Часть 1

Мостепаненко А.М.

Пространство и время в макро-, мега- и микромире.

Мостепаненко А.М. Пространство и время в макро-, мега- и микромире. М.: Политиздат, 1974.- 240с.

Когда в широкой аудитории ведется беседа о философских проблемах пространства и времени, первое, что вызывает интерес слушателей,— это многочисленные “парадоксальные” особенности времени и пространства, обнаруженные современной наукой, прежде всего теорией относительности, и их истолкование. Действительно, в XX в. наукой было доказано, что свойства времени и пространства не являются раз навсегда данными и неизменными. В физических условиях, отличающихся от нашей обыденной жизни, они могут претерпеть существенные изменения. Так, специальная теория относительности Эйнштейна открыла эффект “замедления времени” в быстро движущихся физических системах, что создает возможность “путешествия в будущее”. Обычно эти парадоксы рассматриваются либо как что-то всецело фантастическое, либо как нечто весьма абстрактное, далекое от реальной жизни и наших непосредственных интересов. Однако можно ли утверждать, что они являются лишь любопытными мысленными фокусами, не имеющими практического значения? Хотя практическое использование “парадок-

3 сов” — во многом дело будущего, тем не менее уже сейчас следует признать, что они играют важную роль в развитии нашего мировоззрения. Более того, можно сказать, что от их философского истолкования в какой-то степени зависит формирование правильного взгляда на место человека в мире.

Но было бы неправильно думать, что философский анализ понятий пространства и времени ограничивается лишь объяснением парадоксальных физических открытий. В представлениях о пространстве и времени имеется еще много неясного, порождающего многочисленные дискуссии ученых. Почему наше пространство имеет три измерения? Могут ли существовать многомерные миры? Может ли время течь в обратном направлении? Реально ли четырехмерное пространственно-временное многообразие (пространство-время) теории относительности? Могут ли существовать материальные объекты вне пространства и времени? Эти и многие другие вопросы ставятся на повестку дня современного естествознания и философии.

Некоторые из перечисленных проблем могут показаться на первый взгляд чисто академическими. В самом деле, какое значение имеет вопрос о причинах трехмерности нашего пространства? Однако углубленное изучение этих проблем показывает, что они связаны с фундаментальными свойствами бытия и важны для нашего мировоззрения. Так, вопрос о том, почему наше пространство трехмерно, может решаться либо с позиций телеологии, исходящей из ненаучного

утверждения, что “трехмерный мир самый совершенный из возможных миров”, либо с научно-материалистических позиций, основываясь на фундаментальных физических закономерностях. Но дело не только в этом. Исследование подобных вопросов имеет важное эвристическое значение для развития самого естествознания. Так как представления о пространстве и времени лежат в основе большинства современных научных теорий, их развитие может помочь в анализе недостатков старых теорий и построении новых, более адекватных, в формировании новой научной картины мира. Проблемы, о которых идет речь, лежат, по выражению Г. И. Наана, на стыке философии, физики и математики, и их решение имеет важное методологическое значение для этих наук. Особые сложности возникают при анализе характера свойств времени и пространства в микромире и мегамире, мирах малого и большого. С одной стороны, трудности, с которыми сталкивается познание микроявлений, приводят к оживленным дискуссиям и даже к гипотезам о том, что элементарные частицы существуют вне пространства и времени вообще. С другой стороны, в связи с конечными моделями Вселенной и бурным развитием релятивистской космологии возникают многочисленные споры о соотношении космологии и философии, о многообразии пространственно-временных отношений на мегауровне. Целью этой книги как раз и является рассмотрение наиболее актуальных и дискуссионных проблем, возникающих

5

4 при исследовании свойств пространства и времени в макро-, микро- и мегамире, ознакомление читателя с существом исследований, которые ведут философы и естественники '.

1 В последнее время появился целый ряд трудов советских философов и естествоиспытателей, посвященных проблемам пространства и времени. Это прежде всего коллективные исследования: “Пространство, время, движение” (М., 1971), “Бесконечность и Вселенная” (М., 1969), “Пространство и время в современной физике” (Киев, 1968), а также “Эйнштейновские сборники”, выходящие у нас в стране с 1966 г. Различные вопросы рассматриваемой темы анализировались в следующих работах советских авторов: Я. Ф. Аскин. Проблема времени. М., 1966; Л. Б. Баженов, К. Е. Морозов, М. С. Слуцкий. Философия естествознания, вып. 1. М., 1966; М. Б. Вилъницкий. Философский анализ пространственно-временных представлений и методов специальной и общей теории относительности. Киев, 1968; Л. Н. Любинская. Категория времени и структурный анализ. М., 1966; С. Т. Мелюхин. Материя в ее единстве, бесконечности и развитии. М., 1966; Ю, Б. Молчанов. Время в классической и релятивистской физике. М., 1966; П. С. Дышлевый. Материалистическая диалектика и физический релятивизм. Киев, 1972; В. С. Лукьянец. Физико-математические пространства и реальность. Киев, 1971; В. С. Готт. Пространство и время микромира. М., 1964; В. С. Барашенков. Структура пространства и времени в физике микромира. М., 1966; А. Н. Вялъ-цев. Дискретное пространство-время. М., 1965; И. С. Алексеев. Развитие представлений о структуре атома. Новосибирск, 1968; И. А. Акчурин. Философские проблемы познания микромира. “Современные проблемы теории познания диалектического материализма”, т. I. М., 1970; Э. П. Андреев. Пространство микромира. М., 1969; И. 3. Цехмистро. Диалектика множественного и единого. Квантовые свойства мира как неделимого целого. М., 1972; К. П. Станю-

6

Прежде чем перейти к непосредственному рассмотрению обсуждаемых проблем, необходимо разрешить следующий вопрос. Не будет ли философский анализ представлений о времени и пространстве подменой естествознания, то есть отжившей свой век натурфилософией? Не является ли такой анализ анахронизмом, подобным гегелевской попытке вывести из чистой философии количество планет солнечной системы и другие конкретно-научные факты? По утверждению самих физиков, современная физическая теория пространства и времени — это теория относительности Эйнштейна. В ней пространство и время взаимосвязаны, образуют единое пространственно-временное многообразие. В соответствии со специальной теорией относительности, протяженность и длительность изменяются в движущейся системе; одновременность событий также не абсолютна и зависит от выбора системы отсчета. В соответствии с общей теорией относительности,

