ТЕМПОРАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ РЕАЛЬНОСТИ

«Я думаю, что и дух и материя - это просто удобные способы группирования событий»

Бертран Рассел. История за­падной философии. Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007, с. 958.

Введение

В одном из рассказов польского фантаста Станислава Лема описан опыт ученого, который поместил изолированные мозги в особые ящички и подсоединил их к устройствам, создающим полную иллюзию реальности.

Ещё раньше Анри Пуанкаре предложил следующую модель взаимодействия наблюдателя с реальностью: «Другими словами, представим себе сеть бесчисленных телеграфных проволок, из которых одни имеют центробежное, другие центростремитель­ное направление. Центростремительные проволоки предупреж­дают нас о бедах, совершившихся во внешнем мире, центробеж­ные должны принести помощь.... Вот эта-то сложная система связей, этот, если можно так сказать, распределительный щит и есть вся наша геометрия или, иначе говоря, все то инстинктивное, что заключается в нашей геометрии. То, что мы называем интуи­цией прямой линии или расстояния, и есть реализация в нашем сознании этих связей и их управляющего характера» [2].

Вполне современная в технологическом отношении идея мо­дели реальности, в которой источником пространственных ощу­щений наблюдателя является цепь линейно упорядоченных абст­рактных событий, была предложена Хью Эвереттом: «В качестве модели для наблюдателей мы, если пожелаем, можем рассмат­ривать автоматически функционирующие машины, обладающие чувствительным датчиком, связанным с регистрирующим уст­ройством и способные к регистрации прошлых сенсорных дан­ных и конфигураций машины. Мы можем далее предположить, что машина устроена так, что ее текущие действия должны быть определены не только сенсорными данными настоящего момен­та, но также и содержанием ее памяти. Тогда такая машина будет способна к выполнению последовательности наблюдений (изме­рений), и, более того, к принятию решения о её будущих экспе­риментах на основе прошлых результатов» [3].

В разные времена разные люди пытались понять, что стоит за нашими пространственными ощущениями реальности. Уже Пла­тон в своём знаменитом мифе о пещере сформулировал цен­тральный вопрос гносеологии. Как мы можем получать досто­верное знание действительности, лежащей вне нас? Мысленные эксперименты, предложенные Лемом, Пуанкаре, Эвереттом, представляют собой модели, в которых источником пространст­венных ощущений наблюдателя является последовательность со­бытий не определённых в том пространстве, которое он считает физической реальностью. И «распределительный щит» Пуанкаре, и ящики с электронными мозгами в рассказе Лемма, и автомат Эверетта - конечно же, как-то размещены в пространстве, однако это пространство в общем случае не имеет отношения к тому, в котором осознаёт свою реальность наблюдатель «из ящика».

Идея темпоральной модели реальности родилась при по­пытке утвердительно ответить на следующие два дополняющие друг друга вопроса:

- можно ли рассматривать нашу действительность как объект научного исследования с точки зрения внешнего по отношению к ней наблюдателя?

- можно ли создать искусственную действительность, во всех отношениях подобную подлинной и совершенно от неё неотли­чимую? (вопрос, поставленный С.Лемом в [4]).

О какой искусственной действительности думал Лем? На­пример, на сцене театра также творится искусственная действи­тельность, которая порой совершенно неотличима от подлинной. Однако Лем имеет в виду нечто, принципиально отличающееся от моделей, получаемых переносом действительности из одной области пространства-времени в другую. Говоря об искусственной действительности, он имеет в виду некую систему, включающую (в качестве одной из подсистем) собственного наблюдателя, для которого законы чередования событий представляются точно та­кими же, как законы движения материальных тел и полей нашего мира. При этом искусственность системы проявляется в том, что с нашей точки зрения (в нашем пространстве-времени) она не име­ет ничего общего с тем образом, в котором предстаёт собствен­ному наблюдателю. Мы не видим в ней ни движущихся в про­странстве тел, ни силовых взаимодействий между ними. Возмож­но, как в упомянутом выше рассказе, мы видим лишь ящики, ле­жащие на стеллажах и соединённые в сложную цепь электриче­скими проводами. Но эти ящики для внутреннего наблюдателя являются Вселенной, а мы, наблюдающие их, не сомневаемся в своём существовании. Допустим, на вопрос Лема имеется поло­жительный ответ. И реальность в ящиках ничем не отличается от нашей реальности. Какие у нас в таком случае имеются основания считать, что некому наблюдать нашу Вселенную? Получается, что, утвердительно отвечая на вопрос Лема, мы автоматически полу­чаем утвердительный ответ на наш вопрос - да, можно рассмат­ривать нашу действительность как объект научного исследования с точки зрения внешнего по отношению к ней наблюдателя!

