III. О многомерности пространства.

Согласно теории относительности, пространство и время изменяются не сами по себе, а в неразрывной связи друг с другом. Эта связь настолько тесна, что они образуют здесь неразрывное целое, и время приобретает как бы роль четвертого измерения в дополнении к трем измерениям пространства (длина, ширина, высота). Сам А.Эйнштейн говорил, что его удивляет та настороженность, с которой порой относятся к четырехмерному пространству, хотя оно говорит всего лишь о том, что тело с такими-то и такими-то тремя пространственными координатами находилось там именно в данный момент времени (четвертое измерение).

Но существует и многомерное пространство Гильберта. Оно призвано отразить наличие у исследуемого объекта каких-либо совсем не пространственных свойств, которые только выражаются как "пространственно-подобные" с помощью различных математических операций. Так, если к трем привычным пространственным координатам объекта добавляются еще три координаты, выражающие, например, три компонента импульса этого же объекта, то для обозначения совокупности всех этих данных говорят о шестимерном фазовом пространстве, хотя собственно пространственных координат здесь, как обычно, три. Понятие шестимерного фазового пространства, таким образом, есть математическая абстракция, оно не претендует на замену занятия трехмерного пространства. Многомерное пространство в прямом смысле этого слова.

Использование метода многомерности пространства является одним из приемов квантовой физики, вынужденной описывать "недоступные" чувственному восприятию. Многомерные пространства являются правомерной научной абстракцией, имеющей и физический, и математический смысл. Здесь нет ничего сверхестественного или бессодержательного.

Различные идеалистические трактовки многомерного пространства, например, теологов, помещающих в эти "сверхреальные" пятые, шестые и др. измерения каких-то духов или прямо идеальную субстанцию, принадлежат идеалистам, спекулирующим на достижениях естествознания.

Важнейшим свойством пространства и времени является их объективность, т.е, независимость от человеческого сознания. Идеализм отрицает объективность пространства и времени, считая их продуктом сознания человека. С их точки зрения пространство и время порождены абсолютной идеей, мировым духом.

Ленин в работе "Материализм и эмпириокритицизм" доказал несостоятельность идеалистический взглядов: Земля существовала во времени и пространстве задолго до появления человека. Земле -- миллиарды лет, человеку -- десятки тысяч.

IV. Вечность и бесконечность материи.

Чье воображение не волновало таинственное ощущение бездны мироздания? Кого не поражал вид темного неба, искрящегося мириадами звезд?

Вечность и бесконечность материи обуславливают вечность времени и бесконечность пространства, например, вечность и бесконечность Вселенной.

"Открылась бездна звезд полна:

Звездам числа нет, бездне дна"

М.В.Ломоносов

Истинная бесконечность -- это процесс постоянного выхода за пределы конечного, но выхода не только количественного, но и качественного, даже сущного: одна мера определенности системы переходит в качественно иную -- как в великое, так и в малое.

Вселенная не существует в раз и навсегда законченном виде, а есть непрерывно творящая себя реальность.

Конечное -- это постоянно появляющийся и исчезающий момент бесконечного процесса изменения сущего. Изменение же вообще связано с выходом системы за свои пространственные, временные, количественные и качественные границы. Истинная бесконечность -- это процесс постоянного качественного новообразования, включающий в себя бесконечность пространства и времени, процесс обретения границ и их утраты, достижения равновесия и одновременно стремления к нарушению его, то есть постоянно, напряженно пульсирующий процесс единства противоположностей.

Бесконечность времени существования мира выражается понятием вечности. Вечность присуща лишь миру в целом, каждая конкретная система которого проходяща.

Бесконечность -- никогда не завершимый процесс расширения и углубления познания субъектом объективной реальности. По сравнению с прошлыми поколениями нам известно о мире несравненно больше, но впереди еще бездна неведомого, которую предстоит постигать следующим за нами поколениям.

Мы уже знаем, что в современной космологии общепризнанный является концепция происхождения Вселенной из Большого Взрыва. Существуют три разновидности этой концепции.

