Файл: Сейфуллаев, Р. С. Концепция причинности и ее функции в физике.pdf

такие как одномерность (А. М. и М. В. Мостепаненко), временная упорядоченность и изотропность (Рейхенбах), необратимость (Аскин, Уитроу).

Необратимость как объективное свойство времени отражает необратимый характер развития материи в делом, и это подтверж­ дается всей совокупностью данных современного естествознания.

В. И. Ленин, критикуя субъективизм Богданова, подчеркивает, что «наш «опыт» и наше познание все более приспосабливаются к объективному пространству и времени, все правильнее и глубже их отражая» (Ленин, т. 18, с. 195). Вместе с тем уже сам обыденный опыт дает представление об объективности необратимости времени. «Если ощущения времени и пространства могут дать человеку биоло­ гически целесообразную ориентировку, то исключительно под тем условием, чтобы эти ощущения отражали объективную реальность» (Ленин, т. 18, с. 185).

Необратимость времени отражает объективный процесс развития действительности во всей ее сложности и противоречивости, тем самым органически включает в себя моменты обратимости и повто­ рения. Таким образом, сама необратимость времени носит сложный и противоречивый характер.

Необратимость времени обусловлена не только асимметричной природой причинной связи (о чем было сказано выше), но и под­ тверждается всей совокупностью законов диалектики и потому сама закономерна.

В согласии с выводом об объективности и закономерности необ­ ратимости времени находятся и последние исследования по струк­ туре. В частности, в работе В. И. Свидерского читаем: «...Сущест­ вует общее свойство необратимости действия структур», означающее «временную асимметричность», и «невозможность обращения связей элементов во времени» (Свидерский, 1962, с. 185, 191) А

Наряду с философскими аргументами 21 объективность и зако­ номерность необратимости времени подтверждаются целым рядом естественнонаучных, в частности физических, аргументов 3, а именно:

1Критикуя Гегеля за отрицание им объективности необратимости времени

всоциальных явлениях, основоположники марксизма писали, что у него (Ге­ геля) ,,пет более «истории, соответствующей порядку времени», существует лишь «последовательность идей в разуме»“ (Маркс и Энгельс, т. 4, с. 132— 133). И как бы в противовес Гегелю, читаем у Маркса: «Благодаря тому просто­

му факту, что каждое последующее поколение находит производительные силы,

добытые прежними поколениями, и эти производительные силы служат ему сырым материалом для нового производства,— благодаря этому факту обра­ зуется связь в человеческой истории, образуется история человечества. . .» (Маркс и Энгельс, Избранные письма, 1953, с. 23).

2 В истории философии Лейбницем было показано, что модусы времени —■ прошлое и будущее — связаны с причинной структурой. Уже обыденный опыт

показывает различие, присущее этим модусам, ибо прошлое может быть пока­ зано, но его нельзя изменить, будущее неизвестно, но его можно ожидать и даже «изменять» решениями «настоящего».

3 В этой связи мй из можем согласиться с утверждением А. А. Зиновьева: «Необратимость времени не имеет никаких физических оснований. . . Вопрос об обратимости и необратимости времени есть вопрос не физический, а чисто терминологический» (1971, с. 240).

45

1) вторым законом термодинамики. Исследования сущности термодинамических процессов приводят ученых (С. Карно, Р. Клау­ зиус) в середине XIX в. к понятию необратимости как неотъемлемой черты всех реальных процессов, заключающейся в том, что переход из конечного состояния системы, возникаюшей в результате данного процесса, в исходное состояние невозможен без новых изменений

вокружающих телах, что получило свое аналитическое выражение

вположении о возрастании энтропии. «Мы выразим суть второго начала термодинамики,— писал впоследствии Планк,— если ска­ жем, что в природе существуют необратимые процессы. Поэтому изменения в природе имеют одностороннее направление. С каждым отдельным необратимым процессом мир делает шаг вперед, следы

шаются в направлении перехода от менее вероятных состояний к более вероятным. Этим макроскопическая необратимость получила сбою микроскопическую интерпретацию в статистической механике; 3) современным состоянием теории информации, где в качестве меры информации принимается негэнтрония; согласно этой теории, накопление информации носит односторонний характер и заклю­ чается в том, что полученное в результате наблюдения количество информации (/) можно количественно измерить и сопоставить с неиз­ бежным увеличением энтропии (S) в измерительном устройстве. Последнее и- приводит Л. Бриллюэна к выеоду о необратимости процесса получения информации, так как «за полученную информа­ цию приходится расплачиваться негэнтропией» (Бриллюэн, 1964,

с.326-327).