Всю совокупность, известных физических теорий можно рас­сматривать как систему отношений, описывающих геометриче­скую модель реальности. Геометрической я называю ее, поскольку она опирается на исходное предположение о том, что всё сущее помещено в пространстве. Эта модель оказалась чрезвычайно эффективной при выводе физических законов и установлении связей между ними. Однако попытки использовать её для уста­новления связи между физическими законами и феноменологи­ческими свойствами времени нельзя назвать успешными.

Элементом геометрической модели реальности является точка, отображающая событие в пространстве относительно дру­гих, одновременных с ним событий. Но и само понятие точки, как геометрического объекта, уже требует предварительного согла­шения об одновременности. Чем задаётся точка? Упорядоченным набором (кортежем) чисел, которые в зависимости от теории, ис­пользующей понятие точки, интерпретируются как координаты и/или импульсы (т.е., производные от координат). При этом счи­тается само собой разумеющимся, что эти числа могут быть из­мерены в один и тот же момент времени. Но разве подобное предположение самоочевидно? Более того, представляя себе ре­альность (настоящее), как множество одновременных сущностей, мы сразу попадаем в капкан противоречий. Подобная реальность либо уже не существует, либо ещё не существует. Анализируя её образ в нашей памяти, мы приходим к выводу, что не можем ут­верждать одновременность всех его частей. Любой образ реально­сти является результатом синтеза, который осуществляется соз­нанием в течение конечного времени. В отношении любого мно­жества событий нам известно лишь то, что они произошли (или, может быть, произойдут) на каком-то отрезке времени, но мы не можем утверждать на основании какого-либо опыта, что они произошли (или произойдут) строго одновременно.

1. Взгляд на реальность изнутри и снаружи

Идея темпоральной модели реальности базируется на гипоте­зе Неодновременности [6], согласно которой понятие пространст­ва, его геометрия и законы движения являются вторичными по отношению к понятию времени и могут быть получены с помо­щью дедукции из линейной (временной) упорядоченности потока абстрактных событий. Пространство предлагается рассматривать в виде конструкции, создаваемой сознанием наблюдателя под влиянием этого потока. Объективная реальность, существующая вне и неза­висимо от наблюдателя рассматривается как строго упорядоченная цепь событий некой абстрактной системы. Отдельно взятое событие (момент времени) при таком подходе не может быть содержатель­но интерпретировано сознанием наблюдателя. Только последова­тельности событий может быть поставлен в соответствие некий объект (в простейшем случае - точка) в пространстве. В таком слу­чае законы движения точек и более сложных объектов в простран­стве, которые могут быть осознаны наблюдателем, отражают лишь законы распределения состояний в абстрактной для него цепи со­бытий. Но если реальность это то, что объективно стоит за нашими ощущениями, и мы интуитивно осознаём её объективность, зна­чит, должно быть нечто, доступное наблюдению, некий референт реальности, ощущаемый любым наблюдателем в мире. Какая из известных сущностей может претендовать на роль референта ре­альности? Ответ на этот вопрос является стержнем идеи темпо­ральной модели реальности. Референтом реальности, ощущаемым любым наблюдателем в мире, является поток моментов - событий или как мы его называем - Время.

В теории относительности событие как таковое и его место в пространстве отождествляются.

