• 5

5. НАЧАЛО ТЕЧЕНИЯ ВРЕМЕНИ

Космологические проблемы играют в современной

физике особую роль. Общепринято, что научная револю-

ция, которая достигла своей высшей точки в XVII сто-

летай, обязана своим успехом тому факту, что такие на-

турфилософы, как Галилей, перестали рассуждать о мире

в целом и сосредоточили свое внимание на определенных

частных проблемах, в которых конкретные вещи и про-

цессы рассматривались изолированно от их окружения.

Декарт критиковал Галилея именно за это. Соглашаясь

с Галилеем, протестовавшим против схоластики и ве-

рившим, что математика должна помочь в исследовании

физических проблем, Декарт утверждал, что Галилей

≪непрерывно уклоняется от сути и не решает полностью

ни одной проблемы; это показывает, что... не рассматри-

вая первые причины природы, он ищет только причины

некоторых частных фактов и возводит здание тем самым

без какой-либо основы≫'. Большим недостатком карте-

зианского отношения к физическому исследованию явля-

лась опора на принцип, гласящий, что до познания чего-

нибудь мы должны, вообще говоря, знать все. С другой

стороны, позиция Галилея основывалась на принципе

выделения и постепенного исследования. Благодаря

тому, что он справедлив, только, если пренебречь мно-

гими факторами, исследователь получает право многое

и не знать. Главным образом по этой причине ньюто-

нианская физика в конечном счете заменила картезиан-

скую. Ньютон знал о механизме гравитации не больше

Декарта, но он в отличие от Декарта преуспел в посте-

пенном разрешении этого вопроса.

Рассмотрение других основных представлений клас-

сической физики дает дальнейшие доказательства успеш-

ности и в то же время ограниченности такого образа

действий. Ньютоновское пространство абсолютно, но

проблема его идентификации успешно обходится благо-

даря принципу относительности Ньютона. Таким обра-

зом, хотя проблема пространства ставилась как космо-

логическая проблема, была построена специальная

методика обхода космологических сторон проблемы.

Особенно следует отметить аналогичную трактовку энер-

гии, так как она весьма похожа на трактовку времени.

Успешность применения понятия энергии зависит от

представления о потенциальной энергии. Классическая

физика не могла дать исчерпывающего правила для ее О)

измерения, но она избегает этой трудности, сосредото-

чиваясь на проблемах, в которых нам надо знать только

различие в значениях этой энергии. Аналогично в клас-

сической физике не имеется исчерпывающего правила

для определения времени событий, но на практике это не

имеет значения, так как необходимо* знать только раз-

ности времен. Таким образом, начала отсчета, или нуле-

вые точки, измерения как потенциальной энергии, так и

времени произвольно выбираются исследователем; дру-

гими словами, они чисто конвенциональны. Поэтому эти

конвенции можно считать средствами, с помощью кото-

рых классическая физика избегала рассмотрения есте-

ственного нулевого значения потенциальной энергии

и естественного начала отсчета времени. Пренебрегая

этими факторами, физик допускал методологические

упрощения, но в результате этого появлялась опасность

впасть в философское заблуждение и полагать, что те

самые факторы, которыми он пренебрег, ipso facto не

существуют. На деле метод выделения и конвенции и за-

остряет, и суживает наше исследование, налагая на него

ограничения.

С математической точки зрения начало течения вре-

мени, если оно имеется, относится к ≪минус бесконеч-

ности≫, а это на практике означает, что оно несуществен-

но и служит только для различения времени. Эта несу-

щественность начала течения времени прямо связана

с тем, что временная переменная не появляется явно в

математической формулировке основных законов фи-

зики. Косвенно она также связана с тем фактом, что

законы классической механики обратимы и не делают

различия между прошлым и будущим. В классической

механике не имеется никакого особого периода времени,

который может служить фундаментальной точкой от-

счета, по отношению к которой можно было бы разли-

чить более раннее и более позднее. Второй закон термо-

динамики дает основание предполагать возможность су-

ществования конечной точки в будущем, но, как мы

видели, применение этого закона в космологии представ-

ляет собой спорную гипотезу. Однако эта трудность не

освобождает нас от обязанности рассмотрения проблемы

естественного начала течения времени.

В 1871 году Гельмгольц в известной лекции по кос-

могонии утверждал, что ученый не только имеет право,

но и обязан исследовать, действительно ли ≪предполо-

жение о вечной законности явлений природы приведет

нас непременно на основании настоящего состояния к

неверным заключениям о прошедшем или будущем или

же к нарушению законов природы, к такому началу, ко-

торое не может быть вызвано известными нам законами

и явлениями≫'. Как справедливо подчеркнул Гельм-

гольц, этот вопрос не пустая спекуляция, ибо он касается

границ справедливости существующих законов. По этому

вопросу была и до сих пор есть значительная путаница.

