Пространство и время

Пространство и  время  

ВВЕДЕНИЕ 

Прошло более 2500 лет  с той поры, как было положено начало осмыслению времени и пространства, тем не менее, и интерес к проблеме и споры философов, физиков и  представителей других наук вокруг определения  природы пространства и времени  нисколько не снижаются. Значительный интерес к проблеме пространства и времени естественен и закономерен, влияния данных факторов на все аспекты  деятельности человека нельзя переоценить. Понятие пространства - времени является важнейшим и самым загадочным свойством Природы или, по крайней  мере, человеческой природы. Представление  о пространстве времени подавляет  наше воображение. Недаром попытки  философов античности, схоластов  средневековья и современных  ученых, владеющих знанием наук и  опытом их истории, понять сущность времени  – пространства не дали однозначных  ответов на поставленные вопросы. 

Диалектический материализм  исходит из того, что "в мире нет  ничего, кроме движущейся материи, и  движущаяся материя не может двигаться  иначе, как в пространстве и во времени". Пространство и время, здесь  выступают в качестве фундаментальных  форм существования материи. Классическая физика рассматривала пространственно - временной континуум как универсальную  арену динамики физических объектов. В прошлом веке представители  неклассической физики (физики элементарных частиц, квантовой физики и др.) выдвинули  новые представления о пространстве и времени, неразрывно связав эти  категории между собой. Возникли самые разные концепции: согласно одним, в мире вообще ничего нет, кроме пустого  искривленного пространства, а физические объекты являются только проявлениями этого пространства. Другие концепции  утверждают, что пространство и время  присущи лишь макроскопическим объектам. Наряду с интерпретацией времени  – пространства философией физики существуют многочисленные теории философов, придерживающихся идеалистических  взглядов, так Анри Бергсон утверждал, что время может быть познано  только нерациональной интуицией, а  научные концепции, представляющие время, как имеющее какое-либо направление, неверно интерпретируют реальность.  

Начинать исследование целесообразно с представлений  античной натурфилософии, анализируя затем весь процесс развития пространственно - временных представлений вплоть до наших дней.  

РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ  О ПРОСТРАНСТВЕ – ВРЕМЕНИ ДО НАЧАЛА 20-ГО ВЕКА. 

Понятие пространства и времени в античной философии. 

Понятие времени  возникло на основе восприятия человеком  смены событий, предоставленной  смены состояний предметов и  круговорота различных процессов. Естественнонаучные представления  о пространстве и времени прошли длинный путь становления и развития. Самые первые из них возникли из очевидного существования в природе  и в первую очередь в макромире  твердых физических тел, занимающих определенный объем. Рациональные идеи, согласующиеся с сегодняшними представлениями  о времени – пространстве можно  найти в учениях почти всех античных мыслителей. Так уже в  учении Гераклита центральное место  занимает идея всеобщего изменения  – в ту же реку вступаем и не вступаем. В анализе античных доктрин о  пространстве и времени остановимся  на двух наиболее полно исследовавших  данный вопрос: атомизме Демокрита и системе Аристотеля.  

Атомистическая доктрина была развита материалистами Древней  Греции Левкиппом и Демокритом и во многом предвосхитила фундаментальные открытия ученных прошлого века. Согласно, этой доктрины, всё природное многообразие состоит из мельчайших частичек материи (атомов), которые двигаются, сталкиваются и сочетаются в пустом пространстве. Атомы (бытие) и пустота (небытие) являются первоначалами мира. Атомы не возникают и не уничтожаются, их вечность проистекает из отсутствия начала у времени. Атомы двигаются в пустоте бесконечное время, которому соответствует бесконечное время. По Демокриту атомы физически неделимы в силу плотности и отсутствия в них пустоты. Сама же концепция была основана на атомах, которые в сочетании с пустотой образуют всё содержание реального мира. В основе этих атомов лежат амеры (пространственный минимум материи). Отсутствие у амеров частей служит критерием математической неделимости. Атомы не распадаются на амеры, а последние не существуют в свободном состоянии. Это совпадает с представлениями современной физики о кварках. Характеризуя систему Демокрита как теорию структурных уровней материи - физического (атомы и пустота) и математического (амеры), мы сталкиваемся с двумя пространствами: непрерывное физическое пространство как вместилище и математическое пространство, основанное на амерах как масштабных единицах протяжения материи. В соответствии с атомистической концепцией пространства у Демокрита сложились представления о природе времени и движения. В дальнейшем они были развиты Эпикуром в стройную систему. Эпикур рассматривал свойства механического движения исходя из дискретного характера пространства и времени. Например, свойство изотахии заключается в том, что все атомы движутся с одинаковой скоростью. На математическом уровне суть изотахии состоит в том, что в процессе перемещения атомы проходят один атом пространства за один атом времени. 

