РОЗУМІННЯ ЧАСУ ПІСЛЯ ПРИГОЖИНА

Ирина Серафимовна Добронравова, доктор философских наук, профессор,заведующая кафедрой философии и методологии науки Киевского Национального университета имени Тараса Шевченка. Президент Украинского синергетического общества,

м. Київ.

Ілля Пригожин вважав, що найважливіші зміни сучасної наукової революції пов’язані зі зняттям попередніх обмежень в науковому розумінні часу. Це відбулось завдяки зверненню точного природознавства, фізики і хімії, до теми становлення. Нелінійний світ включає у себе становлення і тому набуває рис темпоральності, тобто рис незворотності та минущості процесів і явищ. Самоорганізація при цьому розглядається як спонтанний процес становлення цілісних складних систем.

Саме завдяки неоднозначності вибору в точках біфуркації час в теоріях самоорганізації набуває справжньої незворотністі.

На відміну від лінійних динамічних теорій — класичних, релятивістських, квантових (де час зворотній), в термодинаміці дисипативних структур час припиняє бути простим параметром, а стає поняттям, що виражає темп і напрямок подій.

Пригожин добре розумів, що звернення до теми становлення вимагає перегляду філософських, і більш 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 відносні з нашої, людської точки зору. Подібні теологічні погляди, здавалось, повністю підкріплялись відкриттям динамічних законів руху.

Як писав Ляйбніц, «в найменшій субстанції погляд, проникливий, як погляд божества, міг би прочитати всю історію Всесвіту»[1].

Таким чином, відкриття незмінних детерміністичних законів зближувало людське знання з божественною, позачасовою точкою зору». [10, 6]

Перехід до відкритого діалогу з природою призводить до відмови від класичного ідеалу раціональності, позбавляючи при цьому європоцентризм з його претензією на єдино вірну прогресивну цивілізаційну позицію будь-яких раціональних підстав. Зате людина перестає себе відчувати чужою світу природи. В книзі «Порядок з хаосу» Пригожин, говорячи про це відчуття відчуження, наводить слова Нобелевського лауреата Жака Моно (одного з біологів, які розшифрували генетичний код людини): «Людина повинна, врешті, прокинутись від тисячолітнього сну і, прокинувшись, вона опиниться в повній самотності, в абсолютній ізоляції. Лише тоді вона зрозуміє, що, подібно цигану, вона живе на краю чужого їй світу, світу, глухого до її музики, байдужого до її сподівань, як і до її страждань чи злочинів». [11, 43]

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

«Парадокс часу не був осмислений до другої половини ХХ століття, -вважав І.Р.Пригожин, -К цьому часу закони динаміки уже давно сприймались як вираз ідеалу об’єктивного знання. А оскільки з цих законів випливала еквівалентність між минулим і майбутнім, будь-яка спроба надати стрілі часу деяке фундаментальне значення наштовхувалась на впертий спротив як загроза 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 …грає істотну, конструктивну роль. Ми діти стріли часу, еволюції, а ніяк не її творці ». [10, 5]

Спрямованість часу передбачалась вже класичною термодинамікою. Напрямок «стріли часу» задавався там зростанням ентропії. Ця так звана «термодинамічна стріла часу» не була єдиною в класичній науці. «Електродинамічна стріла часу» була пов’язана з вибором серед розв’язків рівнянь Максвела в класичній електродинаміці тільки тих, що описують спостережувані явища: розповсюдження з певною швидкістю електромагнітних хвиль, що запізнюються, тобто, наприклад, розходяться від лампи як джерела світла після її включення, а не сходяться до неї. Інші хвилі, що звуться випереджуючими, в природі не помічені, отже відповідний розв’язок теоретичних рівнянь виключається з розгляду. Таким чином феноменологічно (тобто виходячи з наявних феноменів) розрізняється минуле і майбутнє, а отже встановлюється напрямок стріли часу.

Може здатися, що термодинамічна стріла часу на відміну від електродинамічної, не феноменологічна, а теоретична. Та це не так. Справа в тому, що сама термодинаміка є феноменологічною теорією. Її принципи про збереження енергії і зростання ентропії в закритих системах, близьких до рівноваги, формулюються як висновок з виявленої на практиці неможливості створення вічних двигунів першого і другого роду. Пізніше Больцман запропонував статистичну фізику, що створювала підґрунтя термодинаміки на основі атомно-кінетичної теорії. В ній напрямок стріли часу, пов’язаний зі збільшенням ентропії при наближенні до рівноваги розглядався як найбільш ймовірний, а не необхідний.

