Что такое пространство и время. Что такое пространство-время на самом деле

9. Пространство и время

Понятия пространства и времени . Все тела имеют определенную протяженность - длину, ширину, высоту. Они различным образом расположены друг относительно друга, составляют части той или иной системы. Пространство есть форма координации сосуществующих объектов, состояний материи. Оно заключается в том, что объекты расположены вне друг друга (рядом, сбоку, внизу, вверху, внутри, сзади, спереди и т. д.) и находятся в определенных количественных отношениях. Порядок сосуществования этих объектов и их состояний образует структуру пространства.

Явления характеризуются длительностью существования, последовательностью этапов развития. Процессы совершаются либо одновременно, либо один раньше или позже другого; таковы, например, взаимоотношения между днем и ночью, зимой и весной, летом и осенью. Все это означает, что тела существуют и движутся во времени. Время - это форма координации сменяющихся объектов и их состояний. Оно заключается в том, что каждое состояние представляет собой последовательное звено процесса и находится в определенных количественных отношениях с другими состояниями. Порядок смены этих объектов и состояний образует структуру времени.

Пространство и время - это всеобщие формы существования, координации объектов. Всеобщность этих форм бытия заключается в том, что они - формы бытия всех предметов и процессов, которые были, есть и будут в бесконечном мире. Не только события внешнего мира, но и все чувства, мысли происходят в пространстве и во времени. В мире все простирается и длится. Пространство и время обладают своими особенностями. Пространство имеет три измерения: длину, ширину и высоту, а время лишь одно - направление от прошлого через настоящее к будущему. Оно неотвратимо, неповторимо и необратимо.

Правильное понимание сущности пространства и времени тесно связано с научной картиной мира в целом. В мире все дифференцировано, расчленено на относительно устойчивые внеположные образования. Процессы, которые происходят в них и обусловливают их сохранение (воспроизведение), а вместе с тем и их изменение, тоже дифференцированы - они составляют последовательность сменяющих друг друга состояний объекта. Таким образом, в целостной картине мира каждый объект является лишь относительно выделенной частью более общей системы, а каждое явление - относительно выделенным звеном более общего процесса. Пространство и время существуют объективно, вне и независимо от сознания. Их свойства и закономерности также объективны, не являются порождением мысли. Чувствуя, как в своем неумолимом потоке уносит нас время, мы не можем ни остановить его, ни задержать, не можем вернуть ни одного прожитого мига. Течение времени находится вне нашего контроля. Мы столь же бессильны перед ним, как щепка перед речным потоком.

Единство материи, движения, пространства и времени . Существовало воззрение, согласно которому пространство - это как бы грандиозное вместилище, куда помещена материя. Время мыслилось наподобие потока, все увлекающего за собой и все поглощающего. Считалось, что мировое пространство заполнено абсолютно неподвижным эфиром, а в движущемся теле ощущается «эфирный ветер», подобный ветру, который овевает бегущего человека. Так, сначала пространство отрывается от протяженных вещей, а время - от реальных процессов, а затем говорится об их абсолютном бытии. Согласно Ньютону, пространство неизменно, неподвижно, его свойства не зависят ни от чего, в том числе и от времени; они не зависят ни от материальных тел, ни от их движения. Из пространства можно убрать все тела, и все же пространство останется и свойства его сохранятся. Такие же взгляды были у Ньютона и на время. Он считал, что время течет одинаково во всей Вселенной и это течение не зависит ни от чего, а поэтому время абсолютно.

Идея абсолютного пространства и времени соответствовала определенной физической картине мира, а именно: системе взглядов на материю как на совокупность отграниченных друг от друга атомов, обладающих неизменными объемом и инертностью (массой) и действующих друг на друга мгновенно либо на расстоянии, либо при соприкосновении. Изменение физической картины мира изменило и воззрения на пространство и время. Открытие электромагнитного поля и выяснение несводимости поля к состояниям механической среды мирового эфира - вскрыли несостоятельность классической картины мира. Оказалось, что материя не может быть представлена как совокупность отдельных, строго отграниченных друг от друга элементов. В действительности частицы вещества связаны друг с другом в единые системы полем, действие которого передается с конечной скоростью, одинаковой в любой замкнутой системе (со скоростью света в вакууме).

Огромный вклад в разработку научных представлений о связи пространства и времени с движущейся материей внес Н.И. Лобачевский. Им была выдвинута идея, согласно которой закономерности геометрии могут быть различными в разных масштабах. Лобачевский пришел к очень важному не только для геометрии, но и для философии выводу: свойства пространства не являются всегда и везде одинаковыми и неизменными. Он создал неевклидову геометрию, которая является более общей и включает в себя евклидову геометрию как частный случай, отражающий пространственные отношения, воспринимаемые нами в повседневном опыте. В ней через точку, взятую вне прямой, можно провести не одну (как в геометрии Евклида), а бесчисленное множество прямых, не пересекающихся с данной. Сумма углов треугольника в этой геометрии не остается постоянной и равной 180°, а меняется в зависимости от изменения длины его сторон и при этом всегда оказывается меньше 180°. Б. Риман создал еще одну неевклидову геометрию. В ней через точку, взятую вне прямой, нельзя провести ни одной прямой, не пересекающей данную. Иначе говоря, в этой геометрии вообще нет параллельных прямых, а сумма углов треугольника больше 180°. Эти парадоксальные положения приобретают очевидный смысл, если геометрические фигуры нарисовать не на плоскости, а, например, на поверхности сферы. Здесь роль прямых играют кратчайшие дуги, например дуги меридианов на поверхности Земли, каждые два из которых непременно пересекутся. Значит, на поверхности сферы невозможно провести параллельные кратчайшие линии. У нарисованного на сфере треугольника сумма углов больше 180°. Идеи Лобачевского получили свое дальнейшее развитие и конкретизацию в современной физике. Великое научное открытие XX в. - теория относительности, созданная А. Эйнштейном, - вскрыло конкретные связи пространства и времени с движущейся материей и друг с другом, выразив эти связи строго математически в определенных законах .

Одним из выражений связи пространства и времени с движением материи является тот факт, обнаруженный теорией относительности, что одновременность событий не абсолютна, а относительна .

Наш ограниченный земной опыт приводит к иллюзии, будто два события, одновременные по отношению к одному телу, одновременны и по отношению к другим телам независимо от их относительного движения. Мы склонны полагать, что данное мгновение охватывает всю Вселенную. Эта кажимость могла бы иметь физический смысл, если бы воздействие на удаленное тело происходило с бесконечной скоростью. Но бесконечных скоростей взаимодействия тел нет. Каждое событие происходит через некоторое время после вызвавшего его другого события. Одного и того же мгновения для всего мира не может быть. В мире нет единственного «сейчас», разделяющего все прошлые события и события будущего. Каждая система имеет свое «сейчас», свое прошлое и будущее.

