РАЗМЫШЛЕНИЯ О ПРОСТРАНСТВЕ И ВРЕМЕНИ
В конце июля в Институте математики проходила IV Сибирская
междисциплинарная конференция "Математические проблемы физики
пространства-времени сложных систем", организованная академиком
М.Лаврентьевым. В геологии понимание сущности пространства
и времени приобретает особый смысл не только с позиций
философии, но и как практический метод исследования.
В.Молчанов,
доктор геол.-мин. наук, старший научный сотрудник ОИГГМ СО РАН
В.Параев,
кандидат геол.-мин. наук, старший научный сотрудник ОИГГМ СО РАН
Физика пространства-времени — область интересов многих наук,
вплотную примыкает она и к философии. Мы, геологи, были гостями
конференции. Математические проблемы физики пространства-времени
обсуждались на самом высоком уровне, "где в каждой строчке дышит
интеграл". Естественно, в таком аспекте мы не могли обсуждать
математические проблемы, но мы ещё больше утвердились в том, что
для математиков пространство и время — суть лишь символы
"L-T", с которыми можно оперировать как с любыми абстрактными
символами типа "икс-игрек". Более того, при желании
пространство из геометрии Евклида можно перенести в геометрию
Н.И.Лобачевского или Римана; от понимания времени по Ньютону
перейти к понятиям по А.Эйнштейну или по Н.Козыреву.
Интересы геологов выходят совсем в другую плоскость видения
природы. Основные задачи геологии нацелены на изучение строения
Земли, её происхождения и эволюции. Геологу бывает важно
определить причинно-следственные связи и последовательность
событий их обусловивших. Решение своих задач геологи нередко
строят через установление закономерностей пространственного и
возрастного размещения определённых типов отложений, процессов,
явлений. Потому в геологии (как, возможно, ни в какой другой
дисциплине) понимание сущности пространства и времени приобретает
особый смысл не только с позиций философии, но и как практический
метод исследования.
Геологические объекты занимают определённое место в пространстве,
существуют в конкретном времени в виде открытых термодинамических
систем и развиваются необратимо в неравновесных процессах как по
стреле времени (из прошлого в будущее). Вырвать такой объект из
пространства невозможно. Как мост, без привязки к реке,
превращается в инженерное сооружение удивительной конструкции и
непонятного назначения, — так и геологическая формация,
оторванная от контекста геологической летописи, становится
неопределённой.
Особое значение имеет фактор времени, который в процессах
становления планеты играет решающую роль. В истории Земли ВРЕМЯ
не только пассивно "помечает" события, но и активно участвует в
их развитии. В эволюции Земли время для геолога всегда
воспринимается как важнейший фактор самостоятельного физического
воздействия. Великий натуралист Ж.Б.Ламарк подчёркивал, что время
для Природы не представляет затруднений и как средство не имеет
границ. С его помощью Природа производит и самое великое, и самое
малое. На многие природные процессы (особенно глобального
масштаба) время оказывает такое влияние, которое никакими
лабораторными приёмами нельзя полноценно компенсировать или
смоделировать, но которое во всех геологических событиях
воздействует неотвратимо.
Время, как "творящий" фактор, проявляется в изменениях физического
состояния природной системы. Неразрывное единство "время и
состояние системы" отражено во взаимной обратимости: по возрасту
системы можно судить о её состоянии, и, наоборот, по состоянию
системы определять возраст. Так, под понятием "старость" сразу
подразумевается и возраст, и физическое состояние системы, и
степень её зрелости (изношенности), и соответствие некоторому
эталону.
Потому в рамках концептуальных основ исторической геологии
эволюцию живого и косного вещества следует анализировать с
обязательным учётом состояния "системы Земля", её внутреннего
времени. Последовательная смена состояний планеты фиксируется в
первую очередь в изменениях физико-химических параметров земного
вещества в составе атмо-, био-, гидро- и литосферы и выражает
собой геологическую историю направленного развития, как стрелу
времени. В зависимости от масштаба исследуемой системы стрела
времени будет отображать отрезки (мегахроны), соответствующие
веку, фазе, эпохе, периоду или эре со сменой физического
состояния планеты или её отдельных элементов.
Особенности геологических объектов исследования заставляют
смещать акценты методических подходов: абстракции типа "L-T"
отходят на второй план, а приоритетом становится материальная
сущность пространства-времени. Иными словами, это тот физический
мир, который существует в конкретном пространстве-времени и в
котором существуем мы сами.
