Феноменология пространства и времени

В наши дни рассуждения на тему добавочных пространственных измерений и сколь угодно экзотических топологий не вызывают внутри ни малейшего напряга. Мы потихоньку привыкаем к математическим абстракциям, призванным заменить первобытно-наивное представление о пространстве, и столь же простое ощущение времени. Но оставим теоретические игры ученым физикам. Философ устроен иначе: он не может запросто принять на веру формалистические банальности — тем более, когда они идут вразрез с тривиальным чувственным опытом. Как бы далеки ни были мы от навязывания Вселенной старинного догмата трехмерности, у нас есть потребность в интуитивно последовательной концептуальной основе для сколь угодно тонких формальных различений. Поэтому будет полезно (по крайней мере нескольким чудикам) отложить на время раскручивание математических монстров и вернуться в лоно типично физического (или, скорее, естественнонаучного) подхода, рассуждать, исходя из нескольких качественных замечаний — а потом, на этой основе обозначить круг допустимых формализаций.

Складывается стойкое впечатление, что в литературе (как научной, так и популярной) свирепствует эпидемия подмены понятий. Если что-то в физике названо так же, как один из математических конструктов, это не повод считать физику и математику одной наукой. Физическое пространство имеет мало общего с пространствами математическими — не больше, чем "горячая штучка" говорит о степени нагретости небольшого предмета. Наука не делает терминологию с нуля. Начинается всегда с неясных представлений обыденной жизни, которые впоследствии оказывается возможно рассовать по абстрактным полочкам, именование которых несет на себе печать многовековой истории. Если по ходу дела складывается новое научное понятие, мы первым делом пытаемся к нему приспособить подходящее (то есть, интуитивно оправданное) словечко естественного языка; не получается — берем первое попавшееся, или творим неологизмы. В любом случае, без заимствований не обойтись — и разные науки делают это по-разному, в рамках собственной логики. Ясно, что и математическая идея пространства, и пространство как физический объект восходят к одним и тем же практическим действиям — но отождествлять на этом основании физику с математикой было бы такой же вульгарностью, как принимать обезьян за предков человека (или наоборот).

В некотором смысле, представление о пространстве в математике возникло в результате обобщения простой физической идеи, связанной с нашим обыденным восприятием движения. Но стоит нам превратить такой образ реальности в формальную структуру — он допускает какие угодно геометрические, топологические и прочие вариации, в отличие от физического пространства, которое предполагает все это лишь частным образом, в составе синкретического целого, как его стороны, неразрывно связанные друг с другом вполне определенным образом, а отнюдь не в произвольной комбинации. На следующем витке, физика заимствует у математики идею формального пространства и скрыто подменяет исходное физическое понятие абстрактной структурой, априорной основой всякого физического исследования. Заниматься объективным изучением пространства уже, вроде бы, и незачем — тем более глупо задаваться вопросом об отличии пространства от времени. На деле это означает утрату специфики понятия: физическое пространство уже ничем не отличается от любой другой характеристики физических систем, поскольку практически что угодно возможно "оцифровать" и представить точками формальных математических пространств. Числа не пахнут. Исходно математические конструкты — лишь (условные и ограниченные) представления физических реалий; потом мы забываем про условность и ограниченность подобных представлений и наивно (или злонамеренно?) заявляем, что наши частные модели и есть сама физическая реальность, так что больше и думать не о чем.

Та же логическая ошибка на каждом шагу встречается и в математике, которую некоторые пытаются представить всего лишь наукой об обозначениях, подмножеством формального языка. Но даже очень маленькие дети знают, что слово "шоколад" вовсе не так вкусно, как настоящая плитка шоколада, а многие взрослые вынуждены с сожалением констатировать, что разговоры о деньгах имеют мало сходства с реальной наличностью.

В принципе, у физики есть одно примечательное отличие от математики, которое во многом объясняет их принципиально разную роль в иерархии всех вообще наук. А именно: математикам до сих пор не удается узурпировать физическое понятие времени, тогда как в физике время пока играет фундаментальнейшую роль — как ни пытаются его оттуда вытравить некоторые теоретики, гоняющиеся за математической строгостью в принципиально нестрогой физической науке. Математика и физика представляют собой, в этом смысле, две взаимно дополнительные научные парадигмы: статику и динамику, структуру и систему. Математика показывает, как устроен мир; физика объясняет, как он функционирует. Есть и еще одна, столь же универсальная парадигма — иерархия (дополняющая бытие и движение ростом и развитием); однако эту идею трудно связать с какой-либо конкретной наукой.

