Філософські засади сучасної наукової картини світу: ПРОСТІР І ЧАС

На думку І. Пригожина, найважливіші зміни, які сталися у ході сучасної наукової революції, пов'язані зі зняттям попередніх обме­жень у науковому розумінні часу. Це відбулося завдяки зверненню точного природознавства (фізики і хімії) до теми становлення.

Саме завдяки неоднозначності вибору в точках біфуркації час у те­оріях самоорганізації набуває справжньої незворотності. На відміну від лінійних динамічних теорій - класичних, релятивістських, кванто­вих (де час зворотний) - у термодинаміці дисипативних структур час перестає бути простим параметром, а стає поняттям, що виражає темп і напрямок подій.

Пригожин добре розумів, що звернення до теми становлення вима­гає перегляду філософських і, більше того, культурних засад наукової діяльності, відмови від класичного ідеалу наукової раціональності. Ось як описував він цей ідеал: "Для Бога все є даність. Нове, вибір або спонтанні дії є відносними з нашого, людського погляду. Подібні теологічні погляди, здавалось, повністю підкріплялись відкриттям ди­намічних законів руху. Як писав Лейбніц, "у найменшій субстанції погляд, проникливий, як погляд божества, міг би прочитати всю істо­рію Всесвіту. Таким чином, відкриття незмінних детерміністичних

законів зближувало людське знання з божественною, позачасовою думкою" [10, с. 6].

Перехід до відкритого діалогу з природою приводить до відмови від класичного ідеалу раціональності, позбавляючи при цьому євро­поцентризм з його претензією на єдино правильну прогресивну циві- лізаційну позицію будь-яких раціональних підстав. Зате людина пере­стає відчувати себе чужою світу природи. У книзі "Порядок з хаосу" Пригожин, говорячи про це відчуття відчуження, наводить слова Но- белевського лауреата Жака Моно (одного з біологів, які розшифрували генетичний код людини): "Людина має, врешті, прокинутися від ти­сячолітнього сну, і, прокинувшись, вона опиниться в повній самотно­сті, в абсолютній ізоляції.

Протиставлення минущого людського життя вічній природі, під­кріплене зворотністю лінійних законів природи, приводило до думки про ілюзорність часу, думки, абсурдної в устах смертної істоти. Тим не менш, до цієї традиції були прихильні кращі інтелектуали людства (відомо, що А. Ейнштейн писав удові свого кращого друга про нав’яз­ливість ілюзії часу).

"Парадокс часу не був осмислений до другої половини XX ст., - вважав Пригожин. - До цього часу закони динаміки вже давно сприймались як вираз ідеалу об'єктивного знання. А оскільки із цих законів випливала еквівалентність між минулим і майбутнім, будь- яка спроба надати стрілі часу деяке фундаментальне значення на­штовхувалася на впертий спротив як загрозу ідеалу об'єктивного знання. За різницю між минулим і майбутнім несемо відповідальність ми, бо в наш опис природи ми вносимо апроксимацію... Зараз ситуа­ція інша. Ми знаємо, що незворотність...відіграє істотну, конструк­тивну роль. Ми діти стріли часу, еволюції, а ніяк не її творці" [10, с. 5].

Спрямованість часу передбачалась уже класичною термодинамі­кою, де напрямок "стріли часу" задавався зростанням ентропії. Ця так звана "термодинамічна стріла часу" не була єдиною у класичній науці. "Електродинамічна стріла часу" була пов'язана з вибором серед розв'язків рівнянь Максвела у класичній електродинаміці лише тих, що описують спостережувані явища: поширення з певною швидкістю електромагнітних хвиль, що запізнюються, тобто, наприклад, розхо­дяться від лампи як джерела світла після її вмикання, а не сходяться до неї. Ті інші хвилі, що звуться випереджуючими, у природі не помі­чені, отже, відповідний розв'язок теоретичних рівнянь виключається з розгляду. Таким чином феноменологічно (тобто виходячи з наявних феноменів) розрізняються минуле й майбутнє, а отже, встановлюєть­ся напрямок "стріли часу".

