Трансдисциплинарная идея пространственно-временных отношений в природе

Эта идея в общем варианте всем хо­рошо знакома: бытие материи происходит во времени. Время непрерывно и неотвратимо течет, и каждый ощущает это на себе. Хотя тайна времени наукой нераскрыта, о времени все-таки нам кое-что известно. Живые объекты ощущают его острее, потому что их жизнь не длится вечно. В не­живой природе время тоже оставляет следы. И кроме того реальное время нельзя повернуть вспять – оно необратимо. Но вместе с тем во многих абстрактных научных построениях мы способны, как бы прокручивая назад киноленту, менять направление некоторых процессов и тем самым превращать следствие в причину, или прошлое – в будущее. В этом случае мы име­ем дело с идеальным временем. Анализируя оба эти вариан­та, придется признать, что время также подвергается моде­лированию и мы при этом строим разные модели времени.

Формирование подобных представлений в истории ци­вилизации было связано с решением центральной проблемы всего естествознания – проблемы существования материи во времени. Фундаментальную роль времени хорошо пони­мал еще Аристотель (IV в. до н. э.), различавший два прин­ципиально разных типа времени.

Во-первых, он рассматривал время, связанное с движе­нием (кинезис). Это параметр (число), фиксирующий различ­ные состояния движения системы, не имеющий определен­ного направления и обладающий лишь свойством позже – раньше. Это соответствует построению модели идеального времени. Во-вторых, он признавал и иное время – время как рождение и гибель (метаболе), т. е. как характеристику воз­раста системы, имеющего начало, конец и определенное на­правление. Такое время обладает уже только свойством раньше- позже, но и свойствами прошлое-настоящее-будущее. Эти представления ныне воплощаются в модели реального времени, для которой характерна неэквивалент­ность прошлого и будущего. Невозможность обратного хода времени в данной модели характеризуется понятием необратимости.

Этим типам времени Аристотель сопоставлял и два разных типа движения, которые, по сути, альтернативны и не могут быть сведены одно к другому. Один тип движения – это локальное перемещение (motus lокаlis) тела в пространстве с течением времени. Другой тип движения – это изменение (mutation) или смена форм. Аристотель считал, что движение как смена форм характеризуется «мгновенностью» в отличие от локального движения, которому внутренне присуща постепенность.

Введение двух моделей времени, основанных на двух типах времени Аристотеля, позволяет ныне сформулировать две фундаментальные парадигмы естествознания – парадигму динамики (парадигму Ньютона) и парадигму эволюции (парадигму Дарвина). В них можно проследить исторические корни тех разных форм движения и моделей времени, о которых говорилось выше. Согласно парадигме динамики, господствующей в физике, свойства природы на макроуровне полностью определяются ее свойствами на макроуровне. В ней принимается, что большое как бы конструируется из малого, неся в себе его особенности. Свойства этих своеобразных «кирпичиков» мироздания заданы изначально.

В рамках этой парадигмы в природе не происходит резких качественных изменений, а лишь по вполне определенным законам достаточно плавно изменяются характеристики физических систем. Все поведение системы в данный момент времени определяются только начальными условиями и особенностями ее взаимодействия с окружением. В некотором смысле, можно сказать, что система не имеет какой-либо предыстории. При этом время-параметр на макроуровне не имеет выделенного направления и поэтому все основные уравнения, моделирующие явления природы, оказываются симметричными по отношению к изменению знака времени. Иными словами, замена момента времени t на момент времени (-t) не приводит к появлению новых результатов.

Напротив, согласно парадигме Дарвина, впервые сформулированной в биологии, живой организм проходит путь индивидуального развития и несет в себе «память» о предшествующем бытии данного биологического вида и биосферы в целом. В этой парадигме, наоборот, большое отражается в малом, т.е. микроуровень системы определяется ее макро-состоянием, причем не только в данный момент времени, но и с учетом его истории. Качественное развитие системы, называемое эволюцией, однозначно связано с однонаправленностью времени-возраста.

