Своеобразие свойств пространства и времени на разных уровнях организации материи

Современная наука необычайно расширила наше познание. Ученые могут наблюдать и теоретически осмысливать явления от ультрамалых до метагалактических масштабов. При этом обнаруживаются специфические особенности пространства и времени на микро-, макро- и мегауровнях. Эти особенности помогают понять квантовая, классическая и релятивистская механики, релятивистская космология, эвклидова и неэвклидова геометрии и др. науки.

Мегамир. Мегамир предстает как огромная физико-геометрическая система, в которой существует зависимость между космической материей и пространственно-временной структурой, неотделимой от этой материи. Современная наука установила, что в метагалактических масштабах наша Вселенная однородна и изотропна.

В теории Фридмана радиус искривленного мира зависит от его массы. Чем больше масса, тем большим радиусом обладает мир. Фридмановская модель нестационарной Вселенной, как уже говорилось, предусматривает три решения. Вернемся к ним, но уже в аспекте проблемы пространства-времени:

1) при плотности вещества во Вселенной, равной критической (10^-26 кг/м³), его пространство эвклидово (параллельные линии остаются параллельными), открытое и бесконечное;

2) при плотности больше критической пространство риманово – сферическое (параллельные линии сходятся), закрытое и конечное; Вселенная после расширения начнет сжиматься;

3) при плотности меньше критической пространство гиперболическое (параллельные линии расходятся), открытое и бесконечное. Такое пространство описывает геометрия Лобачевского.

Однозначного выбора в пользу определенного варианта сделать пока нельзя, хотя измеренное современной наукой значение плотности меньше критической.

Ранняя Вселенная во всех трех моделях расширяется от произвольно малых размеров (сингулярности) до современного размера. В экзотических условиях сингулярности (для внешнего наблюдателя сверхплотная Вселенная меньше размеров элементарных частиц), когда кривизна пространства-времени бесконечна, понятие времени теряет обычный смысл и вопрос «до того» становится невозможным. Но идея абсолютного начала всей Вселенной неприемлема для большинства ученых. Речь скорее идет о «начале» нашей Метагалактики и «нашего» времени. Область сингулярности является не абсолютным, а относительным началом Вселенной, самой ранней формой материи, которую может исследовать современная наука.

Разработка модели раздувающейся Вселенной (А. Гусом, А.Д. Лннде и др.) приводит некоторых ученых к выводу, что Вселенная состоит из множества относительно автономных (связанных, возможно, через галактические черные дыры) экспоненциально больших областей, одной из которых является наша Метагалактика, причем свойства пространства-времени в каждой из этих областей могут быть самыми разнообразными.

Итак, в соответствии с теорией, в зародышевом состоянии наша Вселенная была подобна микрообъекту, т.е. получается, что резкой границы между Космосом и микромиром нет. Так развитие космологии оказывается связанным с квантовой теорией, исследующей микромир с его особыми свойствами. Основное из них – вероятностный («размытый») характер пространственно-временных траекторий микрообъектов, т.е. нет их четкой пространственной локализации. Положение квантовой частицы характеризуется уже целой функцией.

Единство непрерывного и дискретного квантовая физика распространяет и на пространство и время. Многие теоретики считают, что в областях 10^-35 м (квант пространства) и 10^-43сек (квант времени – «хронон») пространство и время становятся дискретными и дальнейшее их деление на части невозможно.

Становление Метагалактики означало формирование пространства-времени макро- и мегамира из пространственно-временных структур микромира. В отдельных (локальных) областях макромира, когда можно отвлечься от искривления пространства-времени вблизи больших тяготеющих масс, пространство-время характеризуется эвклидовой геометрией.

Наше (макромира) пространство-время имеет четыре измерения: три из них характеризуют пространство и одно – время. В 20-х годах XX века австрийских физик П.Эренфест показал, что трехмерность пространства является условием существования устойчивых связанных систем, состоящих из двух тел. В пространстве менее или более трех измерений такие системы невозможны, в нем не могли бы существовать замкнутые орбиты планет и планетные системы. Впоследствии этот вывод был распространен на атомы и молекулы, частицы и поля.

Теоретические выкладки подводят к вопросу: возможно ли реальное существование пространства-времени других размерностей, т.е. большего числа измерений, чем 3+1? Дело в том, что математики и физики используют понятие многомерного (Калуца, Клейн) и даже бесконечномерного (Калицын) пространства. В свое время эта идея породила некоторые спекуляции мистического характера, например, то, что существование духов и ада связано с четвертым и пятым измерениями.

До недавнего времени считалось, что такие пространства – только математические абстракции, не имеющие к реальности никакого отношения. Но современные представления допускают, что когда наша Вселенная существовала в фазе Суперобъединения, ее характеризовало десятимерное пространство-время, однако в процессе формирования нашей метагалактики реализовались только четыре измерения из десяти. Остальные оказались как бы «утоплены» в глубинах микромира в областях 10^-35 м и 10^-43 сек.