Парадокс: если у нас на все только одна наука — у нас вообще нет никакой науки. Новое знание рождается в сопоставлении с другим; не с чем сравнить — нечему научиться. А значит, попытки свести все науки к чистой математике (или еще какому-нибудь общему для всех основанию) подрывают саму идею научности. Гипертрофируя общность, мы пренебрегаем различиями — а именно они, на самом деле, составляют содержание всякого знания. В том, что физику можно излагать на математическом жаргоне — или, скажем, в указании на физические свойства атомов и молекул как универсальную основу химических реакций, — нет ничего интригующего; куда труднее (а значит, интереснее) показать, в чем физика несводима к математике, почему химия не сводится к физике, а биология к химии, и чем психология принципиально отличается от физики и физиологии. Собственно, это и называется феноменологией: суметь представить себе предметную область целиком, до и вопреки всяческой формализации. Только так мы можем в реальной жизни нащупать границы применимости абстрактной теории — и тем самым указать возможные альтернативы, перспективные (как в научном, так и в практическом плане) направления исследования.

Принимая важность феноменологического подхода, можно критически пересмотреть наши теперешние воззрения на природу пространства и времени. Разумеется, любые оценки избирательны — исчерпывающий анализ по определению невозможен. Завершенная наука — мертвая наука. Физическая картина мира возникает из сопоставления всевозможных частных моделей, взаимодействие которых порождает целостность более высокого уровня. Это и есть собственно физический подход к познанию.

Попробуем представить себе, как могла бы выглядеть такая феноменология. В дальнейшем слова "пространство" и "время" относятся (если иное прямо не оговорено) к физическому пространству и времени соответственно.

1.  Пространство и время предполагают движение материальных тел.

Всякая физическая система — это прежде всего какое-то количество взаимодействующих друг с другом материальных вещей. А значит, чтобы оставаться в рамках физической науки, мы обязаны говорить о вещах вне субъекта, какое бы участие не принимали они в человеческой деятельности. Само собой разумеется, что большинство вещей, с которыми мы имеем дело, изготовлены людьми; однако в физике мы занимаемся не их происхождением, а тем, как они умеют двигаться независимо от их изготовителя или наблюдателя, предполагая, что любая подобная система будет вести себя так же в сходных условиях — и неважно, окажется где-то рядом человек или нет. Мы с самого начала сознательно отказываемся от всякой субъективности, заменяя возможное общественно-историческое влияние условиями движения и наложенными на систему связями. Физический эффект, наблюдаемый в людях или животных, должен точно так же наблюдаться и без животных или людей (то есть, мы можем найти нечто подобное и в неодушевленной природе — или разработать технологию, автоматизирующую те же процессы, воспроизводящую их без нашего участия). Например, если некоторые особенности физиологии мозга приписать действию особенных физических сил, — те же силы должны проявляться где-нибудь и без чьего бы то ни было мозга, объективно приводя к таким же последствиям. В противном случае, следует, скорее, заключить, что наблюдаемые эффекты представляют собой результат совместного действия уже известных физических сил, который лишь выглядит так, как будто он обусловлен особой физической силой. Например, в атомной физике, мы вводим в рассмотрение "дырки" в электронных оболочках, которые математически ведут себя как независимые частицы, взаимодействующие с электронами — хотя на самом деле никаких новых частиц нет, и тот же результат можно получить (хотя и не так элегантно) из уравнений для самосогласованного движения атомных электронов.

Существуют и другие представления о пространстве и времени, без явного обращения к физическому движению. Так, психологическое пространство-время — это совсем не то же самое, что физическое, хотя любая психика — не более чем надстройка над уровнями физики и физиологии. Нечто подобное пространственно-временным отношениям легко обнаружить и в истории, и в логике, в вычислительной технике — но эти их черты лишь очень косвенно и отдаленно связаны с физическим пространством и временем.

2.  Пространство и время объективны.

Поскольку пространство и время относятся к не зависящему от субъекта физическому движению, они и сами существуют в физических системах безотносительно к участию их в человеческой деятельности. Если физические тела никто не наблюдает — они остаются теми же самыми физическими телами, со всеми тонкостями их пространственно-временной организации. Обратно, не бывает физического движение вне пространства и времени. Поэтому физический подход к проблеме пространства-времени начинает с признания их независимого существования в природе — и выводит возможность наблюдения из их природных свойств, а никак не наоборот.

