, в замкнутой системе всегда возрастает.

Необратимость времени связана с процессами эволюции Вселенной, начиная с момента ее возникновения, что подтверждается фактом ее расширения.

Необратимость времени есть следствие принципа причинности, так как причина должна предшествовать следствию.

Эти общие свойства пространства и времени проявляются на всех структурных уровнях организации материи. У некоторых классов материальных объектов, например на биологическом уровне, проявляются дополнительные, локальные свойства пространства и времени.

В совокупности категории времени, пространства, движения, развития и др. представляют собой систему координат, с помощью которой люди воспринимают мир, осознают его и выстраивают мысленный образ и ценностный идеал той действительности, в которой они живут.

ВРЕМЯ – ФОРМА БЫТИЯ МАТЕРИИ. ЕГО СВОЙСТВА.

НЕОБРАТИМОСТЬ ВРЕМЕНИ

Время – форма бытия материи, характеризующая последовательность смены состояний и длительность существования любых объектов и процессов, внутреннюю связь изменяющихся и сохраняющихся состояний.

В “Исповеди” Августина (354-430), христианского теолога и церковного деятеля, есть слова: “Если меня никто об этом не спрашивает, я знаю, что такое время. Если бы я захотел объяснить спрашивающему, нет, не знаю…” Что такое время мы тоже не знаем достоверно до сих пор.

Существует довольно много подходов к описанию явлений и событий во времени. Этим занимается, в частности, хронология, имеющая дело с разделением времени на регулярные периоды, с расположением событий в порядке их возникновения, с привязкой дат к известным событиям, с выявлением несоответствий в датах, вызванных различием в системах, применяемых в древности и сегодня.

Как форма бытия материи время имеет следующие свойства:

1. Длительность – выступает как последовательность сменяющих друг друга моментов или состояний; возникновение за каждым данным интервалом времени последующего (интервалы – это промежутки между какими-либо учитываемыми событиями). Вне таких событий само понятие времени теряет для нас смысл. Иными словами, средствами измерения времени являются сами события. Уже в древности для измерения времени придумали часы – прибор, который в усовершенствованном виде дошел до наших дней. Длительность предполагает возможность прибавления к каждому данному моменту времени другого, а также возможность деления любого отрезка времени на меньшие интервалы.

Длительность обусловлена сохранением материи и ее атрибутов. Никакой процесс в природе не может происходить сразу, мгновенно, он обязательно имеет продолжительность во времени. Причиной этого является конечная скорость распространения физических взаимодействий и изменения состояний в природе. 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. Это равносильно отрицанию всякого материального бытия.

Длительность существования объектов во времени выступает как единство прерывного и непрерывного. Общая непрерывность времени проявляется в постоянном переходе предшествующих состояний в последующие. Прежде чем произойдет какое-либо явление в будущем, должны осуществиться все предшествующие ему изменения в прошлом. Но конкретные объекты материального мира имеют начало и конец, определенную длительность, существуют конечный период. Поэтому можно говорить о прерывности бытия конечных материальных объектов, хотя она и относительна, так как между всеми сменяющими друг друга качествами имеется внутренняя связь и непрерывный переход.

2. Необратимость – свойство времени, означающее 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 в данный момент и способны к взаимодействию между собой. Взаимодействие возможно лишь при одновременном сосуществовании объектов. Объекты, существовавшие в прошлом, но перешедшие в другие последующие состояния материи, уже недоступны никакому воздействию. На прошлое физически воздействовать невозможно, можно только изменить представление о прошлом в сознании реально существующих людей. На отдаленное будущее тоже 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. Можно сказать, что настоящее – это миг между прошлым и будущим.

Понятие настоящего многозначно, так как охватывает различные временные интервалы. Так, для человека сиюсекундное переживание, фиксируемое с большим трудом,– предельно суженное настоящее. Все, что было до него, относится к прошлому, все последующее – к будущему. Но это настоящее может быть и расширено в зависимости от сопоставляемых интервалов и масштабов – до часа, дня, года, большего отрезка времени.

Для объективно существующих систем настоящее охватывает тот интервал, в течение которого они физически могут взаимодействовать между собой путем обмена материей и энергией. Если бы скорость распространения воздействий была бесконечной, то это настоящее представляло бы собой сколь угодно малый миг, дающий мгновенное сечение всех событий во Вселенной – настоящих, прошлых, будущих. Это привело бы к абсолютной одновременности всех процессов во Вселенной, подтвердило бы существование абсолютного времени как универсальной системы отсчета.

Но скорость распространения воздействий всегда конечна и не превышает скорости света в вакууме. Поэтому физически проявляющееся во взаимодействиях настоящее материальных систем охватывает тот временной интервал, в течение которого они способны взаимодействовать: для элементарных частиц это будут очень малые отрезки, но для Галактики они возрастают до десятков тысяч лет, а в больших системах будут еще более значительными. Внутри настоящего больших систем могут укладываться события прошлого, настоящего и будущего малых систем, существующих намного меньшее время. Мы сейчас воспринимаем свет от далеких галактик, испущенный миллионы лет назад. То, что для нас воспринимается как настоящее, для этих галактик является уже прошлым. Может быть, некоторые из звезд, которыми мы любуемся по ночам, уже не существуют – вспыхнув как сверхновые, они превратились в пульсары или черные дыры.

При этом можно быть уверенным, что от событий и систем будущего никаких воздействий, никакой информации поступить не может, так как эти системы еще не возникли, не обладают реальным существованием. Действие всегда происходит только в одном направлении: от прошлого к настоящему и от него – к будущему, но не наоборот.

