"Материя" времени и проблемы естествознания

1. ПОНИМАНИЕ ВРЕМЕНИ И ПРОБЛЕМЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Понятие «время» пронизывает и повседневный быт, и технику, и культуру, и все бытие; мало можно найти в мире идей, которые так или иначе не связаны со временем.
Многие проблемы естествознания также связаны с проблемами времени. Среди них — само происхождение течения времени: что течет в нашем мире, что заставляет нас постоянно меняться?
Почему фундаментальные уравнения физики обратимы во времени, а реальные процессы мира явно необратимы?
Как в наш мир приходит новое, почему он изменяется? Откуда происходит новое? Конечно, происхождение становления — это проблема не только естествознания, но, тем не менее, и естествознание должно внести вклад в ее разрешение.
Откуда в науке берутся фундаментальные уравнения? Такие уравнения носят имена их гениальных создателей — например, Ньютона, Максвелла, Эйнштейна — и лежат в основе точного знания. А что делать в тех областях знания, где эти уравнения пока не угаданы и не родился еще подобный гений, а без нужных уравнений не удается работать «строго»? Может быть, не угадывать, а выводить эти фундаментальные уравнения? То, что мы называем законами изменчивости, уравнениями обобщенного движения, фактически есть способ описания изменчивости интересующего нас фрагмента реальности с помощью привычной, известной нам эталонной изменчивости, например, с помощью физических часов. И от того, насколько правильно мы сможем описать эту изменчивость, насколько угадаем способ ее измерения, зависит возможность угадать или увидеть уравнения, которые нас интересуют.
Среди интересующих нас проблем — и та, насколько неизбежна тепловая смерть мира. Если наш мир изолирован и в нем действует второй закон термодинамики, то пройдет несколько сотен миллиардов лет, и во Вселенной не будет ничего, кроме многочисленных электронов и нейтронов, рассеянных на огромных пространствах; все придет к равновесию. Но готовы ли мы внутренне с этим согласиться?
Еще одна проблема в том, что естествознание и гуманитарные науки имеют дело не со временем, а с временами: есть время психологическое, астрономическое, физическое, биологическое, географическое. Откуда берутся такие специализированные «дисциплинарные» времена? Имеют ли они право на существование, или все-таки время универсально?
Обратим внимание на отношение к времени в нынешнем естествознании, причем не в формализованной его части, а в той, что называют парадигмой. В парадигму входят не высказываемые явно, но существующие предпосылки, верования, символы нашей приверженности той или другой школе, то, без чего, тем не менее, никакая наука, самая строгая и точная, не существует. В нынешней парадигме ко времени относятся скорее как к предмету философии, а не как к объекту естествознания. Считается, что время — исходное и неопределяемое понятие. Такой подход — не недостаток, потому что любая наука не может строиться на пустом месте, она всегда начинается с каких-то исходных, неопределяемых понятий. Но, строго говоря, раз в науках время — такое исходное и неопределяемое понятие, то мы не можем обсуждать его свойства, нам не о чем дискутировать, потому что все, что мы знаем о времени, спрятано в нашей интуиции, а о символах веры и интуиции бессмысленно спорить, это уже не предмет науки.
* * *
Проведем краткий экскурс в естествознание столетней давности и посмотрим, какие вехи были связаны с развитием представлений о времени и постепенно приводили к расшатыванию привычной парадигмы.
Одна из вех — это работы Людвига Больцмана, который хотел установить мостик между необратимостью уравнений статистической физики и обратимостью фундаментальных уравнений механики. То есть в работах Л. Больцмана был поставлен вопрос, обратимо ли время в физике.