Може здатися, що термодинамічна "стріла часу" на відміну від еле­ктродинамічної, є не феноменологічною, а теоретичною. Але це не так. Річ у тім, що сама термодинаміка є феноменологічною теорією. Її принципи про збереження енергії й зростання ентропії в закритих системах, близьких до рівноваги, формулюються як висновок з вияв­леної на практиці неможливості створення вічних двигунів першого й другого роду. Пізніше Д. Больцман запропонував статистичну фізику, що слугувала підґрунтям для термодинаміки на основі атомно- кінетичної теорії. У ній напрямок стріли часу, пов'язаний зі збільшен­ням ентропії при наближенні до рівноваги розглядався як найбільш імовірний, а не необхідний. Тут і виник парадокс часу, на який поси­лається Пригожин у вищенаведеній цитаті.

Річ у тім, що динамічні закони руху атомів або молекул, які утво­рюють середовище, є зворотними, тобто зберігають свій вигляд при зміні знаку часового параметра (відповідно напрямку часу). Згідно із цими законами минуле й майбутнє є нерозрізненними. Однак в імо­вірнісних рівняннях для середніх значень, що відповідають законам термодинаміки, присутня незворотність.

До останньої наукової революції суперечність між динамічним і термодинамічним способами опису дійсності й розумінням часу розв'я­зувалась у методології фізики, так би мовити, на користь динаміки. Тобто динамічний опис вважався фундаментальним, а друге начало термодинаміки - результатом наближених процедур, пов'язаних з мак­роскопічним розглядом. Така думка підтримувалася й тим, що динамі­чний опис у термодинамічних системах, розглядуваних термодинамі­кою, здійснювався на мікроскопічному рівні. Стандартна ж пояснюва­льна схема пов'язувала пошуки сутності зі зверненням до більш низь­кого рівня структурної організації матерії. Динамічний опис розгляда­вся як фундаментальніший ще й через його мікроскопічність.

Більш сучасний погляд на співвідношення динамічних і статистич­них закономірностей обговорюється в підрозділі 2.3. У зв'язку з про­блемою незворотності зауважимо, що дійсний розгляд історичної по­слідовності утворення скупчень елементів середовища показав би її незворотність, незважаючи на динамічні закони зіткнень цих елемен­тів, що приводить до відповідних скупчень.

Пригожин, поділяючи думку про фундаментальність мікроскопічного підходу, проводив важливу роботу із встановлення відповідності між термодинамікою й динамікою (в її класичному та квантовому варіан­тах). Із цією метою він вивчав проблему точного виводу основного кіне­тичного рівняння на основі законів динаміки. Сама можливість такого виводу зумовлюється введенням операторів, які явним чином порушу­ють симетрію щодо обернення часу, тобто незворотність, спостережува­на на макрорівні, із самого початку передбачається й при мікроскопіч­ному розгляді. Уведення операторів ентропії й часу приводить до виді­лення "внутрішнього часу системи" [9, с. 234]. При цьому друге начало термодинаміки розглядається як фундаментальний динамічний прин­цип. Пригожин писав: "Застосування другого начала дозволяє нам ви­значити новий внутрішній час, який, у свою черту, надає можливість сформулювати порушення симетрії, що лежить в основі другого начала. Як було показано, введений нами внутрішній час існує лише для нестій­ких динамічних систем. Його середнє узгоджується з динамічним часом (у відповідних ситуаціях)". Однак він підкреслював: "За своїм наручним годинником ми можемо виміряти свій середній внутрішній час, але по­няття зовнішнього і внутрішнього часу зовсім різні" [9, с. 246]. Цікаво, що введення внутрішнього часу пов'язано з нелокальним описом систе­ми і у просторі, і у часі.

Розвиваючи уявлення про внутрішній і зовнішній час, можна скорис­татись їх розрізненням для розгляду співвідношення між стійкими й не­стійкими структурами. При цьому найбільш фундаментальні стійкі структури нашого світу - молекули, атоми, ядра - слід розглядати як ре­зультат попередньої самоорганізації (див. докладніше в підрозділі 2.2 ).

