Спор об онтологии пространства и времени: абсолютизм против релятивизма

Но наиболее фундаментальным нам представляется онтологический спор о том, является ли пространство вместилищем для материальных объектов, обладающим независимым существованием, или лишь свойством отношений между материальными объектами. Первой позиции в Античности, по сути, придерживался Демокрит, утверждая, что «…в действительности же существуют только атомы и пустота» [18, с. 224]. Здесь пустота — аналог пространства Нового времени — мыслится наряду с атомами как истинное бытие-реальность (в парменидовском смысле). В Новое время И. Ньютон в своих «Математических началах натуральной философии» ввел понятия абсолютных пространства и времени.

" I. Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно, и иначе называется длительностью…

II. Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным" [20, с. 30−32].

С последователем Ньютона — Кларком, спорил Лейбниц, утверждая реляционный характер пространства (и времени): «Говорят, — писал он, — что пространство не зависит от положения тел. На это я отвечаю, что оно, конечно, не зависит от того или иного положения тел, тем не менее оно является таким порядком, который делает возможным само расположение тел и в силу которого они в своем существовании друг подле друга обладают отношением расположения, подобно тому как время представляет собой тот же порядок в смысле последовательности их существования» [22, с. 58]. И дальше: «Я вовсе не говорю, что материя и пространство одно и то же, а лишь утверждаю, что без материи нет и пространства и что пространство само по себе не представляет собой абсолютной реальности» [22, с. 84]^[1]. Эта полемика носила теолого-метафизически-логический характер, где важнейшую роль играли понятие Бога и принцип «достаточного основания» Лейбница.

На современном языке позиции реляционной концепции пространства и времени можно дать следующее определение: «Пространство и время в физике определяются в общем виде как фундаментальные структуры координации материальных объектов и их состояний: система отношений, отображающая координацию сосуществующих объектов (расстояния, ориентацию и т. д.), образует пространство, а система отношений, отображающая координацию сменяющих друг друга состояний или явлений (последовательность, длительность и т. д.), образует время» [1].

Что касается центрального для физики модельного слоя, то из приведенного выше анализа СТО и ОТО следует, что, с одной стороны, по используемой процедуре (содержащейся в «затравочной модели») пространство является вместилищем тел (частиц), сред и силовых полей, а с другой — свойства пространства зависят от того, что и как в нем расположено. Эта ситуация может быть описана следующим образом.

• 1. Существует абсолютное неметризованное пространство (позволяющее говорить о линиях как упорядоченных множествах точек и о размерности пространства, но не о расстоянии), которое служит вместилищем для тел, сред и силовых полей (в неметризованном пространстве существует топологический порядок (вдоль линий), но нет расстояния, определяемого метрикой)^[2]. В каждой точке пространства существует абсолютное неметризованное время (позволяющее вводить топологический порядок позже/ раньше (в данном месте), но не интервалы времени и не одновременность в различных точках, которые требуют введения метрики).
• 2. Метрика пространства и времени релятивна, т. е. зависит от движения системы отсчета и от наполнения пространства (расположения в нем тел, сред и силовых полей), что приводит к тому, что метрика меняется во времени и она разная в различных точках пространства.
• 3. ОТО дает математическое описание метрики (уравнение изменения метрики) в четырехмерном пространственно-временном многообразии, но физический смысл имеет, по крайней мере пока, совокупность трехмерного пространства и одномерного времени (с соответствующими метриками), что фиксируют процедуры измерения и тип работы с моделями^[3].

По сути на первые два пункта указывает Грюнбаум [9], который в гл. 14 под говорящим названием «Отвергает ли общая теория относительности абсолютное пространство?» пишет: «В литературе… по философии и истории науки получил широкое распространение миф относительно дискуссии между абсолютистской и релятивистской теориями пространства. В частности, распространяются утверждения, что посленьютоновская эра является свидетелем „окончательного элиминирования понятия абсолютного пространства из теоретической схемы современной физики“ (М. Jammer…) эйнштейновской общей теорией относительности и что полемика Лейбница — Гюйгенса против Ньютона и Кларка была торжественно реабилитирована». Действительно «Эйнштейн пытался выполнить „принцип Маха“, требуя, чтобы метрическое поле, задаваемое величинами gik, исчерпывающим образом определялось свойствами и отношениями тяготеющей материи и энергии, определяемой величинами Тik (тензора энергии-импульса. — А. Л.). Согласно этой концепции единичная пробная частица не обладала бы инерцией, если бы вся остальная материя и энергия аннигилировала или была отодвинута на неопределенно большое расстояние. Однако когда столкнулись с проблемой решения нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, которые связывают производные gjk и Tik, стало ясно, что, несмотря на заклинания общей теории относительности, дух ньютоновского абсолютного пространства является прямо таки неистребимым. Ибо для того, чтобы получить решение этих уравнений, необходимо задать граничные условия „на бесконечности“!!!» [9, с. 515−517], в чем нетрудно убедиться, заглянув в работу [15, т. 2].