В последнее время идеи Дарвина подверглись обобщению и на неживую природу, так что сейчас уже можно говорить о становлении эволюционного естествознания. Для него характерно признание существования «стрелывремени», на которой нет эквивалентности между моментом времени I и моментом времени (-t), а также существования особых точек – бифуркации, в которых происходит ветвление потенциально возможных путей дальнейшего развития системы. Стрела времени выступает как временная ось, упорядочивающая отдельные события «жизненного цикла» системы. Конечно, в историческом масштабе процесс эволюции той или иной системы кажется плавным, однако качественные изменения типа рождения, гибели или бифуркации происходят скачкообразно. При этом очень существенную роль играют не только особенности контролируемых внешних условий, создаваемых окружением, но и случайные факторы, не поддающиеся учету. Благодаря им, в точках бифуркации происходит выбор одной из потенциальных возможностей дальнейшего хода «истории» системы. Нетрудно понять, что фундаментальные парадигмы динамики и эволюции описы­вают разные фазы бытия системы. Отдельные качественные изменения (в точках бифуркации) могут чередоваться с ди­намическими процессами.

Введение фундаментальных парадигм естествознания создает основу для его анализа в целом, главный результат которого таков. Развитие естествознания в целом за послед­ние 300 лет, несмотря на все разнообразие его теорий, осу­ществлялось в рамках фундаментальной парадигмы Ньюто­на. В этот период происходило накопление и анализ фактов, относящихся к тому, что окружает современного человека. Так сформировалось «естествознание существующего». В настоящее время оно подходит к насыщению, так что мо­жет даже возникнуть вопрос о дальнейших перспективах самого естествознания как науки. Иногда даже высказывает­ся мнение о приближающемся «конце» естествознания как науки.

Рассмотрим теперь, какие дополнительные методологические функции несет идея пространственно-временных отношений в природе. Дело в том, что в повседневности бы­тие ассоциируется с пространственным существованием, однако сами по себе понятия пространства и времени кажутся независимыми. В действительности оказывается, что меж­ду ними существует глубокая взаимосвязь, которая раскры­вается в теории относительности, созданной А. Эйнштейном. В этом ключе мы расцениваем движение – перемещения тел, а в более широком смысле – любые происходящие с телами процессы, ведущие к изменению тех или иных характеристик.

На самом деле, в естествознании понятие бытия несет куда более сложную нагрузку. Рассказывая о том, как была введена в науку такая новая характеристика микрообъектов, как спин, мы уже упоминали внутренние достаточно абст­рактные, на первый взгляд, пространства состояний. В них также происходит бытие материи, но там раскрываются дру­гие ипостаси. Сам термин «состояние» как будто понятен, если мы проецируем его на человека. А вот что такое состоя­ние применительно к другим объектам, тем более в неживой природе? Не следует думать, что здесь имеет место наделе­ние их статусом некой духовности. Ведь можно же говорить о состоянии здоровья, состоянии атмосферы и т.д. Здесь под­разумевается совокупность данных, обозначающих внутреннюю особенность объекта в определенный момент времени. Тогда в целом можно допустить и изменение состояния как, одно из проявлений бытия. Это изменение также вызывается внешними факторами, как и изменения наблюдаемых характеристик объекта. Состояние, являясь внутренним атрибутом объекта, формируется внешними факторами и может изменяться под воздействием окружения.

Применительно к таким объектам, как электрон или свет, даже говорят о «приготовлении» его состояния, имея в виду задание способа внешнего манипулирования с ним. Так, пропуская свет через поляризационный фильтр, какие часто используются в фотоаппаратах, мы можем приготовить свет с заданным состоянием его поляризации. И это состояние также есть один из штрихов бытия такого объекта, как свет. Другие сведения о состоянии будут изложены позже.