С этим фундаментальным положением связаны другие важные принципы теории относительности. Оказывается, расстояние между какими-либо телами, находящимися в пространстве на конечном удалении друг от друга, неодинаково в различных движущихся инерциальных системах. С возрастанием скорости длина тела сокращается. В мире нет единственной длины тела: она меняется в зависимости от системы отсчета. Подобно этому промежуток времени между какими-либо событиями различен в различных движущихся материальных системах - с возрастанием скорости он уменьшается. Такое изменение протяженности тел и временных промежутков, связанное со скоростью движения, свидетельствует о внутреннем единстве пространства и времени. Итак, в мире все пространственно и временно. Пространство и время абсолютны. Но поскольку это формы движущейся материи, постольку они не безразличны к своему содержанию: перемещаясь, предмет не оставляет после себя свою пустую форму, пространство - это не «наемная квартира» для такого «жильца», как материя, а время нельзя уподоблять чудовищу, которое грызет вещи и оставляет на них отпечатки своих зубов. Пространство и время обусловлены материей, как форма своим содержанием, и каждый уровень движения материи характеризуется своей пространственно-временной структурой. Так, особенными свойствами пространства и времени обладают живые клетки и организмы, где усложняется геометрия и изменяется ритм времени. Предполагают, что существует историческое время, единицей которого может быть смена одного поколения другим. Эта единица соответствует столетию. Возможно, что внеземные цивилизации исчисляют историческое время иными мерами.

Конечное и бесконечное . Чье воображение не волновало таинственное ощущение бездны мироздания? Кого не поражала космическая экзотика при виде ночного неба, искрящегося мириадами звезд? Вспомним слова М.В. Ломоносова:

Открылась бездна, звезд полна;

звездам числа нет, бездне - дна…

В повседневной жизни, во всем, что нас окружает, мы сталкиваемся с конечными предметами, процессами. Под бесконечностью в повседневной практике мы понимаем все достаточно большое или достаточно малое в зависимости от условий рассматриваемой задачи. Например, миллиард в степени сто практически бесконечная величина. Из любой точки пространства можно бросить копье, затем из достигнутой точки повторить это. И так все вновь и вновь, нигде не натыкаясь на границу. Это дурная бесконечность. В отличие от дурной истинная бесконечность в процессе: это постоянный выход за пределы конечного. Вселенная не дана в готовом виде, она непрерывно создается. Это постоянно творящая себя действительность. Бесконечное проявляется в конечном и через конечное. Через конечное мы идем к познанию бесконечного. Конечное это все время появляющийся и исчезающий момент бесконечного изменения сущего. Изменение вообще связано с выходом объекта за свои пространственные, временные, количественные и качественные границы. Сам факт взаимодействия вещей суть непрерывный выход за пределы конечного, индивидуального бытия. И в этом постоянном «выхождении вне себя» состоит бесконечная природа конечного. Отношений объекта к другим объектам бесконечное множество. Следовательно, объект обладает бесконечным множеством свойств. И в этом смысле бесконечность выступает как качественное многообразие. Следовательно, истинная бесконечность - это процесс, качественное многообразие, включающее в себя бесконечность пространства и времени, единство противоположностей, постоянный выход за пределы конечного, процесс его продолжения.

Следует отметить, что исследование конечного, ограниченного как момента бесконечного процесса изменения имеет большое методологическое значение для понимания строения Вселенной. Это прежде всего связано с современным толкованием гравитации. А. Эйнштейн рассматривал гравитационные поля различных тел как искривления пространства в областях, окружающих эти тела. Тела, находящиеся на поверхности Земли, вызывают незаметные искривления. Но имеет ли кривизну все мировое пространство? Кривизна пространства определяется искривлением световых лучей, проходящих мимо массивных тел. Понять суть общей кривизны пространства возможно по аналогии с общей кривизной такого, например, двумерного пространства, как поверхность Земли, на которой мы наблюдаем впадины, пригорки, горы, т. е. отдельные искривления. Наряду с ними имеется кривизна поверхности Земли в целом. Дороги на поверхности Земли поднимаются по холмам и спускаются в долины; они приспосабливаются к местности. Если взять совокупность мировых линий всех тел природы, то эти линии сильнее искривляются вблизи центров тяготения. Планеты вызывают более слабое искривление, чем звезды. Тяготение незначительно в межгалактической области, где мировые линии выпрямляются. Если искривляются все мировые линии, мы можем говорить об общем искривлении пространства.

Некоторые склонны интерпретировать факт искривленности пространства как доказательство замкнутости и в этом смысле конечности мира, подобно конечности любой сферической поверхности. Отсутствие у пространства каких-либо границ не означает, что в нем имеется сколь угодно большое расстояние. Движение в таком пространстве в строго определенном направлении не обязательно будет удалять от исходной точки, но в силу внутренней кривизны пространства может завершиться возвращением в исходную точку с противоположной стороны. Эта проблема аналогична той, которая обсуждалась до кругосветного путешествия Магеллана: можно ли, плывя в строго определенном направлении, скажем на запад, тем не менее оказаться в конце концов в исходной точке, вернувшись в нее с востока, покрыв при этом конечное расстояние. Безграничность пространства не означает его бесконечности.

Другие утверждают, что из искривленности пространства не вытекает с однозначной необходимостью его конечность. Замкнутость пространства - лишь частный и идеализированный (допуская равномерное распределение материи во Вселенной) случай кривизны пространства. Будучи искривленным, пространство остается бесконечным.

Наша мысль витала от масштабов Земли в просторы Космоса, в безначальное и бесконечное время - это экстенсивная бесконечность. Сами мы находимся как бы между бесконечной далью известных и неизвестных миров и столь же бесконечной глубиной мира мельчайших частиц материи - это интенсивная бесконечность. От областей в миллионы световых лет мысль проникла в области порядка триллионных долей сантиметра. Здесь свои свойства конечного и бесконечного. Так, по мнению многих физиков, возможно наличие некоторой фундаментальной длины - кванта пространства. Рассматривать расстояния меньше этой длины так же бессмысленно, как говорить, например, о количестве золота менее одного его атома, ибо оно не будет уже данным химическом элементом. Таким образом, ученые допускают существование своего рода «пространства» атомов. Из этого следует признание и минимального времени, в пределах которого теряет смысл понятие фазы, т. е. различия состояния во времени.

Одной из попыток опровергнуть теорию бесконечности мира является концепция расширяющейся Вселенной, возникшая в связи с открытием явления «красного смещения» линий внегалактических туманностей (галактик). Если источник света приближается, спектральные линии смещаются в сторону более коротких волн, если удаляется - в сторону более длинных. Это явление называется эффектом Доплера. Оказалось, что у галактик (за исключением немногих, самых близких к нам) спектральные линии всегда смещены в длинноволновую часть спектра («красное смещение» линий), причем смещение тем больше, чем более удалена от нас галактика. Это означает, что все галактики удаляются от нас, причем скорость этого «разлета» по мере удаления галактик растет. Д. Джинc, например, полагал, что во Вселенной не только количество вещества уменьшается, но и то, что осталось, непрерывно «разбегается» в пространстве с колоссальной и зловеще увеличивающейся скоростью. Однако для подобных выводов нет оснований. Метагалактика, в которой наблюдается «разбегание» галактик, несмотря на всю фантастическую для нас грандиозность ее размеров, лишь крохотная частица в бесконечной Вселенной, поэтому нельзя говорить о «расширении» всей Вселенной.

Далее. Нет оснований утверждать, что движение туманностей даже в наблюдаемой нами части Вселенной оставалось тем же самым во все времена. Современная космология исходит из признания анизотропной неоднородной Вселенной - неодинаковости свойств вещества по разным направлениям. Соответствующая современным данным теория анизотропной неоднородной Вселенной доказала возможность одновременного расширения одних областей метагалактики и сжатия других, смены сжатия расширением и наоборот. В сжимающихся метагалактиках направление течения времени является обратным. Следовательно, гравитация определяет не только метрику (шкалу, ритм) времени, но и такое глубокое топологическое его свойство, как ориентируемость. Таким образом, выявив эффективность гибкого метода мышления, данная теория преодолела односторонность, свойственную однородным изотропным моделям Вселенной.