кович, С. М. Колесников, В. М. Московкин. Проблемы теории пространства, времени и материи. М., 1968; Г. И. Наан. Понятие бесконечности в математике, физике и астрономии. М., 1905; Э. М. Чудинов. Пространство и время в современной, физике. М., 1969; В. В. Казютинский. Революция в астрономии. М., 1969; В. И. Свидерский и А. С. Кармин. Конечное и бесконечное. М., 1966. Из зарубежных исследований необходимо отметить: Г. Рейхенбах. Направление времени. М., 1962; Дж. Уитроу. Естественная философия времени. М., 1964; А. Грюнбаум. Философские проблемы пространства и времени. М., 1969.

7

пространство-время есть искривленное, неэвклидово многообразие, свойства которого зависят от распределения тяготеющих масс. Что нового философия может добавить к этим положениям?

Здесь мы сталкиваемся с проблемой соотношения философии и естествознания, имеющей важное значение не только для анализа представлений о времени и пространстве, по и для решения других философских вопросов естествознания. Сформулируем ее в несколько заостренной форме.

Каков предмет философии как науки? Что играет главную роль в нем — человеческое мышление (и человеческая практика) или объективный мир, безотносительно к способам его познания? Учение об объективной действительности (о бытии), как она существует сама по себе, издавна называют философской онтологией. Учение о мышлении и познании в широком смысле этого слова есть гносеология.

Очевидно, что теория познания есть неотъемлемый раздел философии, только она одна из всех наук изучает познание во всем его объеме. Опираясь на логику и психологию, гносеология пытается представить процесс человеческого познания в его целостности, решить проблему истинности и достоверности научного знания.

Но правильно ли говорить об онтологии как науке? Можно ли, даже в абстракции, отвлечься от способов получения знания познающим субъектом и рассматривать бытие как таковое?

8

Чтобы четче сформулировать данную проблему, рассмотрим противоположные точки зрения по ней в виде дискуссии двух воображаемых философов; одного из них назовем Гносеологом, а другого Онтологом. Под Гносеологом мы отнюдь не имеем в виду специалиста по теории познания. Это некая абстрактная личность, выражающая крайнюю точку зрения по данному вопросу. То же самое относится и к личности Онтолога.

Гносеолог. Любой акт познания предполагает два элемента — субъект и объект познания. Субъект познания — это не просто конкретный индивидуум, а идеализированный экспериментатор или теоретик, обладающий стандартными средствами и методами исследования. Объект познания — это не объективная реальность “как таковая”, а определенный ее “срез”, обусловленный средствами, методами и целями исследования. Мы познаем мир не так, как он существует “сам по себе”, а в том виде, как он предстает наблюдателю в данном познавательном процессе. Поэтому можно сказать, что в акте познания объект без субъекта так же не существует, как и субъект без объекта.

Представим себе, что окружающий нас мир воспринимается обитателями иной космической цивилизации, существенно отличной от человеческой, с другими органами чувств, с другим устройством тела и т. д. Какие есть основания полагать, что существа данной цивилизации представляли бы себе наш мир таким же образом, как и мы? Ведь эти существа вычленяли бы из мира другие

9

стороны, а именно те, которые были бы им доступны в соответствующих физических условиях и которые “проецировались бы” на условия и цели их познания. Если какое-то понятие “работает” в науке и играет важную роль в теории и эксперименте, естественник, как правило, “проецирует” его на мир, онто-логизирует. Однако не следует думать, что допущение онтологизации понятий тождественно допущению онтологии. Первое — в исторически ограниченных рамках — вполне законная операция, которая оправдывается (или не оправдывается) в ходе развития познания, тогда как второе незаконно.

О н т о л о г. Но ведь философия как раз тем и отличается от других наук, что дает возможность познать мир, как он существует “сам по себе”, безотносительно к способам его познания!

Гносеолог. Именно это ваше мнение и является наибольшим заблуждением.

В принципе невозможно иметь знание о мире “самом по себе”. Ведь чтобы его получить, необходимо “выйти” за пределы субъ-ектно-объектного отношения и проникнуть в сущность вещей непосредственно. Идеалисты говорили о непосредственной рациональной интуиции, об откровении, о мистическом озарении и т. д., но такой подход явно антинаучен. В современных условиях онтология как наука невозможна. Что касается философских проблем пространства и времени, то к ним относятся главным образом логико-гносеологические вопросы современного физического знания, философия 10

не может и не должна строить какой-то своей, особой теории пространства и времени, отличной от теорий конкретных наук. Спрашивается, существуют ли кроме физических, химических, биологических, геологических и т. д. явлений и объектов еще какие-то философские? Очевидно, нет. Было бы абсурдно считать, что кроме физического пространства и времени, имеет смысл говорить еще о каком-то философском пространстве и времени. Далее, есть ли у философии свои опытные методы исследования, ставят ли философы эксперименты? Также очевидно, что нет. Что же в таком случае составляет предмет философии? Им служит прежде всего человеческое познание (обыденное и научное), а также отношение человека к миру и к природе в процессе его познания и практической деятельности. Основу специфики философского знания составляет то, что оно исследует не мир, как он существует “сам по себе”, и не научную картину мира, а соотношение субъекта и объекта в процессе познания и практики. Таким образом, философия — это не наука в обычном смысле этого слова, а скорее метанаука, то есть наука о пауке и вообще о познании любого типа и уровня.