Витоге мы приходим к выводу, что время, являясь «основным условием всякого развития» (Маркс, Энгельс, т. 21, с. 287), обладает объективным свойством необратимости, обусловленным самим ха­ рактером развития материальных процессов, отражающих единую взаимосвязь всех явлений действительности, которые при всем их многообразии и многокачественности протекают в едином временном направлении; в силу этого свойство необратимости носит закономер­

ный и всеобщий характер.

Однако, хотя объективность и закономерность необратимости времени понятны и, казалось бы, доказаны (тому свидетельство вышеприведенные физические и философские аргументы), возникает парадоксальная ситуация, связанная с тем фактом, что в основе современной теоретической физики находится идея «изотропного»

пушенной обратным ходом, и т. п.). К тому же, как отмечалось выше, уже обыденный опыт свидетельствует о различении основных моду­ сов времени (прошлого и будущего). «Прошлое и будущее по-разному воспринимаются психологически: для прошлого у нас понятие па­

46

мяти, а для будущего — понятие кажущейся свободы воли. Мы уверены, что каким-то образом можно влиять на будущее, но никто из нас, за исключением, может быть, одиночек, не думает, что можно изменить прошлое. Раскаяние, сожаление и надежда»— эти слова «совершенно очевидным образом проводят грань между прошлым

ибудущим» (Фейнман и др., 1967, с. 114).

Ив то же время все известные законы физики инвариантны относительно обращения («инверсии») времени, т. е. как бы «без­ различны» по отношению направления времени.

Р. Фейнман в лекции «Различие прошлого и будущего» на инте­ ресных примерах показывает, что как закон всемирного тяготения, так и законы электричества и магнетизма обратимы во времени. Свойство обратимости, согласно Р. Фейнману, «заложено в самой формулировке закона всемирного тяготения, утверждающего, что> под действием силы изменяется скорость. Если изменить направление времени, то силы не изменятся, и, следовательно, на соответствующих промежутках времени не изменяется и приращение скорости. По­

этому каждая скорость претерпит точно такие же изменения, как и раньше, только в обратной последовательности» (1967, с. 116).

Правда, несколько ниже Р. Фейнман отмечает, что последние экспериментальные данные по ß-распаду (имеется в виду открытие

распада К%-мезона на два я-мезона — явление, противоречащее обратимости времени (подробнее см. Гарднер, 1967, гл. 22), застав­ ляют думать о существовании законов, необратимых во времени (Фейнман, 1968, с. 116) (несколько выше мы выдвигали это в качестве одного из физических аргументов в пользу объективности необрати­ мости течения времени).

Таким образом, парадоксальность заключается в том, что почти все наиболее распространенные явления действительности, возни­ кающие в результате перемещения атомов, подчиняются законам, полностью обратимым во времени, в то же время наблюдаемые процессы необратимы.

а в другую — хотя и возможно, хотя и не противоречит законам

физики, но случается один раз в миллион лет» (Фейнман, 1968, с. 119).

Исходя из нашего понимания причинности как связи направлен­ ного взаимодействия, представляется, что этот парадокс снимается сам собой, ибо необратимость взаимодействий в процессе причинения должна быть (и является) в действительности истинной причиной необратимости всех материальных процессов.

Для того, чтобы конкретизировать эту мысль, остановимся подробнее на понятии «обращение (инверсия) времени» в физике.

Так называемая операция инверсии времени есть не что иное как научная абстракция, отвлекающаяся от действительного направ­ ления течения времени (точнее, его необратимости). Истинный смысл операции инверсии времени заключается в обращении знака времени,

47

из имеющего отношения к необратимости времени. Вместе с тем, объективным основанием понятия обращения времени в общем пла­ не являются принципы инвариантности, законы сохранения, прису­ щие самим явлениям действительности. Подтверждением; сказанного является тот факт, что некоторые законы физики допускают возмож­ ность обращения физических процессов. Однако такая возможность является результатом наличия определенных границ абстрактности самих физических законов, ибо материальные процессы сами по себе необратимы Ч

В итоге приходим к выводу, что суть парадокса, связанного с обращением времени, имеет глубокие гносеологические корни. «Это старая история. Сперва создают абстракции, отвлекая их от чувственных вещей, а затем желают познавать эти абстракции чувственно, желают видеть время и обонять пространство. Эмпирик до того втягивается в привычное ему эмпирическое познание, что воображает себя все еще находящимся в области чувственного позна­ ния даже тогда, когда он оперирует абстракциями. . .» (Маркс, Энгельс, т. 20, с. 550).