Представим себе следующее. Пусть один наблюдатель систе­мы (назовём его внутренним) со всем своим окружением, включая сенсорные датчики и систему передачи информации, надёжно скрыты (например, в герметичном контейнере) от другого на­блюдателя (назовём его внешним), который может лишь воспри­нимать и анализировать последовательность сигналов на выходе и входе «контейнера», т. е. в канале передачи данных. Эта после­довательность событий является для него единственным источни­ком информации о внутреннем мире системы. Не имея иной воз­можности «заглянуть» внутрь контейнера, он стремится на осно­вании лишь этой информации построить модель пространства, в котором внутренний наблюдатель отображает свой мир и законы движения в нём. Конечно, если знать наверняка, что заключено внутри контейнера, например, проследив историю его создания, то проблема существенно упрощается. Но нас интересует иной случай. Так как мы хотим построить модель реальности, исходя из представления о ней как о последовательности событий во времени, нам придётся отказаться от веры в то, что внутри кон­тейнера такое же пространство, как и снаружи. Более того, источ­ником сигналов внутри контейнера может быть компьютерная программа, искусственная нейронная сеть, какая-то электриче­ская цепь и т.п. А в качестве наблюдателя может выступать авто­мат, воспринимающий электрические импульсы, регистрирую­щий их в памяти и оказывающий воздействие на окружающую его среду. Тем не менее, мы хотим, располагая информацией внешнего наблюдателя, создать пространственную модель мира внутреннего наблюдателя, заключённого в контейнере. Решение этой задачи означает внедрение наблюдателя внутрь абстрактной наблюдаемой системы. Какое там пространство, какова его раз­мерность, метрика, геометрия? Как формулируются законы дви­жения? - вот основные задачи исследования темпоральной моде­ли реальности.

В рамках геометрической модели поставленная задача, во­обще говоря, не разрешима, так как пространство в ней присутст­вует изначально. Даже передавая информацию о событиях в про­странстве по каналам связи в виде строго упорядоченной после­довательности сигналов, предполагают, что получателю этой ин­формации заранее известна структура пространства. Но в рамках темпоральной модели поставленная задача представляется впол­не корректной. Отличительной особенностью метода исследова­ния темпоральной модели реальности является акцент на двойст­венности форм её представлений в сознании наблюдателя. Двум формам представления реальности соответствуют два типа на­блюдателей - внешний и внутренний. Для первого последователь­ность событий наблюдаемого им процесса развивается не в про­странстве, а лишь во времени. При этом каждое событие чему-то соответствует в его системе понятий. Для второго - эта же после­довательность событий развивается в пространстве, но при этом каждое отдельно взятое событие (момент времени) не может быть содержательно интерпретировано его сознанием.

Основная идея методологии исследования темпоральной модели реальности заключается в следующем. Создаётся упро­щённая модель наблюдателя, который отображает поток абст­рактных событий в пространстве. Выводятся законы геометрии и движения в этом пространстве, как следствия линейной упорядо­ченности состояний в потоке событий с учётом особенностей кон­струкции наблюдателя. Полученные законы сравниваются с из­вестными физическими законами, описывающими нашу дейст­вительность. Если результат сравнения убеждает нас в тождест­венности тех и других законов, то это означает, что имеется воз­можность «создать искусственную действительность, во всех от­ношениях подобную подлинной и совершенно от неё неотличи­мую». Таким образом, при создании модели нас не очень беспо­коит некоторый произвол в выборе конструкции наблюдателя. Достаточно выбрать простейшую из тех, которые обеспечивают подобность искусственной и подлинной действительностей. Если же эта задача решена, и конструкция наблюдателя не противоре­чит нашим представлениям о нём как продукте эволюции, то наша действительность с точки зрения внешнего по отношению к ней наблюдателя выглядит так же, как сконструированная искус­ственная действительность выглядит с нашей точки зрения.