Появление живой природы обусловило особенности ее пространственно-временной организации. Возникает особое, биологическое пространство-время, как бы вписанное во внешнее по отношению к нему пространство время неживой природы. Пространственную организацию живых систем характеризует асимметрия «левого» и «правого» в группировке атомов и молекул. В живых организмах существуют только «левосторонние» формы. Можно говорить об определенной асимметрии в строении их органов. Сочетание симметрии и асимметрии обеспечивает активно-приспособительный характер жизнедеятельности организмов, создает возможности для их выживания.

Живую материю характеризуют особенности не только пространственной, но и временной организации. Вся ее сложность начала открываться исследователям только в XX веке. Так, отечественный ученый В.И. Вернадский, связав биологическое время с геологическим, отметил неравномерность течения. Он выделил три основные формы выражения биологического времени:

1) время биологического бытия индивида, ибо у каждого природного объекта – «свое время";

2) время смены поколений («время, резко отличающее одно живое существо от другого»);

3) эволюционное время, когда один вид сменяется другим.

Последнее, эволюционное время неравномерно для разных групп живых существ. Более того, установлено, что эволюция ускоряется, т.е. в среднем в процессе биологической эволюции все меньшие отрезки времени занимает формирование новых видов, родов, семейств. Но этот процесс носит статистический характер: он действует не абсолютно во всех случаях, а только в большей их части. Достаточно убедительных объяснений такому ускорению эволюции пока нет.

При этом у каждого отдельного организма есть собственное время (собственный возраст), которое может отсчитываться либо по потреблению им кислорода, либо по количеству вновь образованных клеток, либо по росту некоторых органов и т.д. Таким образом, собственное время биологической системы определяется сменой ее состояний, а проще – темпами жизни. Отечественный физиолог И.А. Аршавский полагает (и многие ученые разделяют его точку зрения), что если у мухи-дрозофилы полный жизненный цикл занимает 90 дней, у крысы – три с небольшим года, а у человека – девяносто лет, то значит, физиологические часы дрозофилы идут примерно в 365 раз, а крысы в 30 раз быстрее, чем у человека.

Ученые отмечают наличие собственных временных ритмов («биологических часов») отдельных организмов, видов, биоценозов. Назначение биочасов в том, чтобы согласовывать биохимические реакции в пространстве клетки во времени, определять темпы роста живого организма. Но каким образом организм «знает», когда ему переходить к очередному этапу развития, в каком темпе регулировать обменные процессы и т.д.? Оказывается, за это ответственны особые гены (их назвали темпоральными), содержащиеся в хромосомном аппарате организмов. В результате экспериментов, связанных с изменениями в этих генах, амеба, например, общий цикл биохимического развития которой составляет одни сутки, могла либо ускорять его темп до 16 часов, либо замедлять до двух суток.

Темпы роста живых организмов, биохимические реакции в них, оказываются связаны (синхронизированы) с вращением Земли вокруг своей оси, со сменой времен года. Согласно теории опережающего отражения отечественного ученого П.К. Анохина, живые существа имеют возможность приспосабливаться не только к происходящему в настоящий момент воздействию среды, но и к будущему воздействию: перелетные птицы снимаются прежде, чем вступит в свои права осень и иссякнут летние запасы пищи; волк в лесу бежит туда, где может встретить добычу и т.д.

Такое упреждающее поведение связано с действием закодированного в организме прогноза предстоящих состоянии внешней среды, основанного на прошлом опыте. Своеобразным способом закрепления такого опережающего отражения можно считать безусловные (врожденные) и, особенно, условные (приобретенные в течение жизни) рефлексы.

Возникновение социально организованной материи связано с формированием качественно новых пространственно-временных структур. Речь идет о социокультурном пространстве и времени. Человек приспосабливает природное пространство к своей жизнедеятельности, обживает его, наполняет атрибутами своего бытия, особым образом структурирует его.

Функционально выделяются из окружающей среды пространство непосредственного обитания (жилище и поселение), территория вокруг него, включающая определенные зоны хозяйственной деятельности, людей. Так в социальном пространстве согласуются формы природного бытия и человеческого обитания, которое наполнено особым смыслом и значением, задаваемым доминирующим типом культуры (художественные формы, религиозные верования, нормы нравственности, накопленные знания, обычаи, традиции и т.д.). Такое, выделенное из природы, пространство, выражающее координацию людей, их действий, условий их жизненного процесса, можно назвать социокультурным пространством. Это пространство неоднородно: в нем выделяются особо значимые места, связанные с организацией ритуалов, обрядовых действий, празднеств. Это храмы, торговые площади и т.п.

