3. Пространство и время

В произведениях классиков марксизма-ленинизма, а также в ряде исследований советских философов (12; 31. 1957. 3; 92; 161; 231, 243, 247)¹ обобщивших новые данные естествознания, раскрывается сложная объективная диалектика пространственных и временных отношений. Материалистическое решение основного вопроса философии означает и последовательно-материалистический взгляд на основные формы существования материи: пространство и время.

¹ (См. также работы Я. Ф. Аскина, П. С. Дышлевого, А. М. Мостепаненко, Э. М. Чудинова, Ю. Б. Молчанова, В. С. Барашенкова, В. И. Жога и ряда других.)

Опираясь на достижения науки и практики, диалектический материализм показал, что пространство и время - это объективные формы бытия материи, существующие вне и независимо от человека и его сознания. "... Наши развивающиеся понятия времени и пространства,- писал В. И. Ленин, - отражают объективно-реальные время и пространство..." (2, 18, 183). Более того, пространство и время являются не просто формами существования материи, а основными формами существования материи, ее атрибутами. В отличие от механицистов, метафизических материалистов, рассматривавших пространство как неподвижное, независимое от материи вместилище, диалектический материализм показывает зависимость свойств пространства и времени от движущейся материи. В науке мысль о возможной зависимости свойств пространства от происходящих в нем физических процессов связана прежде всего с именем Н. И. Лобачевского. Именно им впервые в истории науки было высказано предположение о существовании зависимости между геометрическими свойствами пространства и характером движения материальных объектов.

Пространственные соотношения - это реальные соотношения взаимного положения (сосуществования) протяженных материальных образований; временные соотношения - столь же реальные соотношения длительности, следования друг за другом материальных процессов. "Разумеется, обе эти формы существования материи,- писал Ф. Энгельс,- без материи суть ничто, пустые представления, абстракции, существующие только в нашей голове" (1, 20, 550). Пространство и время как философские категории отображают объективно существующие, независимо от познающего субъекта, пространство и время как формы бытия движущейся материи.

Вечность существования и неисчерпаемость материи определяют вечность пространства, времени и неисчерпаемость их свойств.

Диалектический материализм отвергает метафизическую трактовку пространства, согласно которой, как бы далеко мы ни углублялись в просторы Вселенной или в недра атомов и элементарных частиц, всюду мы будем встречаться с однотипными пространственными и временными отношениями. Единство мира не следует понимать как единообразие его строения. Напротив, единство мира предполагает его неисчерпаемость как в отношении пространственных и временных форм, так и в отношении законов движения материи.

Понятие пространства отражает общее свойство бесконечного множества сосуществующих тел - определенным образом отграничивать друг друга и вместе с тем продолжать друг друга.

Понятие времени отражает процесс изменения материи со стороны отношений следования. Это длительность материальных объектов в их собственном бытии, длительность, зависящая от отношений данного тела к другим телам, а также от характера процессов, происходящих в нем.

Представления и понятия человечества о пространстве и времени, развивающиеся в ходе познания действительности, все в большей степени отражают объективные процессы.

Чрезвычайно важной характеристикой времени является его направленность от настоящего к будущему. Эта проблема и в физике, и в философии наименее изучена.

В физике иногда прибегают к понятию обратимости, обращения (инверсии) времени. Так, например, американский физик Р. Фейн-ман предложил оригинальную интерпретацию состояний с отрицательной энергией в теории электронов Дирака, которая заключается в следующем: "... состояния с отрицательной энергией рассматриваются как состояния, в которых движение электронов носит попятный характер во времени... так что попятно движущийся электрон подобен позитрону, движущемуся в обычном направлении" (148, 90).

Советский физик А. А. Соколов, проводя анализ явления несохранения четности при слабых взаимодействиях, также прибегает к понятию обращения времени (31. 1959. 10).