Тут і виникнув парадокс часу, на який посилається Пригожин у вищенаведеній цитаті.

Справа в тому, що динамічні закони руху атомів або молекул, які утворюють середовище, зворотні, тобто зберігають свій вигляд при зміні знаку часового параметру (відповідно, напрямку часу).

На їх основі минуле і майбутнє нерозрізненні. Однак в імовірнісних рівняннях для середніх значень, що відповідають законам термодинаміки, присутня незворотність.

До останнього наукової революції суперечність між динамічним і термодинамічним способами опису дійсності і розумінням часу розв’язувалось в 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. Такий погляд підтримувався і тією обставиною, що динамічний опис в 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.

В зв’язку з проблемою незворотності зауважимо, що дійсний розгляд історичної послідовності утворення скупчень елементів середовища показав би незворотність цієї послідовності, незважаючи на динамічні закони зіткнень цих елементів, що призводить до відповідних скупчень. Статистична інтерпретація працює з середніми значеннями, використовуючи правило Гібса, за яким передбачається рівна ймовірність всіх мікроскопічних станів, що відповідають певному макроскопічному стану. Тобто, якщо, згідно з розподілом, що описує стан системи при певних значеннях температури, тиску і об’єму, певна кількість молекул повинна мати таку швидкість, а інша іншу, то які саме молекули будуть мати такі швидкості абсолютно неважливо. Таким чином, статистична інтерпретація пов’язана з мікроскопічною динамікою не напряму, а через правило Гібса. Уявлення про те, що зворотність динамічних законів означає зворотність описуваних ними мікроскопічних процесів, не є коректним.

І. Пригожин, поділяючи думку про фундаментальність мікроскопічного підходу, проводив важливу роботу по встановленню відповідності між термодинамікою і динамікою (в її класичному і квантовому варіантах). З цією метою він займався проблемою точного виводу основного кінетичного рівняння з динаміки. Сама можливість такого виводу обумовлюється введенням операторів, які явним чином порушують симетрію щодо обернення часу, тобто незворотність, спостережувана на макрорівні, з самого початку передбачається і при мікроскопічному розгляді. Введення операторів ентропії і часу призводить до виділення «внутрішнього часу системи» [9, 234]. При цьому друге начало термодинаміки розглядається як фундаментальний динамічний принцип. Пригожин писав: «Застосування другого начала дозволяє нам визначити новий внутрішній час, який, в свою чергу, дає можливість сформулювати порушення симетрії, що лежить в основі другого начала. Як було показано, введений нами внутрішній час існує тільки для нестійких динамічних систем.

Його середнє узгоджується з динамічним часом (у відповідних ситуаціях)» [9, 246]. Однак І. Пригожин підкреслював: «По своєму наручному годиннику ми можемо виміряти свій середній внутрішній час, але поняття зовнішнього і внутрішнього часу зовсім різні» [9, 246]. Цікаво, що введення внутрішнього часу пов’язано з нелокальним описом системи і в просторі, і в часі.

В ситуаціях динамічної нестійкості, коли можна ввести внутрішній час, поняття траєкторії в фазовому просторі стає незастосовним, а теперішнє перестає бути моментом, воно отримує тривалість, визначену характерним часом [9, 236, 241—243].

Розвиваючи уявлення про внутрішній і зовнішній час, можна скористатись їх розрізненням для розгляду співвідношення між стійкими и нестійкими структурами. [4, 65-87] При цьому найбільш фундаментальні стійкі структури нашого світу – молекули, атоми, ядра – треба розглядати як результат попередньої самоорганізації.

Хоча структура нижчого рівня може брати участь в якості елемента в нерівноважному процесі утворення структури вищого рівня, тобто брати участь в процесі, характеризованому внутрішнім часом самоорганізації структури вищого рівня, для елемента цей час виступає як зовнішній.