Хоч структура нижчого рівня може брати участь як елемент у не- рівноважному процесі утворення структури вищого рівня, тобто у процесі, який характеризується внутрішнім часом самоорганізації

структури вищого рівня, для елементу цей час виступає як зовніш­ній. Внутрішні ж процеси у структурі, що відіграє роль елементу, є періодичними й тому не асоціюються із часом як виразом темпу й спрямованості подій

Для характеристики внутрішнього і зовнішнього часу Пригожин користується поняттями Арістотеля, який розрізняв рух як перетво­рення (метаболе) й переміщення (кінезис), і асоціює з першим типом руху внутрішній час системи, а з другим - зовнішній. Якщо врахува­ти, що внутрішній час системи є дійсним, тобто незворотним, лише для процесів її становлення, то можна вважати, що при періодичному відтворенні системою себе як посталого цілого її внутрішній час набу­ває фіктивного, уявного характеру. Це означає, що для більш повного й точного розуміння процесів саморозвитку матерії можна викорис­товувати поняття комплексного часу [1]. Тоді ми можемо описувати події, що відбуваються у світі, як такі, що розгортаються не на лінії дійсного часу, а у площині комплексного часу.

Розглянемо конкретний приклад. Нехай утворилось ядро заліза, і те­мпература знизилась до характерних атомних величин. Потік енергії через ядерну систему, тобто взаємодія із середовищем на рівні ядерних величин, не спостерігаються.

Розгляд внутрішнього часу самоорганізованої системи як комплексної величини надає можливість віднайти границі застосовності ідеалізова­них уявлень щодо зворотності часу лінійної науки з позиції нелінійної науки. Ці уявлення працюють доти, поки відповідні внутрішні процеси самовідтворення динамічно стійкої системи можна розглядати як пері­одичні. Процеси самоорганізації як становлення нового цілого характе­ризуються розрізненням минулого й майбутнього, а отже, неінваріантні- стю відповідних нелінійних рівнянь при зміні знака часового парамет­ра. Таким чином фізично означується незворотність часу.

Важливо, що ця незворотність присутня в теорії, а не є феномено­логічно введеною, як це було зі стрілою часу і у класичній, і навіть у некласичній фізиці. Дійсно, і космологічна, і квантово-механічна стріли часу в некласичній фізиці також уводяться на рівні явиш, а не є укоріненими в теорії, що зрозуміло, якщо зважити на лінійність квантової й релятивістської механіки. Квантово-механічна стріла ча­су пов'язана з тим, що при вимірюванні відбувається незворотна ре­дукція хвильового пакету, який описує потенційні можливості мікро­частинки. Мається на увазі та обставина, що, коли при вимірюванні ми виявляємо частинку, скажімо, в якійсь точці простору, то інші її можливості перебування у просторі, задані хвильовою функцією, не- зворотно зникають. Космологічна стріла часу фіксує незворотність розширення простору Всесвіту (або розбігання галактик у просторі), про яке свідчить зміщення у спектрах випромінювання далеких зірок у червоний бік спектра, тобто в бік зниження частот. Цей феномен трактується як ефект Доплера (зменшення частоти хвиль, джерелом яких є об'єкт, що віддаляється від спостерігача). Отже, і ці стріли ча­су, виявлені некласичною фізикою, є феноменологічними.

У нелінійній науці розрізнення минулого й майбутнього можливі на рівні теорії. Нелінійні рівняння, на відміну від лінійних, мають більш ніж один розв'язок. Графік розв'язку цих рівнянь розгалужується (в найпростішому випадку роздвоюється), коли відповідні параметри набувають певного критичного значення. Точки цього розгалуження у фазовому просторі називають особливими точками (якщо розгалу­ження є роздвоєнням, це точки біфуркації). Стрибкоподібну зміну од­нієї з пов'язаних нелінійною залежністю величин при плавній зміні іншої називають математичною катастрофою.

В особливих точках спонтанно порушуються вихідні симетрії. У п. 2.1.2 йшлося про порушення внутрішніх симетрій у нелінійних єди­них теоріях фундаментальних фізичних взаємодій. Але більш наочни­ми є порушення часових і просторових симетрій у процесі самоорга­нізації. Можливість теоретично розрізнити минуле й майбутнє в особ­ливих точках, тобто порушення симетрії між ними, виражає незворо­тність часу. На емпіричному рівні це виражається в самоорганізації структур у середовищі, яке до цього було просторово однорідним. Ці новоутворення можуть мати власні просторові й часові симетрії, але вихідна однорідність простору й часу порушується. Отже, темпоральність як спрямованість часу є неодмінною рисою процесів, описува­них теоріями самоорганізації.