Понятие обращения времени - удобный гносеологический прием при рассмотрении отдельных физических процессов, еще недостаточно хорошо исследованный нашими философами. Но попытки истолковать инверсию времени как обратное течение времени (128, 355) (от настоящего в прошлое), будто бы имеющее место в действительности, вызывают серьезные возражения. Подобное истолкование этой проблемы противоречит принципу причинности. Можно с уверенностью утверждать, что направление течения процессов в природе не зависит от сознания познающих субъектов, однако причину асимметричности времени еще предстоит выяснить.

Несомненный интерес представляют подходы А. Грюнбаума, Дж. Уитроу, Я. Зельдовича и И. Новикова к проблеме асимметрии времени.

Так, например, Я. Зельдович и И. Новиков считают принципиально неправильными "попытки связать направление времени только с теми или иными конкретными и сложными явлениями. Различие между прошлым и будущим существует в любом процессе, в том числе и в системе, состоящей из двух частиц... В качестве возражения последнему утверждению обычно выдвигают обратимость законов - возможность замены "t" на "- t" в уравнениях.

Однако для решения уравнений нужно, кроме уравнений, задать начальные условия. В теории, в которой рассматривается поле (для определенности электромагнитное), мы задаем условие излучения, которое несимметрично относительно прошлого и будущего" (54, 594).

Развитие материи приводит к возникновению ее новых видов, а также новых свойств форм ее существования - пространства и времени, которые обладают как общими свойствами (формы существования материи), так и особенными, определенными законами развития данного вида материи. Внутренние противоречия материи находят свое проявление и во внутренней противоречивости пространства и времени.

Пространство и время по своей природе бесконечны и конечны. Бесконечность пространства складывается из конечных протяженностей отдельных материальных объектов, а бесконечность времени - из конечной длительности отдельных материальных процессов. Пространство и время представляют единство прерывности и непрерывности. Противоречивость пространства связана с наличием его протяженности и структурности, противоречивость времени - с бесконечной длительностью и сменой моментов. Протяженность и длительность - суть формы выражения непрерывности, а структурность и ее моменты - прерывности. Конечная протяженность предметов создает прерывность в непрерывном пространстве. Начало и конец процесса вносят прерывность и в непрерывный ход времени.

Диалектико-материалистическое понимание сущности пространства и времени и их соотношения с материей и движением, как это было показано выше, заключается в признании того, что пространство и время являются основными объективно-реальными формами бытия движущейся материи, что они обусловлены в своих свойствах движущейся материей и в то же время обладают своими специфическими чертами. Нарушение этих представлений о соотношении материи, движения, пространства и времени неизбежно приводит к идеалистическому и метафизическому искажению всей проблемы. Это хорошо понимают противники марксизма. Так, известный "критик" Диалектического материализма иезуит Густав Веттер пишет: "Главной ошибкой учения диалектического материализма о пространстве и времени является то, что... в основе его лежит та же материалистическая предпосылка о материальности всякого бытия" (219, 241).

Откажитесь от диалектико-материалистического решения основного вопроса философии, призывает Веттер, и тогда учение о пространстве и времени можно будет "согласовать" с учением отцов церкви. Для этого он искажает существо марксистской философии, сближая ее с неотомизмом: "В основе своей воззрение диалектического материализма на пространство и время совпадает с воззрением схоластики, для которой пространство и время есть мысленные предметы с вещественной основой (ens rations cum fundamento in res), содержащие в себе, следовательно, объективное и субъективное. Объективная сторона, вещественная основа понятия пространства есть протяженные материальные предметы; понятия времени - последовательность состояний предметов. Эти понятия являются субъективными, мысленными предметами, поскольку мы воспринимаем, вернее, представляем пространственное развертывание и временное чередование как что-то существующее само по себе и от вещей независимое" (219, 239).

Современные идеалисты, и их предшественники, ведут борьбу против материализма, извращая существо диалектико-материалистического понимания материи и связи пространства и времени.

В. И. Ленин подчеркивал, что человеческие представления и понятия о пространстве и времени абсолютны и относительны одновременно. Их абсолютность связана с признанием объективной реальности пространства и времени как основных форм существования движущейся материи, а их относительность выражается в том, что человеческие представления о пространстве и времени историчны, неполны, изменчивы, зависят от естественнонаучных данных о свойствах пространства и времени.