Наглядное представление об идее метода даёт ленточная ин­терпретация темпоральной модели реальности. Представим себе некое устройство - кибернетический ящик, на вход которого подаётся лента с нанесенными на ней тем или иным способом символами. Пусть в составе ящика в качестве одной из его под­систем имеется автоматическое устройство или программа - вир­туальный наблюдатель, который различает символы как события в той реальности, с которой он соприкасается посредством ленты. Символы на ленте могут быть представлены чем угодно: буквами, нотами, цветами и т.п. Важно то, что наблюдатель различает сим­волы, которыми кодируются состояния наблюдаемой им реаль­ности, и регистрирует в памяти распределение частот их появле­ния в цепи событий. Пусть, например, цепь событий представле­на последовательностью трёх классов А, В, С состояний ....aabaccb.... Наблюдатель в этом примере получает следующую информацию: интервал времени наблюдения пропорционален количеству событий (в данном примере это количество равно7); состояние a за время наблюдения повторилось три раза, состоя­ние b -два раза, состояние c -два раза. Если эти состояния что-то значат для наблюдателя, то подобная информация и её геомет­рическая интерпретация чрезвычайно важны. Действительно, если состояние b представляет для наблюдателя смертельную опасность, а состояние a - высшую степень наслаждения, то он должен так воздействовать на наблюдаемую систему, чтобы уменьшить относительное количество состояний b и увеличить количество состояний a. Для того, чтобы иметь возможность управлять своим поведением и целенаправленно воздействовать на окружающую среду в условиях, когда плотность событий в по­токе не позволяет различать их последовательность, наблюдателю необходима идея пространства, в котором по оси А откладывает­ся количество повторений состояния а, по оси В - количество по­вторений состояния b, по оси C- количество повторений состоя­ния с. Следовательно, каждому классу состояний необходимо по­ставить в соответствие ось координат в пространстве. Состояние системы отображается точкой, проекции которой на координат­ные оси изменяются пропорционально количествам повторений соответствующих состояний.

При таком подходе точка в пространстве не является обра­зом отдельно взятого события. Она отражает в сознании наблю­дателя историю эволюции наблюдаемой системы, - сколько и в каком отношении произошло различных событий. Зададим себе вопросы, какие геометрические, кинематические и динамические законы движения в пространстве может открыть для себя подоб­ный наблюдатель, анализируя не предопределенную заранее произ­вольную последовательность символов на ленте.

Можно ли предположить, что эти законы формулируются так же как известные нам из нашего опыта? Можно ли допустить, что пространство является не объективной данностью текущего мо­мента времени, а специфическим образом реальности в сознании наблюдателя, учитывающим её историю. Может ли этот образ конгруэнтно сформироваться в памяти популяции простейших автоматов или живых существ вследствие естественного отбора?

Все известные физические теории изначально исходят из предположения о существовании пространства с определённой геометрией, в котором протекают процессы, подчиняющиеся эмпирическим законам наблюдаемого мира. Модели, в которых пространство, заполненное движущимися объектами, возникает в сознании наблюдателя как отображение статистики распределения состояний в цепи событий, не исследовались.

Рис.1. Отображение со­стояния наблюдаемых подсистем в пространст­ве (активированные ячейки памяти отмечены чёрным цветом, соответ­ствующие точки, указы­вающие относительное положение подсистем в пространстве - серым цветом).

2. Отображение потока событий в пространстве состоя­ний линейным наблюдателем

Рассмотрим модель наблюдателя, в конструкции которого изначально не закладывается информация о геометрии про­странства, в котором развёртываются события, наблюдаемой им реальности. Осуществляя счёт и сортировку событий, он создаёт в своей памяти пространственные структуры. Память наблюдателя предполагается структурированной в виде решётки регистров, размерность которой определяется количеством возможных классов состояний системы (см. рис.1).

Будем считать, что ячейки i - того регистра пронумерованы числами натурального ряда от -Zi до + Zi и могут по очереди

активироваться, как это происходит в сдвиговом регистре. В про­странстве простейшего (линейного) наблюдателя i - той коорди­нате точки соответствует номер активированной ячейки i - того регистра.

Выделим в потоке событий две цепи состояний (см. рис. 2).

t

Рис. 2. Пример участка цепи событий. Прямоугольниками показаны состояния первой подсистемы, окружностями - второй. Затушёванные фигуры соответствуют первым со­стояниям, не затушеванные - вторым. В этом примере DN^ = 5, DN^ = 3,

DN12 = 2, DN22 = 6.

