В свое время Нильс Бор полагал, что утверждения, противоположные действительно глубоким истинам, – тоже глубокие истины. Подтверждением слов Бора может служить введенный в физике принцип корпускулярно-волнового дуализма, в соответствии с которым один и тот же микрообъект может быть описан по-разному: и как волна, и как частица. А что касается статической и динамической моделей времени, то они в сущности противоположны, но их можно рассматривать как взаимодополняющие.
Пространство и время как особые сущности выступают в картине мира, созданной Ньютоном. Здесь они образуют сцену, на которой разыгрываются физические явления; причем точно так же, как сцена остается на месте и после ухода актеров, так пространство и время должны сохраниться в классическом мире и в случае полного исчезновения материи. На это обращал особое внимание Эйнштейн, подчеркивая, что в мире теории относительности с исчезновением материи не стало бы ни пространства, ни времени. Они являются лишь производными от материи, зависят от нее. В реляционной, или относительной, схеме каждый момент времени выражает только отношение к предшествующему и последующему состояниям подобно тому, как относительным является положение каждой скалы в горной гряде.
Время в теории относительности согласуется как со статической, так и с реляционной концепциями. Любая из составляющих тех пар моделей времени, о которых у нас шла речь, терпеть не может вторую составляющую той же пары, но легко сочетается с любой из представительниц пары другой. Каждая модель времени характеризуется определенным набором свойств, и эти свойства могут сочетаться или не сочетаться со свойствами, присущими другой модели.
Ярким примером сказанному служат построения Стивена Хокинга, исследовавшего противоречия между инвариантностью к направлению времени законов науки и огромным психологическим различием между прошлым и будущим в нашем сознании. Хокинг рассматривал три «стрелы времени»: термодинамическую, проявляющуюся в увеличении энтропии, космологическую, проявляющуюся в том, что Вселенная расширяется, а не сжимается, и психологическую, вследствие которой мы помним прошлое, а не будущее. В ряде своих работ Хокинг излагал оригинальную идею о двух взаимно дополненных временах: действительном, в котором пространство – время обладает метрикой Минковского, и мнимом, в котором пространство – время является евклидовым четырехмерным многообразием. Мнимое время Хокинга уже не является необратимым временем, оно окончательно становится одним из измерений пространства, относительно которого можно двигаться как вперед, так и назад. При этом окружающее нас трехмерное пространство становится безграничной сферой, вписанной в евклидово четырехобразие. В такой «темпоральной модели» нет границ и особых точек, поэтому процессы раздувания и сжатия Вселенной оказываются физически неразличимыми, как движения по поверхности сферы к экватору и от него. Мир Хокинга включает неизменное направление термодинамической стрелы как в фазе расширения, так и в фазе сжатия. Но расширение характеризуется «сильной стрелой». Напротив, в фазе сжатия беспорядок увеличивается очень мало. Далее Хокинг рассуждал следующим образом: нам – наблюдателям Вселенной – для интеллектуальной деятельности, направленной на уменьшение энтропии, требуется ее существенное увеличение (сильная термодинамическая «стрела времени») в окружающей нас среде. Из этого следует вывод о невозможности существования тех, кто наблюдает Вселенную в стадии ее сжатия. Это красивая, хоть и не во всем доказанная теория. И тем не менее модель Стивена Хокинга не получила широкого распространения. Возможно, это связано с тем, что она не дает прямых ответов на вопросы о сущности времени и его связи с физическими законами.
Кибернетическая парадигма мира
Магия настоящей науки способна творить чудеса! Именно таким предстает лейтмотив монографии видного кибернетика Л. М. Пустыльникова, выдающегося специалиста в области теории управления системами с распределенными параметрами. В своей книге профессор Пустыльников рассказывает об удивительной «Управляющей парадигме мира», дающей ключи к управлению самим пространством – временем. Профессор Пустыльников и его коллеги А. Г. Бутковский и О. И. Золотов решили объединить в математических моделях принципы теоретической физики и теории управления – кибернетики. Так возникла междисциплинарная область исследований, включившая в себя математику, теоретическую и математическую физику, техническую кибернетику, а также теорию управления.
Прежде всего перед исследователями встал вопрос, который до них задавали многие математические светила: как получается, что математика, возникшая от счета собственных пальцев, может так прекрасно описывать окружающий мир? Ответом здесь может служить своеобразный «Закон 100-процентной эффективности математики», выдвинутый в свое время А. Г. Бутковским. В нем говорится: как для любой реальности существует описывающая ее математическая структура, так и для любой математической структуры где-то существует соответствующая реальность. В «кибернетической парадигме мира» утверждается, что все окружающие нас явления основаны на схеме управления с обратной связью, содержащей некие регуляторы, естественно присутствующие в природе и обществе. При этом часто наблюдаемые в природе флуктуации, как отклонения от равновероятных процессов, являются не чем иным, как ошибками, или погрешностями, работы этих регуляторов.