Следующая веха — работы Альберта Эйнштейна по согласованию законов преобразования скоростей в классической механике и законов распространения света. Чтобы сделать это, оказалось достаточным ввести новые представления о времени, а именно новый способ измерения одновременности событий, которые удалены друг от друга. И поскольку способ согласования связан с конечной скоростью распространения сигнала, оказалось, что эта одновременность не такая, как в классической науке. А еще пришлось ввести в теорию новые часы, которые ранее были изобретены Ланжевеном. В работе Эйнштейна они носят название световых часов и связаны со способом измерения времени с помощью распространения светового сигнала.
Нового типа часов и нового определения одновременности оказалось достаточно, чтобы построить новую теорию, которая перевернула классическое естествознание.
Следующая веха относится к середине ХХ века и связана с работами нашего соотечественника, пулковского астронома Николая Александровича Козырева. Истоки его интереса ко времени происходили из естествознания. В своей докторской диссертации он исследовал проблему происхождения энергии в звездных источниках. Светимость источников не вписывалась в известные теории термоядерного синтеза в недрах звезд, и для объяснения происхождения энергии Николай Александрович предложил идею необходимости существования некой сущности, не совпадающей ни с материей, ни с пространством, ни с энергией в обычном их понимании. Эту сущность он назвал потоком времени. Сформулировав предположение об активных свойствах времени, в течение десятилетий Н. Козырев со своими коллегами занимался исследованием свойств времени, сводя их к неравновесным процессам в нашем мире и к влиянию этих процессов на другие процессы. Следует сказать, что эффекты, которые обнаруживаются в экспериментах Николая Александровича, лежат на границе точности. Некоторые из них были повторены независимыми исследователями, и далеко не всегда результаты совпадали. На мой взгляд, проблема, поставленная Козыревым, остается открытой до настоящего времени, но сейчас важен весь круг его идей. Эти идеи связаны с возможностью открытости Вселенной, с тем, что время может быть предметом естествознания, а не только философии, что его можно исследовать как активное свойство мира. Эти идеи останутся в науке независимо от того, насколько верны экспериментальные исследования или конкретные аспекты приложения этих идей. После работ Козырева ко времени нельзя относиться как к только философской категории, потому что с его работами время как активный компонент вошло в предметную область естествознания.
Следующее, на что хотелось бы обратить внимание, — это быстрый рост публикаций о специфических временах в литературе после 50-60-х годов ХХ века. Можно назвать сотни, тысячи, десятки тысяч работ, посвященных времени биологическому, психологическому, геологическому... Может быть, нет смысла вводить биологическое время, когда можно говорить о биологических процессах? Ведь в биологии можно пользоваться теми же часами, которые родились в астрономии. Однако есть один аспект, который является основной причиной интереса к возникновению специфических времен.
Мы лишены свободы перемещения во времени, такой, какая у нас есть при перемещении в пространстве. Мы не можем «схватить» текущую минуту и сравнить ее с предыдущей. Все, что мы можем, — это договориться, что нынешний год в точности равен предыдущему или 1900 году, который в свое время был связан с эталоном секунды. Соглашение о том, какие промежутки времени считать равными, лежит в основе нашего измерения времени. За равные отрезки времени можно принять периоды колебания атомов цезия, или время оборота Земли вокруг оси, или промежутки между ударами пульса — и в этих промежутках можно измерять все другие. Право на это у нас есть ровно такое же, как на применение других единиц времени. «Одни или другие часы не могут быть хорошими или плохими, они могут быть только более или менее удобными», — писал А. Пуанкаре. Например, за единицу времени можно принимать промежуток между делениями клетки. Оказывается, если в этих единицах измерять изменения зародыша, мы находим закономерности, которые не могли обнаружить, используя астрономическое время. В геологии за единицу времени принимают не доли астрономического года, а толщину геологических наслоений.