О н т о л о г. По-моему, специфика философии по сравнению с другими науками состоит не в том, что она есть теория познания, а в том, что она есть учение о мире в целом, содержащее абсолютное и универсальное знание. Конечно, не существует каких-то особых философских явлений и объ-

11

ектов наряду с физическими, химическими, биологическими и т. д. Но ведь естественные науки занимаются конкретными, единичными явлениями и их абстракциями, тогда как философия изучает лишь всеобщее. Именно в связи с этим философия приобретает онтологическую функцию. В самом деле, понятия конкретных наук всегда являются некими идеализациями. Конкретно-научные теории отображают конечные, ограниченные классы реальных объектов и явлений и вместе с тем претендуют на описание бесконечного числа возможных фактов и событий. Уже это обстоятельство приводит к тому, что понятия конкретных наук описывают действительность лишь приближенно. Короче говоря, конечное описывается с помощью бесконечного, конкретное — с помощью абстрактного. С другой стороны, в философии сам объект исследования бесконечен и универсален, и философские категории могут адекватно отобразить этот объект. Но в таком случае философия в строгом и истинном смысле этого слова есть именно онтология. Не следует только в онтологию включать знания о конкретных, единичных явлениях: такие явления изучаются конкретными науками, а не философией. Отсюда ясно, что общее учение о пространстве и времени, о конечном и бесконечном и т. д. может быть дано только философией. Конкретные науки исследуют абстрактное физическое и геометрическое пространство, различные абстракции бесконечного (потенциальная, актуальная бесконечность и др.), но только философская он-

12

тология способна исследовать реальное пространство и время и реальную бесконечность мира.

Отношение субъекта и объекта вовсе не является вечным и всеобъемлющим, универсальным. Субъекта может и не быть, а мир останется примерно в том же виде, в каком он существует и при наличии субъекта. Идеальное по своему объему уже материального. Поэтому онтология как наука о мире в целом шире гносеологии. Именно в ней, и только в ней, формулируются основные принципы любого бытия.

Гносеолог. Прежде чем говорить об основных принципах любого бытия, следует задать себе вопрос: а возможны ли такие универсальные принципы? Ведь субъект всегда имеет дело лишь с конечной областью познанного, а универсальные принципы должны распространяться и на область непознанного, и таким образом они будут в какой-то степени априорными.

О н т о л о г. Положения и принципы философской онтологии есть обобщение результатов всех наук и всей человеческой практики, так что не может быть и речи об их внеопытном происхождении. Однако в их формировании играет немаловажную роль интуиция философа.

Гносеолог. Признавая значение для формирования философских положений интуиции, вы должны согласиться и с тем, что философское обобщение одних и тех же фактов может производиться разными способами, что здесь нет прямого и однозначного

13

Пути. Таким образом, различные философы, основываясь на одних и тех же фактах, приходят к различным онтологическим принципам и утверждениям. Возникает множество онтологических картин мира. Каждая из них имеет свои недостатки и преимущества, но для создателя именно его система, несомненно, самая лучшая.

Онтолог. В этом нет ничего удивительного. Что касается меня, то я не сомневаюсь в истинности моих исходных принципов, так как с их помощью удается дать стройную интерпретацию любых аспектов и сторон объективной действительности.

Чье же мнение, Гносеолога или Онтолога, по поводу предмета философии более правильно? Попробуем подвести итоги спора и оценить создавшуюся ситуацию.

Прежде всего следует признать, что ни философия, ни конкретные науки не имеют какого-то особого преимущества в отношении познания сущности вещей. Ни философ, ни естествоиспытатель не способны путем мистической рациональной интуиции, без обращения к фактам проникать в тайны объективного мира. Как естествознание, так и философия пользуются абстракциями разных типов и уровней, то есть мысленными моделями в широком смысле этого слова, которые оправдываются или не оправдываются на практике. Если та или иная мысленная модель “работает” в познании и на практи-

14

ке, мы ее онтологизируем, то есть говорим о существовании фрагмента объективной реальности, соответствующего этой модели (электрон, атом, молекула и т. д.).

Но следуют ли отсюда скептические выводы о невозможности познания мира “самого по себе”? По-видимому, нет.

Конечно, в истории естествознания не раз бывало, что онтологизация тех или иных представлений не оправдывалась (эфир, флогистон, абсолютное пространство и т. д.). Однако из этого не вытекает вывод, что любые наши понятия и представления, касающиеся объективной реальности, являются сомнительными и ненадежными. Вряд ли можно согласиться и с тем, что иная, космическая цивилизация, существенно отличная от нашей, будет иметь совершенно иную, чем мы, картину мира. Видимо, ее представления о мире, несмотря на возможное отличие от наших, связанные с разными условиями существования и познания, будут иметь с ними и некоторые общие черты, поскольку в условиях существования двух цивилизаций, несомненно, будет не только различие, но и сходство.

Таким образом, если понимать под познанием мира мистическое интуитивное проникновение в сущность явлений, без обращения к опытным методам исследования, то действительно оно невозможно. Если же понимать под познанием диалектический процесс вычленения объектр!вного знания, процесс он-тологизации мысленных моделей, оправдывающийся в процессе развития познания и че-

15

ловеческой практики, то оно вполне реально и осуществляется в науке.

Но возможна ли философская онтология как наука? Возможны ли универсальные, философские принципы познания?

При решении этих вопросов возникает парадоксальная на первый взгляд ситуация. С одной стороны, философские онтологические представления о мире, казалось бы, не имеют права на существование, а с другой, они играют важную роль в развитии естествознания. В самом деле, научное знание всегда ограничено некоторой конечной областью явлений. Но построение фундаментальных научных теорий, по-видимому, невозможно без явного или неявного использования идей философского характера. Действительно, построение новой научной теории есть всегда выход за пределы привычного и известного — в область неизвестного, еще пе охваченного научным опытом. Как бы ни было велико количество опытных фактов, имеющихся в распоряжении исследователя, и как бы ни были разработаны методы их индуктивного обобщения, от фактов нет прямого и однозначного пути к научной теории. Эйнштейн, как известно, утверждал, что теория — это свободное творение человеческого разума. Но каким образом возникает это творение?