Наши представления о пространстве и времени изменяются, особенно в настоящее время в связи с достижениями науки. Академик В. А. Фок писал: "К научному, физическому понятию пространства и времени можно подойти, выделив путем абстракции в соотношениях между событиями материального мира пространственно-временную сторону" (161, 13).

Первые научные понятия пространства и времени мы находим в классической физике.

В ньютоновской механике пространство и время рассматриваются как объективные формы существования материи, но в отрыве друг от друга и от движения материальных тел. Ньютон полагал, что тела и их движение не оказывают никакого влияния на течение времени и на свойства пространства. Такая точка зрения на пространство и время ведет к признанию возможности мгновенной передачи взаимодействия между телами, к мысли о том, что любое явление может быть причиной любого другого, независимо от пространственного и временного интервала между ними.

В действительности, конечно, реальное взаимодействие тел не может передаваться мгновенно. Оно может передаваться только от одного объекта к другому за определенный промежуток времени и в определенном пространственном интервале. Поэтому признание возможности мгновенной передачи взаимодействия между телами, вытекающее из признания безотносительности пространства и времени к движению тел, являлось серьезным методологическим затруднением в классической механике и преодоление этой трудности связано с созданием теории относительности.

Как известно, специальная теория относительности покоится на двух постулатах: а) постоянство скорости света в вакууме; б) во всех интерциальных системах координат законы природы находятся в согласии. Это положение мы назовем "специальным принципом относительности" (173, 25-26).

Теория относительности показала ограниченность взгляда классической механики на пространство и время как на абсолютные, не связанные друг с другом и с движением материальных тел, показала, что абсолютного времени и абсолютного пространства в смысле безотносительности к движению материальных тел не существует. Тем самым она подтвердила и конкретизировала положение диалектического материализма о пространстве и времени как о формах существования движущейся материи, о связи их определенных свойств друг с другом.

Вокруг теории относительности с момента ее возникновения идет острая борьба между материализмом и идеализмом. Извращая подлинное диалектико-материалистическое содержание теории относительности, истолковывая ее в духе философского релятивизма, подменяя философские понятия понятиями физики, идеалисты проводят мысль о непознаваемости мира, о субъективности научного знания, торжестве духа над материей.

Так, например, английский философ Уилдон Кэр утверждает, что "до сего времени было трудно найти место для духа в объективной системе природы. Но когда реальность берется как определенное число, что принуждает нас делать теория относительности, тогда наблюдатель неотделим от того, что он наблюдает, а дух - от своего объекта. Следовательно, более не оспаривается первенство духа над материей" (162, 286).

Подобных утверждений немало встречается как в писаниях философов-идеалистов, так и в работах отдельных зарубежных физиков. В критике идеалистических выводов из теории относительности неоценимую методологическую помощь оказывает ленинский анализ диалектики понятий "абсолютное" и "относительное".

В физике абсолютной называется такая физическая величина, которая не зависит от системы отсчета, а относительной - такая, которая зависит от нее. Идеалисты подменяют философское (диалектико-материалистическое) содержание понятий "абсолютное" и "относительное" физическим и утверждают, что поскольку координаты частицы, ее скорость всегда останутся сугубо относительными величинами (в физическом смысле, отметим мы), т. е. они никогда не превратятся даже приближенно в абсолютные величины, то они якобы никогда не смогут даже приблизительно отражать абсолютную истину (в философском смысле). В действительности же понятия координата, скорость, совершенно не обладая абсолютным характером (в физическом смысле), являются средствами приближения к абсолютной истине в марксистском смысле.

Теория относительности устанавливает относительный характер пространства и времени (в физическом смысле), а современные идеалисты толкуют это как отрицание ею объективного характера пространства и времени. Относительный характер одновременности и последовательности, вытекающий из относительности времени, идеалисты пытаются использовать для отрицания необходимого характера причинной связи. В диалектико-материалистическом понимании и классические представления о пространстве и времени, и представления теории относительности есть относительные истины, включающие в себя элементы абсолютной истины.