Какие причины лежат в основе асимметрии и необратимости времени? Сегодня их связывают с процессами самоорганизации материи, законами неравновесной термодинамики. Обратное движение времени означало бы обращение вспять всех процессов развития в мире, перестал бы действовать закон причинности, так как следствие возникало бы раньше его причины. Наглядной иллюстрацией обратного хода времени могут служить события на киноэкране при движении киноленты в обратном направлении. При этом нарушаются все законы развития, все причинно-следственные связи.

Необратимость времени, неэквивалентность прошлого и будущего во все большей мере осознаются различными науками. Раньше считалось, что все физические законы инвариантны относительно замены знака времени, поскольку время в уравнениях квантовой и классической механики берется в квадрате. Это наводило на мысль, что все физические процессы могут происходить одинаково как в прямом, так и в обратном направлении. Но за последние годы были открыты процессы, демонстрирующие необратимость изменений в микромире, в частности распады неустойчивых частиц. Существует гипотеза, что даже протоны, традиционно относящиеся к группе стабильных частиц, могут распадаться за период времени порядка 1031 лет.

Между тем некоторые события могут казаться обратимыми. Например, естественные единицы времени, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни – день, год, времена года, – основаны на циклических изменениях, наблюдаемых в природе. Такие циклические изменения могут иметь значительные периоды (год – период обращения Земли вокруг Солнца, сутки – период обращения Земли вокруг своей оси), но могут быть и достаточно быстрыми (период колебания маятника в механических часах, период колебаний молекул в кристалле и т.п.). Это – кажущиеся обратимыми процессы. Например, через определенное время положение Земли, относительно Солнца повторится, и мы можем точно рассчитать этот момент времени. Однако за это время эти материальные объекты уже будут качественно другими (старше).

В случае обратимых процессов нет различия между прошлым и будущим. Мы можем предсказать положение Луны через сколь угодно большой промежуток времени и рассчитать, в какой точке небосклона была Луна сколь угодно давно. Именно это позволяет использовать астрономические явления при датировке исторических событий, если считать, что движение, в котором находятся планеты, – бесконечно.

Прямой зафиксированный опыт человечества распространяется примерно на 5000 лет – именно этому времени соответствуют первые памятники письменности шумерской цивилизации. Из этих и более поздних описаний, старинных карт и гравюр известно, что русла реки, очертания берегов морей, горы мало изменялись, если бы не вмешался человек. Но очевидно, что характерные детали ландшафта не всегда существовали в современном виде. Легко оценить время, необходимое для того, чтобы вследствие действия ветра, воды, непогоды исчезла, допустим, гора. Пусть это будет гора высотой 2000 м с диаметром основания 2000 м. То есть в ней, около 2 × 109 м3 горных пород. Площадь склонов близка 107 м2 . Капризы погоды приводят к постепенному разрушению громады горы. Пусть с каждого квадратного метра горы в год отламывается кусок размером в несколько сантиметров. Тогда за год с горы осыплется около 1000 м3 породы. То есть за 1 миллион лет объем горы уменьшится вдвое. Таким образом, мы оценили возраст ландшафта Земли – несколько миллионов лет. Это – необратимый процесс, который можно определить как геологическое время.

Обратимость процессов в природе является приближенной – для законов, обратимых во времени, приходится вводить дополнительные ограничения и оговорки. Так, маятник будет колебаться сколь угодно долго, если нет трения в точке подвеса, сопротивления воздуха, других причин. В основе природы лежат необратимые процессы, с особой отчетливостью это проявляется на биологическом уровне.

Приведем некоторые классы явлений, характеризующие направление времени – стрелу времени (понятие введено в 1930-е годы английским астрофизиком А. Эддингтоном):

– излучение – волна (упругая, электромагнитная) всегда испускается источником и является расходящейся, затухающей по прошествии времени (уходящей, в будущее). Все решения волновых уравнений, описывающих излучение и поглощение, учитывают только этот факт, считающийся физически имеющим смысл. Не обнаружено волн, сходящихся к источнику из прошлого (хотя теоретически можно написать для них уравнения);

– эволюция – динамическая самоорганизация материи, реализуемая в биологической эволюции и эволюции общества, противоречит второму закону термодинамики – закону возрастания энтропии (ведь эволюция – это возрастание порядка в системе). Однако мы должны учесть, что в этих случаях рассматриваемые системы не являются замкнутыми. В них имеется производство энтропии, необратимые процессы, например – химические явления, диффузия, теплопроводность и т.п.;

– радиоактивный распад – происходит необратимое преобразование одних атомов в иные, обратного процесса не наблюдается.

3. Одномерность времени – проявляется в линейной последовательности событий, генетически связанных между собой. Если для определения 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, то это означало бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с ним миры-двойники, в которых события разворачиваются в одинаковой последовательности.

4. Относительность времени. Теория относительности утверждает, что время такая же полноправная координата, как и пространственные. Мы должны говорить не о трехмерном пространстве и времени, а о четырехмерном пространстве-времени. Определяя время, мы выбираем отрезок между событиями (год, сутки и т.п.). Именно из этих наблюдений и возникло понятие времени. К нему добавилась идея о том, что отрезки времени между одними и теми же событиями одинаковы для всех наблюдателей, события, одновременные для одного наблюдателя, одновременны и для любого другого. Эйнштейн понял, что никто из нас не может сверить свои часы с часами во внешнем пространстве, и предложил отказаться от двух последних предположений, подтверждаемых всем опытом человечества. Из-за конечности скорости света, ведущего постулата теории относительности Эйнштейна, два события, одновременные в одной системе отсчета, не одновременны в разных. Понятие одновременности относительно.