Внутрішні ж процеси в структурі, що відіграє роль елемента, є періодичними і тому не асоціюються з часом, зрозумілим як вираз темпу і спрямованості подій

Для характеристики внутрішнього і зовнішнього часу Пригожин користується поняттями Аристотеля, розрізнявшего рух як перетворення (метаболє) і переміщення (кінезіс), і асоціює з першим типом руху внутрішній час системи, а з другим – зовнішній. Якщо врахувати, що внутрішній час системи є дійсним, тобто незворотнім, лише для процесів її становлення, то можна вважати, що при періодичному відтворенні системою себе як ставшого цілого її внутрішній час набуває фіктивного, уявного характеру. Це означає, що для більш повного і точного розуміння процесів саморозвитку матерії можна використовувати поняття комплексного часу [1, 11]. Тоді ми можемо описувати події, що відбуваються в світі, як такі, що розгортаються не на лінії дійсного часу, а в площині комплексного часу.

Розглянемо конкретний приклад. Нехай сформувалось ядро заліза, і температура знизилась до характерних атомних величин. Потоку енергії через ядерну систему, тобто взаємодії з середовищем на рівні ядерних величин, немає. Ядро застигло в своєму розвитку, це стійка форма. Хоча рух складових ядра (нуклонів) існує, в силу своєї періодичності він відбувається в уявному часі. Заповнюються атомні оболонки — виникає структурування матерії на новому, атомному рівні.

Поки відбувається обмін речовиною і енергією з зовнішнім світом, самоорганизація матерії на цьому рівні — спрямований процес.

Це означає, що існує дійсний внутрішній час як тривалість процесу фазового переходу, який описується принципами самоорганізації. Ця тривалість “моменту” трансформації задає і масштаб часу, характерний для цього рівня і процесу. З завершенням формування атомних оболонок знову ж таки залишається тільки періодичність руху субатомних структур. Стріла часу встановлюється впродовж уявної осі. Таким чином, періодичність руху, математично виражена періодичністю хвильової функції, є ознакою того, що, коли система стає цілим, її внутрішній час стає уявним, що й відображає високу стійкість цієї цілісності.

Розгляд внутрішнього часу самоорганізовуваної системи як комплексної величини дає можливість віднайти границі застосовності ідеалізованих уявлень щодо зворотності часу лінійної науки з точки зору нелінійної науки. Ці уявлення працюють, допоки відповідні внутрішні процеси самовідтворення динамічно стійкої системи можна розглядати як періодичні.

Процеси самоорганізації, зрозумілі як становлення нового цілого, характеризуються розрізненням минулого і майбутнього, а отже, неінваріантністю відповідних нелінійних рівнянь при зміні знаку часового параметру. Так фізичною мовою виражається незворотність часу.

Важливо, що ця незворотність присутня в теорії, а не є феноменологічно введеною, як це було зі стрілою часу і в класичній, і навіть в некласичній фізиці. Дійсно, і космологічна, і квантово-механічна стріли часу в некласичній фізиці також вводяться на рівні явиш, а не є укоріненими в теорії, що є зрозумілим, зважаючи на лінійність квантової і релятивістської механік. 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 в просторі, задані хвильовою функцією, незворотно зникають. Космологічна стріла часу фіксує незворотність розширення простору Всесвіту (або розбігання Галактик в просторі), про яке свідчить зсув в спектрах випромінювання далеких зірок в червоний бік, 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.

В нелінійній науці розрізнення минулого і майбутнього можливе на рівні теорії.   Нелінійні рівняння, на відміну від лінійних, мають більше, ніж один розв’язок.

Графік розв’язку цих рівнянь розгалужується (в найпростішому випадку роздвоюється), коли відповідні параметри набувають певного критичного значення. Точки цього розгалуження в фазовому просторі називають особливими точками (якщо розгалуження є роздвоєнням, це точки біфуркації). Стрибкоподібна зміна однієї з пов’язаних нелінійною залежністю величин при плавній зміні іншої називають математичною катастрофою.

В особливих точках, де відбуваються математичні катастрофи, спонтанно порушуються вихідні симетрії. Так, порушуються внутрішні симетрії в нелінійних єдиних теоріях фундаментальних фізичних взаємодій. Але більш наочними є порушення часових і просторових симетрій в процесі самоорганізації. Можливість теоретично розрізнити минуле і майбутнє в особливих точках, тобто порушення симетрії між ними, виражає незворотність часу. На емпіричному рівні це виражається в самоорганізації структур в середовищі, яке до цього було просторово однорідним.