Каждый учёный, "заглянувший" в глубины мироздания, поражается
рациональности и целесообразности мироустройства. Кто,
заинтересовавшись таким феноменом, с головой окунался в эту
проблему и начинал исследовать её профессионально, неизбежно
приходил к "научному открытию Бога" или начинал оперировать
понятиями Сверхразума, Суперпрограммы и т.п.
Наличие какого-то "надприродного" влияния, определяющего и
координирующего взаимодействие материальных систем до обеспечения
их консенсуса, не воспринимается уже научной общественностью
резко отрицательно. Силы, управляющие Вселенной, хорошо
увязываются на всех уровнях организации вещества от космических
масштабов до микромира и воспринимаются всеми как неоспоримый
факт. Координирующая функция во взаимодействии природных систем
обеспечена наличием фискальных и репрессивных механизмов. Об этом
говорит ставший уже хрестоматийным пример регулирования
количества щенков у полярного песца в зависимости от численности
популяции лемминга. Даже в утробе самки песца зародыши могут
рассасываться, если численность леммингов в текущем году резко
сократится.
К исследованию развития материальных систем можно подойти и с
инженерных позиций. С технической точки зрения процесс
координации обязательно должен иметь энергетическое питание и
информационное обслуживание. При поиске средств
информационно-энергетического обеспечения особая роль принадлежит
понятию "энтропия". Энтропия (по определению) — абстрактная
категория, которая характеризует термодинамическое состояние
системы. Если в определении энтропии слово "характеризует"
заменить выражением "несёт информацию", то смысл от такой замены
не изменится, зато открываются новые возможности исследования
этой абстрактной величины.
То, что энтропия тесно связана с информацией, отмечали ещё
основоположники теории информации и соотносили её как меру
неопределённости. Причём, информацию они рассматривали как функцию
состояния системы (а не только интеллект и память человека). По
их определению, всякое взаимодействие, протекающее через обмен
сведениями, сигналами, свойствами, признаками между природными
объектами или внутри материальных систем, соответствует понятию
"информация".
Лауреат Нобелевской премии И.Пригожин рассматривает энтропию как
информацию о состояниях, которая устанавливает различие между
прошлым и будущим. В недавно вышедшей монографии "Термодинамика
для химиков" автор раздела "Термодинамика неравновесных
процессов" В.Пармон взял на себя смелость внести в эту часть
исследования весьма оригинальные дополнения. Он последовательно и
методично показал, что формула энтропии (выведенная по законам
статистической физики) и такое же уравнение, выведенное по
правилам информатики, есть выражение одного и того же закона
вероятностного состояния системы. И вопрос об энтропии как
информации о состоянии системы можно считать решённым.
Известно, что развитие материальных систем (или процесс
структурирования вещества) происходит за счёт привноса извне
некоторого количества энергии (в виде тепла, света, пищи,
механического воздействия и т.д.). Система при этом стремится
максимально увеличить свою внутреннюю энергию как результат
минимизации свободной энергии и внешней работы. Приумножение
количества и качества внутренней энергии системы (в рамках
самосохранения и увеличения её жизнестойкости в изменяющихся
условиях) может протекать по трём главным направлениям. 1.
Перестройка системы в соответствии с правилом Ле-Шателье. 2.
Увеличение массы системы. 3. Самосовершенствование системы (в том
числе повышение интеллекта) путём расширения её функций и
интенсификации процессов усвоения внешней энергии.
В том случае, если система производит работу, то некоторая часть
её внутренней энергии диссипирует в пространство и теряется
безвозвратно в виде произведения энтропии на температуру.
Диссипация энергии — "головная боль" термодинамики. Куда и как
рассеивается эта энергия? Можно ли говорить о вырождении энергии
и тепловой смерти Вселенной?
Совершенно очевидно, что диссипация энергии имеет место и в
пространстве и во времени. Но следует так же иметь в виду, что
диссипирующая энергия при этом несёт информацию о состоянии
системы, характеризующуюся через энтропию. Таким образом,
непрерывный энерго-информационный поток отражает собой
специфическую форму движения материи и становится физической
реальностью с качеством единой среды пространства-времени. Потому
пространство-время — это не просто нейтральное и пассивное
вместилище в виде неподвижного ящика без стенок, как представлял
себе Ньютон. Прежде всего, энерго-информационная среда
пространства-времени — это активная среда, исполняющая роль
основы функциональной связи всех природных процессов и явлений. С
таких позиций информационность служит изначальным качеством
пространства-времени.