Естественное начало течения времени часто смешивают

с эпохой сотворения вселенной. Такая эпоха, конечно,

была бы началом физического времени, но нет необходи-

мости вводить это философски трудное понятие. Идея

начала течения времени проще всего может возникнуть

и действительно возникает в физике как предел, накла-

дываемый на нашу экстраполяцию в прошлое законов

природы. Строго говоря, вопрос о том, считать или не

считать этот предел эпохой сотворения мира, представ-

ляет метафизический вопрос, лежащий вне самой науки.

Мы можем разделить законы физики на две группы в

зависимости от того, возможна или невозможна в прин-

ципе их бесконечная экстраполяция в прошлое. Все за-

коны, попадающие во вторую группу, открыты сравни-

тельно недавно, например закон радиоактивного распада

Резерфорда —Содди.

Согласно этому закону, число атомов данной концен-

трации естественного радиоактивного элемента, напри-

мер урана-238, которое распадется в течение малого ин-

тервала времени dt, пропорционально числу W атомов

этого элемента, существующих в начале интервала, при-

чем коэффициент пропорциональности Я не зависит от

таких физических условий, как температура и давление.

Таким образом,

dNldt = W,

где величина l/К представляет интервал времени, ха-

рактеризующий рассматриваемый особый элемент. Дей"

ствительно, мы находим, что

1/Х = а/1п2,

о≫ \

где а —полупериод распада. Этот закон не выделяет

особое начало течения времени, но сразу видно, что он

накладывает предел на прошлую историю того вещест-

ва, к которому он применим. Ибо если бы мы попыта-

лись проэкстраполировать закон обратно в бесконечное

прошлое, мы нашли бы, что само N должно быть тогда

бесконечным.

Однако, строго говоря, это является не бесконечной

экстраполяцией в прошлое рассмотренного закона ра-

диоактивного распада, но экстраполяцией применения

этого закона к данному радиоактивному источнику. Ис-

точник должен иметь начало во времени, хотя другие

радиоактивные источники могли существовать еще

раньше. Тем не менее имеется существенное различие

между законами радиоактивного распада и законом все-

мирного тяготения, ибо последний сам не накладывает

какого-либо временного ограничения на его примене-

ние к данной системе тел.

Концепция естественного ограничения экстраполяции

физического закона в прошлое возникает в связи с гипо-

тезой расширения вселенной. Было обнаружено, что

спектральные линии внегалактических туманностей сме-

щены к красному концу спектра, и чем более удалены

галактики, тем больше смещение. Настоящие данные

совместимы с гипотезой (и наиболее естественно объяс-

няются ею), что эти звездные системы удаляются от

Млечного Пути. Найдено, что распределение этих систем

на небе, если учесть наличие поглощающей материи

внутри Млечного Пути, приблизительно изотропно, и

наиболее убедительным аргументом считается то, что

вся система внегалактических звездных систем образует

каркас всей физической вселенной. Более того, пола-

гают, что составляющие этой системы удаляются не

только от Млечного Пути, но и друг от друга. Если бы

эти представления оказались правильными, тогда стало

бы очевидным, что вселенная как целое не может' пре-

бывать в устойчивом состоянии, а должна расширяться.

Следовательно, вся вселенная, а не только объекты

внутри вселенной должна была бы иметь эволюционную

' Конечно, если только не действует некий компенсирующий

процесс, как было предположено защитниками гипотезы непрерыв-

ного творения (см. стр. 38).

историю; также мог бы иметься конечный предел про-

шлого времени, так как система начала расширяться из

своего наиболее сгущенного состояния, и в таком случае

имелось бы естественное начало течения времени.

Однако эти выводы не следуют автоматически из ги-

потезы, согласно которой наблюдаемые смещения спек-

тров обусловлены эффектом Доплера, связанным с дви-

жением по лучу зрения от наблюдателя, так как

мы знаем только спектральные смещения галактик, на-

блюдаемые сегодня, и возможно, что в далеком прош-

лом земной наблюдатель наблюдал бы другие смеще-

ния. Если бы спектральные смещения в прошлом были

меньше, чем теперь, то наши выводы можно было бы

видоизменить. Например, если бы эти смещения суще-

ственно убывали при удалении в прошлое, мы смогли

бы примирить гипотезу расширения с возможностью

бесконечно долгой меры для периода прошлого време-

ни. Были предложены две следующие альтернативы.

