Хотя соотношение между количеством материи и степенью кривизны простое, но сложны расчеты — для описания кривизны в каждой точке нужно знать значения двадцати функций пространственно-временных координат. Десять функций соответствуют той части кривизны, которая распространяется в виде гравитационных волн, т. е. в виде "ряби" кривизны, остальные десять — определяются распределением масс, энергии, импульса, углового момента, внутренних напряжений в веществе и значения универсальной гравитационной постоянной G. Из-за малости величины G нужно много масс, чтобы существенно "изогнуть" пространство-время. Поэтому 1/G подчас рассматривают как меру жесткости пространства-времени. С точки зрения нашего повседневного опыта пространство-время очень жесткое. Вся масса Земли создает кривизну, составляющую порядка одной миллиардной кривизны своей поверхности. Чтобы представить кривизну пространства-времени вблизи Земли, подбросим мяч в воздух. Если он будет находиться в полете 2с и опишет дугу в 5м, то свет за эти 2с пройдет расстояние 600 000км. Если представить дугу высотой 5м, вытянутую по горизонтали до 600 000км, то ее кривизна и будет соответствовать кривизне пространства-времени. В отличие от теории гравитации Ньютона, теория Эйнштейна претендует на теорию пространства-времени, т. е. на теорию Вселенной в целом.

Многих интересовал вопрос, почему мы способны воспринять только пространство трех измерений. П. Эренфест в 1917г. исследовал этот вопрос специально и указал, что "закон обратных квадратов", по которому действуют друг на друга точечные гравитационные массы или электрические заряды, обусловлен трехмерностью пространства. В пространстве n измерений точечные частицы взаимодействовали бы по закону обратной степени (n - 1). Поэтому для n = 3 справедлив закон обратных квадратов, т. к. 3-1=2. Он показал, что при n = 4, что соответствует закону обратных кубов, планеты двигались бы по спиралям и быстро бы упали на Солнце. В атомах при числе измерений, большем трех, также не существовало бы устойчивых орбит, т. е. не было бы химических процессов и жизни. На связь трехмерности пространства с законом тяготения указывал еще и Кант.

Кроме того, можно показать, что распространение волн "в чистом виде" невозможно в пространстве с четным числом измерений. Появляются искажения, нарушающие переносимую волной структуру (информацию). Пример тому — распространение волны по резиновому покрытию (по поверхности размерности 2). В 1955г. математик Г. Дж. Уитроу заключил, что поскольку живым организмам необходимы передача и обработка информации, то высшие формы жизни не могут существовать в пространствах четной размерности. Этот вывод относится к известным нам формам жизни и законам природы и не исключает существования иных миров, иной природы.

В науке производятся количественные сравнения и потому важны измерения. Измерение — это определение неизвестной величины известной установленной единицей меры.

2. Представления о времени

2.1. История развития представлений о времени

Говоря о "времени", люди употребляют это слово в самых различных смыслах. Время связано с обычной, повседневной жизнью, оно непосредственно доступно нашему сознанию, формируя наши ощущения, взгляды, язык. В житейском понимании время воспринимается как поток, переход из прошлого в будущее, переносящий наше "теперь" и "сейчас" в другой мир, оно наполнено действием в отличие от неподвижного и пустого пространства, "вместилища" событий.

Русская пословица гласит: "Время — око истории". Научная теория времени не содержит такого "психологического" восприятия времени, отвлекается от него. Существуют даже представления, что течение времени лишь иллюзия человеческого восприятия. В. И. Даль в "Толковом словаре живого великорусского языка" так определяет это понятие: "Время — I) длительность бытия; пространство в бытии; последовательность существования; продолжение случаев, событий. К тому пример: "Время за нами, время перед нами, а при нас его нет"; 2) пора, година, срок — конкретное время, его отрезок; 3) погода, состояние воздуха; 4) счастье, земное благоденствие".