3.  Строение пространства и времени определено характером движения.

По сути дела, характер движения как раз и проявляется через соответствующие пространство и время. Традиционная картина физических тел, двигающихся в пространстве и во времени — не более чем метафора. Объективность пространства и времени — другого рода, нежели объективность материальных тел и их движения. Пространство и время не существуют сами по себе, как самостоятельные сущности; это лишь объективные стороны движения материи.

Однако физическое движение может иметь и другие стороны, не относящиеся к его пространственно-временной организации — и требуется понять, чем разные характеристики движения отличаются друг от друга. Когда мы интересуемся "вторичными" особенностями физических систем — это не устраняет из физики пространство и время, они остаются где-то на заднем плане в качестве общего принципа организации. Например, говоря об изолированной физической системе в целом, мы можем абстрагироваться от деталей внутреннего движения, или от расположения системы по отношению к внешним телам; формально это приближение предполагает однородность и изотропность. Точно так же, в стационарном движении складывается некая общая картина, и нам все равно, какие именно "низкоуровневые" движения привели к ее образованию; более того, попытка исследовать отдельные пути формирования глобальных особенностей неизбежно привносит в систему долю нестационарности.

4.  Пространство и время — взаимно дополнительные стороны движения.

Предполагается с самого начала, что они различны, и даже противоположны — хотя и невозможны друг без друга. Для количественной оценки мы вправе выражать расстояния через время, или сводить время к делениям пространственной шкалы; это никоим образом не делает пространство и время физически одинаковыми. Сама возможность подобных подстановок вытекает из характера движения.

Для сравнения: в механике существует известное соответствие между координатами и импульсами тел, так что в потенциальных полях можно выбрать из соображений удобства либо конфигурационное, либо импульсное представление. Но в физическом плане координаты все-таки отличаются от импульсов. В общем случае, любое измерение так или иначе выражает одну величину (характеристику исследуемой системы) в единицах другой (состояние прибора). Ни физическая система не превращается при этом в экспериментальную установку, ни наоборот. Можно измерить ширину экрана компьютера обычной линейкой — но линейка все равно не будет вместо экрана отображать текст. Точно так же, текст живет конечное время — но живет он не в часах.

Различение пространства и времени — это типично физическая проблема, отличающая физику от ее математического жаргона. Без такого различения физическая система просто недоопределена. Формальные представления могут быть сколько угодно относительными — но как таковые пространство и время физической системы остаются теми же при любых способах описания. Другими словами, пространственно-временные характеристики движения могут (но не обязаны) быть сопоставлены с динамикой другой физической системы (которая в таком случае называется системой отсчета); очевидно, результаты такого сопоставления зависят как от самой системы, так и от системы отсчета. Но сами по себе пространственно-временные характеристики движения не связаны с тем, как и чем мы их представляем, они существуют до и независимо от измерения как объективные свойства физической системы. Это, в частности, означает, что для правильного воспроизведения особенностей физического движения система отсчета не выбирается произвольно — ее строение должно соответствовать строению и динамике изучаемой системы. Например, можно говорить о физической эквивалентности любых систем отсчета, которые движутся относительно друг друга со скоростью, меньшей скорости света; если же какая-то система отсчета движется относительно нас быстрее света — она просто несовместима с нашей "локальной" динамикой (что не запрещает существования иных типов динамики, требующих "нелокальных" систем отсчета).

5.  Пространство и время не выводятся из физических состояний или событий.

Для внешнего наблюдателя (другой физической системы) движение любой физической системы выглядит как поток физических событий, изменений состояния системы. Однако эта картина может меняться от одного наблюдателя к другому. В частности, тот же самый объект может многими способами участвовать в нашей деятельности — и каждый такой способ требует особой физики, и подходящего ее описания. Одни из таких способов будут опираться на пространственно-временные формы, другие — не будут. Так, для пилота воздушного шара важно контролировать температуру и давление внутри баллона — а наземный наблюдатель просто засекает пространственное перемещение баллона как целого; эти два наблюдателя интересуются разными физическими событиями — хотя, например, высота полета может представлять практический интерес для обоих. Разумеется, присутствие человека-субъекта не имеет никакого физического значения. Для испущенного атомом фотона все равно, где находится испустивший его атом; напротив, для свободного электрона его расстояние до ионного остатка имеет решающее значение, ибо от этого зависит характер взаимодействия.