У філософії науки Нового часу розгляд понятійного змісту категорій простору й часу зазвичай базувався на одній з двох концепцій прос­тору й часу - субстанційній або реляційній. Тісний зв'язок між фізич­ними законами й просторово-часовими властивостями описуваних ними систем може трактуватися двояко. Або ми маємо такі, а не інші закони руху матерії, тому що такими є простір і час (це субстанційна концепція, історичним прикладом якої є абсолютний простір і час у механіці Ньютона). Або простір і час як форми існування рухомої ма­терії виражають властивості цього руху, є відносними до них. Така, реляційна, концепція обстоювалась Г. Лейбніцем, який розглядав про­стір як порядок співіснування речей, а час - як порядок зміни подій. Фізика XX ст. схилялась, швидше, до реляційної концепції. Так, у за­гальній теорії відносності Ейнштейна викривленість простору-часу визначається наявністю в ньому гравітуючих мас.

Проте питання про природу стріли часу не мало остаточного ви­рішення. Дійсно, можливо, космологічна стріла часу, що пов'язує напрямок від минулого до майбутнього з розширенням простору Всесвіту, не визначає природи часу. Тоді в тих релятивістських кос­мологічних моделях, де розширення простору змінюється його стис­канням, при зміні напрямку розгортання процесів час не буде руха­тись назад, а продовжуватиме послідовно фіксувати розрізнення минулого й майбутнього, як і до цього. Подібним чином можна роз­глянути й інші стріли часу.

У філософії некласичної фізики пропонувалось деякі процеси (на­приклад, мікроскопічні) вважати фундаментальними, такими, що ви­значають природу простору й часу, а інші (наприклад, макроскопічні) розглядати як такі, що розгортаються в умовах, визначених певними властивостями простору й часу. Річ у тім, що перебіг багатьох подій у світі пов'язаний з властивостями простору й часу. Так, у просторі різ­них розмірностей різними є можливості утворення стійких структур з притягуючим центром типу планетних систем або атомів. Такі систе­ми не є стійкими у просторі з розмірністю більше трьох. Розповсю­дження невикривленого фронту хвилі неможливе у просторах з пар­ним значенням розмірності простору й т. ін. Та обставина, що ми жи­вемо у світі, влаштованому саме так, що ми можемо в ньому жити (зокрема, завдяки тривимірності простору в макромасштабах), вра­хована в антропному принципі в космології (до слова, дещо містич­ному, якщо вважати наш світ одним-єдиним).

Сучасна космологічна концепція множинності можливих світів [6] проливає нове світло на зазначену проблему співвизначеності просто- ру-часу з локалізованою в ньому матерією. Ця концепція базується на застосуванні в космології нелінійних єдиних теорій фундаментальних фізичних взаємодій (про це вже йшлося в п.2.1.2). Розуміння єдності світу як генетичної єдності, єдності за походженням пов'язує просто­рово-часові обставини еволюції у світі зі специфікою самоорганізації самого світу. Фундаментальні обставини цієї самоорганізації визна­чаються історично спочатку на мікроскопічному рівні квантових флуктуацій первинного вакууму, а в подальшому з роздуванням про­стору певного світу (дуже швидкого розширення, тому сучасна кос­мологія зветься інфляційною) масштаби становлення світу набувають мегаскопічного характеру.

Таким чином, історична визначеність (випадковий вибір) певних можливостей спонтанного порушення вихідних симетрій, а отже, пе­вної диференціації матерії, створює умови (зокрема й просторово- часові) для її подальшої інтеграції Так, багатовимірність простору- часу, що має місце в теоріях суперструн для тих мікромасштабів і ме- гаенергій, за яких у перші миті еволюції матерії ще існувала в нашо­му світі вихідна симетрія між сильними і електрослабкими взаємоді­ями, при подальшому порушенні цієї симетрії змінюється в макро­скопічних масштабах звичним чотиривимірним простором-часом. Отже, вибір зі, здавалося б, альтернативних відповідей на питання про співвизначеність простору-часу з локалізованою в ньому матерією ви­являється непотрібним, оскільки історичний підхід до еволюції Все­світу знаходить місце і визначеності просторово-часових властивос­тей світу шляхом становлення конкретного варіанта елементного складу матерії світу, і визначеності її подальшої еволюції цими прос­торово-часовими обставинами.