Выход из этого затруднения состоит в том, что основными ориентирами в процессе построения конкретно-научных теорий служат плодотворные философские идеи. Их универсальность позволяет преодолеть раз-

16

рыв между частным и единичным характером опытных данных и общим и необходимым характером теоретических положений. Так, Галилей и Ньютон, создавая механическую картину мира, пользовались идеями философского атомизма ' древних; Фарадей и Максвелл, закладывая основы электродинамической картины мира и учения об электромагнитном поле, использовали идеи философского континуализма, содержащиеся в трудах Декарта, Лейбница и Бошковича. Логико-гносеологический анализ, призванный помочь развитию нового знания (в частности, построению новых научных теорий), также должен опираться на соответствующую философскую концепцию, служащую ориентиром в исследовании.

Сказанное, однако, не означает, что необходимо признать существование онтологии, понимаемой в старом метафизическом смысле, в качестве науки о бытии “как таковом”. Подобная точка зрения, по нашему мнению, не учитывает специфики филососрского познания. Любые естественнонаучные данные всегда ограничены определенными фрагментами материального мира, а любая научная теория имеет ограниченную область применимости. Поэтому в научной материалистической философии речь должна идти не о единой догматической онтологии, претендующей на роль некоей науки наук, а о спектре возможных онтологических моделей, которые оправдываются (или не оправдываются) в зависимости от их методологического значения для построения новых научных тео-

17

рий. (Оговоримся, что онтологическая модель, в отличие от философской системы, не должна обладать всеохватывающим характером. Ее цель — построение некоторого фрагмента универсального знания, например такого, который может быть полезен для развития физических представлений о пространстве и времени.)

В самом деле, любое представление о мире, претендующее на универсальность в предельно широком, философском смысле этого слова, есть в конечном счете умозрительная экстраполяция от нашего современного (по необходимости ограниченного) обыденного и научного знания к будущему знанию. Происходит как бы расщепление философского знания на совокупность онтологических моделей. Причем это расщепление существенно отличается от многообразия теоретических гипотез и концепций конкретных наук. В физике в конце концов опыт подтверждает какую-то одну гипотезу, и она превращается в теорию. В философии процесс подтверждения той или иной концепции гораздо более сложен и опосредован и гораздо менее однозначен.

Конечно, было бы неверно подобно Рудольфу Карнапу истолковывать это обстоятельство в духе субъективизма и конвенционализма '. Та онтологическая модель, которая лучше других “работает” в научном познании и на практике, должна рассматри-

1 Р. Карнап. Эмпиризм, семантика и онтология. Приложение к его книге “Значение и необходимость”. М., 1959.

18

ваться как подтвержденная и лучше других отражающая объективную реальность.

Таким образом, предметом философии служат как человеческое познание, так и объективный мир. Но надо иметь в виду, что онтологическая функция философии тесно взаимосвязана с гносеологической и без нее существовать не может. Универсальное знание о мире, как правило, гипотетично; оно уходит своими корнями не только в объективный мир, но и в индивидуальную и социальную практику людей. В связи с этим построение онтологических моделей мира невозможно в отрыве от гносеологического анализа.

В истории человеческого познания многократно подтверждалась та истина, что нельзя абсолютизировать онтологическую картину мира данной эпохи. Широко известно положение Энгельса, что “с каждым составляющим эпоху открытием даже в естествен-ноисторической области материализм неизбежно должен изменять свою форму” '. Однако в процессе долгого и трудного развития науки вырабатываются такие положения и принципы, которые лежат в основании любого исследования.

На каждом этапе развития цивилизации существует множество самых различных, зачастую противоречащих друг другу философских идей и представлений. Ученый-естественник использует те из них, которые помогают ему строить его теорию, а другие

1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 21, стр. 28В.

19

оставляет без внимания. Важно, чтобы эти философские представления были достаточно богатыми и плодотворными.

Иногда полагают, что позитивная роль философских идей в развитии естествознания — дело прошлого, что в XX в. науки о природе достигли такого уровня своего развития, что они, как правило, опережают философию. Последней остается лишь произво- • дить интерпретацию уже добытого в естествознании.

Неправильность подобного мнения опровергается творчеством крупнейших естествоиспытателей современности, и прежде всего Альберта Эйнштейна. Сам Эйнштейн неоднократно подчеркивал, что роль философии в современной физике не меньшая, а даже большая, чем в прошлом.

Пример Эйнштейна является для нас важнейшим по двум обстоятельствам. Во-первых, Эйнштейн был одним из творцов современной научной картины мира и современного стиля физического мышления. Во-вторых, он построил новую физическую теорию пространства и времени, основывающуюся на новых философских идеях.

Основным стержнем философии Эйнштейна был синтез спинозовского материализма и пантеизма с современным опытным естествознанием. Эйнштейн не сомневался в существовании объективной физической реальности, объективного внешнего мира. Он верил в гармонию и совершенство этого мира, в его симметрию и простоту. Эту веру Эйнштейн называл “космической религией”,

20

которая, однако, имеет столь же мало общего с обычной ортодоксальной религией, как и учение Спинозы. Он много раз говорил, что не верит в существование персонифицированного бога, который интересуется поступками и мыслями людей. “Бог” Эйнштейна, по сути дела, растворяется в материи, в объективной природе мироздания.

По Эйнштейну, наши понятия, даже самые фундаментальные, такие, как время и пространство, не являются априорными. Они должны быть связаны с опытом, с реальными измерительными операциями, иначе они могут оторваться от действительности, стать тормозом в развитии науки. Он сравнивает форму теорий с покроем костюма: хотя покрой может быть различным, он должен учитывать размеры и пропорции человеческого тела. Именно с этой диалектической точки зрения Эйнштейн пересмотрел казавшуюся незыблемой механическую картину мира.

Вместе с тем, по Эйнштейну, понятия и теории не вытекают непосредственно из опыта, не сводятся к нему. Когда теория построена, ее следствия сравнивают с опытом, и в случае совпадения говорят об оправдании теории. Но не меньшее значение имеет критерий внутреннего совершенства и простоты теории, который помогает выбрать из бесчисленного множества теоретических возможностей единственную, адекватную и тем самым отобразить гармонию мира. Говоря о простоте теории, Эйнштейн имел в виду не простоту ее математического аппарата, а прозрачность и немногочисленность содержа-

21

тельных физических идей и принципов, лежащих в основе теории.