Часто представляют возможные состояния физической системы точками некоторого абстрактного конфигурационного пространства, и тогда всякий физический процесс выглядит как переход от одной конфигурации к другой (что можно иногда проиллюстрировать графиком или трехмерной картинкой). Хотя такие перемещения по видимости напоминают обычное пространственное движение, они все же существенно отличны от него. Абстрактное конфигурационное пространство может быть любой природы — его размерность и топология отражают характер физических взаимодействий в системе. Например, в атомной физике конфигурационное пространство атома гелия — комплексная бесконечномерная структура, сочетающая дискретные компоненты с областями непрерывности. Элементы этого пространства (состояния физической системы) можно в общих чертах описать комплекснозначными (или операторнозначными) распределениями в некотором внутреннем евклидовом пространстве — тем самым физика атома, вроде бы, соотносится с обычными пространственно-временными представлениями. Однако внутреннее пространство не предполагает никаких наблюдаемых перемещений, а внутреннее время (выстраивание цепочек событий в конфигурационном пространстве) никак не связано с "макроскопическим" временем (в котором атом меняется как целое). Некоторые теоретики пытаются убедить себя и публику в том, что конфигурационное пространство и внутреннее время — это и есть подлинная и единственно существующая физическая реальность; но что это нам дает для понимания природы физического пространства и времени? Отказ от решения проблемы — не лучший способ с ней справиться.

Иногда пространственные отношения включают в понятие физического состояния — в других случаях они скрыты за другими, более существенными реалиями. Соответственно, физические события могут быть "реальными" (то есть, происходить в физическом пространстве и времени) или "виртуальными" (не относящимися к наблюдаемому поведению системы). Однако в любом случае представление физического движения цепью элементарных физических событий (изменений состояния) зависит от уровня описания: одно и то же движение можно соотнести с разными последовательностями событий — и для каждого такого представления требуется особая физическая теория.

6.  Пространство и время предполагают физическое взаимодействие, но не всецело определяются им.

Хотя пространство и время определены характером движения, они выражают его лишь в очень общем и фундаментальном плане. Несомненно, вещество влияет на свойства пространства и времени. Но не обязательно так, как это представляет себе большинство физиков. Общая теория относительности — гениальная догадка; но еще надо угадать, о чем же все-таки мы догадались. Уравнения движения описывают структуру конфигурационного пространства, вырезая из всех вообще возможностей некоторое замысловатое многообразие. Но это вовсе не обязательно соотносится с пространством и временем. Действительно, все известные физические взаимодействия (по крайней мере, в рамках "стандартной модели") по сути оказываются своего рода надстройкой над пространством и временем: они лишь вносят симметрии и накладывают связи так, чтобы взаимодействия обладали требуемыми свойствами — но сам пространственно-временной фон к этому безразличен. Так, например, специальная теория относительности есть выражение симметрий электромагнитных процессов, а общая теория относительности говорит о локальных симметриях гравитации. Те, кто еще склонен доверять физической (а не формально-математической) интуиции, легко заметят, что пространство и время в современной физике предшествуют динамике — это ее предпосылка, а отнюдь не следствие. Чтобы склеить из пространства и времени релятивистский интервал, нам предварительно требуется то, что можно было бы склеивать. Чтобы обсуждать связность или кривизну, нам требуется то, что можно связать или искривить. В самых навороченных физических теориях всегда можно обнаружить скрытую подложку плоского пространства-времени; аналогично, сколь угодно отвлеченные математические построения в итоге приводятся к фундаментальным примитивам, вроде точки и связи.

Иначе говоря, пространство и время представляют особые, несводимые к взаимодействию отношения между физическими телами. В общих чертах можно было бы соотнести это с самим фактом соотнесенности разных вещей и процессов; в философии для выражения таких идей есть категория рефлексии — плюс иерархия частных ее проявлений. То или иное взаимодействие, очевидно, связывает вещи определенным образом — это частный случай рефлексии. Но на одном уровне рефлексии совместимы самые разные взаимодействия; с другой стороны, не отдавая себе отчета в сделанных предположениях, мы заперты в собственных предрассудках, и наткнуться на что-нибудь оригинальное можно лишь по счастливой случайности.