Понимание времени, увлекающего мир в непрерывное движение, наиболее ярко выразил Гераклит (ок. 530—470 до н. э.): "В одну реку нельзя пойти дважды", "Все течет, все изменяется", "Мир является совокупностью событий, а не вещей". Законы природы неизменны, они сохраняются в любом месте и в любое время. У Прокла (ок. 410—485 до н. э.) геометрические рассуждения: "Время не подобно прямой линии, безгранично продолжающейся в обоих направлениях. Оно ограничено и описывает окружность. Движение времени соединяет конец с началом, и это происходит бесчисленное число раз. Благодаря этому время бесконечно". У Платона (ок. 428—347 до н. э.) течение времени, его причина и происхождение связывались с Вселенной. Он писал: "Поскольку день и ночь, круговороты месяцев и лет, равноденствия и солнцестояния зримы, глаза открыли нам число, дали понятие о времени и побудили исследовать природу Вселенной". В своем трактате "О спирали" Архимед показывал, что спираль соединяет цикличность с поступательным движением. Может быть, спираль подойдет для наглядного образа времени, соединив поток и окружность?! Узор из спирали с солнцами был найден на остатках кувшинов неолита и на древнем календаре — жезле из бивня мамонта, найденном недавно в Восточной Сибири. Археологи истолковывают эти узоры как отображение идеи Времени.

2.2. Физическая теория времени

Первая физическая теория времени дана в "Началах" Ньютона, причем он ставит время первым среди основных понятий физики, за ним следуют пространство, место и движение. Это было в XVII столетии, когда формировалась современная наука и когда происходило резкое разграничение точных и описательных дисциплин.

Определение Ньютона таково: "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". Абсолютное время — идеальная мера длительности всех механических процессов. Как мы не наблюдаем истинно равномерного движения из-за трения или других причин, так и измерять время можно только приближаясь к истинному, математическому, входящему в уравнения. Абсолютное время однородно, это означает симметрию относительно сдвигов, и в частности, что точка отсчета времени, его начала не имеет значения. Длительность времени от этого не меняется. То же можно сказать и о пространственных симметриях классической механики. В пространстве нет ни выделенных точек, ни выделенных направлений, т. е. оно однородно и изотропно.

По выражению бельгийского физика и физико-химика Ильи Пригожина, лауреата Нобелевской премии 1977г. по химии, "для большинства основателей классической науки (и даже А. Эйнштейна) наука была попыткой выйти за рамки мира наблюдаемого, достичь вневременного мира высшей рациональности — мира Спинозы". Фактически все картины мира, рожденные точной наукой, освобождены от развития, "отрицают время". Ньютон не только исключил время из своей картины Вселенной, но и утвердил его в сознании как внешний параметр. Стало возможным рассматривать непрерывные периодические процессы равной длительности для построения модели, легко вводить метрику времени. Это позволило построить всю систему мира, подтвердить впечатляющие предсказания теории Ньютона для Вселенной. Г. Лейбниц считал время относительным, "порядком последовательностей". В других естественных науках, например в геологии, время рассматривалось совершенно иначе. Так, основоположник геологии датчанин Нильс Стенсен (1638—1686) строил пространственные отношения на основе не движения или перемещения тел в нем, а с точки зрения временной последовательности "раньше — позже". Этот подход естествен для геолога, рассматривающего историю планеты через наслоения в камне.

Заключение

Айзек Азимов, известный американский фантаст и популяризатор научных идей, писал: "И в наши дни непосредственному восприятию человека доступно только то же самое — маленький клочок плоской Земли и, разумеется, небосвод над головой с маленькими светящимися точками и кружками. И небосвод этот кажется таким близким. Какой же ход логических рассуждений заставил эти видимые нами тесные пределы раздвигаться все больше, и больше, и больше, теряясь в неизмеримой дали, так что теперь человеческий разум не в силах ни объять Вселенную, о которой мы говорим, ни представить, насколько ничтожно по сравнению с ней все то, что нас окружает?^[1]

В древности у разных народов были и различные представления о Земле и ее форме, зависевшие от тех природно-климатических условий, в которых проживали эти народы. Так, индийцы представляли себе Землю в виде плоскости, лежащей на спинах слонов, жители Вавилона — в виде горы, на западном склоне которой находится Вавилония, евреи — в виде равнины и т.д. Но в любом случае считалось, что и некоем месте небесный купол соединяется с земной твердью.