Или система расширялась всегда, но прошло бесконеч-

ное время с тех пор, как начался этот процесс, или она

попеременно расширяется и сжимается, наподобие кон-

цертино; у этого движения не было начала и не будет

конца.

Обычно считается, что первая альтернатива приво-

дит к фиктивной вечности прошлого времени, и любая

определенная стадия в расширении отделена от насто-

ящей конечным промежутком времени. Поэтому рас-

сматриваемая ситуация аналогична ситуации с выбором

различных шкал температуры. На шкале Кельви-

на имеется абсолютный нуль температуры (около

73,16°С), и нельзя экстраполировать физические за-

коны по ту сторону этого температурного предела1. С

помощью соответствующего математического преобра-

зования мы можем сопоставить с этим пределом отри-

цательную бесконечность, но полученная область тем-

ператур в действительности все же будет конечной, ибо

на практике мы можем только приближаться к абсо-

лютному нулю и никогда не можем достичь его. Любая

другая температура на шкале Кельвина, как бы близка

ни была она к этому пределу, оставалась бы конечной

на новой шкале. Аналогично, если бы спектральные

смещения внегалактических туманностей медленно

уменьшались при удалении в прошлое, с ними можно

было бы связать только фиктивную1 бесконечность

прошлого времени. Математическим преобразованием

временной шкалы ее можно было, сопоставить с конеч-

ным интервалом.

С другой стороны, идея чередования фаз расшире-

ния и сжатия вселенной может привести к подлинной

бесконечности прошлого времени и соответственно к ис-

ключению естественного начала течения времени, состо-

ящего из бесконечного ряда аналогичных циклов. Но для

согласования этой идеи с конечной, по-видимому,

историей жизни индивидуальных звезд и галактик не-

обходимо предположить, что перед началом каждого

нового цикла звезды и галактики создаются заново и'з

материала, остающегося от предыдущего цикла. Хотя

мы не знаем, каким образом могут происходить такие

явления, и, следовательно, должны рассматривать всю

эту идею как явную спекуляцию, гипотезы, связанные

с концепцией циклической вселенной, в различные века

и в различных цивилизациях представляли для чело-

веческого ума огромную притягательную силу. Эти идеи,

по-видимому, получали неоспоримую поддержку из наб-

лфдения, свидетельствовавшего, что движения небесных

тел, очевидно, были периодическими, так что при их

подробном анализе эллинские астрономы выдвинули в

качестве соответствующей схемы для их изучения вра-

щения ряда колес, как в птолемеевской теории эпицик-

лов*. Аналогично еще ранее идея циклической вселенной

связывалась с понятием ≪великий год≫2. ≪Великий год≫

1 Другими словами, все события действительно были бы заклю-

чены на конечном отрезке прошлого времени (отсчитывая от на-

стоящего), и рассматриваемая бесконечность была бы только осо-

бенностью математического аппарата и не соответствовала бы бес-

конечной последовательности фактических событий.

2 Наиболее известное из всех древних упоминаний ≪великого

года≫ находится в сочинениях Платона. В известном туманном от-

рывке из ≪Государства≫, VIII, 546, описывается мистическое число,

которое считается оценкой числа дней в ≪великом году≫. Этот пе-

риод устанавливается в 36000 лет. Было много рассуждений о про-

исхождении этого числа, причем наиболее интересные из них при-

давали числу Платона астрономическое значение и связывали этот

особый период времени с открытой Гиппархом прецессией равноден-

ствий. Гиппарх оценивал период прецессии в 36 000 лет, что срав-

нимо с современной оценкой в 25 900 лет, но дам Платон, который

представлял интервал, после которого, как считалось,

все небесные явления повторялись. Даже Гераклит, ос-

новывающий свою космологию на понятии ≪вечного

потока≫, постулировал цикл в 10800 лет1.

Хотя в современную эпоху идея вечного круговраще-

ния получила дурную славу и возобладала идея физиче-

ской, а также органической эволюции, делаются непре-

рывные попытки обойти идею естественного начала тече-

ния времени. Открытие красного смещения в спектрах

внегалактических туманностей и корреляция этого сме-

щения с расстоянием до галактик, по-видимому, явились

убедительным доказательством того, что сама вселенная

расширяется и, таким образом, имеет эволюционную

историю, возможно, с естественным началом течения

времени. Во-первых, обычный способ уклониться от это-

го вывода состоит в том, чтобы заронить сомнение в ин-

терпретацию смещения спектров как доплеровского сме-

щения, связанного с удалением галактик от нас. Обсуж-

дались различные альтернативные объяснения, но ни

одно из них не стало общепринятым, так как все они,

очевидно, по существу неправдоподобны.