7.  Пространство как тождество и время как различие.

В основе идеи пространства лежит представление об одновременности. Пространство есть то, что может совместно рассматриваться в данный момент. Обратно, время есть то, что относится к данной точке пространства. Другими словами, пространство соединяет разные вещи, делает их эквивалентными в смысле принадлежности одному и тому же времени (моменты времени при этом играют роль классов эквивалентности). Время сопоставляет вещь с самой собой, делает ее отличной от себя — и здесь появляется то, что мы называем развитием.

В формальном плане это различие начисто стирается, поскольку всегда возможно трактовать многомерное пространство как последовательность "срезов", эффективно уменьшая размерность. Например, куб в евклидовом пространстве часто представляют бесконечностью квадратов, нагромождая один поверх другого. В результате создается впечатление временной последовательности — поскольку точки каждого слоя определенно принадлежат некоторому классу эквивалентности, представленному соответствующим значением "высоты". Но сама возможность подобной формализации обусловлена имеющимися у нас представлениями о движении, в действительности порождающем куб за счет изменения положения одного и того же квадрата со временем. То есть, времениподобное поведение пространственных измерений есть явление вторичное, проекция пространственного смещения в пространство, скрывающая временной аспект движения, представляющая его в свернутом виде. Движение не уничтожается как таковое — оно лишь становится виртуальным. В реальном движении описываемые движущимся телом фигуры — вовсе не тела; их можно сравнить со следами движения на фотографии с большой выдержкой. Мы можем мысленно рассечь вещи на слои меньшей размерности только потому, что есть и другие размерности, обеспечивающие возможность действительного перемещения в соответствующем направлении. А значит, полное слияние пространства и времени в современной теоретической физике — не более чем иллюзия, а в формальном плане — логическая ошибка.

Относительность пространства и времени умозрительно оправдывают тем, что в двух системах отсчета, движущихся друг относительно друга, значение понятия "в той же точке" как будто не остается неизменным. Это закономерно требует относительной одновременности — так что переплетение пространства и времени необходимо принять как фундаментальный физический факт. Такие рассуждения логически ущербны. В самом деле, предполагается, что системы отсчета сопоставимы — то есть, существуют физические события, общие для всех. Мы допускаем, что каждое такое событие относится к некоторой вполне определенной точке физического пространства и к определенному моменту времени, но численные величины, представляющие события в каждой из систем (пространственные координаты и моменты времени), могут различаться у разных наблюдателей. На самом же деле относительное движение приводит к различиям в самом понятии "физическое событие". Точка пространства в одной системе отсчета не соответствует точке в другой системе — там она превращается в линию, траекторию движения (или пространственное распределение). То, что один наблюдатель воспринимает как событие, для другого — процесс (детерминированный или стохастический). Следовательно, формальные преобразования координат, устанавливающие соответствие точек точкам, ничего не дают для понимания физики дела. По-честному, нам следовало бы показать, как траектории превращаются (свертываются) в точки, а точки развертываются в траектории. Иерархический подход говорит в таких случаях об обращении иерархий.

Любые поточечные отображения возможны лишь на общем фоне единого пространства-времени, хотя бы и по-разному оцифрованного разными наблюдателями. Тогда физическое движение может быть понято как упорядочение событий в одном и том же пространстве, и порядок во времени сохраняется от одной системы отсчета к другой. Все что остается — чисто количественные различия, при сохранении общей физической картины. Это накладывает серьезные ограничения на характер рассматриваемых взаимодействий: мы просто запрещаем физической системе выходить за рамки предписанной ей "усеченной" динамики.

8.  Пространство и время возникают до и независимо от измерения; взаимодействия порождают шкалы.

Физическое движение объективно: оно не зависит от того, обнаруживает его кто-нибудь или нет, и производит ли при этом какие-то измерения. Разумеется, мы может повлиять на динамику физической системы — но это лишь означает, что при корректном рассмотрении следует учесть все существенные физические взаимодействия, включая физические проявления человеческой деятельности. Следовательно, общий характер движения (выраженный в понятиях "пространство" и "время") также не зависит от каких-либо внешних (то есть, недеструктивных) взаимодействий. Тем не менее, даже относительно слабые взаимодействия способны внести вклад в состояние системы, не меняя динамики в целом. Наблюдая такие "инфинитезимальные" реакции, мы судим о строении системы и в частности о ее пространстве и времени.