Итак, в мире все предметы и процессы конечны. Но совокупность конечных вещей и процессов бесконечна. Мир безначален, бесконечен и неистощим. За отдаленнейшими звездными системами, куда нам позволили заглянуть современная наука и техника, располагаются все новые и новые гигантские небесные тела. И так до бесконечности: каждая познанная человеком система мира является частью все более и более обширной системы. Вселенная, по словам А. Пуанкаре, издана в одном экземпляре и охватывает все. Не существует границ, за которыми могло быть еще нечто, не охватываемое понятием объективной реальности. Понятие границы имеет смысл лишь применительно к конечному. И наше поглощаемое далью воображение, и космонавты будущего не могут встретить такое сверхъестественное препятствие, как небытие. Как бы много ни прошло времени до какого-либо события, время будет длиться и дальше. Каким бы давно прошедшим ни было событие, ему предшествовало неисчислимое множество других. Цепь событий нигде не оборвана. Звеньям ее нет числа. В мире, как целом, нет ни исходного, ни завершающего пункта: он одинаково открыт в обе стороны.

Понятие начала имеет смысл применительно не к миру в целом, а лишь к отдельным конкретным вещам и процессам, т. е. к конечному. Каждая вещь или фаза развития произошла от другой конечной вещи, возникла из предшествующей ступени развития. К миру в целом неприменимы «от» и «до». Он кладет на них строгий запрет. Он не обладает возрастом. Он бесконечно стар и вечно молод. Мы не можем представить себе Вселенную прожившей свой век и печально прозябающей остаток вечности.

Мир существует в пространстве и времени: «основные формы всякого бытия – писал Энгельс – суть пространство и время, бытие вне времени есть такая же величайшая бессмыслица, как бытие вне пространства». (Т. 20, стр. 51). Пространство представляет собой общую закономерность связи и отношений сосуществующих материальных состояний.

Время есть общая закономерность связи и отношений сменяющихся состояний.

В философии и науке существовали самые разнообразные трактовки пространства и времени.

Пространство понималось как:

– протяженная пустота, которую заполняли все тела, но которая от них не зависела (Демокрит, Эпикур, Ньютон);

– протяженность материи или эфира (Платон, Аристотель, Декарт, Спиноза, Ломоносов); форма бытия материи (Гольбах, Энгельс);

– порядок сосуществования и взаимного расположения объектов (Лейбниц, Лобачевский);

– комплекс ощущений и опытных данных (Беркли, Юм) или априорная форма чувственного созерцания (Кант).

Время также трактовалось по – разному:

– субстанция или самодавлеющая сущность. Этот взгляд послужил началом выявления метрических свойств времени, с ним связана субстанциональная концепция времени;

– Гераклит ставил вопрос о текучести, непрерывности и универсальности времени, определяя традицию динамической трактовки времени;

– статическая концепция времени. Парменид говорил о неизменности времени, изменчивость же – это только особенность нашей чувственности;

– идеалистическая реляционная трактовка времени . Пример – учение Платона: в «мире идей» время статично, а в «мире вещей» время динамично и релятивно, обладает прошлым настоящим и будущим;

– длительность существования и мера изменений материи (Аристотель, Декарт, Гольбах); форма бытия материи, выражающая длительность и последовательность изменений (Энгельс) – материалистический вариант реляционного подхода;

– абсолютная субстанциальная длительность, однородная для всей Вселенной и независимая ни от каких взаимодействий и движений вещей (классическая субстанциальная концепция Ньютона);

– относительное свойство феноменальных вещей, порядок последовательности событий (классический вариант реляционной концепции Лейбница);

– форма упорядочивания комплексов ощущений (Беркли, Юм) или априорная форма чувственного созерцания (Кант).

Таким образом, понимание пространства и времени можно свести к двум фундаментальным подходам: 1) субстанциональная концепция – пространство и время как самостоятельные сущности. 2) реляционная концепция – пространство и время как производное от взаимодействия движущихся тел.

Примером первой концепции может служить метафизическая точка зрения, основанная на ньютоновской физике. Она рассматривала пространство как абсолютную протяженность. а время как абсолютную длительность. Тем самым пространство и время выступали в качестве самостоятельных сущностей – субстанций, существующих сами по себе, независимо от материальных объектов, но оказывающих на них влияние.

Дальнейшее развитие естествознания, научные открытия второй половины XIX века отбросило идею об абсолютно независимом пространстве и времени и доказало диалектическую идею о наличии глубокой внутренней связи между материальными системами, пространством, временем и движением. В общей теории относительности было показано, что метрические свойства пространства определяются распределением и движением тяготеющих масс и что силы тяготения в каждой точке этого пространства зависят от ее метрики. Вблизи тяжелых объектов геометрические свойства пространства начинают отклоняться от эвклидовых, а темп течения времени замедляется.

Частная (или специальная) теория относительности установила связь пространства и времени между собой. Так, преобразования Лоренца позволяют признать сокращение длины отрезка в направлении движения и замедление хода времени.

Было также показано, что пространство и время представляют собой единый четырехмерный пространственно-временной континиум где, согласно формуле Минковского, интервал между двумя событиями (ds) дается формулой:

ds 2 =dx 2 +dy 2 +dz 2 -c 2 t 2 .

На основании новейших открытий был сделан вывод, что сами пространство и время производны от конкретных физических событий и взаимодействий. Они не являются самостоятельными сущностями. Реально только физическое событие, которое можно описать в пространственно – временных характеристиках. Таким образом, в философии пространство и время выступают как важнейшие атрибуты бытия, характеризующие функцию физических отношений между собой.

В этом отношении не приемлема точка зрения субъективного идеализма, для которого пространство и время являются созданием нашего сознания. Так, согласно взглядам Д.Юма, мир состоит из восприятий, и люди, якобы не знают и не могут знать, скрывается ли что-нибудь за ними. Задача ума состоит в том, чтобы установить связи, ассоциации между восприятиями, которые либо находятся одно подле другого, либо следуют, одно за другим. В первом случае возникает ассоциация пространственной смежности, во втором случае – временной. Пространство и время, таким образом, существуют только в восприятии и лишены объективности. Мах – представитель эмпириокритицизма, придерживался по существу юмовской точки зрения, когда утверждал, что «пространство и время суть упорядоченные… системы рядов ощущений». Если, согласно концепции Юма, пространственно-временные представления приобретаются в ходе опыта, то у Кантаони предшествуют всякому опыту, доопытные условия опыта. «Когда я, – пишет Кант, – отделяю от представления о теле все, что рассудок мыслит о нем, как-то: субстанцию, силу, делимость и т.п., а также все, что принадлежит в нем ощущению, как-то: непроницаемость, твердость, цвет и т. п., то у меня остается от этого эмпирического созерцания еще нечто, а именно протяжение и образ. Все это принадлежит к чистому созерцанию, которое находится в душе также и без действительного предмета чувств или ощущений, как чистая форма чувственности» (И. Кант, т. 3, стр. 128).

В гносеологическом плане наиболее важным свойством пространства и времени являются их объективность, независимость от сознания. К числу важнейших онтологических характеристик пространства и времени относятся их неразрывная связь с структурными уровнями бытия .

