Физика времени

В своем развитии ребенок, вероятно, повторяет — в очень ускоренном темпе — тот долгий и давний путь, которым человечество, развиваясь от первобытного состояния, пришло к нашему современному понятию времени. Это тоже был путь ощущения, восприятия, исследования и освоения мира. На самых первых порах источником ощущения и переживания времени было, наверное, стремление превратить желаемое в доступное.

Как говорил еще сто лет назад французский психолог М. Гюйо «время закрыло бы доступ к себе существу, которое ничего не желало бы, ни к чему не стремилось… Будущее — это не то, что идет к нам, а то, к чему мы идем». Цель — действие — достижение. По этому образцу в сознании людей возникла цепочка будущее — скоро — сейчас, которая превратилась потом в представление о последовательности мгновений, сменяющих друг друга в общем потоке времени.

Самые древние черты человеческого сознания оставили след в сказках, легендах, былинах, мифах, ритуалах. Их изучение и привело специалистов к выводу, что вслед за представлением о последовательности близких по времени событий у первобытного человека возникало осознание ритмичности, повторяемости происходящего с ним и вокруг него. Эта повторяемость затрагивала и короткие, и более длительные промежутки времени. Постоянная смена дня ночью, смена одной погоды другой со временем года, неизменная повторяемость годовых изменений в природе — эти ритмы и циклы в окружающем человека мире были исключительно важны для его жизни, для его выживания. Уверенность в том, что, например, за холодами снова последует тепло, служила опорой человеку в его суровой, полной опасностей жизни.

Сознание размеренного и неизменного ритма природы рождало в человеке надежду, даже убежденность, что и в его деятельности должна быть повторяемость, регулярность. Очень важна была для человека уверенность в том, что одни и те же действия приведут к тем же результатам. Возможность повторять действия и всякий раз достигать желаемого рождалась из ощущения мировых ритмов и в свою очередь поддерживала и углубляла это ощущение.

Неизменный повтор, ритмичность в природе еще не дают отчетливого ощущения самого времени, но подсказывают чувство промежутков времени, более или менее одинаковых при одинаковых изменениях. Далее возникает и осознание того, что совершение одинаковых повторяющихся действий требует одинаковых промежутков времени. Вслед за этим необходимо, вероятно, соединить впечатление ритмичности с ощущением последовательности. Так, должно быть, возникает понятие о промежутках времени, стоящих друг за другом и составляющих какой-то ряд.

Теперь остается сделать последний шаг — понять, что этот ряд, эта цепь промежутков, не стоит на месте, а постоянно и неудержимо движется, увлекая за собой и нас, и все вокруг.

Пространство

Среди важнейших понятий, на которых строится вся система человеческих знаний, рядом с понятием времени, а может быть, и прежде него, стоит понятие пространства. Понятие пространства дается ребенку легче, чем понятие времени, мы уже упоминали об этом. Вероятно, и человечество освоилось с ним легче и раньше, а затем люди постоянно использовали — и до сих пор используют — образ и понятие пространства в своих попытках выработать ясное понятие времени, проникнуть в его физическую природу.

Пространство обладает для нас многими явными преимуществами перед временем. Во-первых, его можно видеть. Пространство предстает перед нашим взором как бы целиком, мы видим его сразу и везде. Что же касается времени, то мы его не видим и не слышим; мы ощущаем его, но нам оно дается не целиком: непосредственно мы переживаем только его краткий миг, одно лишь мгновение сейчас из всей череды мгновений.

Во-вторых, в пространстве мы можем свободно перемещаться, двигаться в трех направлениях (или лучше сказать, в трех измерениях): влево — вправо, вверх — вниз, вперед — назад. Но у нас нет свободной подвижности во времени. Мы не можем по нашему произволу вернуться в прошлое, остаться навсегда в настоящем, совершить поездку в будущее и возвратиться обратно.

Обозримость пространства, возможность перемещаться в нем дали, вероятно, первый толчок исследовательской мысли человека. Способность человеческого разума создавать понятия впервые ясно проявила себя, по-видимому, в выработке понятия пространства. Различные грани, стороны, свойства пространства постепенно открывались человеку в зрительных образах и впечатлениях движения, а затем складывались в единое целое. Знание о пространстве фактически первым прошло путь от непосредственного опыта к понятиям, от понятий к строгой науке.

Более трех тысячелетий назад на берегах Нила, Тигра и Ефрата, люди уже располагали глубокими и точными сведениями о том, что такое линия, плоскость, объем. Они могли измерять длины и площади, рассуждали о взаимных отношениях линейных, плоских и объемных, трехмерных фигур. Знание развивалось благодаря практической деятельности строителей, землемеров, путешественников, оно питалось ею и питало ее. Человеческая любознательность, воображение и память строили из отдельных конкретных данных общую науку, способную давать правильные ответы на любые вопросы в самом широком разнообразии условий.

В античном мире эта наука окончательно оформилась в III веке до нашей эры во времена Евклида, и главным образом благодаря именно ему. Евклидова геометрия — наука о пространственных отношениях тел в физическом мире — и по сей день остается основой основ точного знания. Она служит образцом ясности, стройности и цельности для всех наук о природе.

Пространство и время

Знакомство с временем шло у человечества вслед за осознанием и изучением пространства. Понятие времени пробуждалось и формировалось, вероятно, по примеру понятия пространства. Не только в детском сознании, но и в первоначальном сознании человечества образы сейчас и скоро возникли сначала как двойники наглядных и очевидных образов здесь и близко.

Естественным было стремление и все другие временные отношения, узнаваемые из жизни, опыта, строить и представлять себе по примеру пространственных отношений. В пространстве все ясно, в нем как будто давно уже нет волнующих загадок, но время остается для нас полным тайн. Наука о пространстве — геометрия — существует очень давно и получила широкое развитие и распространение; наука же о времени не имеет даже собственного названия (хронометрия?). Уходящее глубокими корнями в прошлое стремление изучить время по образу пространства еще далеко не исчерпало себя. Усилия современных исследователей опираются на весь опыт изучения мира — донаучный и научный, и самая грандиозная из современных физических идей, идея относительности Эйнштейна,— это тоже попытка мыслить время по образу и подобию пространства.

Идея относительности объединяет пространство и время, она присоединяет время к пространству в качестве нового, четвертого измерения. Мы еще будем подробно об этом говорить. Сейчас же обратим внимание на то, что новое измерение — время — рассматривается как бы наравне с тремя пространственными измерениями, а вместе все это четырехмерное образование объявляется четырехмерным пространством. (Хотя и четырехмерным, но именно пространством, а отнюдь не, например, четырехмерным временем. Это, очевидно, уступка нашему чувству, которое пространства, так сказать, не боится и не видит в нем ничего недоступного уму.)

Свести время к пространству, пусть и не впрямую, а искусным образом сконструировав единое пространство-время с четырьмя измерениями,— это блестяще удалось. Все отношения в таком четырехмерном мире строятся по существу так же, как и пространственные отношения в обычном трехмерном мире.

Дело в том, что сама по себе геометрия не содержит никаких специальных ограничений на число измерений. Геометрия Евклида действует и в объеме (три измерения), и на плоскости (два измерения), и на прямой (одно измерение). Математически можно развить и ее четырехмерный вариант — в этом нет ничего особенного….