Эффекты, связанные с влиянием стандартного зондирования можно проиллюстрировать весьма далеким от физики примером — теорией образования звуковысотных шкал в музыке. Показано, что примешивание слабого локального возмущения приводит к возникновению глобальной шкалы, позволяющей сопоставлять далекие друг от друга элементы целого. Однородность исследуемой системы (то есть, возможность воспроизвести те же структуры по отношению к любому элементу) делает шкалу квазидискретной, составленной из отдельных сплошных зон, каждая из которых представляет возможный результат измерения расстояний между элементами. Количество и размеры зон зависят от селективности зондирования. Наконец, в каждой шкале виртуально присутствуют подшкалы, зоны которых не всегда соотносятся с зонами основной шкалы. Свои отношения есть и между этими уровнями. Такая иерархическая структура не произвольна; она полностью определяется свойствами основной шкалы ("вложена" в нее).

Хотя особенности внешних проявлений свои в каждой системе, качественная картина образования шкал всегда одна и та же. Поэтому мы вправе делать (сколь угодно метафорические) выводы о физическом пространстве и времени, исходя из свойств музыкальных строев.

Прежде всего, мы приходим к выводу, что шкалы не принадлежат самой наблюдаемой системе — это своего рода "артефакт", зависящий от способа наблюдения. Тем не менее, пока речь идет о некотором стандартном методе зондирования, возникающие шкалы объективны, и все, что мы можем — это "настроить" наше восприятие на один из имеющихся уровней. При использовании другой методики исследования набор доступных шкал может измениться, вплоть до полной несовместимости с исходным. Следовательно, чтобы выделить класс сопоставимых систем отсчета, мы должны указать некоторое взаимодействие, общее для всех членов класса. В релятивистской физике роль такой общей основы играют слабые электромагнитные поля; постоянство скорости света в этом контексте не физический факт, а указание на класс явлений, с которыми мы собираемся иметь дело.

Далее, каждая шкала допускает разные масштабы в рамках единого пространственно-временного фона. Характерные длины и времена могут быть разными — однако иерархия качественно различных картин не произвольна, она задана базовой шкалой. На высших уровнях иерархии мы не различаем движения более низких уровней, и для нас соответствующие физические события происходят в одной точке и в заданный момент времени. В этих пределах оправдан формализм релятивистской физики — как один из уровней описания. На той же основе понятна и квантовая физика, понимающая наблюдаемые макроскопические структуры как результат внутреннего (виртуального) движения.

Наконец, в любой конкретной шкале (даже с учетом иерархии вложений) существуют детали, неразрешимые ни при каком измерении; для их обнаружения необходим переход к иному понимаю пространства и времени.

9.  Пространство и время характеризуют как отношения тел, так и отдельные тела.

Как соотнесение различных материальных тел, пространство проявляет себя в качестве расстояния; по отношению к любому отдельно взятому телу, оно выступает как его размер. Аналогично, два события могут быть разделены некоторым временным интервалом — тогда как каждое единичной событие характеризуется некоторой продолжительностью. Различие и взаимосвязь внешней и внутренней определенности — одна из труднейших логико-философских проблем. Но чисто физически очевидно, что размер тела измеряется расстоянием между его наиболее удаленными друг от друга частями, а продолжительность события соответствует интервалу между его началом и концом. Обратно, расстояния между телами определяют размер составной системы, а интервал между двумя событиями определяет длительность составного события, включающего исходные. Другими словами, есть иерархия тел и событий, так что внешние отношения одного уровня становятся внутренними отношениями другого, и наоборот. Такое свертывание и развертывание иерархий — не просто умственное упражнение, поскольку оно предполагает возможность физической реализации, действительной (практической) группировки и перегруппировки вещей. Если нельзя (хотя бы очень косвенно) связать две вещи физическим взаимодействием, говорить о составной системе мы не имеем права. Разумеется, всякую здравую мысль можно довести до абсурда. В итоге, пропагандисты метода сильной связи в физике атомных столкновений отрицают физическую осмысленность автоионизационных состояний в атомах и ионах: действительно, резонансы, возникающие в процессах неупругого рассеяния, вполне возможно описать на низком уровне, как переходы между состояниями непрерывного спектра. Наоборот, в физике высоких энергий всякий резонанс трактуется как свидетельство возникновения виртуальной частицы, реальное физическое событие.