Поскольку в этой единой среде пространства-времени происходят все
виды движения материи, потому она в полной мере отвечает
атрибутам реального физического поля. Оно полностью
самодостаточно и независимо. Следовательно, не пора ли отказаться
от представлений двуединства пространства-времени и перейти к
понятию триединства: "Пространство-Время-Информация" (где
информированность — неотъемлемое внутреннее качество
пространства-времени).
При таком подходе диссипация энергии рассматривается образно как
некий налог с оборота, основу которого составляет информация о
событии. Это своего рода отчисления в пользу "информационного
поля", на обеспечение его "административно-координирующих"
функций. Природные системы, получив энерго-информацию,
упорядочиваются, совершенствуют структуру, тем самым снижая свою
энтропию. Становится более понятно и объяснимо направленное
развитие материальных систем с присущими ему чертами
"запрограммированного" характера.
Информация (даже сама по себе) может действовать как реальный
физический фактор без какой-либо видимой затраты дополнительной
энергии. Так, сообщение на вокзале по радио о прибытии поезда
сразу же упорядочивает движение всех людских потоков
(встречающих, провожающих, отъезжающих). Ещё более наглядным
примером служит ежесуточный восход Солнца. По его мощному
энерго-информационному сигналу пробуждается весь органический
мир, и всё живое приходит в движение.
Сейчас не будем касаться всего множества проблем, которые в
рамках триединства пространство-время-информация получают новые
пути решения. Остановимся только на двух принципиальных моментах.
Во-первых, воздействие энерго-информации (как и мысль, идея,
память, сознание, интеллект) имеет видимую внешнюю и скрытую
внутреннюю стороны, несёт в себе материальные и духовные атрибуты
и потому воспринимается неоднозначно.
Его необычность и загадочность связаны с бестелесной трансляцией
сигналов, подобно механизму передачи наследственных признаков и
свойств. Гены, как дискретные единицы хромосом, служат носителями
наследственной информации и в рамках "генетической программы"
контролируют производство вещества, из которого строится
организм. Сам же код наследственности (свойственный как при
воспроизводстве организмов, так и при кристаллизации минерального
вещества) хотя и материален по сути, в то же время бестелесный:
не существует вещества — носителя этого кода, как природного
объекта. Яркой иллюстрацией безвещественной передачи
наследственных признаков служат законы кристаллизации. Что собой
представляет, например, наследственный код кварца? Он, независимо
от исходного состояния (аморфный кремнезём, раствор, расплав,
газовая фаза), всегда обеспечивает образование форм, свойственных
только кварцу и сегодня, и миллионы лет назад.
Всеохватывающая масштабность бестелесной (невидимой)
корректировки ассоциирует с "надприродным" воздействием
информационно-энергетического поля. Его результат — всеобщая
гармония и наблюдаемая взаимообусловленность земных процессов (в
том числе и материально-духовная связь человека) придают этому
действию непостижимо загадочный внутренний смысл и
целесообразность.
Во-вторых, считается, что энтропия Мира растёт, поскольку все
природные процессы протекают необратимо и в сторону её
увеличения. На этом основании построено предположение о том, что
Вселенная стремится к хаосу.
Однако на примере формирования планеты и развития земного
вещества мы видим обратное. Поэтому рост энтропии Мира понимается
как непрерывное (по логарифмическому закону) возрастание
потенциала информационного поля пространства-времени. По мере
роста информационного потенциала изменяется характер и строение
триединства Пространство-Время-Информация. Оно структурируется. В
нём обособляется как особый вид информационного поля — ноосфера
(по В.Вернадскому). В её рамках девиз В.Коптюга "Наука спасёт
человечество" станет действенной формой развития общества, когда
на смену марксистскому тезису "Бытие определяет сознание" вызреет
(как жизненная необходимость) новый тезис: "Сознание определяет
бытие".
Таким образом, как это предвидел В.Вернадский, природные
геохимические процессы имеют выход на социальные законы развития
общества. Рост потенциала информационного поля
пространства-времени неизменно проявится в социальной сфере.
Однако эти проблемы пространства-времени пока ещё не стали
объектом исследования и ждут своего часа.
стр. 10
|