Инверсия времени — математическая абстракция — имеет боль­ шое методическое значение в современной теоретической физике (Т — инверсия, диаграммный метод Фейнмана: представление по­ зитрона как электрона, движущегося «вспять во времени», и т. п.), так как объективным основанием этого понятия являются принципы инвариантности, законы сохранения, присущие самим материальным процессам.

Болзе того, и в самой тзорзтичзской физикз имэется ряд аргу­ ментов, указывающих на ограниченность операции инверсии вре­ мени, а именно:

а) врзмя как таковое, объективное не входит явно (при инва­

величиной, а потому операция «обращения» Г на — Т (свойственная только векторным величинам) не относится к объективному времени, а только к параметру;

в) если время принимать изотропным, то оно должно бы отобра­ жаться беззначной величиной; приписывание знака времени как (+ ), так и (—) в свете сказанного вообще не имеет смысла12.

Методическая роль «обращения времени» как математического приема заключается, таким образом, в том, что оно может служить дополнительным математическим указателем, характеризующим при­ роду исследуемых физических систем. Действительно, если уравне­

1 По этому поводу справедлив вывод Г. А. Свечникова о том, что «в реаль­ ной действительности нет абсолютно обратимых движений» (1961, с. 113); Р. Фейн­ ман пишет, что «законы обратимы, а явления — нет» (1968, с. 131): ту же мысль находим у Л. Д. Ландау (1956, с. 47).

2 Эти выводы связаны с идеями акад. В. А. Шубникова, отметившего, что «мы склонны рассматривать операцию инверсии времени как операцию, лишен­ ную смысла» (с. 44), так как «отрицательное время — такая же нелепость, как и положительное» (1961, с. 50).

48

ния физики инвариантны относительно операции инверсии времени, то это будет свидетельством того, что сами уравнения описывают движения, происходящие именно в свободных и консервативных системах (инвариантность же в этом случае является основным приз­ наком указанных физических систем и должна выполняться как закон). Следовательно, операция инверсии времени является мате­ матическим действием, раскрывающим на основе признака инва­ риантности уравнений относительно ее самой «природу» исследуемых

физических систем *.

Такая интерпретация операции инверсии времени снимает, на наш взгляд, целый ряд логических парадоксов в интерпретации некоторых выводов современной теоретической физики. Так, к примеру, уравне­ ния специальной теории относительности (СТО), как известно, ин­ варианты к операции инверсии времени; вместе с тем преобразования Лоренца не меняют порядка во времени причинно связанных собы­ тий. Это противоречие снимается, если учесть, что мы в спе­ циальной теории относительности имеем дело только с консерватив­ ными, свободными системами. Интересно, что уже ковариантность за­ конов в общей теории относительности (ОТО) не включают автомати­ чески инвариантности к инверсии времени, а требует дополнитель­ ных условий, соответствующих условиям консервативности

систем.

Другой пример. В физике элементарных частиц большую роль играет 5-матрица, переводящая ^-функцию системы из состояния с Т ——оэ в состояние с Т = + оо. Если считать, что Т — просто па­ раметр и лишен всякого физического смысла, то снимается целый ряд трудностей (в частности, связанных с расходимостью 5-матрицы). Эти трудности привели в 50-х годах В. Гейзенберга к ложному вы­ воду — отрицанию причинности в микромире. «...B малых областях пространства — времени,— пишет он, —определенные процессы про­ текает, по-зидимому, в направлении, противоположном тому, ко­ торое соответствует их причинному ряду...» (Heisenberg, 1956,

с.236)1.

Всвязи с вышеизложенным приходим к выводу, что в настоящее время возникла острая необходимость отражения в математическом аппарате современной теоретической физики таких свойств времени, как необратимость (анизотропность), некоммутативность и т. п.

Вместе с тем и по настоящее время остается открытым вопрос об истинном смысле операции инверсии (обращения времени).

Таким образом, время органически связано с причинностью

апотому не случаен тот факт, что критерием необратимости времени

1В квантовой механике (нерелятивистская теория), по замечанию Л. Лан­ дау и Е. Лифшица, в самой природе измерения (что свидетельствует об откры­ тости системы) «заключена глубокая необратимость», что ведет к нарушению

инвариантности относительно операции инверсии времени (1963, с. 41, 78). 2 Взгляды В. Гейзенберга значительно эволюционировали, о чем свиде­ тельствует его последняя работа, где читаем, что «постулат причинности находит адекватное математическое представление в аналитическом поведении S - мат­

ричных элементов» (1968, с. 32).