 Аристотель начинает  анализ с общего вопроса о  существовании времени, затем  трансформирует его в вопрос  о существовании делимого времени.  Дальнейший анализ времени ведётся  Аристотелем уже на физическом  уровне, где основное внимание  он уделяет взаимосвязи времени  и движения. Аристотель показывает, что время немыслимо, не существует  без движения, но оно не есть  и само движение. В такой модели времени впервые реализована реляционная концепция. Измерить время и выбрать единицы его измерения можно с помощью любого периодического движения, но, для того чтобы полученная величина была универсальной, необходимо использовать движение с максимальной скоростью. В современной физике это скорость света, в античной и средневековой философии - скорость движения небесной сферы. 

Пространство для  Аристотеля выступает в качестве некоего отношения предметов  материального мира, оно понимается как объективная категория, как  свойство природных вещей. Механика Аристотеля функционировала лишь в  его модели мира. Она была построена  на очевидных явлениях земного мира. Но это лишь один из уровней космоса  Аристотеля. Его космологическая  модель функционировала в неоднородном конечном пространстве, центр которого совпадал с центром Земли. Космос был разделен на два уровня: земной и небесный. Земной уровень состоял  из четырёх стихий - земли, воды, воздуха  и огня; небесный - из эфирных тел, пребывающих в бесконечном круговом движении. Аристотелю удалось создать  самую совершенную, для своего времени  модель пространства – времени, просуществовавшую  более двух тысячелетий. 

Развитие представлений  о пространстве и времени в  классической физике. 

Следующим значительным шагов в развитии представлений  о природе пространства и времени  были работы представителей классической физики. Как и для античных исследователей мира, для представителей классической физики основными были обыденные  представления о пространстве и  времени как о каких-то внешних  условиях бытия, в которые помещена материя и которые сохранились  бы, если бы даже материя исчезла. Такой  взгляд позволил сформулировать концепцию  абсолютного пространства и времени, получившую свою наиболее отчетливую формулировку в работе И. Ньютона  “Математические начала натуральной  философии”. Этот труд более чем  на два столетия определил развитие всей естественнонаучной картины мира. В нем были сформулированы основные законы движения и дано определение  пространства, времени, места и движения. 

 Раскрывая сущность  пространства и времени, Ньютон  предлагает различать два вида  понятий: абсолютные (истинные, материалистические) и относительные (кажущиеся, обыденные)  и дает им следующую типологическую  характеристику: 

 «Абсолютное,  истинное, материалистическое время  само по себе и своей сущности, без всякого отношения к чему-либо  внешнему, протекает равномерно  и иначе называется длительностью.  Относительное, кажущееся, или обыденное, время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как то: час, день, месяц, год...». 

 Абсолютное пространство  по своей сущности, не связано  с объектами, помещенными в  него, и безотносительно к чему  бы то ни было внешнему, остается  всегда одинаковым и неподвижным.  Относительное пространство есть  мера или какая-либо ограниченная  подвижная часть, которая определяется  нашими чувствами по положению  его относительно некоторых тел,  и которое в обыденной жизни  принимается за пространство  неподвижное. Время и пространство  составляют как бы вместилища  самих себя и всего существующего.  При таком понимании абсолютное пространство и время представлялись некоторыми самодовлеющими элементами бытия, существующими вне и независимо от каких-либо материальных процессов, как универсальные условия, в которые помещена материя. У Ньютона абсолютное пространство и время являются ареной движения физических объектов. 