Ці новоутворення можуть мати власні просторові і часові симетрії, але вихідна однорідність простору і часу порушується. Отже темпоральність як спрямованість часу є неодмінною рисою процесів, описуваних теоріями самоорганізації.

В філософії науки Нового часу розгляд понятійного змісту категорій простору і часу звичайно базувався на одній з двох концепцій простору і часу: субстанційній або реляційній.

Тісний зв’язок між фізичними законами і просторово-часовими властивостями описуваних ними систем може трактуватися двояко. Або ми маємо такі, а не інші закони руху матерії, тому що таким є простір і час (це субстанційна концепція, історичним прикладом якої є абсолютний простір і час в механіці Ньютона). Або простір і час як форми існування рухомої матерії виражають властивості цього руху, відносні до них.

Така, реляційна, концепція обстоювалась Ляйбніцем, який розглядав простір як порядок співіснування речей, а час як порядок зміни подій. Фізика ХХ століття схилялась, скоріш, до реляційної концепції. Так, в загальній теорії відносності Ейнштейна, викривленість простору-часу визначається наявністю в ньому гравітуючих мас.

Проте питання про природу стріли часу не мало остаточного розв’язання. 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 розрізняти минуле і майбутнє, як і до цього. Подібним чином можна розглянути і інші стріли часу.

В філософії некласичної фізики пропонувалось деякі процеси (наприклад, мікроскопічні) вважати фундаментальними, такими, що визначають природу простору і часу, а інші (наприклад, макроскопічні) розглядати як такі, що розгортаються в умовах, визначених певними властивостями простору і часу. Справа в тому, що перебіг багатьох подій у світі пов’язаний з властивостями простору і часу. Так, в 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, більшою трьох. Розповсюдження невикривленого фронту хвилі неможливе у просторах з парним значенням розмірності простору і таке інше. Та обставина, що ми живемо у світі, влаштованому так, що ми можемо в ньому жити (зокрема, завдяки трьохмірності простору в макромасштабах), врахована в антропному принципі в космології. Сказати до слова, дещо містичному, якщо вважати наш світ одним-єдиним.

Сучасна космологічна концепція множинності можливих світів [6] проливає нове світло на зазначену проблему співвизначеності простору-часу з локалізованою в ньому матерією.

Ця концепція базується на застосуванні в космології нелінійних єдиних теорій фундаментальних фізичних взаємодій. Розуміння єдності світу як генетичної єдності, єдності за походженням, пов’язує просторово-часові обставини еволюції в 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 її подальшої інтеграції (зокрема і просторово-часові умови). Так, багатомірність простору-часу, що має місце в теоріях суперструн для тих мікромасщтабів і мегаенергій, при яких ще існувала в перші миті еволюції матерії в нашому світі вихідна симетрія між сильними і електро-слабкими взаємодіями, при подальшому порушенні цієї симетрії змінюється в макроскопічних масштабах звичним чотирьохмірним простором-часом. Таким чином 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 варіанту елементного складу матерії світу, і визначеності її подальшої еволюції цими просторово-часовими обставинами.

                                            Література

1. Андреев Е. А., Добронравова И. С., Ситько С. П. Проблема физических оснований целостности самоорганизующихся систем. // Идея гармонии в научной картине мира. Киев, 1989. С. 108-121.
2. Ахундов М. Д. Концепции пространства и времени: истоки, эволюция, перспективы. М., 1982.
3. Вайнберг С. Первые три минуты. М., 1981
4. Добронравова И. С. Синергетика: становление нелинейного мышления. Киев, 1990.
5. Линде А. Д. Раздувающаяся Вселенная. // УФН, т.144, вып.2. окт.1984
6. Линде А. Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. – М.: Наука, 1990.
7. Молчанов Ю. Б. Четыре концепции времени в философии и физике. – М.,1977.
8. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М., 1990. Приложение 5.
9. Пригожин. И.От существующего к возникающему. М., 1985.
10. Пригожин И., Стэнгерс И. Время, хаос, квант. М.,:“Прогресс”. 1994.
11. Пригожин И., Стэнгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986.
12. Пригожин И. Время – всего лишь иллюзия? // Философия. Наука Цивилизация. М.,1999.
13. Рейхенбах Г. Направление времени. М., 1982.