Своему появлению и развитию наука о Земле — география, или землеописание, во многом обязана древним грекам, представлявшим мир в виде круглой лепешки с Грецией в центре. Гекатей Милетский (ок. 546—480 до н.э.) даже вычислил ее диаметр — 8000 км.

Для наших далеких предков ориентация в пространстве имела огромное значение. Порядок обеспечивал безопасность. Недаром бессмертное творение Данте начинается с рассказа о том, как он заблудился в темном лесу и начал свое путешествие только с первыми лучами Солнца в день весеннего равноденствия в полнолуние в 1300 году.

Обычно под пространством (в том числе и космическим) мы понимаем некую протяженную пустоту, в которой могут (но не обязательно) находиться какие-либо предметы. Однако между небесными телами (звездами, планетами, кометами) всегда имеется некоторое количество вещества, поэтому в науке пространство рассматривается не как вместилище материи, а как физическая сущность, обладающая конкретными свойствами и структурой.

Для определения положения в пространстве необходимо задать три координаты — широту, долготу и высоту. Это означает, что пространство трехмерно. Птолемей в своем главном труде "Альмагест" уделил особое внимание размерности пространства, утверждая, что в природе не может быть более трех пространственных измерений.

Ньютоново отношение к времени сохранилось и в специальной теории относительности Эйнштейна, называемой "неклассической", которая заменила пространство и время Ньютона на пространство-время Германа Минковского (1864—1909). В самом деле, с точки зрения Эйнштейна, пространственно-временной континуум — это новое средство характеристики физических явлений, используя которое "для описания событий в природе нужно применять не два, а четыре числа. Физическое пространство, постигаемое через объекты и их движения, имеет три измерения, и положение объектов характеризуется тремя числами. Момент события есть четвертое число. Каждому событию соответствуют четыре числа, мир событий есть четырехмерный континуум". У Эйнштейна не имеет смысла деление этого мира на время и пространство, поскольку описание мира событий "посредством статической картины на фоне четырехмерного пространственно-временного континуума" более удобно и объективно. Таким образом, традиция классической физики сохранена. По выражению Вернадского, теория относительности "отрицала только независимое от пространства, абсолютное время, но не придавала ему никаких новых свойств — принимала его тем же изотропным, аморфным временем, каким понимал его Ньютон".

Удивительно, что то же отношение к времени сохранилось и в ОТО, хотя в ней свойства пространства-времени зависят от распределения тяготеющих масс. Но влияние масс сказывается только на метрических свойствах часов, поскольку меняется лишь частота при переходе между точками с разными гравитационными потенциалами. По мнению Эйнштейна, в фундаментальных законах физики не должно быть необратимости, так как "различие между прошлым, настоящим и будущим — не более чем иллюзия, хотя и весьма навязчивая". Эйнштейна беспокоила направленность времени, связанная со вторым началом термодинамики и ростом энтропии в необратимых процессах. Хотя решение, соответствующее нестационарной Вселенной, было получено А.А. Фридманом из его космологических уравнений и позднее подтвердилось обнаружением красного смещения спектров далеких галактик, Эйнштейн считал гипотезу взрывающейся Вселенной временной и относился к ней с недоверием.

В 60-80-е годы нашего века отношение к эволюционным процессам стало меняться, мир предстал существенно нелинейным с необратимыми процессами в своей основе. Поэтому и времени в новой эволюционизирующей картине мира уготована иная роль.

Список литературы

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по гуманитарным специальностям. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2002.

2. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с начала 19 века до середины 20 века. М., 2003.

3. Кемпфер Ф. Путь в современную физику. М., 2002.

4. Концепция современного естествознания: Под ред. профессора С.И. Самыгина. Изд. третье. Ростов н/Д: «Феникс», 2004

5. Мэрион Дж. Б. Физика и физический мир. М., 2002

6. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М., 2001.

7. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М., 2000.

8. Пригожин И. От существующего к возникающему. М., 2002.

9. Степин В.С. Философская антропология и философия науки. М., 2002.

10. Фейнберг Е.Л. Две культуры. Интуиция и логика в искусстве и науке. М., 2002.