Реферат: Самоорганизация пространства-времени в процессе эволюции Вселенной

Говорить о преемственности пространственно-временных концепций при расширении научного познания можно на двух уровнях: уровне математического представления и уровне физической экспликации. Нетрудно проследить переход от плоского метрического инерциального поля к гравитационному и далее суперструнному полям или от 4-мерного пространства-времени Микковского к 4-мерному пространству-времени Римана и далее к 10-мерному суперструнному пространству-времени.

Наличие самоорганизующихся систем позволяет по-новому взглянуть на причинность. Под физической причинностью понимают наличие неких воздействий, в результате которых происходит изменение в материальной системе. Следует различать состояние материальной системы и переход ее в новое состояние (процесс). Процесс может описываться, а может и не описываться эволюционным уравнением. Состояние будет классическим, если оно строго определено, и статистическим, если оно вероятностно. По характеру воздействий причины могут быть внешними, внутренними и совместными (теми и другими). Переходы из одного состояния в другое могут быть однозначно определенными или вероятностными, могут совершаться под действием внешних или внутренних (или совместных) воздействий. Однозначные переходы можно назвать динамическими, вероятностные — статистическими, они определяются типом воздействий, среди которых можно выделить динамические и статистические.

Состояния рассматриваются в определенный момент времени и в определенной области пространства, переходы же происходят в течение определенного промежутка времени, как в ту же, так и в другую область пространства. Поэтому причинность связана не только с типом систем, но и со свойствами пространства-времени, которые могут быть различными в различных своих частях. Поскольку вместе с эволюцией Вселенной эволюционирует и пространство-время, то будет изменяться и форма причинности. Значит, в причинности можно выделить два аспекта: системный и пространственно-временной.

Обычно рассматривают причинность по отношению к переходам (процессам), но концепция самоорганизации материи показывает, что переходы связаны с состояниями и могут происходить только из специфических (сильно возбужденных) состояний. Поэтому причинность следует распространить и на состояния.

Выделим обычные формы системной причинности. Если система классична, как по своим состояниям, так и по переходам, то ее можно назвать вполне детерминированной (примерами могут служить классическая система материальных точек, классическое электромагнитное поле). Вполне детерминированная система дважды инертна (как по состоянию, так и по переходу) в том смысле, что она неспособна к самодвижению, ибо все в ней строго определено и никаких отклонений (флуктуаций) быть не может. Систему, статистическую по своим состояниям, но динамическую по переходам, можно назвать детерминированной (пример — идеальный газ). В детерминированной системе заложена возможность к саморазвитию, ибо увеличение флуктуаций ее состояния может привести к необратимым последствиям. Система, классическая по своим состояниям, но статистическая по переходам, будет статистически детерминированной (например, броуновские частицы). Такие системы связаны с необратимостью, они играют большую роль, ибо уже на классическом уровне могут демонстрировать роль случая. Если же система статистична как по своим состояниям, так и по переходам, то она будет вполне статистически детерминированной. Таковыми являются все микросистемы. Вполне статистически детерминированные системы являются фундаментальными системами природы и основными источниками ее эволюции. Их обобщением являются особые, самоорганизующиеся системы, которые, сильно флуктуируют по начальным данным и по конечным состояниям. «...На всех уровнях, будь то уровень макроскопической физики, уровень флуктуаций или микроскопический уровень, источником порядка является неравновесность. Неравновесность есть то, что порождает «порядок из хаоса» [13, c. 357]. Сказанное позволяет выделить пять форм системной причинности: вполне детерминированную, детерминированную, статистически детерминированную и самоорганизационную формы.

Необратимость приводит к глубоким изменениям понятий пространства, времени и динамики [14]: время, связанное с флуктуациями, отлично от времени, связанного с обычными движениями, оно является скорее оператором, чем параметром, динамика должна быть включена в более широкий формализм и т.д. Сказанное можно отнести и к начальному этапу эволюции нашей Вселенной. Пространство, время и связанная с ними причинность до Большого взрыва могут быть названы доинфляционными.

Необходимо выделить формы пространственно-временной причинности, Д.И. Блохинцев отмечал: «...Причинность можно рассматривать как геометрическую категорию и исследование вопросов причинности есть лишь один из возможных аспектов анализа геометрии» [15, c. 135]. Поэтому формы причинности можно классифицировать и по геометрии пространства-времени. Согласно Р. Герочу [16], если в физических процессах происходит изменение топологии пространства-времени, то оно воспринимается с точки зрения старой топологии как нарушение формы причинности. Поэтому переходы от Большого взрыва к свернутому метрическому пространству-времени, от него к 10-мерному пространству-времени суперструнной теории и далее к 4-мерному сильно развернутому псевдориманову пространству-времени связаны с изменением формы причинности. Поэтому пространственно-временная причинность эволюционирует вместе с эволюцией пространстива-времени в связи с эволюцией Вселенной [17]. При этом можно выделить следующие концептуальные формы пространственно-временной причинности, соответствующие основным стадиям эволюции Вселенной и пространственно-временным концепциям, существенным для них: вакуумную (характерную для метрически организованного вакуума), суперструнную (характерную для суперструнного поля), гравитационную (характерную для наблюдаемого мира), в частности, тривиальную гравитационную (характерную для процессов, происходящих в 4-мерном пространстве-времени Минковского).