Кроме этих общих свойств пространства и времени существуют и более специфические. К числу важнейших свойств времени относятся его одномерность и необратимость : время имеет одно измерение и течет в одном направлении – от прошлого к будущему. Время также однородно, так как его течение в замкнутых системах не вызывает изменение энергии этих систем. Специфическими свойствами пространства являются его трехмерность, однородность, изотропность . Трехмерность пространства означает, что все материальные объекты имеют три измерения: длину, ширину, глубину. Однородность пространства говорит о том, что оно не вызывает изменения импульса тела и не изменяет момента количества движения тела, в нем отсутствуют какие – либо выделенные точки. Изотропность означает равноправность всех возможных направлений.

Социальное пространство обусловлено своим носителем. Социальное пространство простирается в рамках распоряжения элементами природного и общественного характера, их распределением определенными социальными группами. Этим измеряется протяженность социального пространства.

Постоянное взаимодействие социальных групп во времени означает непрерывность пространства. Разрыв этих отношений – дискретность. Симметричность социального пространства выступает как перемещение продуктов труда от одной группы к другой.

Социальное время обладает также своими особенностями.

В жизни человека время занимает особое место, так как речь идет о времени его жизни. Человек – не автомат, который можно переключить то на одну, то на другую скорость. Подчиняясь объективному ритму, темпу развития, человек вносит в формирование системы временных отношений в обществе и нечто свое, субъективное.

Время как форма всякого бытия выступает и формой бытия личности. Активность человека как существенный компонент его бытия зависит от субъективных факторов (осознание человеком его роли в обществе, убеждений и установок, социально-ценностной ориентации), а также от ряда объективных условий, среди которых социальное время (объективная форма бытия общества) играет большую роль. Социальное время понимается как историческое, как форма существования, развития и смены этапов общества.

Поэтому все материальные отношения в обществе выступают как временные, как и отношения между социальными институтами и другими социальными образованьями.

Сложившаяся система временных отношений в обществе, структура социального времени, объективна по отношению к деятельности личности. Она является объективной формой реализации личностью любых действий, в том числе и самореализации личности в целом. Она может, как сдерживать активность человека, так и способствовать ее усилению. Многое зависит от того, какие противоречия существуют при освоении времени обществом и как они разрешаются.

Социальной формой движения материи присуще все многообразие временных отношений: длительность, упорядоченность, асимметричность, не замкнутость, одномерность, необратимость и т. д.

Временная организация социальных процессов имеет два измерения: синхронное и диахронное. В том случае, когда отсутствует временная едино направленность социальных процессов, иначе говоря, когда какой-то из общественных блоков воспроизводит устаревшие социальные реформы, в то время как другие элементы системы работают на будущее или уже используют формы будущего развития, наблюдается диахронное противоречие. Такое соотношение в социальном времени можно назвать равноправным. Выявление и разрешение противоречий синхронного и диахронного развития – обязательное условие активации человека. В связи поколений реализуется связь прошлого, настоящего и будущего.

Время – культурно-историческая ценность. Переход на интенсивный путь развития предполагает резкое сокращение потерь социального времени.

Литература.

1. Алексеев П.В., Панин А.В. Философия. – М., 2000. Разд. Ш, гл. XVII.

2. Философия / Под ред. А.Ф.Зотова и др. – М.,2002. Разд. 4, г. 3, п. 6.

3. Философия / Под ред. В.В.Миронова. – М., 2005. Разд.IV, гл. 2.

November 16th, 2014

Многие исследователи считают, что физика не будет законченной, пока не сможет объяснить поведение пространства, времени и их происхождение.

«Представьте себе, однажды вы просыпаетесь и понимаете, что живете внутри компьютерной игры. Если это так, тогда все вокруг, весь трехмерный мир — это всего лишь иллюзия, информация, закодированная на двумерной поверхности» - Марк Ван Раамсдонк - физик, Университет Британской Колумбии, Ванкувер, Канада.

Это сделало бы нашу Вселенную с ее тремя пространственными измерениями, своего рода голограммой, источник которой находится в низших измерениях.

Этот «голографический принцип» довольно необычен для теоретической физики. Но Ван Раамсдонк является членом небольшой группы исследователей, которые считают, что это вполне нормально. Просто ни один из столпов современной физики: ни общая теория относительности, которая описывает гравитацию как искривление пространства и времени, ни квантовая механика, не могут объяснить существование пространства и времени. Даже , не может этого сделать.

Давайте рассмотрим эту теорию подробнее …

Ван Раамсдонк и его коллеги убеждены, что необходимо дать конкретное представление понятий пространства и времени, пусть даже такое во многом нелепое, как голография. Они утверждают, что радикальное переосмысление реальности является единственным способом объяснить, что происходит, когда бесконечно плотная сингулярность в центре черной дыры искажает пространство-время до неузнаваемости. Оно так же поможет объединить квантовую теорию и общую теорию относительности, а этого теоретики пытаются добиться уже не одно десятилетие.

«Все наши опыты свидетельствуют о том, что вместо двух полярных концепций реальности, должна быть найдена одна всеобъемлющая теория» - Абэй Аштекар - физик, Университет штата Пенсильвания, Юниверсити-Парк, штат Пенсильвания

Гравитация как термодинамика
Но ради чего все эти попытки? И как найти то самое «сердце» теоретической физики?

Ряд поразительных открытий, сделанных в начале 1970-х годов, натолкнули на мысль, что квантовая механика и гравитация тесно связаны с термодинамикой.

В 1974 году Стивен Хокинг из Кембриджского университета в Великобритании показал, что квантовые эффекты в космосе вокруг черной дыры могут привести к выбросу излучения высокой температуры. Другие физики быстро отметили, что это явление является довольно общим. Даже в совершенно пустом пространстве астронавт, испытывающий ускорение, будет ощущать вокруг себя тепло. Эффект слишком мал, чтобы его можно было заметить в случае с космическим кораблем, но само по себе предположение казалось фундаментальным. И если квантовая теория и общая теория относительности правильны (что подтверждается экспериментами), то излучение Хокинга действительно существует.

За этим последовало второе ключевое открытие. В стандартной термодинамике объект может излучать тепло только за счет уменьшения энтропии, меры количества квантовых состояний внутри него. То же самое и с черными дырами; еще до появления доклада Хокинга в 1974 году Джейкоб Бекенштейн, который в настоящее время работает в Еврейском университете в Иерусалиме, предположил, что черные дыры обладают энтропией. Но есть разница. В большинстве объектов энтропия пропорциональна числу атомов объекта, а значит и объему. Но энтропия черной дыры пропорциональна площади ее горизонта событий, границы, из которой даже свет не может вырваться. Как будто в этой поверхности закодирована информация о том, что внутри (прям как двумерные голограммы кодируют трехмерное изображение).

В 1995 году Тед Джекобсон, физик из Мэрилендского университета в Колледж-Парке, скомбинировал эти два открытия и предположил, что каждая точка в пространстве находится на крошечном «горизонте черной дыры», который также подчиняется пропорции энтропия-площадь. Даже уравнения Эйнштейна удовлетворяют этому условию (естественно, физик оперировал термодинамическими понятиями, а не пространством-временем).