С изменением системы общественных отношений, способов деятельности, господствующего типа культуры меняется и социальное пространство. Историческое пространство первобытного общества было крайне ограничено. Люди той эпохи жили внутри рода или племени, основу которых составляли кровно-родственные связи. То, что существовало за пределами этого обжитого пространства, представлялось чем-то непонятным и враждебным.

С возникновением классового расслоения и государств кроме культурного, формируются экономическое и политическое пространства, начинают расширяться контакты, в том числе торговые, между народами. Появляются мировые державы с огромными территориями и населением, происходит взаимопроникновение культур.

Переход к капиталистическому типу хозяйствования приводит к формированию всемирного рынка, к всесторонним взаимодействиям различных наций и государств. В настоящее время в экономически развитых странах происходит информационно-компьютерная революция, развиваются средства массовой информации, дающие возможность увидеть и услышать о событиях в любой точке земного шара. В результате нарастания этих и других интеграционных процессов в общественной жизни, формируется единое историческое пространство, которое расширяется и за счет освоения космоса.

В настоящее время мы имеет картину единого исторического пространства, на котором расположены сотни государств и народов со своими традициями, обычаями и культурными ценностями. В рамках этого пространства человечеству предстоит совместными усилиями решать многие сложные международные, глобальные (угроза термоядерной, экологической, генетической катастрофы и т.д.) проблемы современности.

Специфика социального пространства тесно связана с особенностями социального времени, которое является внутренним временем общественной жизни и как бы вписано во внешнее по отношению к нему время природных процессов. Через понятие социального (социокультурного) времени выражается изменчивость общественных явлений и процессов.

В нашу бурно развивающуюся динамичную эпоху слово «время» по частоте употребления занимает одно из первых мест. Время становится главным измерителем социальных качеств людей и вещей.

Люди давно начали осознавать время, но в каждую историческую эпоху это осознание было разным. В первобытном обществе мир воспринимался как нечто раз навсегда данное и неизменное. Восприятие же времени связывалось с событиями, имевшими место в жизни рода или племени. Например, день рождения ребенка запоминался в связи с каким-нибудь событием: либо с днем рождения первого ребенка, либо с удачной охотой и т.д. Дата рождения и смерти, конечно, не фиксировалась. Это было старое, дописьменное, эпическое, разорванное на отдельные ряды-события, время.

В античном мире представление о времени меняется. Время наполняется социальным содержанием. Оно начинает восприниматься как ценность, требующая бережного к себе отношения. Люди начинают осознавать связь настоящего, прошедшего и будущего. Однако архаическое восприятие времени дает о себе знать и в античности, и в средневековье. Тогда историю зачастую считали снова и снова повторяющейся. Циклы исторических событий уподоблялись циклам природы с вечным возвращением времен года.

Преодоление циклических представлений о времени связано с утверждением в Европе христианства, которое задает времени линейное течение – от сотворения мира к страшному суду. Организацию времени в средневековом обществе брала на себя церковь, которая определяла когда надо трудиться, когда отдыхать, когда и что можно есть и т.д. И в современном обществе такие предписания значимы для верующих людей.

Однако подлинное понимание времени начинается с эпохи Возрождения – эпохи разложения феодализма и формирования капиталистических общественных отношений. Не случайно первые механические часы на городских башнях появились в Италии, где особенно быстро шло развитие производства, торговли, духовной культуры, происходил рост городов и т.д. С этих пор «синонимом времени стала практическая деятельность, ее ритм», – отмечает историк М.А. Барг.

Наука фиксирует, что социально-историческое время (в отличие от календарного) течет неравномерно, а как бы ускоряется и уплотняется по мере общественного прогресса. Первобытное общество, например, просуществовало десятки тысяч лет, рабовладельческое – несколько тысячелетий, феодальное (во всяком случае в Европе) – примерно одну тысячу лет. Буржуазное общество по историческим меркам утвердилось совсем недавно – около двух-трех столетий назад.

Темпы социального времени определяются и его насыщенностью социально-значимыми историческими событиями. В периоды социальных конфликтов, войн, восстаний, революций, глубоких реформ происходит как бы спрессовывание исторического времени, ускорение его ритма в отличие от периодов относительно спокойного, эволюционного развития общества.

Кроме прочего, в социальных системах выделяются разные сферы общественной жизни, которые имеют собственные ритмы и темпы изменений. Экономическая сфера, например, имеет собственный возраст и собственные стадии развития, которые необходимо учитывать в производственно-экономической деятельности.

Каждый отдельный человек, включаясь в общественную жизнь, живет в социальном времени. Одновременно он существует и в рамках физического времени, его организм подчиняется ритмам биологического времени, а функционирование и состояние его сознания характеризует время психологическое. Последнее связано с тем, что течение времени, переживаемого человеком, измеряется не ровным ходом часов, а плотностью событий его жизни.

Таким образом, современная наука, продвигаясь по пути исследования разных структурных уровней материального мира, обнаруживает своеобразие присущих им пространственно-временных свойств.