1) Гравитационное притяжение между медленно "разбегающимися" галактиками настолько сильно, что в какой-то момент оно заставит их начать сближаться, вплоть до обратного сжатия (коллажа);

2) Галактики "разбегаются" настолько быстро, что гравитационные силы никогда не смогут остановить их, и Вселенная будет расширяться вечно.

3) Гравитация близка к критическому значению, которое препятствует как бесконечному развертыванию Вселенной в пространстве, так и ее обратному сжатию.

Как же в них решается вопрос о конечности или бесконечности пространства?

В первой утверждается, что пространство конечно, но без границ, в двух других -- оно бесконечно.

Еще не раз нам придется ломать свои устоявшиеся представления о пространстве и времени, но одно всегда останется неизменным: пространство и время объективны, они представляют собой всеобщие формы существования материи и так же, как материя, качественно бесконечны.

"Быть может эти электроны --

Миры, где пять материков,

Искусства, знанья, войны, троны

И память сорока веков!

Еще, быть может, каждый атом --

Вселенная, где сто планет;

Там все, что здесь, в объеме сжатом,

Но также то, чего здесь нет.

Их меры малы, но все та же

Их бесконечность, как и здесь;

Там скорбь и страсть, как здесь,

и даже

Там та же мировая спесь"

В.Брюсов.

Итак, в мире все предметы и процессы конечны. Но совокупность конечных вещей и процессов бесконечна. Не существует никаких границ, за которыми могло бы быть еще нечто, не охватываемое понятием объективной реальности: она -- во всем, она -- все.

Таким образом, пространство и время представляют всеобщие формы существования материи, Вечность и бесконечность материи обусловливают вечность времени и бесконечность пространства, и соответственно, вечность и бесконечность Вселенной.

ИСТОЧНИКИ:

1) "Основы философии"

А.Г.Спиркин

2) "Основы философских знаний"

В.Афанасьев

Природа пространства-времени

6.04.2002 20:18 | Русский Переплет

С. Хокинг, Р. Пенроуз

РХД 2000, Ижевск

Книги, посвященные проблемам природы пространства и времени, в последние годы получили большую популярность.

В "Научно-популярном ревю" и в журнале "Звездочет" я неоднократно рассказывал о работах Ильи Пригожина ("Порядок из хаоса", "Время, Хаос, Квант", "Конец определенности"), в которых в первую очередь рассматриваются проблемы времени с термодинамической точки зрения. Речь в них идет о неравновесных процессах, о необратимости в природе.

Существует и другой подход к данной проблематике, он связан с общей теорией относительности и квантовой теорией. Именно с этим подходом связана книга Стивена Хокинга и Роджера Пенроуза "Природа пространства-времени". Если Пригожин в своих работах рассматривает время в отрыве от пространства, настаивая на том, что это два совершенно разных понятия, то в книге Хокинга и Пенроуза речь идет именно о пространстве-времени, как оно понимается, например, в теории относительности.

Трудно сказать какой из подходов возник раньше. С одной стороны один можно связать с именем Эйнштейна, а другой с именем Больцмана. Тогда получается, что второй старше. С другой стороны можно начать не с Эйнштейна, а, например, с Ньютона и Лейбница. Но Пригожин, в свою очередь, в книге "Конец определенности" выводит проблему хаоса еще из работ Эпикура и других древних авторов. Так что такой спор довольно бессмысленен: такие важные проблемы, как природа времени и пространства, всегда занимали ум человека.