«Возможно, это позволит нам узнать больше о происхождении гравитации», — говорит Якобсон. Законы термодинамики являются статистическими, поэтому его результат позволяет предположить, что гравитация – явление также статистическое (макроскопическое приближение к невидимым компонентам пространства-времени).

В 2010 году эта идея шагнула еще дальше. Эрик Верлинде, специалист по теории струн из университета Амстердама, предположил, что статистическая термодинамика пространственно-временных составляющих могла дать толчок закону Ньютона о гравитационном притяжении.

Сверхновые - звезды, блеск которых увеличивается на десятки звездных величин за сутки. В течение малого периода времени взрывающаяся сверхновая может быть ярче, чем все звезды ее родной галактики.
Существует два типа cверхновых: Тип I и Тип II. Считается, что Тип II является конечным этапом эволюции одиночной звезды с массой М*=10±3Мsun. Тип I связан, по-видимому, с двойной системой, в которой одна из звезд белый карлик, на который идет аккреция со второй звезды.

Гамма-всплески – выбросы гамма-излучения, связанные с самыми высокоэнергетическими взрывами. Изначальное гамма-излучение испускается в течение времени от десятка миллисекунд до нескольких минут, за ним следует послесвечение на более длинных волнах. Большая часть гамма-всплесков связана с образованием нейтронных звезд и черных дыр после взрывов сверхновых, самые короткие всплески возникают при столкновении двух нейтронных звезд.

В другой работе Тану Падманабан, космолог из Межвузовского центра астрономии и астрофизики в Пуне, показал, что уравнения Эйнштейна можно переписать в форме, идентичной законам термодинамики, как и многие другие альтернативные теории тяжести. В настоящее время Падманабан работает над обобщением термодинамического подхода, пытаясь объяснить происхождение и величину темной энергии, таинственной космической силы, ускоряющей расширение Вселенной.

Подобные идеи проверить эмпирически крайне сложно, но не невозможно. Чтобы понять, состоит ли пространство-время из отдельных компонентов, можно провести наблюдение за задержкой фотонов высоких энергий, путешествующих к Земле от далеких космических объектов, таких как сверхновые и γ-всплески.

В апреле Джованни Амелино-Камелия, исследователь квантовой гравитации из Римского Университета, и его коллеги обнаружили намеки именно на подобные задержки фотонов, идущих от γ-всплеска. Как говорит Амелино-Камелия, результаты не являются окончательными, но группа планирует расширить свои поиски, чтобы зафиксировать время движения нейтрино высоких энергий, создаваемых космическими событиями.

«Если теория не может быть проверена, то наука для меня не существует. Она превращается в религиозные убеждения, которые не представляют для меня никакого интереса»
- Джованни Амелино-Камелия - исследователь квантовой гравитации, Римский Университет

Другие физики концентрируются на лабораторных испытаниях. В 2012 году, например, исследователи из Венского университета и Имперского колледжа Лондона провели настольный эксперимент, в котором микроскопические зеркала перемещаются при помощи лазеров. Они утверждали, что пространство-время в Планковском масштабе приведет к изменению света, отраженного от зеркала.

Петлевая квантовая гравитация

Даже если термодинамический подход верен, он все равно ничего не говорит о фундаментальных составляющих пространства и времени. Если пространство-время представляет собой ткань, то каковы ее нити?

Один из возможных ответов вполне буквален. Теория петлевой квантовой гравитации, которую выдвинул в середине 1980-х Аштекар и его коллеги, описывает ткань пространства-времени как растущую паутину из нитей, которые несут информацию о квантованных площадях и объемах областей, через которые они проходят. Отдельные нити сети должны, в конечном итоге, образовывать петли. Отсюда и название теории. Правда, она не имеет ничего общего с гораздо более известной теорией струн. Последние движутся вокруг пространства-времени, тогда как нити и есть пространство-время, а информация, которую они несут, определяет форму пространственно-временной ткани вокруг них.

Петли – это квантовые объекты, однако, они также определяют минимальную единицу площади и, во многом, таким же образом, как и обычная квантовая механика определяют минимальную энергию электрона в атоме водорода. Попытайтесь вставить дополнительные нити меньшей площади, и они просто отсоединятся от остальной сети и не смогут больше связаться ни с чем.
Они как бы выпадают из пространства-времени.

Минимальная площадь хороша тем, что петлевая квантовая гравитация не может сжать бесконечное количество кривых в бесконечно малую точку. Это означает, что она не может привести к тем особенностям, когда уравнения Эйнштейна рушатся: в момент Большого Взрыва или в центре черных дыр.

Воспользовавшись этим фактом, в 2006 году Аштекар и его коллеги представили серию моделей, в которых повернули время вспять и продемонстрировали то, что было до Большого взрыва. По мере приближения к фундаментальному пределу размера, продиктованному петлевой квантовой гравитацией, сила отталкивания раскрыла и зафиксировала сингулярность открытой, превратив ее в туннель к космосу, предшествующему нашему.

В этом году Родольфо Гамбини из Республиканского Университета Уругвая в Монтевидео и Хорхе Пуйин из Университета Луизианы в Батон-Руж представили аналогичные модели, но уже для черной дыры. Если двигаться глубоко в сердце черной дыры, то можно обнаружить не сингулярность, а тонкий пространственно-временной туннель, ведущий в другую часть космоса.

Петлевая квантовая гравитация не является полноценной теорией, так как она не содержит никаких других сил. Кроме того, физикам еще предстоит показать, как «получилось» обычное пространство-время из информационной сети. Но Даниэле Орити, физик из Института гравитационной физики Макса Планка в Гольме, надеется найти вдохновение в работе ученых, представивших экзотические фазы материи, которая совершает переходы, описанные квантовой теорией поля. Орити и его коллеги ищут формулы для описания того, как Вселенная могла бы проходить аналогичные фазы от набора дискретных петель к плавному и непрерывному пространству-времени.

Причинный ряд
Разочарования заставили некоторых исследователей придерживаться минималистской программы, известной как теория причинного ряда. Основанная Рафаэлем Соркиным, теория постулирует, что строительные блоки пространства-времени – это простые математические точки, связанные либо с прошлым, либо с будущим.

Это «скелетное» представление причинности, которая утверждает, что более раннее событие может повлиять на более позднее, но не наоборот. В результате сеть как растущее дерево превращается в пространство-время.

«Пространство появляется из точки так же, как температура выходит из атома. Нет смысла говорить об одном атоме, значение заключено в их большом количестве»
- Рафаэль Соркинфизик, Институт Теоретической Физики «Периметр» в Ватерлоо, Канада

В конце 1980-х Соркин использовал эту структуру, чтобы представить число точек, которое должна включать Вселенная, и пришел к выводу, что они должны быть причиной малой внутренней энергии, которая ускоряет расширение Вселенной. Несколько лет спустя открытие темной энергии подтвердило его догадку. «Люди часто думают, что квантовая гравитация не может сделать проверяемых предсказаний, но здесь именно тот случай», — говорит Джо Хенсон, исследователь квантовой гравитации из Имперского колледжа в Лондоне. » Если значение темной энергии было бы больше или его не было бы совсем, тогда теория причинного ряда была бы исключена».

Причинная динамическая триангуляция
Едва ли найдутся доказательства, однако теория причинного ряда предложила несколько других возможностей, которые можно было бы проверить. Некоторые физики обнаружили, что гораздо удобнее использовать компьютерное моделирование. Идея, появившаяся в начале 1990-х, состоит в аппроксимации неизвестных фундаментальных составляющих крошечными кусочками обычного пространства-времени, оказавшимися в бурлящем море квантовых флуктуаций, и наблюдении за тем, как эти кусочки спонтанно соединяются в более крупные структуры.