Еще одна из вех изучения времени в ХХ веке — это тенденция к возвращению субстанциональных воззрений. Казалось бы, эфир и флогистон ушли в далекое прошлое. Теория относительности — вершина реляционных воззрений, в ней рассматриваются отношения между объектами, но не среда, не эфир, не материальный носитель взаимодействия, который, тем не менее, существует в природе. Эйнштейн понимал и писал неоднократно, что мы не можем работать с пустотой, потому что у пространства должна быть физическая структура. Можно называть эту структуру эфиром, можно средой, можно не делать этого, но если мы хотим оставаться физиками, естествоиспытателями, мы должны заботиться о физической структуре пространства, структуре взаимодействий, физической структуре полей. Этим занимаются субстанциональные подходы.
Особенно мощный набор субстанциональных концепций связан с теорией физического вакуума, когда множится набор скалярных, векторных, тензорных и других полей, с помощью которых описываются и физические взаимодействия, и мир психики и сознания, и коммуникации, и многие аспекты биологического мира. По-видимому, в нынешнем естествознании не хватает каких-то сущностей для описания реальности, в частности для описания времени. И эти сущности, возможно, возникнут при использовании субстанциональных подходов.

2. "МАТЕРИЯ"  ВРЕМЕНИ

В субстанциональном подходе ко времени в качестве постулата предполагается, что изменения в любой системе происходят как замены элементов; эти замены названы генеральным процессом.
Замены элементов могут проходить на довольно глубоких уровнях строения системы. Если взять большое число уровней, то можно описать достаточно большое количество явлений. Большое число уровней — это цена, которую мы платим за то, чтобы говорить о времени на содержательном языке.
Следующий постулат: существуют субстанциональные потоки на глубинных уровнях строения материи, которые порождают генеральный процесс. По отношению к этим потокам открыты любые системы, и, в частности, оказывается открытой наша Вселенная.
Когда мы говорим о времени, трудно ограничиться им одним, да это и невозможно, поскольку время лежит в фундаменте естествознания и тесно связано с другими основопологающими понятиями науки. Поэтому мы обязаны говорить о времени в той же степени, что и о других понятиях, таких, как пространство, материя, жизнь, заряды, взаимодействия... Перестройка фундамента не дается даром, она требует пересмотра всех других представлений, на которых базируется естествознание.
Начнем с источников генерирующих потоков. Сингулярности (точки, «окошечки», «форточки»), через которые «дует» генерирующий поток в наш мир, я называю зарядами, т. е. считаю, что заряды, которые порождают весомую материю, есть источники генерирующих потоков. При наличии источников можно описывать взаимодействия как динамические характеристики потоков. При этом здесь приходится различать бытийный статус генерирующих потоков и материи, которая представлена частицами-фермионами, имеющими заряды и спины. Эти частицы создаются генерирующими потоками. Генерирующие потоки, порождая физические взаимодействия, сами взаимодействуют с обычной материей каким-то другим образом. Именно поэтому они пока не регистрируются традиционными научными технологиями.
На языке генерирующих потоков легко говорить и о пространстве. Это среда, имеющая бытийный статус, отличный от частиц весомой материи, среда, порождаемая элементами генерирующих потоков. Легко говорить и о движении, образом которого будет не пуля, которая, раздвигая частицы воздуха, ударяется о них, нагревается, вызывает звуковую волну и т. д. При движении в среде генерирующих потоков — метаболическом движении — одни частицы входят в систему, а другие частицы выходят из нее. Удачным наглядным образом метаболического движения может быть рекламное устройство «бегущей строки» или движение изображения на экране электронно-лучевой трубки. В основе метаболического движения лежит генеральный процесс — процесс замены элементов в системах. Собственно, метаболическое движение и есть течение, время.
Истоки идеи о генерирующих потоках лежат не только в работах Николая Козырева, их можно увидеть, например, в учении даосизма о порождающих потоках или в концепции Ньютона, по существу субстанциональной, говорящей о времени как о мировом универсальном потоке, который существует сам по себе, не зависит ни от чего другого.