Можно спросить себя: "Если я уже прочел одну-две книги о времени и пространстве, зачем мне читать что-то еще на ту же тему?" Кроме того, что разные книги освещают наше понимание пространства и времени с различных сторон, их авторы рассчитывают на разную подготовку читателя. Например, Виктор Комаров, автор книги "Тайны пространства и времени" (об этой книге мы планируем рассказать в отдельной рецензии), адресует свою работу очень широкому кругу читателей, рассказывая обо всем несколько поверхностно. Книги Ильи Пригожина требуют уже как минимум хорошего знания физики и математики в объеме школьной программы (а лучше в несколько бОльшем объеме). Хокинг и Пенроуз написали свою книгу, основанную на серии лекций, прочитанных авторами в 1994 году в Англии, для физиков. Т.е. требуется по крайней мере знание общих институтских курсов физики и математики. "...мы подразумеваем, что читателю известны основные понятия общей теории относительности и квантовой теории,"- пишут авторы. Реально "общие понятия" по Хокингу и Пенроузу требуют достаточно серьезного знания предмета, и возможно не все будет среднему читателю понятно. Зато те, кто сможет разобраться в данной работе окажутся на существенно более высоком уровне понимания проблемы, чем это предполагает, например, книга Комарова.

В 1994 году в Кембридже Хокинг и Пенроуз прочли по 3 лекции, посвященные их пониманию природы пространства-времени, а затем состоялась дискуссия между этими двумя выдающимися учеными, в которой они обсудили различия их воззрений как с чисто физической, так и с философской точки зрения. В книге не раз проводятся параллели между дискуссией Эйнштейна и Бора, которая затрагивала сходные физические проблемы. Самим участникам дискуссии 1994 года видится, что Хокинг как бы занимает позицию, аналогичную позиции Бора, а Пенроуз - Эйнштейна. Так Хокинг полагает, что "Бог играет в кости", и даже "иногда обманывает нас, бросая их туда, где мы не можем их видеть" (имеются ввиду черные дыры).

Интересно читать эту книгу после прочтения последней из изданных у нас работы Пригожина "Конец определенности". Если сам Пригожин в своей работе часто полемизирует со взглядами Хокинга, изложенными в популярной работе "Краткая история времени" (о ней мы тоже уже рассказывали), то в "Природе пространства-времени" часто попадаются параллели (или "перпендикуляры") со взглядами Пригожина. Так если Пригожин полагает, что время в некотором смысле существовало до появления нашей вселенной, то Хокинг пишет о том, что время имеет начало благодаря гравитации. Иногда взгляды разных авторов совпадают (хотя возможно не на 100 процентов). Пригожин пишет о "конце определенности", Хокинг рассуждает о "конце надежды на научный детерминизм". И Пригожин, и Пенроуз уделяют большое внимание проблеме асимметрии теорий по времени. Также отметим подчеркивание Хокингом связи между гравитацией и термодинамикой.

Значительная часть книги в той или иной мере затрагивает астрофизику. А именно - космологию и черные дыры. Связано это в первую очередь с проблемой сингулярностей. К сожалению, у нас нет никаких наблюдательных данных о сингулярности Большого взрыва (если она вообще была) или о сингулярностях в обычных уже черных дырах. Отсюда теории, теории, теории ...

О них, о своих теориях, и рассказывают Хокинг и Пенроуз. А также обсуждают другие теоретические разработки, например теорию струн, к которой оба относятся достаточно критически (для теоретиков нормально критиковать чужие теории, если есть свои альтернативы).

Множество теорий говорит о том, что до полной ясности еще далеко. Кроме этого, совершенно недостаточно наблюдательных данных (в схожем положении находится физика элементарных частиц, где не хватает энергии ускорителей для исследования энергий, интересных теоретикам). Поэтому истина в споре Хокинга и Пенроуза еще не родилась. Но на это и рассчитывать было бы трудно. Вряд ли, например, мы находимся лишь в одном небольшом шаге от теории квантовой гравитации. Но искать истину необходимо. Приглашаем вас принять участие в поиске вместе с такими великими учеными как Стивен Хокинг и Роджер Пенроуз.

ВВЕДЕНИЕ

Научное понимание сущности пространства и времени непосредственно связано с принципом материальности.В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и времени. Данная формула раскрывает объективные корни реальной пространственности и временности и позволяет установить, каким именно образом различные их аспекты преломляются в научных понятиях. Первым и главным свойством пространства и времени является их материальность, производность от движения материи. Движение есть сущность времени и пространства, а не наоборот (как это может показаться, например, при описании механического перемещения на основе пространственно-временных параметров).