 Этот взгляд  близок к субстанциональному  пониманию пространства и времени,  хотя у Ньютона они и не  являются настоящими субстанциями, как материя. Они обладают лишь  одним признаком субстанции - абсолютной  самостоятельностью существования  и независимостью от любых  конкретных процессов. Но они  не обладают другим важным  качеством субстанции - способностью  порождать различные тела, сохраняться  в их основе при всех изменениях  тел. Такую способность Ньютон  признавал лишь за материей, которая  рассматривалась как совокупность  атомов. Правда, материя - тоже вторичная  субстанция после Бога, который  сотворил мир, пространство и  время и привел их в движение. Бог, являясь существом непространственным  и вневременным, неподвластен времени,  в котором все изменчиво и  преходяще. Он вечен в своем  бесконечном совершенстве и всемогуществе  и является подлинной сущностью  всякого бытия. К нему не  применима категория времени,  Бог существует в вечности, которая  является атрибутом Бога. Чтобы  полнее реализовать свою бесконечную  мудрость и могущество, он создал  мир из ничего, творит материю,  а вместе с ней пространство  и время как условия бытия  материи. Но когда-нибудь мир  полностью осуществит заложенный  в нем при творении божественный  план развития и его существование  прекратиться, а вместе с миром  исчезнут пространство и время.  И снова будет только вечность  как атрибут Бога и его бесконечная  вездесущность. Подобные взгляды  выражались еще Платоном, Аврелием, Августином, Фомой Аквинским и их последователями.  

В этих воззрениях, даже с теологической точки зрения, содержаться глубокие противоречия. Ведь однократный акт творения мира и обреченность его на грядущую гибель не соответствует бесконечному могуществу, совершенству и мудрости Бога. Этим божественным атрибутам более соответствовало  бы бесконечное множество актов  творения самых различных миров, последовательно сменяющих друг друга в пространстве и времени. В каждом из них реализовывалась  бы определенная идея, данная этому  миру Богом, а все множество этих идей создавало бы бесконечное пространство и время. Подобные идей, высказанные  в общем виде еще александрийским  теологом Оригеном (IIIв. н.э.) и объявленные вскоре ересью, в Новое время развивались в философии Лейбница, выдвинувшего идею о предустановленной гармонии в каждом из потенциально возможных миров. Лейбниц рассматривал пространство как порядок существования тел, а время - как порядок отношения и последовательность событий. Это понимание составило сущность реляционной концепции пространства и времени, которая противостояла их пониманию как абсолютных и независящих ни от чего реальностей, подвластных только Богу. 

Наряду с объективными представлениями о пространстве – времени существовали и идеалистические  концепции (Беркли, Мах, Авенариус и др.), которые ставят пространство и время в зависимость от человеческого сознания, выводя их из способности человека переживать и упорядочивать события, располагать их одно после другого. Так, Кант рассматривал пространство и время как априорные (доопытные) формы чувственного созерцания, вечные категории сознания, аргументируя это ссылкой на стабильность геометрии Евклида в течение двух тысячелетий. 

 После выхода  в свет "Начал" Ньютона физика  начала активно развиваться, причём  этот процесс происходил на  основе механистического подхода.  Однако, вскоре возникли разногласия между механикой и оптикой, которая не укладывалась в классические представления о движении тел. После того, как физики пришли к выводу о волновой природе света вновь возникло понятие эфира - среды в которой свет распространяется. Каждая частица эфира могла быть представлена как источник вторичных волн, и можно было объяснить огромную скорость света огромной твёрдостью и упругостью частиц эфира. Иными словами эфир был материализацией Ньютоновского абсолютного пространства.  

Проблема пространства и времени была тесно связана  с концепциями близкодействия и  дальнодействия. Дальнодействие мыслилось  как мгновенное распространение  гравитационных и электрических  сил через пустое абсолютное пространство, в котором силы находят свою конечную цель благодаря божественному проведению. Концепция же близкодействия (Декарт, Гюйгенс, Френель, Фарадей) была связана  с пониманием пространства как протяженности  вещества и эфира, в котором свет распространяется с конечной скоростью  в виде волн. Это привело в дальнейшем к понятию поля, от точки к точке  которого и передавалось взаимодействие. Именно это понимание взаимодействия и пространства, развивавшееся в  рамках классической физике, было унаследовано и развито далее в XXвеке, после крушения гипотезы эфира, в рамках теории относительности и квантовой механики. Пространство и время вновь стали пониматься как атрибуты материи, определяющиеся ее связями и взаимодействиями.