Одна цепь пусть соответствует к - той подсистеме (объект наблюдения), а вторая - r - той подсистеме (объект начала отсчё­та). Так как все состояния в потоке событий линейно упорядоче­ны, то можно указать время Tj с момента начала наблюдения, в течение которого система пребывала в j - том состоянии к - той

подсистемы, и время Jr с момента начала наблюдения, в течение которого система пребывала в i - том состоянии r - той подсис­темы. Координаты точки, отображающей положение k - той подсистемы в памяти линейного наблюдателя относительно r - той подсистемы Zrrk, являются функциями этих времён

Zrkp (гтік т~к 'т'к rrtk 'Т'Г \ -n ,—

i — j (T1 ,T2 ,...,Tj ,..J1 ,J I. Рассматривая поток событий на

относительно малом интервале времени наблюдения, получим алгоритм его отображения в памяти наблюдателя

DZrk— YakDTk -у]DTr,

iZ-^ j j '1 1

j

где DZrlk - приращение номера активированной ячейки i - того регистра памяти, DTj, DTr - продолжительности пребывания системы в соответствующих состояниях наблюдаемых подсистем,

-Л rj rk обеспечивающей отобра­жение цепи событий в пространстве.

Подобные основания действительно обнаружены в темпо­ральной модели. В частности, анализ закономерностей преобра­зования соотношений (1, 2), при переходе от одной подсистемы начала отсчёта к другой показал [8], что предельный характер скорости относительного движения объектов виртуальной реаль­ности обусловлен тем, что количество повторений любого класса состояний, линейно упорядоченных в цепи событий, не может превысить общее число событий. Инвариантность предельной скорости обусловлена тем, что распределение состояний в цепи событий объекта наблюдения не зависит от выбора объекта, с ко­торым связывается система отсчёта. Пространство - время, в ко­тором линейный наблюдатель отображает поток событий, харак­теризуется метрикой Минковского, а линейные преобразования в нём образуют группу Лоренца.

Давайте осмыслим полученный результат. Допустим, внут­ренний наблюдатель абстрактной системы обладает достаточным интеллектом для анализа истории относительных частот повто­рения состояний наблюдаемых подсистем. Вследствие вышеиз­ложенного, сравнивая соответствующие им отрезки в собствен­ном виртуальном пространстве-времени в достаточно малой ок­рестности некоторой его точки, он неотвратимо придёт к выводу о том, что они соотносятся между собой так, как того требуют преобразования Лоренца. А это означает, что СТО является ма­тематическим следствием линейной упорядоченности цепи со­бытий и может быть обнаружена линейным наблюдателем в ре­зультате измерения скоростей относительных движений вирту­альных объектов подобно тому, как это произошло в нашей ис - тории в результате измерения скоростей распространения элек­тромагнитных волн и относительных движений реальных объек­тов нашего мира.

Проблема Времени в естествознании явилась следствием не­удачных попыток объяснить его сущность законами физики и гео­метрии, опирающимися на геометрическую модель реальности. Но может быть такое направление исследований - от пространства ко времени - неверно в принципе, возможно, дело в том, что зако­ны физики и геометрии сами по себе являются следствиями изна­чального линейного порядка потока событий - Времени.

БИБЛИОГАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лем С. Из воспоминаний Ийона Тихого. - М.: Кн. палата, 1990.

2. Пуанкаре, А. О науке/А.Пуанкаре/ Пер. с франц. - М.: Наука, 1983.

3. Hugh Everett, Ш “Relative State” Formulation of Quantum Mechan­ics, Reviews of modern physics, vol. 29, 3, july, 1957, (в переводе Лебедева Ю.А.

http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/everett_formulirovka.pdf).

4. Лем С. Сумма технологии.- М.: Мир, 1968.

5. Грин Б. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размер­ности и поиски окончательной теории/ Пер. с англ. - М.: Ком Книга, 2007.

6. Заславский А.М. Время как причина физических законов// На пути к пониманию феномена времени: конструкции времени в естествознании Часть 3. Методология. Биология. Физика. Ма­тематика. Теория систем.- М.: Прогресс-Традиция, 2008 (в пе­чати)

(http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/zaslavskiy_vremya.pdf ).

7. Цетлин М. Л. Исследования по теории автоматов и моделиро­ванию биологических систем.- М.: Наука, 1969.

8. Заславский А.М. К вопросу об отображении реальности созна­нием наблюдателя

//(http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/zaslavsky_vopros.pdf),