Продолжая рассматриваемый спор сегодня, IO. С. Владимиров противопоставляет субстанциональным концепциям маховские реляционные концепции, исходящие из маховского принципа: «Время и пространство существуют в определенных отношениях физических объектов, и эти отношения… существуют в связи и во взаимной зависимости явлений» (цит. по [6, с. 20]. Речь идет здесь о теориях, основанных на идее «прямого межчастичного взаимодействия» .

" Идеи дальнодействия были возрождены в 20-х годах XX века в работах К. Шварцшильда… Г. Тетроде и А. Д. Фоккера…" [6, с. 26] (первые ее варианты пытались конкурировать с фарадеевско-максвелловской программой). В ней встал ряд трудностей, которые были преодолены Р. Фейнманом и Дж. Уиллером в 1945 г. Затем Фейнман строит квантовую версию теории прямого межчастичного взаимодействия в виде интегрирования, но траекториям [6].

Имеется ряд разновидностей таких теорий. Одним из вариантов развития маховской «реляционной» парадигмы является «бинарная геометрофизика» Ю. С. Владимирова [6; 14]. В этом ряду стоит и последовательно платоновско-пифагорейская программа алгебродинамики В. В. Кассандрова [12], который целью своей теории объявляет вывод всех физических уравнений и симметрий лишь из свойств некоторой фундаментальной («мировой») алгебраической структуры (ФАС)^[4].

Однако анализ этих концепций на базе схемы 9.2.1, позволяющей ставить подобный вопрос, показывает, как и в случае рассмотренного выше вопроса о 4-мерии, что, по крайней мере пока, рассмотренные попытки не выходят из логики пауки XX в., т. е. из создания новых математических представлений.

Отметим, что фундаментальным отличием «галилеевской линии» от «геометрофизических» (как «субстанциональных», так и «реляционных») является то, что в центре последних, как и у Ньютона, стоят пространство и время, тела (частицы) и их взаимодействия (ноля). В то время как в «линии Галилея», как и у Аристотеля, основной целостностью является движение (ср. схему (9.1.3)), а пространство и особенно время выступают как его моменты^[5].

• [1] В последнем пятом письме Лейбниц дает следующее определение пространства: «Если дать что-то вроде определения, то местом (place) является то, что для А и В одинаково, если отношение, которое В имеет в своем сосуществовании к С, E, F, J и т. д., целиком совпадает с отношением, которое A имеет в своем сосуществовании к ним, предполагая, что нет никакой причины для изменения соотношения самих С, E, F, J и т. д. Можно было бы также сказать, не вдаваясь в подробности, что под местом мы понимаем то, что присуще разным существованиям в разные времена, когда они совершенно совпадают в своих отношениях сосуществования к некоторым состояниям, предполагаемым в тот или иной момент фиксированными. Фиксированными существованиями называются такие, для которых не было основания изменить свой порядок сосуществования с другими, следовательно, в которых, иными словами, не произошло движения. Пространство, наконец, — это то, что подучается из совокупности всех мест… Оно [пространство] может быть только идеальным, ведь содержит оно нечто иное, как некий порядок, в котором дух постигает применение отношений» [16, с. 479]. Это определение не является идеальным [7].
• [2] «Приписывание действительных чисел точкам в физическом пространстве посредством введения обобщенных криволинейных координат производит только координацию, но не метризацию многообразия физического пространства. Сравнение точек по величинам их координат-знаков, выраженных действительными числами, не может иметь никакого информативного значения в метрическом отношении» , — говорит Грюнбаум [9, с. 31].
• [3] Этот пункт относится и к концепции Логунова, где четырехмерие относится к математическому слою.
• [4] К приводимому перечню различных концепций пространства и времени можно добавить натуралистическую программу Козырева, где время рассматривается как особая энергетическая субстанция [13], и логическую программу причинной теории пространства-времени Рейхенбаха — Грюнбаума — ван Фраассена. Последняя продолжает идущую от Лейбница линию логического атомизма Рассела. Согласно Лейбницу причинные отношения первичнее временных и различные события «относятся друг к другу как причина и следствие и, по определению, причина раньше следствия» [29, с. 38]. «Только логические символы имеют независимое значение» [24, с. 116, 122] - утверждает Г. Рейхенбах. На первый план здесь выходят события и причинная связь между ними, через которые пытаются определить временные и пространственные интервалы. Широкий спектр различных концепций времени этих типов рассматривается на идущем уже более 20 лет Российском междисциплинарном семинаре, но изучению времени, руководимом А. 11. Левичем (URL: chronos.msu.ru).
• [5] Если исходить из аристотелевского тезиса, что время есть сторона процесса, и из результатов галилеевско-ньютоновской структуры науки, приводящей к гипотезе о том, что в основе разных наук лежат разные процессы, то становятся логичными стремления психологов, биологов, геологов, историков ввести свое психологическое, биологическое, геологическое, историческое время [4].