Таким образом возникла оригинальная, «управленческая» точка зрения на физико-кибернетическое устройство мироздания. Она не только помогает понять, как построить формально-логические «скелетоны» фундаментальных законов природы, но и указывает путь к их рукотворному изменению. В этом случае предлагается рассматривать понятие пространства, его геометрию и законы движения как конструкции, необходимые для отображения этой реальности в сознании наблюдателя. Отдельно взятое событие (момент времени) при таком подходе не может быть содержательно интерпретировано. Только в последовательности событий может быть поставлен некий объект (в простейшем случае – точка) в пространстве. А в таком случае все свойства реальности, в том числе и геометрические, изначально содержатся в закономерностях чередования моментов времени. И все они могут быть схематизированы кибернетическим образом!
Само по себе время – это больше и сложнее, чем его модели. Наш мир достаточно многогранный, в нем есть простое и сложное, сходное и противоположное. Каждое новое открытие, каждая достаточно обоснованная гипотеза способствуют уточнению того, что же такое время. Впрочем, есть веские причины считать, что подход к подобным вопросам содержится в новых книгах профессора Пустыльникова «Кибернетика физики», «Законы физики как объекты управления», «Физико-кибернетический принцип взаимности» и «Физико-кибернетический принцип взаимности и формирование физической реальности», которые он представил на суд научной общественности. Ведь в данном случае речь впервые идет о принципах выживания человечества в грядущих космических катастрофах планетарного, галактического, метагалактического и даже вселенского масштаба путем искусственного изменения… самой физики времени!
Механическое время
В классической механике Ньютон постулировал бесконечное абсолютное пространство и абсолютное время. В законах Ньютона существуют три ключевые сущности: материя, расстояние и время. Материя определялась релятивистски – через плотность, а постулаты о пространстве и времени имели абсолютно точные формулировки. Пространство не искривлено и бесконечно, а время течет равномерно из прошлого в будущее. В течение столетий пространство и время напоминали сцену, на которой разыгрываются физические явления; причем точно так же, как сцена остается на месте и после ухода актеров, так пространство и время сохраняются в мире классической физики даже при полном исчезновении материи. Это эмпирически недоказуемое обстоятельство сомнений не вызывало. Триумф законов Ньютона сам по себе служил основанием считать эти представления о пространстве и времени истинными. Но с самого начала появления ньютоновской механики в ней скрывалось одно тревожное обстоятельство: законы Ньютона к тому же абсолютно обратимы, а реальные процессы – нет.
В начале XX века скромный служащий швейцарского патентного бюро в Берне Альберт Эйнштейн задумался: что будет, если «оседлать» луч света? Этот абстрактный вопрос в конечном итоге привел его к созданию теории относительности. В мире теории относительности с исчезновением материи не стало бы ни пространства, ни времени. Они являются лишь производными от материи, зависят от нее. В реляционной, или относительной, Вселенной каждый момент времени выражает только отношение к предшествующему и последующему состояниям.
Знаменитую теорию Эйнштейна принято считать трудно постижимой. Родился даже анекдот, согласно которому вначале гениальное творение Эйнштейна во всем мире понимали только три человека, включая автора. Затем количество «релятивистски просвещенных» увеличилось до двенадцати, но сам автор странным образом из этой дюжины выпал. Эйнштейн по этому поводу шутил:
«С тех пор, как на теорию относительности навалились математики, я и сам перестал ее понимать».
Быть может, самое парадоксальное следствие теории относительности состоит в том, что скорость света в пустоте является постоянной величиной. Она всегда близка к 300 тыс. км / с и парадоксально не складывается и не вычитается со скоростями других тел, поэтому ничто не может двигаться быстрее луча света. Из инвариантности скорости света относительно системы отсчета следует известный «парадокс близнецов». Вот как его описывает Джей Орир в своей «Популярной физике»:
«Предположим, что на Земле живут два близнеца в возрасте 20 лет, и один из них отправляется в космическое путешествие к звезде Арктур. Его ракета летит со скоростью 0,99 скорости света, и, преодолев два раза расстояние в 40 световых лет (до звезды и обратно), он возвращается на Землю через 11,4 года по корабельному времени. На Земле же за это время пройдет 80,8 года. Так что брат, оставшийся на планете, должен очень постараться, чтобы дождаться возвращения межзвездного путешественника. Ведь ему к моменту возвращения корабля стукнет 108,8 года! Космический странник окажется моложе его на целую жизнь – 69,4 года!»