«Первые попытки аппроксимации неизвестных фундаментальных составляющих крошечными кусочками обычного пространства-времени были неудачными. Строительные блоки пространства-времени были простыми гиперпирамидами, четырехмерные прототипы трехмерных тетраэдров, а предполагаемое соединение позволило им свободно комбинироваться. В результате получилась серия странных «вселенных», в которых было слишком много измерений (или слишком мало), часть из них существовала сама по себе, а часть разрушалась. Это была попытка показать то, что нас окружает. В конце концов, измерение времени не похоже на три измерения пространства. Мы не можем путешествовать назад и вперед во времени, поэтому визуализация была изменена с учетом причинности. Тогда мы обнаружили, что пространственно-временные кусочки начали собираться в четырехмерные вселенные со свойствами, подобными нашей»
- Рената Лолл физик, Университет Неймегена, Нидерланды

Интересно, что моделирование также намекает на то, что вскоре после Большого взрыва Вселенная прошла через младенческую фазу только с двумя измерениями: одно пространственное и одно временное. Это заключение было сделано независимо от попыток получить уравнения квантовой гравитации, и даже независимо от тех, кто полагает, что появление темной энергии является признаком того, что в нашей Вселенной появляется четвертое пространственное измерение.

Голография
Между тем, Ван Раамсдонк предложил совсем другое представление о появлении пространства-времени, основанное на голографическом принципе. Голограммоподобный принцип того, что у черных дыр вся энтропия находится на поверхности, был впервые представлен Хуаном Малдасеной, приверженцем теории струн из Института Передовых Исследований в Принстоне. Он опубликовал свою модель голографической Вселенной в 1998 году. В этой модели трехмерный «интерьер» Вселенной включал в себя струны и черные дыры, управляемые исключительно силой тяжести, в то время как ее двумерная граница имела элементарные частицы и поля, подчинявшиеся обычным квантовым законам, а не гравитации.

Гипотетические жители трехмерного пространства никогда бы не увидели эту границу, потому что она была бы бесконечно далеко. Но это никак не влияет на математику: все, что происходит в трехмерной Вселенной может быть одинаково хорошо описано уравнениями в случае двумерной границы, и наоборот.

В 2010 году Ван Раамсдонк объяснил запутывание квантовых частиц на границе. Это означает, что данные, полученные в одной части, неизбежно скажутся на другой. Он обнаружил, что если каждая частица запутывается между двух отдельных областей границы, она неуклонно движется к нулю, поэтому квантовая связь между ними исчезает, трехмерное пространство начинает постепенно делиться (как клетка) до тех пор, пока не порвется последняя связь.

Времени не существует? А ведь мы с вами еще обсуждали что такое и Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -

Пространство и время

всеобщие формы существования материи (См. Материя). П. и в. не существуют вне материи и независимо от неё.

Пространственными характеристиками являются положения относительно др. тел (координаты тел), расстояния между ними, углы между различными пространственными направлениями (отдельные объекты характеризуются протяжённостью и формой, которые определяются расстояниями между частями объекта и их ориентацией). Временные характеристики - «моменты», в которые происходят явления, продолжительности (длительности) процессов. Отношения между этими пространственными и временными величинами называются метрическими. Существуют также и топологические характеристики П. и в. - «соприкосновение» различных объектов, число направлений. С чисто пространственными отношениями имеют дело лишь в том случае, когда можно отвлечься от свойств и движения тел и их частей: с чисто временными - в случае, когда можно отвлечься от многообразия сосуществующих объектов.

Однако в реальной действительности пространственные и временные отношения связаны друг с другом. Их непосредственное единство выступает в движении материи; простейшая форма движения - перемещение - характеризуется величинами, которые представляют собой различные отношения П. и в. (скорость, ускорение) и изучаются кинематикой (См. Кинематика). Современная физика обнаружила более глубокое единство П. и в. (см. Относительности теория), выражающееся в совместном закономерном изменении пространственно-временных характеристик систем в зависимости от движения последних, а также в зависимости этих характеристик от концентрации масс в окружающей среде.

По мере углубления знаний о материи и движении (См. Движение) углубляются и изменяются научные представления о П. и в. Поэтому понять физический смысл и значение вновь открываемых закономерностей П. и в. можно только путём установления их связей с общими закономерностями взаимодействия и движения материи.

Понятия П. и в. являются необходимой составной частью картины мира в целом, поэтому входят в предмет философии. Учение о П. и в. углубляется и развивается вместе с развитием естествознания (См. Естествознание) и прежде всего физики (См. Физика). Из остальных наук о природе значительную роль в прогрессе учения о П. и в. сыграла Астрономия и в особенности Космология .

Развитие физики, геометрии и астрономии в 20 в. подтвердило правильность положений диалектического материализма о П. и в. В свою очередь диалектико-материалистическая концепция П. и в. позволяет дать правильную интерпретацию современной физической теории П. и в., вскрыть неудовлетворительность как субъективистского ее понимания, так и попыток «развить» её, отрывая П. и в. от материи.

Пространственно-временные отношения подчиняются не только общим закономерностям, но и специфическим, характерным для объектов того или иного класса, поскольку эти отношения определяются структурой материального объекта и его внутренними взаимодействиями. Поэтому такие характеристики, как размеры объекта и его форма, Время жизни , ритмы процессов, типы симметрии, являются существенными параметрами объекта данного типа, зависящими также от условий, в которых он существует. Особенно специфичны пространственные и временные отношения в таких сложных развивающихся объектах, как организм или общество. В этом смысле можно говорить об индивидуальных П. и в. таких объектов (например, о биологическом или социальном времени).

Основные концепции пространства и времени. Важнейшие философские проблемы, относящиеся к П. и в., - это вопросы о сущности П. и в., об отношении этих форм бытия к материи, об объективности пространственно-временных отношений и закономерностей.

На протяжении почти всей истории естествознания и философии существовали 2 основные концепции П. и в. Одна из них идёт от древних атомистов - Демокрит а, Эпикур а, Лукреция (См. Лукреций), которые ввели понятие пустого пространства и рассматривали его как однородное (одинаковое во всех точках) и бесконечное (Эпикур полагал, что оно не изотропно, т. е. неодинаково по всем направлениям); понятие времени тогда было разработано крайне слабо и рассматривалось как субъективное ощущение действительности. В новое время в связи с разработкой основ динамики (См. Динамика) эту концепцию развил И. Ньютон , который очистил её от Антропоморфизм а. По Ньютону, П. и в. суть особые начала, существующие независимо от материи и друг от друга. Пространство само по себе (абсолютное пространство) есть пустое «вместилище тел», абсолютно неподвижное, непрерывное, однородное и изотропное, проницаемое - не воздействующее на материю и не подвергающееся её воздействиям, бесконечное; оно обладает 3 измерениями. От абсолютного пространства Ньютон отличал протяжённость тел - их основное свойство, благодаря которому они занимают определённые места в абсолютном пространстве, совпадают с этими местами. Протяжённость, по Ньютону, если говорить о простейших частицах (атомах), есть начальное, первичное свойство, не требующее объяснения. Абсолютное пространство вследствие неразличимости своих частей неизмеримо и непознаваемо. Положения тел и расстояния между ними можно определять только по отношению к др. телам. Др. словами, наука и практика имеют дело только с относительным пространством. Время в концепции Ньютона само по себе есть нечто абсолютное и ни от чего не зависящее, чистая длительность, как таковая, равномерно текущая от прошлого к будущему. Оно является пустым «вместилищем событий», которые могут его заполнять, но могут и не заполнять; ход событий не влияет на течение времени. Время универсально, одномерно, непрерывно, бесконечно, однородно (везде одинаково). От абсолютного времени, также неизмеримого, Ньютон отличал относительное время. Измерение времени осуществляется с помощью часов, т. е. движений, которые являются периодическими. П. и в. в концепции Ньютона независимы друг от друга. Независимость П. и в. проявляется прежде всего в том, что расстояние между 2 данными точками пространства и промежуток времени между 2 событиями сохраняют свои значения независимо друг от друга в любой системе отсчёта, а отношения этих величин (скорости тел) могут быть любыми.