Для того чтобы согласовать представление о взаим-

ном удалении с убеждением, что вселенная действитель-

но вечна и ее общий вид не изменяется с течением вре-

мени, было предположено2, что, в то время как старые

галактики стремятся удалиться друг от друга, непрерыв-

но образуются новые галактики и заполняют возрастаю-

щие промежутки, которые в противном случае появились

бы. Для беспрерывного продолжения такого процесса

существенно, чтобы во всей вселенной непрерывно тво-

рилась новая материя или в форме звезд и туманностей,

жил почти за два столетия до Гиппарха, был совершенно незнаком

с этим явлением. В ≪Тимее≫ (39 Д), говоря о движениях планет

и т. д., Платон утверждал, что ≪совершенное число времени испол-

няется, что полный (великий) год свершается, когда все восемь

вращений —различных по скорости, дойдя до своего конца, вместе

с тем снова приходят к своему исходному пункту, после периода

времени, измеряемого круговращением того (бытия), которое всегда

есть то же самое и имеет равномерное движение≫. ≪Диалоги Пла-

тона ≪Тимей (или о природе вещей)≫ и ≪Критий≫≫, Киев, 1883,

стр. 100.

или, более вероятно, в форме индивидуальных нейтраль-

ных атомов водорода, которые постепенно собираются

вместе благодаря гравитационному притяжению, обра-

зуя звезды и галактики, каждая с определенной исто-

рией жизни, хотя система как целое не имеет своей соб-

ственной истории. Вызывающее затруднения понятие

происхождения мира во времени в результате автома-

тически устраняется, и идея эволюции индивидуальных

объектов комбинируется с идеей неизменности вселен-

ной как целого благодаря постулированию непрерывно-

го творения материи из ничего.

Тем не менее идея непрерывного процесса творения

новых частиц также связана с серьезными теоретически-

ми трудностями. Несмотря на это, идея вечной вселен-

ной, в которой непрерывно творятся новые частицы, ка-

жется многим менее озадачивающей, чем идея творения

мира. Снова мы наблюдаем тенденцию человеческого

ума попытаться устранить время и рассматривать все-

ленную прежде всего как пространственную. Действи-

тельно, утверждают, что будет логически, или семанти-

чески, противоречивым даже формулировать идею тво-

рения мира, так как идея творения чего-нибудь имеет

смысл только относительно чего-то другого, а в случае

вселенной не имеется ничего другого1. Тем не менее,

хотя идея непрерывного творения новых частиц в вечной

вселенной не связана с трудностями такого рода,

остаются другие трудности. Несотворенную частицу

нельзя охарактеризовать каким-либо образом: она ни-

что. Творение частицы представляет нечто совершенно

отличное от превращений частиц, о которых говорят при

изучении особых следов в камере Вильсона или в фото-

графической эмульсии, ибо оно является превращением

не одного вида вещи в другой, но ничто в нечто. Можно

ли считать такой акт творения физическим событием?

Ни в один момент времени частица не может и суще-

ствовать, и не существовать. В каждый момент она

должна или существовать, или еще не существовать.

Строго говоря, не может быть некоторого периода тво-

рения, но только разделение времени на периоды, в ко-

торые частица не существует, и периоды, в которые она

существует. Нет никакой точки соприкосновения или

моста —только полный разрыв. Акт творения частицы не

является физическим событием и так же мистичен, как

сказочный взмах магической волшебной палочки; ибо мы

можем сказать о нем не больше, чем о сотворении

всей вселенной. Поэтому вечная вселенная, в которой

частицы непрерывно творятся из ничего, не менее

свободна от концептуальных трудностей, чем вселенная,

в которой все частицы были бы сотворены одновременно.

Когда мы рассматриваем вселенную как целое, мы

стараемся полагать, или что ее прошлое вечно, или

же что она была сотворена в определенную эпоху. Од-

нако, как ранее указывалось, имеется третий путь. Ибо

при широко —хотя не повсеместно —принятой интерпре-

тации наблюдаемых данных мы можем утверждать, что

нашу настоящую концепцию физического мира как рас-

ширяющейся вселенной нельзя экстраполировать назад,

в бесконечно удаленное прошлое. С этой точки зрения

происхождение времени можно рассматривать просто

как изначальный предел', наложенный на применение

законов природы к объектам, составляющим действи-

тельную вселенную. Эта интерпретация избегает труд-

ностей, связанных с теориями творения, но она опреде-

ленно приводит нас к точке зрения, что в больших мас-

штабах время не может быть ≪устранено≫.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я