Основываясь на такого рода постулатах, можно проверять следствия метаболического подхода, которые позволяют уже содержательно обсуждать и проблемы течения времени, и проблемы становления, которые можно теперь описывать с помощью накапливания или убывания субстанций в системах. Это и решение проблемы открытости нашей Вселенной с избавлением от жупела тепловой смерти. Это возникновение некоего инструмента, образа или формального конструкта в теории, который объединяет в себе и время, и материю, и взаимодействие, и движение.
Как ввести подобные концепции в научный и культурный обиход? Один путь — это измерение параметров генерирующих потоков, предъявление каких-либо наблюдаемых характеристик, отличных от его основного свойства — течения нашего времени. Однако возможности измерения слабых эффектов опираются не только на способности теоретиков, которые предсказывают наличие эффектов, но и на возможности всей цивилизации: как говорил Станислав Лем, необходима «сумма технологий», достигнутая всей цивилизацией. Вот пример из истории науки: атомистическое учение возникло несколько сотен (или тысяч) лет назад; тем не менее, первые экспериментальные результаты, связанные с опытами по диффузии, с молекулярной кинетической теорией, появились чуть больше ста лет назад. Великие физики Людвиг Больцман и Эрнст Мах еще сто с небольшим лет назад вполне серьезно спорили о том, существует ли атом, и Мах со свойственной ему прямотой называл чудачеством и дурачеством взгляды Больцмана на то, что атомы есть «на самом деле».
С момента, когда Мендель декларировал существование дискретных единиц наследственности, прошло сто или более лет, пока Уотсон и Крик с помощью рентгеноструктурного анализа обнаружили спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты. Возможно, и нынешняя цивилизация технологически еще не доросла до уровня, когда мы сумеем непосредственно измерять свойства генерирующих потоков.
Но есть и другой путь — все-таки измышлять гипотезы. То есть строить какие-то формальные теоретические конструкции и с помощью этих теорий объяснять реальные факты, предлагать в реализуемых областях эксперименты, которые могут эти теории подтвердить или опровергнуть. Это нормальный путь развития науки, и многие теории часто возникали до экспериментальной верификации, потому что, чтобы что-то обнаружить, надо знать, что мы ищем.
В рамках субстанционального подхода надо упомянуть о природе времени. Утверждается, что у него есть природный референт, на разных уровнях строения материи есть генерирующие потоки, которые «входят» в нашу Вселенную, пронизывают все системы, все объекты и порождают изменчивость. Эти взгляды позволяют ввести и измерение времени — параметризацию, или измерение изменчивости с помощью чисел. А именно, если время — это генеральный процесс, замена элементов, то следует подсчитывать меняющиеся в системе элементы. Когда мы говорим о времени, то имеем в виду, по крайней мере, три его ипостаси: это время-явление, когда говорим о природе времени, это время-понятие, когда время уже не реальность, а ноумен, то есть конструкт нашего мышления, и третье представление о времени — это измерение времени, время как часы, количественный аспект измерений. Метаболическая концепция позволяет ввести часы и измерять количество замен элементов, в этом случае можно корректно обсуждать свойства времени.
Теперь мы можем рассматривать мир как открытый, не изолированный, развивающийся. Принципу Гельвеция «Время — это зуб, который разжевывает железо и пирамиды, время — лишь смерть, которую оно приносит» можно противопоставить принцип Козырева, согласно которому в самих свойствах материи есть что-то, что порождает жизнь в обобщенном смысле, порождает изменчивость мира. И мир уже можно рассматривать как развивающийся, самоорганизующийся и, возможно, усложняющийся.
Фактически названы черты новой парадигмы: 
время может быть предметом естествознания, а не только философии;
время имеет структуру, поэтому оно может быть предметом моделирования;
в понятийной базе естествознания не хватает каких-то сущностей, и, возможно, они возникнут в рамках субстанциональных подходов;
эталонные процессы, с помощью которых мы измеряем время, могут быть разными, а не только основанными на физических измерениях. И вместе с новыми способами измерения изменчивости возникают новые подходы и к описанию мира.

 Александр Левич