Теория относительности, утверждая абсолютный (в физическом смысле) характер пространственного и временного интервала, показала момент абсолютного (в философском смысле), который заключается во времени и пространстве как формах существования движущейся материи. Утверждая постоянный универсальный характер скорости света в вакууме, теория относительности вскрыла конкретный характер связи пространства и времени с движением. Считая, что скорость света есть предельная скорость передачи взаимодействия, она показала, что причинная связь между явлениями не может осуществляться вне зависимости от определенной координации этих явлений в пространстве и времени. Только те явления могут быть причинно связаны, которые находятся в определенной временной и пространственной зависимости. Мерой этой зависимости является скорость света в вакууме. Два события могут быть причинно связаны только в том случае, если луч света за промежуток времени между этими событиями проходит расстояние большее, чем расстояние между этими событиями, или, по крайней мере, равное ему. В противном случае эти события не могут быть причинно связанными в силу больших расстояний и малых промежутков времени. Причинная связь могла бы иметь в этом случае место, если бы перенос взаимодействия между телами осуществлялся мгновенно; иными словами, если бы материальные процессы не координировались в пространстве и времени.

Специальная теория относительности вскрыла конкретные количественные закономерности, которые связывают изменения отдельно взятых пространственных и временных масштабов физических явлений со скоростью относительного движения соответствующих материальных объектов и систем отсчетов.

При скоростях движения материальных объектов, сравнимых со скоростью света в вакууме, размеры движущихся тел, массы, течение времени зависят от скорости движения этих тел по отношению к той системе отсчета, где они находились в покое. Так, например, длина стержня "l₀" в системе, где он покоится, будет отличаться от длины его "l" в системе отсчета, движущейся по отношению к первой со скоростью "v":

Выводы специальной теории относительности подтверждены практикой и используются в технике и науке, хотя они и кажутся парадоксальными по сравнению с законами классической механики Ньютона.

В специальной теории относительности взаимосвязь пространства и времени отражается математическим понятием четырехмерного континуума (т. е. непрерывного множества точек), где роль четвертой координаты играет время. Положение тела в четырехмерном пространстве (событие) определяется четырьмя величинами, образующими интервал (расстояние), остающийся неизменным (инвариантным) при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой.

Обычно утверждается, что обобщение специальной теории относительности на любые виды движения при условии равенства инертной и гравитационной массы позволило Эйнштейну установить связь гравитации с искривлением пространства - времени. Введя функцию гравитационного поля в виде симметричного тензора g_μν=g_νμ, он отождествил эту величину с метрическим тензором римановой геометрии (в которой четырехмерный интервал имеет выражение (dS²=g_μνdx^μdx^ν) и построил уравнения, определяющие распределение g_μν в пустом пространстве и при наличии масс (руководствуясь локальной равноценностью поля тяготения и ускорения).

Следует подчеркнуть, что, как указывает В. А. Фок, на самом деле "общего принципа относительности", как об этом думал сам A. Эйнштейн, нет. Им была установлена связь между свойствами пространства, времени и явлением всемирного тяготения, а не наличие "общего принципа относительности", будто бы применимого также и к ускоренному движению, на что справедливо обращает внимание B. А. Фок (129, 26).

Известные эффекты общей теории относительности в какой-то степени подтверждены. Следует обратить внимание на то, что вопросы о равенстве инертной и гравитационной массы, о зависимости постоянной тяготения от времени, имеющие большое значение как Для теории гравитации, так и для теории элементарных частиц, еще недостаточно изучены и по-прежнему остаются в поле зрения физиков.

П. Дирак, П. Иордан и Ф. Дике высказали идею об изменении постоянной тяготения - k - во времени (k~^l/_t). Следствием этой гипотезы является предположение о том, что сила тяготения убывает со временем. В этом случае такие важные константы физики элементарных частиц, как фермиевская постоянная слабой связи, зоммерфельдовская постоянная тонкой структуры, должны также меняться со временем. Изменение α=¹/₁₃₇ со временем привело бы также к сдвигу ядерных уровней, а это вызвало бы изменения во времени жизни метеоритов и различных горных пород.