Возможны разные варианты образования составной системы из нескольких материальных тел и связывания несколько событий в одно событие более высокого уровня. Традиционное комбинирование параллельных и последовательных соединений — самое очевидное. Скажем, звезда и планета образуют системы с размером значительно превышающим размеры каждого из взаимодействующих тел — тогда как электронная и ионная компоненты межзвездной плазмы занимают в точности то же самое пространство. Аналогично, либо мы сначала смещаемся вдоль оси X, а потом вдоль оси Y, — либо оба движения происходят совместно, параллельно. Уместность декомпозиции определяется наличествующими в системе взаимодействиями и, как следствие, строением ее пространства-времени. Например, чтобы обогнуть городской квартал, придется последовательно миновать два ряда домов — если нам не известен кратчайший путь дворами. Менее тривиальная иллюстрация — мультиплексирование в компьютерных сетях. Как правило, существует набор разных путей, и конкретный выбор связан с историей системы.

Но есть и еще одно проявление пространства и времени, тесно связанное с образованием шкал. В определенных условиях физические тела и события можно описывать абсолютным образом, соотнося их с пространственными точками и моментами времени. Чтобы построить такую координатную систему, требуется выбрать несколько тел или событий в качестве опорных, предполагая, что их пространственно-временные характеристики стабильны в пределах рассмотрения. Практическая реализация этой жесткой конструкции — не самое легкое дело. В большинстве случаев мы лишь надеемся, что выбор окажется достаточно разумным; практические результаты покажут, насколько решение оправданно, и при случае потребуют пересмотра основных предпосылок.

Каждый конкретный выбор опорных тел и событий задает систему отсчета. Как уже говорилось, разные системы не обязательно соотносятся друг с другом. Эквивалентность систем отсчета устанавливается только локально, для ограниченного набора физических систем.

10.  Пространство и время могут материализоваться в динамике физических систем.

Философия говорит, что всякая вещь возникает путем придания некоторому материалу определенной формы. Физики представляют материальную сторону мира понятиями вроде массы или энергии, тогда как рефлективная (идеальная) сторона указывает, в частности, на пространство и время. Но с философской точки зрения само различие материала и формы относительно: формы становятся материей, материя проявляет себя как разновидность рефлексии. В самом деле, возьмем несколько вещей, каждая из которых есть единство своего материала и своей формы, и составим из них составное тело; тогда по отношению к этой новой вещи исходные тела играют роль материала (а форма задана способом объединения) — так что форма составных частей (которая есть нечто идеальное, всего лишь отношение тел) должна каким-то образом превратиться в материю более высокого уровня. Нет абсолютного материала, не бывает априорных форм. Движение материальных тел способно само стать материальным телом.

Для современного физика это почти тривиальное утверждение. Однако материя вовсе не обязательно представлена массой, и в будущем, возможно, физике потребуются иные (более структурированные) представления. И все же мы можем быть уверены, что и на новом уровне мы встретим все туже дополнительность пространства и времени, и обнаружим знакомые структуры в самых неожиданных контекстах. С другой стороны, сегодня мы лишь постулируем эквивалентность массы и энергии, не задумываясь о ее физическом объяснении. Но не следует ограничиваться чисто формальным преобразованием. Надо выяснить физический механизм, устанавливающий такую эквивалентность, — а значит, указать границы применимости и пути обобщения. Иначе говоря, привычная нам взаимосвязь физических величин — это, скорее, постановка вопроса, а не готовый ответ; обоснованность выбора еще предстоит показать.

В качестве намека: вспомним, что время и энергия становятся дополнительными представлениями одного и того же в контексте некоторого колебательного движения: чем выше частота осцилляций, тем больше запасенная в них энергия. При наличии нескольких уровней движения с очень разными характерными временами, движение низшего уровня скрыто от наблюдателя вышележащего уровня, и все, что он обнаруживает — это увеличение внутренней энергии (массы) наблюдаемых на его уровне тел. Возможно, что колебательное (циклическое, самовоспроизводящееся) движение не менее фундаментально, чем простое движение по прямой. Может случиться, что мир в представлении физики будущего окажется иерархией циклов воспроизводства, и уже не ограничится пространством-вместилищем и монотонным временем. Это согласуется с общефилософскими идеями о единстве мира: все в нем, и нет ничего другого, а поэтому любое существование и любое событие — лишь единичные способы (уровни) его воспроизводства.