Может возникнуть недоумение, каким образом совместить веру Эйнштейна в простоту и гармонию мира с теми “парадоксальными” следствиями, которые вытекают из теории относительности. Однако это затруднение только кажущееся. Сами исходные принципы теорий Эйнштейна (принцип относительности, принцип постоянства скорости света, принцип эквивалентности) достаточно просты и естественны. И Эйнштейн выводит все вытекающие из этих принципов следствия, в том числе связанные с ломкой привычных понятий и представлений. Парадоксы (действительные и мнимые) не были для Эйнштейна самоцелью, они вытекали из простых и прозрачных исходных принципов и были логически неизбежными.

Философские взгляды Эйнштейна оказали значительное влияние на разработку им представлений о пространстве и времени. Убежденность в существовании объективного внешнего мира — не зависящей от нас физической реальности — и полный отказ от априоризма и догматизма в представлениях о пространстве и времени — вот что способствовало открытию теории относительности. Как известно, Лоренц и Пуанкаре раньше Эйнштейна получили основные соотношения специальной теории относительности. Однако ограниченность их философских взглядов помешала им произвести правильную физическую интерпретацию созданного математического аппарата. Гендрик Лоренц был

22

убежденным материалистом, но он был слишком привержен классической физике и не смог отказаться от традиционных представлений о времени и пространстве. Анри Пуанкаре был готов отказаться от классических представлений и не был подвержен догматизму, но не верил в объективную реальность пространства и времени. Он полагал, что мы выбираем наши пространственно-временные представления путем конвенции (соглашения), из соображений удобства и целесообразности.

Большую роль в создании общей теории относительности сыграли идея обусловленности физического пространства и времени материей и принцип материального единства мира. Эйнштейн исходил из положения, что все свойства пространства и времени, сколь бы фундаментальными они ни были, в конечном счете обусловлены материальными явлениями и взаимодействиями. Это положение было конкретизировано им в его общей теории относительности: геометрия пространства-времени определяется распределением и движением в пространстве массивных тел. Исходя из принципа единства мира, Эйнштейн сформулировал принцип эквивалентности инерции и тяготения; впоследствии он пытался построить единую теорию поля, которая объединила бы в одно целое гравитацию и электромагнетизм, а в перспективе объяснила бы и многообразный мир элементарных частиц.

Философские взгляды Эйнштейна были в его творчестве не искусственным добавлени-

23 ~

ем, как это случается у некоторых ученых, а основной пружиной творческого процесса, связанного с построением новых физических

теорий.

Успех теории относительности породил мнение, что релятивистские представления о пространстве и времени являются окончательными и не подлежат дальнейшему развитию. Между тем теория относительности — это в основном теория метрических свойств пространства и времени, связанных с их количественным аспектом, с протяженностью и длительностью. Что же касается наиболее фундаментальных, топологических свойств, характеризующих пространство и время с качественной стороны, в аспекте их структурности и упорядоченности, то их природа и происхождение все еще остаются во многом загадочными. Трехмерность пространства и одномерность времени, их непрерывность, необратимость времени и др. в теории относительности просто постулируются. Остается совершенно неясно, почему наше пространство и время обладают именно данными свойствами, а не какими-нибудь иными. Физическая теория топологических свойств времени и пространства пока отсутствует, нет также обоснования их универсальности.

Дадим краткую характеристику той онтологической модели, которая, по нашему мнению, должна использоваться при анализе проблемы времени и пространства. 24

С современной точки зрения, макроскопическое пространство-время играет важную роль во всем человеческом опыте и познании. Именно в нем локализованы наши тола и другие объекты человеческих масштабов. Мы будем полагать, что макроскопическое пространство-время — это псевдоэвклидово пространственно-временное многообразие специальной теории относительности (плоское четырехмерное многообразие с выделенной временной координатой. При таком подходе ясно, что концепция абсолютности пространства и времени, которая разрабатывалась Ньютоном и его последователями, не опровергается полностью теорией относительности. В самом деле, единая четырехмерная пространственно-временная структура макромира абсолютна в том смысле, что не зависит от любых процессов в окружающем нас мире. Она не меняется при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой и при любых других макроскопических изменениях (при этом меняются лишь время и пространство по отдельности). При переходе к большим масштабам (мега-масштабам) пространственно-временное многообразие деформируется, искривляется под воздействием масс, но мы рассматриваем лишь достаточно малые области этого многообразия, которые еще можно считать плоскими с достаточной степенью приближения.

Каково же происхождение макроскопического пространства-времени? Чем обусловлены его топологические свойства? По-видимому, какими-то очень глубокими матери-

23

альными явлениями и закономерностями, лежащими на микроуровне '. Поскольку макроскопическая пространственно-временная структура обычно сохраняется, независимо от того, каковы физические условия в больших масштабах, разумно предположить, что эта структура обусловлена в первую очередь не мега-, а именно микроявлениями. Эти явления нам еще неизвестны, и проблема такого обоснования до сих пор не решена наукой.

Но понятием макроскопического пространства-времени, несмотря на всю его важность, нельзя ограничиваться. Следует учитывать возможное существование и других пространственно-временных форм и отношений в микро- и мегамире. Вероятно, существует неисчерпаемое многообразие не только материальных явлений, типов взаимосвязей и закономерностей, но и пространственно-временных форм и отношений. Причем свойства любой пространственно-временной формы, по-видимому, обусловлены какими-то своими фундаментальными видами материи. Учет этого предположения необходим при решении целого ряда конкретных гносеологических проблем современной физики и космологии. В дальнейшем все эти положения получат более детальное разъяснение и обоснование.

1 Подробнее см. А. М. Мостепаненко. Проблема универсальности основных свойств пространства и времени. Л., 1969.