Ньютон подверг критике идею Р. Декарт а о заполненном мировом пространстве, т. е. о тождестве протяжённой материи и пространства.

Концепция П. и в., разработанная Ньютоном, была господствующей в естествознании на протяжении 17-19 вв., т.к. она соответствовала науке того времени - евклидовой геометрии, классической механике и классической теории тяготения. Законы ньютоновой механики справедливы только в инерциальных системах отсчёта (См. Инерциальная система отсчёта). Эта выделенность инерциальных систем объяснялась тем, что они движутся поступательно, равномерно и прямолинейно именно по отношению к абсолютному П. и в. и наилучшим образом соответствуют последним.

Согласно ньютоновой теории тяготения, действия от одних частиц вещества к Другим передаются мгновенно через разделяющее их пустое пространство. Ньютонова концепция П. и в., т. о., соответствовала всей физической картине мира той эпохи, в частности представлению о материи как изначально протяжённой и по природе своей неизменной. Существенным противоречием концепции Ньютона было то, что абсолютное П. и в. оставались в ней непознаваемыми путём опыта. Согласно принципу относительности классической механики, все инерциальные системы отсчёта равноправны и невозможно отличить, движется ли система по отношению к абсолютному П. и в. или покоится. Это противоречие служило доводом для сторонников противоположной концепции П. и в., исходные положения которой восходят ещё к Аристотелю; это представление о П. и в. было разработано Г. Лейбниц ем, опиравшимся также на некоторые идеи Декарта. Особенность лейбницевой концепции П. и в. состоит в том, что в ней отвергается представление о П. и в. как о самостоятельных началах бытия, существующих наряду с материей и независимо от неё. По Лейбницу, пространство - это порядок взаимного расположения множества тел, существующих вне друг друга, время - порядок сменяющих друг друга явлений или состояний тел. При этом Лейбниц в дальнейшем включал в понятие порядка также и понятие относительной величины. Представление о протяжённости отдельного тела, рассматриваемого безотносительно к другим, по концепции Лейбница, не имеет смысла. Пространство есть отношение («порядок»), применимое лишь ко многим телам, к «ряду» тел. Можно говорить только об относительном размере данного тела в сравнении с размерами других тел. То же можно сказать и о длительности: понятие длительности применимо к отдельному явлению постольку, поскольку оно рассматривается как звено в единой цепи событий. Протяжённость любого объекта, по Лейбницу, не есть первичное свойство, а обусловлено силами, действующими внутри объекта; внутренние и внешние взаимодействия определяют и длительность состояния; что же касается самой природы времени как порядка сменяющихся явлений, то оно отражает их причинно-следственную связь. Логически концепция Лейбница связана со всей его философской системой в целом.

Однако лейбницева концепция П. и в. не играла существенной роли в естествознании 17-19 вв., т.к. она не могла дать ответа на вопросы, поставленные наукой той эпохи. Прежде всего воззрения Лейбница на пространство казались противоречащими существованию вакуума (только после открытия физического поля в 19 в. проблема вакуума предстала в новом свете); кроме того, они явно противоречили всеобщему убеждению в единственности и универсальности евклидовой геометрии; наконец, концепция Лейбница представлялась непримиримой с классической механикой, поскольку казалось, что признание чистой относительности движения не даёт объяснения преимущественной роли инерциальных систем отсчёта. Т. о., современное Лейбницу естествознание оказалось в противоречии с его концепцией П. и в., которая строилась на гораздо более широкой философской основе. Только два века спустя началось накопление научных фактов, показавших ограниченность господствовавших в то время представлений о П. и в.

Понятия пространства и времени в философии и естествознании 18-19 вв. Философы-материалисты 18-19 вв. решали проблему П. и в. в основном в духе концепции Ньютона или Лейбница, хотя, как правило, полностью не принимали какую-либо из них. Большинство философов-материалистов выступало против ньютоновского пустого пространства. Ещё Дж. Толанд указывал, что представление о пустоте связано со взглядом на материю как на инертную, бездеятельную. Таких же воззрений придерживался и Д. Дидро . Ближе к концепции Лейбница стоял Г. Гегель . В концепциях субъективных идеалистов и агностиков проблемы П. и в. сводились главным образом к вопросу об отношении П. и в. к сознанию, восприятию. Дж. Беркли отвергал ньютоновское абсолютное П. и в., но рассматривал пространственные и временные отношения субъективистски, как порядок восприятий; у него не было и речи об объективных геометрических и механических законах. Поэтому берклианская точка зрения не сыграла существенной роли в развитии научных представлений о П. и в. Иначе обстояло дело с воззрениями И. Кант а, который сначала примыкал к концепции Лейбница. Противоречие этих представлений и естественнонаучных взглядов того времени привело Канта к принятию ньютоновой концепции и к стремлению философски обосновать её. Главным здесь было объявление П. и в. априорными формами человеческого созерцания, т. е. обоснование их абсолютизации. Взгляды Канта на П. и в. нашли немало сторонников в конце 18 - 1-й половине 19 вв. Их несостоятельность была доказана лишь после создания и принятия неевклидовой геометрии (См. Неевклидовы геометрии), которая по существу противоречила ньютоновому пониманию пространства. Отвергнув его, Н. И. Лобачевский и Б. Риман утверждали, что геометрические свойства пространства, будучи наиболее общими физическими свойствами, определяются общей природой сил, формирующих тела.

Воззрения диалектического материализма на П. и в. были сформулированы Ф. Энгельсом. По Энгельсу, находиться в пространстве - значит быть в форме расположения одного возле другого, существовать во времени - значит быть в форме последовательности одного после другого. Энгельс подчёркивал, что «... обе эти формы существования материи без материи суть ничто, пустые представления, абстракции, существующие только в нашей голове» (Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20, с. 550).

Кризис механистического естествознания на рубеже 19-20 вв. привёл к возрождению на новой основе субъективистских взглядов на П. и в. Критикуя концепцию Ньютона и правильно подмечая её слабые стороны, Э. Мах снова развил взгляд на П. и в. как на «порядок восприятий», подчёркивая опытное происхождение аксиом геометрии. Но опыт понимался Махом субъективистски, поэтому и геометрия Евклида, и геометрии Лобачевского и Римана рассматривались им как различные способы описания одних и тех же пространственных соотношений. Критика субъективистских взглядов Маха на П. и в. была дана В. И. Лениным в книга «Материализм и эмпириокритицизм».