Большой интерес представляет общий вопрос о фундаментальных постоянных, известных современной физике: речь идет о безразмерных константах четырех взаимодействий и фундаментальных постоянных: a) k - тяготения; б) h - постоянная Планка; в) С - скорость света в вакууме; г) m_p, m_e - масса протона и электрона; д) е - заряд электрона и ряд других.

Анализ значений этих постоянных, проведенный советским физиком И. Л. Розенталем, привел его к выводу, что "изменение одной из функциональных постоянных при неизменности остальных (так же, как и при сохранении всех физических законов) приводит к существенному качественному следствию - невозможности существования основных устойчивых связанных состояний: ядер, атомов, звезд и галактик" (147, 1980. 131(2), 239). Этот вывод имеет большое философское значение. Автор далее подчеркивает, что наши основные физические закономерности, также как и численные значения фундаментальных постоянных, являются не только достаточными, но и необходимыми для существования основных состояний, а значит, полей и вещества. Иначе говоря, если изменить в физике значение фундаментальных постоянных в пределах порядка или исключить одно из внутренних квантовых чисел, например изотопический спин, то должны не только произойти незначительные количественные изменения в физической картине мира, но и станет невозможным существование основных объектов природы (галактик, атомов, элементарных частиц, полей).

Дж. Уилер предпринял попытку чисто геометрического описания гравитации, электромагнетизма, зарядов и предложенных им "геонов", которые он считает необходимым включить в систему элементарных частиц. "Геон - это некое образование, которое состоит исключительно из нейтрино и сохраняется как целое благодаря их взаимному гравитационному притяжению" (98, 382). В связи с тем что гравитационные силы на много порядков меньше, чем другие силы, действующие между элементарными частицами, в современных теориях они не учитываются. Между тем с методологической точки зрения это вызывает определенное возражение. В самом деле, гравитационные силы связывают все без исключения известные тела природы, они всеобщи, законы тяготения связаны со свойствами пространства, а значит, и с материей,- в этом смысле тяготение есть одна из характеристик материального единства мира.

Дальнейшая разработка этих вопросов, как и высказанные соображения о том, что гравитационное излучение может иметь место лишь при наличии электромагнитных и других негравитационных сил, что заряженная частица при движении в гравитационном поле излучает электромагнитные волны, что возможно превращение пока гипотетических квантов гравитационного поля гравитонов в позитрон - электронную пару и многие другие, представляют большой философский интерес. Они свидетельствуют о том, что объективно существующее материальное единство мира все больше и больше отображается в конкретных физических теориях. Особенно примечательным является представление об изменчивости сил гравитации, что даст новую аргументацию в пользу развития неорганического мира как в области космических объектов, так и микрообъектов.

Гравитационное поле, очевидно, не является пространством - временем, оно - один из видов материи, взаимодействующей с другими ее видами, это взаимодействие проявляется в изменение метрики пространства - времени. Общая теория относительности "утверждает, что пространство - время в общем случае при наличии в нем движущейся и как-то распределенной материи, в зависимости от распределения и движения материи, будет меняться: пространство и время не будут однородными на всем своем протяжении, а меняют свою природу (и, следовательно, геометрию) вблизи движущейся материи" (111, 73).

Общая теория относительности (более точно, релятивистская теория тяготения) установила неразрывную связь пространства и времени с происходящими материальными процессами. Теория относительности вместе с тем явилась одним из важнейших естественнонаучных подтверждений необратимого характера причинной связи. В процессе возникновения нового всегда есть момент неповторимости, выражающийся в несводимости действий к их причинам. Эта инвариантность причинно-следственных отношений и выражается в абсолютном характере пространственно-временного интервала.