Глава перва

Пространство

и время в макромире

Макроскопический опыт и человеческое познание

Человек — макроскопическое существо. Его деятельность ограничена миром средних (не слишком малых и не слишком больших) масштабов. В обыденной жизни мы не имеем дела с космическими явлениями и миром элементарных частиц, хотя они и играют важную роль в нашем существовании. Элементарные частицы недоступны нашим органам чувств, а астрономические объекты доступны лишь отчасти. Любые немакроскопические объекты мы воспринимаем не непосредственно, а лишь через другие объекты и явления. Наши органы чувств, которые также являются макроскопическими системами, переводят информацию о таких явлениях на “макроскопический язык”, после чего она становится доступной для нас.

Так, когда мы говорим, что видим Млечный Путь, это означает, что свет от данного астрономического объекта (галактики) достиг нашего зрительного анализатора, в ко-

27 тором произошли сложные процессы, а затем информация была передана в мозг и расшифрована. Если мы наблюдаем путь элементарной частицы в камере Вильсона, это означает, что в местах, где пролетает частица, конденсируются капельки жидкости, которые мы воспринимаем как траекторию частицы. В обоих случаях мы непосредственно воспринимаем не объект “как таковой”, а сведения о нем, преломленные через объекты и приборы.

Эта важная роль макроскопического опыта в познании была подчеркнута Нильсом Бором. Бор указал на то обстоятельство, что измерительный прибор является системой, устройство которой может быть описано на языке классической физики'. Любое измерение должно быть воспроизводимым, а информация о нем — поддаваться словесному выражению.

Более того, измерение является процессом, в котором главную роль играют макроскопические пространственно-временные отношения. Как пишет Макс Бори, “каждое измерение утверждает, что указатель, или помеченная точка, совпадает с тем или иным делением линейки одновременно с совпадением стрелок часов с какими-либо делениями их циферблата. Независимо от того, касается ли измерение длин, времен, сил, масс, электрических токов, химического сродства или чего бы то ни было еще, фактическое

1 Н. Вор. Атомная физика и человеческое познание. М., 1961, стр. 42.

28

содержание наблюдений состоит лишь из пространственно-временных совпадений” '. Согласно этой точке зрения, измерение есть процесс, протекающий на фоне макроскопического пространства и времени. Мы можем сравнить его с “проецированием” изучаемой реальности на непрерывный пространственно-временной фон нашего опыта, и в этом смысле говорить о “первичности” этого фона для любого опытного познания.

Условием воспроизводимости эксперимента является то, что он осуществляется на одном и том же макроскопическом пространственно-временном фоне. Эксперимент может быть воспроизведен в любом пункте земного шара — в Москве, Нью-Йорке или Токио — ив пределах погрешностей наблюдений даст один и тот же результат. Объективным основанием такого “первичного” характера макроскопического пространства и времени по отношению к опытному познанию является абсолютность пространства-времени макромира, его относительная независимость от макроскопических явлений и процессов. Таким образом, макроскопическое пространство-время является как бы “фотопластинкой”, на которой отпечатываются процессы, протекающие в мире малого и большого.

Такая особенность явилась одним из объективных источников кантовского априоризма в представлениях о пространстве и вре-

1 М. бори. Эйнштейновская теория относительности. М., 1964, стр. 399.

29. мени. Макс Лауэ, подчеркивая мысль Канта, что невозможно представить себе объекты вне пространства и времени, но вполне можно вообразить пустые пространство и время, не заполненные объектами и событиями, считает ее серьезным аргументом в пользу априорности трехмерности пространства и одномерности времени'. На первый взгляд данный довод действительно убедителен, так как в нашем опыте подобные свойства выступают по отношению к любым другим как исходные, фактически не нуждающиеся в опытной проверке. Но на самом деле эта “априорность” кажущаяся: она связана с относительной самостоятельностью макропространства и макровремени. Основные свойства последних могут казаться априорными лишь в рамках макрофизики и перестают быть таковыми за ее пределами. Конечно, опытное исследование немакроскопических объектов также в конечном счете основывается на “проекциях” этих объектов и структур на макроскопический фон. Но это не означает, что подобные объекты сами существуют в макропространстве и макровремени: они могут находиться в своих особых, качественно отличных от наших пространственно-временных формах.

Иными словами, макроскопическое пространство-время выступает как “первичное” на эмпирическом уровне научного исследования, но отнюдь не на теоретическом.

1 М. Лауэ. Теория познания и теория относительности. Статьи и речи. М., 1969, стр. 241—242, 265, 279.

30

С точки зрения теоретического познания возможно использование множества пространственно-временных моделей с особыми метрическими и топологическими свойствами.

Проблема реального пространства и времени

Если реальное макропространство и макровремя суть условия сосуществования и смены состояний любых окружающих нас объектов и явлений, то перцептуальное пространство и время (от английского perception — восприятие) суть условия сосуществования и смены ощущений и других психических актов субъекта. В реальном пространстве локализованы физические объекты, а в перцептуальном — наши ощущения.

Теория Канта, согласно которой время и пространство суть формы нашей чувственности, несомненно имеет рациональное зерно. Хотя Кант и не использовал выражение “перцептуальное пространство и время”, которое было введено в употребление лишь в конце XIX в. и особенно широко применялось в работах Бертрана Рассела, его анализ, по существу, относился именно к данному понятию. Кант обосновал “исходный” характер перцептуального пространства и времени по отношению к любому человеческому опыту. Но его концепция содержала и другой момент. Она отрицала существование реального пространства и времени. “Вещи в себе”, по мнению Канта, непространственны и невре-

31

менны; пространство и время — это та субъективная рамка, в которой группируются наши ощущения и восприятия.

В основе субъективистской концепции Канта и его последователей лежит отрицание существования реального времени и пространства. Они считают, что наши ощущения и восприятия упорядочены в пространстве и во временрг, но нельзя быть уверенным в упорядоченности реальных объектов во времени и пространстве, ведь действительность дана нам лишь через восприятия. Наша уверенность в пространственное™ и временности реальных вещей лишь иллюзия, заявляют они.