На каждой стадии пространственно-временной эволюции Вселенной имеют место определенные формы системной причинности, всегда сопровождающей пространственно-временную причинность. Следует отметить самоорганизационную форму при переходе от Большого взрыва к метрическому суперструнному вакууму, а также при переходе от суперструнного поля к гравитационному полю. Однако нельзя рассматривать эволюцию системного аспекта причинности в связи с эволюцией Вселенной, ибо процессы самоорганизации происходят и сейчас в отдельных участках Вселенной вне зависимости от ее эволюции. Значит, самоорганизационная форма причинности не эволюционирует, а проявляется по-разному в разные моменты времени на разных участках эволюционирующей Вселенной. То же самое можно сказать и относительно других форм системной причинности. Поэтому системную причинность можно назвать локальной причинностью в противоположность глобальной причинности, связанной с пространством-временем. Таким образом, можно ввести принцип соответствия различных форм пространственно-временной причинности, аналогично тому, как это было сделано для концепций пространства-времени.

Литература

1. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах: От диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации. М., 1979.
2. Guth A.N. Inflationary Univrse: A Posiible Solution to the Horizon and Flatness Problems // Phys.Rev.Ser. D. 1981. V. 23, No. 2. P. 347-356.
3. Linde A.D. A New Inflationary Uniwese Scenario: A Possible Solution of the Horizon, Flatness, Homogeneity. Isotropy and Primordial Monopole Problems // Phys. Lett. Ser. B. 1982. V. 108. No. 6. P. 389-393.
4. Guth A.H., Steinhardt P.J. The Inflationary Universe // Sci.Amer. 1984. V. 250. No. 5. P. 116-128.
5. Ломоносов М.В. Избранные произведения. Т. 1. Естественные науки и философия. М., 1986.
6. Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. М., 1990.
7. Грин М.Б. Суперструны // В мире науки. 1986. N 11.
8. Владимиров Ю.С. Пространство-время: явные и скрытые размерности. М., 1989.
9. Grishchuk L.P., Zeldovich Ya.B. Complete Cosmological Theories // Quantum Structure of Space and Time/Ed. M.J. Duff, C.J. Isham. Cambridge, 1982. P. 409-422. Бутрын Ст. Идея спонтанного возникновения материи «из ничего» в космологии ХХ века // Вопр. философии. 1986. N 4. С. 70-83; Цехмистро И.З. К квантовому рождению Вселенной «из ничего» // Филос. науки. 1988. N 9. С. 91-95; Дубровский В.Н. Рождение Вселенной из «ничего» // Мировоззренческая направленность преподавания естественных и технических дисциплин: Тез.докл. 2-й респ. науч.-методич. конф. 8-9 июня 1990 / Фрунзе, 1990. С. 17-19.
10. Tryon E.P. Is rhe Uniwerse a Vacuum Fluctuation? // Nature. 1975. V. 246. P. 396-397.
11. Vilenkin A. Creation of Uniwerse from Nothing // Phys. Lett. Ser. B. 1982. V. 117. No. 1,2. P. 25-28.
12. Зельдович Я.Б. Рождение Вселенной из «ничего» // Вселенная, астрономия, философия / Под ред. Д.Я. Мартынова и др. М., 1988. С. 39-40.
13. Пригожин И. Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986.
14. Пригожин И. От существующего к возникающему. М., 1985.
15. Бохинцев Д.И. Пространство и время в микромире. 2-е изд., испр. М.: Наука, 1982.
16. Geroch R. Topology in General Relativity // J. Math Phys. 1967. V. No. 4. P. 782-786.
17. Дубровский В.Н., Молчанов Ю.Б. Эволюционирует ли время, пространство и причинность? // Вопр. философии. 1986. N 6. С. 137-144.

Сб. АСТРОНОМИЯ И СОВРЕМЕННАЯ КАРТИНА МИРА, Москва 1996.

Дубровский В.Н., Молчанов Ю.Б. Самоорганизация пространства-времени в процессе эволюции Вселенной // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.11203, 10.05.2004