Теорию относительности можно назвать учением об инвариантах псевдоэвклидовой четырехмерной геометрии. В этой инвариантности выражается однородность четырехмерного мира (правда, очень локальная). Если до возникновения теории относительности однородность времени была основой механики и законов сохранения, то теперь исходной идеей науки становится однородность пространства - времени.

Физика должна формулировать законы природы так, чтобы они не зависели от произвольного выбора исследователем системы отсчета. Физический закон должен быть инвариантным относительно той или иной группы преобразований координат. Эти преобразования должны быть выражением каких-то фундаментальных свойств материального мира. Инвариантность является необходимым, хотя и недостаточным условием истинности сформулированных физических законов. Тот факт, что те или иные законы инвариантны лишь по отношению к тем или иным преобразованиям, введенным как логическое обобщение опытных данных, указывает на определенные границы, на сферу применения этих законов.

Заслуживает внимания идея М. Борна об инвариантах, которую он считает ключом к рациональному понятию реальности: "Инварианты,- по Борну,- суть величины, которые имеют одно и то же значение для любой системы отсчета и поэтому независимы от преобразований" (147. 1957. 12(2), 134). Эта идея об инвариантах, бесспорно, имеет основание. Как правило указывает С. Г. Суворов, "инварианты играют в физике существенную роль. Свойство инвариантности физических величин относительно преобразований, признанных справедливыми (например, Лоренцовых), служит для физиков критерием правомерности введения этих величин в теорию. Однако, являясь только физической теорией, теория инвариантов не может быть "ключом к рациональному понятию реальности", не может заменить гносеологии - науки о процессах познания; для этого ей не хватает, и это естественно, ряда необходимых элементов: ясного критерия сущности реальности, выяснения отношения к ней мышления, критерия истинности познания" (147. 1957. 12(2), 152).

О взглядах М. Борна на инвариантность писал и М. Э. Омельяновский: "... утверждение, что инварианты конструируются рассудком, противоречит познанию объективной реальности внешнего мира, о котором говорит сам Борн... Понятие инвариантности как понятие физико-математических наук не может заменить философского понятия объективной реальности, так как вопрос об инвариантности не совпадает с вопросом - существуют ли обычные предметы, атомы, поля, микрочастицы и т. д. независимо от познающего их ума или они суть продукты этого ума? А последний вопрос и есть именно тот, который необходимо решить, и его решает не теория инвариантов, а философия" (156, 88).

Приведенные материалы показывают, что такие конкретные свойства пространства и времени, установленные теорией относительности, как зависимость от наличия гравитирующих масс, относительность одновременности, относительность протяженности и рядоположенности моментов времени, инвариантность пространственно-временного интервала, относительность его разделения на пространственные и временные части и т.д., более глубоко раскрывают и конкретизируют такие важнейшие универсальные свойства пространства и времени, как их объективность, абсолютность, относительность, единство, различие, взаимозависимость, специфичность пространственных форм как форм, отражающих в своей сущности и свойствах закономерности связи явлений, порождаемых движущейся материей.

Нельзя отождествлять философские представления о пространстве и времени с физическими теориями пространства и времени.

На современном уровне наших знаний разграничивают следующие понятия пространства и времени: реальное (физическое) пространство и время; перцептуальное пространство и время (условие существования и смены наших ощущений, присущие субъекту формы чувственности); концептуальное пространство и время (абстрактно-математические структуры, способные моделировать пространственно-временные отношения).

Кроме того, различают метрические (связанные с измерением, с понятием длины) и топологические (сохраняющиеся при любых взаимно однозначных и непрерывных преобразованиях геометрического объекта) свойства пространства и времени.

Исходя из принципа неисчерпаемости движущейся материи и ее атрибутов мы можем предполагать, что существуют еще не известные нам свойства пространства и времени, для отображения которых потребуются новые понятия и новый математический аппарат. Однако мы убеждены, что попытки преодолеть те или иные трудности, существующие в современной физике за счет отказа от применимости пространственно-временных представлений, не имеют под собой фактических оснований, а в философском плане противоречат основным положениям об атрибутивности пространства и времени.