Чтобы пояснить данное рассуждение, обратимся к следующему примеру. Если некто говорит: “я вижу зеленый лист”, означает ли это, что зелень существует независимо от данного субъекта? Имеем ли мы право “проецировать” на мир наши ощущения, он-тологизировать их и говорить, что “зеленое” объективно существует? Очевидно, нет. Тот, кто полагает, что вещи существуют абсолютно в том же виде, в каком они нами представляются, стоит на позиции наивного реализма. На самом деле реально существует не “зеленое”, как мы его воспринимаем, а свойство поверхности листа отражать свет определенной длины волны и поглощать свет других длин волн. Но возможно, что “чувство” пространства и времени, которым мы обладаем, так же нельзя безоговорочно “проецировать” на реальный мир, как ощущение зеленого. Поэтому вопрос о существовании

32

реального пространства и времени не столь прост, каким он может показаться на первый взгляд.

Основанием для субъективистской трактовки рассматриваемой проблемы издаина служили пространственно-временные парадоксы и антиномии. Так, Августин, впервые пришедший к выводу, что время пе существует объективно, что оно находится лишь в глубинах нашей души, исходил из парадоксальных особенностей течения времени: прошлое уже пе существует, будущее еще не существует, настоящее же не имеет никакой протяженности; следовательно, время не обладает реальностью. Кант опирался на космологические антиномии, которые определяют мир как конечный и как бесконечный во времени и пространстве. Английский философ-неогегельянец конца XIX — начала XX в. Френсис Брэдли также приводит антиномию: с одной стороны, пространство и время — ничто, кроме отношений между вещами, а с другой — они не есть простые отношения, они могут существовать и при отсутствии вещей. Таким образом, считалось, что раз мы неизбежно приходим к противоречиям, время и пространство пе могут существовать реально.

Однако перечисленные парадоксы и антиномии не могут служить обоснованием субъективизма в данном вопросе. Августинов-ский парадокс, подобно апориям Зенона, разрешается с помощью средств современной математики. Космологические антиномии Канта, как мы увидим позже, объясняютс

2 А. М. Мостспанешш

33

путем уточнения употребляемых понятий. При анализе антиномии, сформулированной Брэдли, следует учитывать, что пространство и время, с одной стороны, абсолютны в смысле самостоятельности в отношении отдельных предметов, а с другой стороны, относительны в смысле обусловленности глубокими свойствами материи.

Решающий удар субъективистская концепция получила в связи с кризисом априоризма. Кант полагал, что возможна лишь одна геометрия — эвклидова, истины которой даны субъекту до всякого опыта, априори, и никогда не смогут быть опровергнуты или заменены другими. Однако в XIX в. Лобачевским, Больяи и Риманом были открыты и разработаны пеэвклидовы геометрии. Стало ясно, что в математике может быть построено неисчерпаемое множество самых различных геометрических пространств, и только опыт может показать, какое из них имеет отношение к реальному миру. Пространство и время в таком случае не могут быть субъективными, так как объективный физический эксперимент показывает, какая геометрия реализуется в данной области мира.

Анри Пуанкаре, с позиций конвенционализма, попытался дать свою интерпретацию соотношения субъективного и объективного в данной проблеме. Он считал, что все математические пространства являются равноправными, пи одно из них не имеет каких-либо преимуществ по сравнению с другими. Все они представляют собой некие абстрактные модели, существующие только в нашем

34

сознании. Поэтому бессмысленно спраши-' вать, какое из них реализуется в действительности. При описании физических явлений одно из них более удобно, другое -менее удобно, но это не означает, что одно из них истинно, а другое — не истинно. В дальнейшем идеальные математические модели стали называть концептуальными (то есть понятийными) пространствами. Если употребить этот термин, то точку зрения Пуанкаре можно выразить следующим образом. При описании явлений природы мы выбираем такое концептуальное пространство, которое лучше соответствует особенностям нашего перцептуального пространства и времени и в связи с этим является для нас наиболее удобным.

Таким образом, вопрос об объективной реальности пространства и времени упирается в вопрос об объективном существовании геометрических объектов, который давно волновал философов. Еще Пифагор и Платон столкнулись со следующим серьезным противоречием. С одной стороны, идеальные геометрические объекты не существуют в действительности. Любые материальные заместители этих объектов несовершенны, отклоняются от идеального образца. Если мы чертим мелом на доске окружность или прямую линию, мы заранее смиряемся с тем, что окружность не является идеально круглой, а прямая не обладает идеальной прямизной. Но, с другой стороны, идеальные геометрические объекты существуют в математике. У Платона не возникало сомнения о* 35

в том, что математик открывает новые геометрические объекты, так же как зоолог открывает новые виды животных, а ботаник — новые виды растений. Математические истины, по сравнению с другими научными истинами, обладают наибольшей научной строгостью и достоверностью, в меньшей степени зависят от познающего субъекта. Учитывая это, Платон и пришел к выводу, что идеальные математические объекты (идеи) существуют не в эмпирической действительности, а “па небе идей”. Окружающий нас чувственный мир является лишь бледной копией идеального мира. Чувственные вещи ,и явления лишь “запускают” механизм интуиции, и тогда душа “вспоминает” об особенностях идеальною мира, в котором она когда-то пребывала.

Так возникла онтологизация концептуальных математических структур. Механизм этой онтологизации сходен с механизмом он-тологизации чувственных качеств (например, чувства зеленого цвета), о котором говорилось выше. Отличие состоит лишь в том, что здесь “проецируются” на мир не восприятия, а наши абстракции и идеализации.