Любая математическая модель или конструкция, призванная установить или объяснить связи и отношения материального мира, лишь в том случае считается истинной, если она соответствует конкретным связям и отношениям. Не теоретическая модель предписывает, каким должен быть материальный мир, а сам этот мир и закономерности его развития являются критерием правильности теоретических предположений, объяснений и выводов.

Между тем часто существует другой подход, когда материальное единство или сущность материального мира выводится из некоторых общих математических моделей. Например: "материя есть возбужденное состояние динамической геометрии…Геометрия предопределяет законы движения материи". Материальный мир один, а теоретически безупречных моделей множество и каждая из них способна претендовать на полное соответствие целостному и единственному материальному миру. Как же тут быть? Решение дает философия: используя принцип материальности, необходимо отыскать материальные корни теоретических моделей. Несмотря на сложный аппарат современной математики, в ее основы заложены некоторые общие принципы, суть которых нетрудно понять любому человеку. Математика - это наука о количественных отношениях и пространственных формах действительного мира (форма также представляет собой отношение). Соответственно, геометрия, как раздел математики, изучает пространственные отношения и формы, а также другие отношения и формы, сходные с пространственными по своей структуре. Любая геометрия, любые используемые в ней понятия и формы описывают не целостный материальный мир, а лишь ту или иную определенную систему объективных отношений. В основе любых геометрий лежат конкретные пространственные отношения. А отношения в отрыве от своих носителей по самой сути не существуют.

В современной физике понятие кривизны пространства - времени до сих пор овеществляется. Но является ли кривизна чем-то субстанциональным, наподобие пространственной протяженности и временной длительности - неотъемлемых атрибутов материальных вещей, событий, процессов? Нет, понятие кривизны отображает совершенно конкретные в каждом отдельном случае пространственно-временные математические отношения. А отношения по природе своей не имеют иного субстрата, кроме того, которым обладают носители данных отношений. Нет и не может быть отношений самих по себе , в виде некоторой субстанции, существующей помимо или наряду со своими носителями. Поэтому искать абстрактное отношение кривизны в "чистом виде" - вблизи звезд или в межгалактическом пространстве - такое же бесполезное занятие, как и попытка отыскать отношение собственности на фасадах домов, на полках магазинов и т.п. Или, например, производственные отношения - на руках и лицах рабочих и интеллигенции. Геометрические отношения, как и любые другие, сами по себе не имеют какой-либо иной объективной реальности, помимо той, какую дают им носители данных отношений. Поэтому бессмысленными выглядят тезисы типа следующего: "в мире нет ничего, кроме искривленного пространства-времени". Не составляет особого напряжения ума для уяснения того простого и очевидного факта, что кривизна не является атрибутивно-субстратной характеристикой пространства-времени, а представляет собой результат определенного отношения геометрических величин, причем не просто двучленного, а сложного и многоступенчатого математического отношения.

Отношения в отрыве от своих носителей не поддаются чувственному восприятию. Это одна из основных причин отсутствия наглядности, что характерно для многих современных теорий, которые не являются наглядными вовсе не потому, что выражают какую-то особую реальность, неизвестную науке прошлого, а лишь потому, что отображают определенные отношения и различные системы таких отношений. Ясно, что кривизна, представляющая собой результат определенного вида геометрических отношений, не является некой сущностью материального мира. Понятие искривленного пространства-времени - всего лишь отражение определенной совокупности пространственно-временных отношений, объективно существующих в материальной действительности [ 1 ] . Отысканием материальных корней этого понятия мы займемся в следующем параграфе. Мы покажем что и в общей теории относительности материальным носителем пространственно-временных отношений являются безмассовые кванты энергии. И они же являются материальной основой для понятия "кривизна пространства-времени".