Пуанкаре в своем анализе проблемы начинает с тех же самых фактов, что и Платон, прежде всего с отсутствия в эмпирической действительности идеальных геометрических объектов. Он отрицает опытный характер геометрии. Если бы она была опытной наукой, полагает он, она имела бы только грубо приближенное значение, как наука о движении твердых тел. Но в действитель-

36

ности, подчеркивает Пуанкаре, геометрия изучает не реальные твердые тела, а некоторые идеальные объекты, абсолютно неизменные и служащие лишь упрощенным изображением твердых тел. “Понятие об этих идеальных телах извлечено нами из недр нашего духа, и опыт представляет только случай, заставляющий это понятие выступить” '. (Как видим, высказывание почти в духе Платона!) Но в остальном Пуанкаре резко расходится с Платоном. Он допускает существование математического объекта лишь в особом смысле. Подобный объект считается существующим, если его определение не содержит в себе противоречия2. Можно сказать, что в рамках математики логически возможное совпадает с действительным, но эта “математическая действительность” не может рассматриваться как особая сфера бытия. По мнению Пуанкаре, нельзя говорить о существовании математических объектов в виде неких “платоновских идей”. Ведь непротиворечивым образом можно сформулировать множество определений самых различных математических объектов (в том числе определений, отрицающих друг друга) и построить теории этих объектов. Согласно Пуанкаре, бессмысленно спрашивать, какая из этих теорий истинна. Физик выбирает из них ту теорию, которая более проста и удобна для описания физических явлений, и только.

и гипотеза. М., 1904,

Наука 2 См. там же, стр. 64.

1 А. Пуанкаре. стр. 83. Поэтому, полагал Пуанкаре, неправомерно спрашивать и о том, какова геометрия реального пространства — эвклидова или неэвклидова. Обе эти геометрии непротиворечивы, следовательно, в математическом смысле обе приемлемы. Но в природе нет материальных объектов, которые были бы точными копиями геометрических объектов, принадлежащих эвклидову или неэвклидову пространству. Следовательно, по мнению Пуанкаре, вопрос о том, какая из этих геометрий реализуется в действительности, незаконен.

Иное решение проблемы пространства было дано Эйнштейном. Эйнштейн подчеркивал принципиальное различие между чистой геометрией и физической геометрией. Все рассуждения Пуанкаре, по мнению Эйнштейна, протекают в рамках чистой геометрии, имеющей дело с идеальными математическими объектами и описывающими их аксиомами. Чтобы чистая геометрия стала физической, то есть отраслью естествознания, необходимо, по Эйнштейну, дать ей физическую интерпретацию. Например, тела эвклидовой геометрии необходимо сопоставить с твердыми телами, прямые линии эвклидовой геометрии — со световыми лучами и т. д. После этого только опыт может ответить на вопрос: какова реальная геометрия — эвклидова или неэвклидова?

Что касается утверждения Пуанкаре, что в действительности в природе нет твердых тел, которые бы в точности соответствовали идеальным геометрическим объектам, то оно,

38

по мнению Эйнштейна, не может служить веским аргументом в решении данного вопроса. Соответствие твердых тел геометрическим объектам для практических целей является достаточно точным. Строгость чистой математики возможна лишь благодаря тому, что она имеет дело с идеальными, воображаемыми объектами. Но поскольку мы хотим строить науку о реально существующих объектах, приходится жертвовать некоторой точностью.

Вопрос о соотношении абстрактных объектов с действительностью характерен не только для физической геометрии, но и для всего научного познания. В физике кроме абсолютно твердого тела используются такие абстрактные объекты, как материальная точка, идеальный газ, система отсчета, классическое и квантовое поле, статистический ансамбль и т. д. Без абстрактных объектов она была бы невозможна, так как ее уравнения непосредственно описывают поведение именно таких объектов. Но в действительности последние реализуются не в чистом виде, а всегда приближенно. Так, тело, размерами которого можно пренебречь, рассматривается как материальная точка; газ, в котором взаимодействие между молекулами пренебрежимо мало, считается идеальным, и т. д. Таким образом, абстрактные объекты приходится сопоставлять с некоторыми реальными явлениями, лишь приближенно соответствующими этим объектам. Только в таком случае уравнения математической физики приобретают конкретное физическое содержание.

39

Возникает вопрос: в каком смысле можно говорить о существовании физического пространства? Не является ли последнее просто некоторым абстрактным, воображаемым объектом наряду с другими? Общий ответ на этот вопрос состоит в том, что абстрактные объекты физики нельзя отрывать от действительности, считать всецело плодом фантазии. Было бы неверно полагать, что реально существуют только конкретные вещи и явления, непосредственно наблюдаемые с помощью органов чувств. Объективно существуют не только явление, но и сущность, не только единичное, но и общее. В том случае, когда вводимые в физику абстракции позволяют глубже проникнуть в сущность изучаемых явлений, они не отдаляют нас от реальности, а приближают к ней '.

Проблема объективного существования отнюдь не так проста, как это может показаться на первый взгляд. В обыденной жизни обычно нетрудно установить, что существует, а чего не существует: достаточно удостовериться, скажем, в том, что “на улице действительно идет дождь” или что “в ленинградском зоопарке нет утконоса”. В науке решить вопрос о существовании какого-либо объекта, далекого от непосредственного опыта, значительно труднее. Для этого требуются соответствующие методологические критерии.

Согласно ленинскому определению материи, последняя есть “философская категори

1 См. В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 29, стр. 152.

40

для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них” '. В соответствии с этим определением, материи присущи два свойства: быть объективной реальностью, существовать вне нашего сознания, и быть познаваемой в опыте, в конечном счете с помощью органов чувств. Эти положения являются исходными при решении проблемы: как отличить реальные объекты, существующие независимо от нас, от воображаемых, существующих только в нашем сознании и не отражающих объективную реальность?

Познаваемость объективной реальности с помощью органов чувств не случайно включена В. И. Лениным в определение материи. Абсолютная идея Платона, мировой дух Гегеля и другие метафизические сущности не поддаются опытному познанию, естественнонаучному эксперименту; они, согласно этим философам, якобы “умопостигаются” с помощью мистической “рациональной интуиции”. Напротив, материалистически понимаемая объективная реальность поддается изучению на практике, в научном эксперименте. Отсюда ясно, что любые объекты, претендующие на статус объективно реальных, должны быть познаваемыми в опыте.

В современной методологии физического познания этот общефилософский тезис конкретизируется в виде условия принципиаль-

1 В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 18, стр. 131.

41