Развитие представлений о пространстве и времени в 20 в. В конце 19 - начале 20 вв. произошло глубокое изменение научных представлений о материи и, соответственно, радикальное изменение понятий П. и в. В физическую картину мира вошла концепция поля (см. Поля физические) как формы материальной связи между частицами вещества, как особой формы материи. Все тела, т. о., представляют собой системы заряженных частиц, связанных полем, передающим действия от одних частиц к другим с конечной скоростью - скоростью света. Полагали, что поле - это состояние Эфир а, абсолютно неподвижной среды, заполняющей мировое абсолютное пространство. Позже было установлено (Х. Лоренц и др.), что при движении тел с очень большими скоростями, близкими к скорости света, происходит изменение поля, приводящее к изменению пространственных и временных свойств тел; при этом Лоренц считал, что длина тел в направлении их движения сокращается, а ритм происходящих в них физических процессов замедляется, причём пространственные и временные величины изменяются согласованно.

Вначале казалось, что таким путём можно будет определить абсолютную скорость тела по отношению к эфиру, а следовательно, по отношению к абсолютному пространству. Однако вся совокупность опытов опровергла этот взгляд. Было установлено, что в любой инерциальной системе отсчёта все физические законы, включая законы электромагнитных (и вообще полевых) взаимодействий, одинаковы. Специальная теория относительности (см. Относительности теория) А. Эйнштейна, основанная на двух фундаментальных положениях - о предельности скорости света и равноправности инерциальных систем отсчёта, явилась новой физической теорией П. и в. Из неё следует, что пространственные и временные отношения - длина тела (вообще расстояние между двумя материальными точками) и длительность (а также ритм) происходящих в нём процессов - являются не абсолютными величинами, как утверждала ньютонова механика, а относительными. Частица (например, нуклон) может проявлять себя по отношению к медленно движущейся относительно неё частице как сферическая, а по отношению к налетающей на неё с очень большой скоростью частице - как сплющенный в направлении движения диск. Соответственно, время жизни медленно движущегося заряженного π-мезона составляет Пространство и время 10 -8 сек , а быстро движущегося (с околосветовой скоростью) - во много раз больше. Относительность пространственно-временных характеристик тел полностью подтверждена опытом. Отсюда следует, что представления об абсолютном П. и в. несостоятельны. П. и в. являются именно общими формами координации материальных явлений, а не самостоятельно существующими (независимо от материи) началами бытия. Теория относительности исключает представление о пустых П. и в., имеющих собственные размеры. Представление о пустом пространстве было отвергнуто в дальнейшем и в квантовой теории поля с его новым понятием вакуума (см. Вакуум физический). Дальнейшее развитие теории относительности (см. Тяготение) показало, что пространственно-временные отношения зависят также от концентрации масс. При переходе к космическим масштабам геометрия П.-в. не является евклидовой (или «плоской», т. е. не зависящей от размеров области П.-в.), а изменяется от одной области космоса к другой в зависимости от плотности масс в этих областях и их движения (см. Космология , где изложен также вопрос о конечности или бесконечности П. и в.). В масштабах метагалактики геометрия пространства изменяется со временем вследствие расширения метагалактики. Т. о., развитие физики и астрономии доказало несостоятельность как априоризма Канта, т. е. понимания П. и в. как априорных форм человеческого восприятия, природа которых неизменна и независима от материи, так и ньютоновой догматической концепции П. и в.

Связь П. и в. с материей выражается не только в зависимости законов П. и в. от общих закономерностей, определяющих взаимодействия материальных объектов. Она проявляется и в наличии характерного ритма существования материальных объектов и процессов - типичных для каждого класса объектов средних времён жизни и средних пространственных размеров.

Из изложенного следует, что П. и в. присущи весьма общие физические закономерности, относящиеся ко всем объектам и процессам. Это касается и проблем, связанных с топологическими свойствами П. и в. Проблема границы (соприкосновения) отдельных объектов и процессов непосредственно связана с поднимавшимся ещё в древности вопросом о конечной или бесконечной делимости П. и в., их дискретности или непрерывности. В античной философии этот вопрос решался чисто умозрительно. Высказывались, например, предположения о существовании «атомов» времени (Зенон). В науке 17-19 вв. идея атомизма П. и в. потеряла какое-либо значение. Ньютон считал, что П. и в. реально разделены до бесконечности. Этот вывод следовал из его концепции пустых П. и в., наименьшими элементами которых являются геометрическая точка и момент времени («мгновения» в буквально смысле слова). Лейбниц полагал, что хотя П. и в. делимы неограниченно, но реально не разделены на точки - в природе нет объектов и явлений, лишённых размера и длительности. Из представления о неограниченной делимости П. и в. следует, что и границы тел и явлений абсолютны. Представление о непрерывности П. и в. более укрепилось в 19 в. с открытием поля; в классическом понимании поле есть абсолютно непрерывный объект.

Проблема реальной делимости П. и в. была поставлена только в 20 в. в связи с открытием в квантовой механике неопределённостей соотношения (См. Неопределённостей соотношение), согласно которому для абсолютно точной локализации микрочастицы необходимы бесконечно большие импульсы, что физически не может быть осуществлено. Более того, современная физика элементарных частиц показывает, что при очень сильных воздействиях на частицу она вообще не сохраняется, а происходит даже множественное рождение частиц. В действительности не существует реальных физических условий, при которых можно было бы измерить точное значение напряжённостей поля в каждой точке. Т. о., в современной физике установлено, что невозможна не только реальная разделённость П. и в. на точки, но принципиально невозможно осуществить процесс их реального бесконечного разделения. Следовательно, геометрическое понятия точки, кривой, поверхности являются абстракциями, отражающими пространственные свойства материальных объектов лишь приближённо. В действительности объекты отделены друг от друга не абсолютно, а лишь относительно. То же справедливо и по отношению к моментам времени. Именно такой взгляд на «точечность» событий вытекает из т. н. теории нелокального поля (см. Нелокальная квантовая теория поля). Одновременно с идеей нелокальности взаимодействия разрабатывается гипотеза о квантовании П. и в., т. е. о существовании наименьших длины и длительности (см. Квантование пространства-времени). Сначала предполагали, что «квант» длины - 10 -13 см (порядка классического радиуса электрона или порядка «длины» сильного взаимодействия (См. Сильные взаимодействия)). Однако с помощью современных ускорителей заряженных частиц (См. Ускорители заряженных частиц) исследуются явления, связанные с длинами 10 -14 -10 -15 см; поэтому значения кванта длины стали отодвигать ко всё меньшим значениям (10 -17 , «длина» слабого взаимодействия (См. Слабые взаимодействия), и даже 10 -33 см ).

Решение вопроса о квантовании П. и в. тесно связано с проблемами структуры элементарных частиц (См. Элементарные частицы). Появились исследования, в которых вообще отрицается применимость к субмикроскопическому миру понятий П. и в. Однако понятия П. и в. не должны сводиться ни к метрическим, ни к топологическим отношениям известных типов.

Тесная взаимосвязь пространственно-временных свойств и природы взаимодействия объектов обнаруживается также и при анализе симметрии П. и в. Ещё в 1918 (Э. Нётер) было доказано, что однородности пространства соответствует закон сохранения импульса, однородности времени - закон сохранения энергии, изотропности пространства - закон сохранения момента количества движения. Т. о., типы симметрии П. и в. как общих форм координации объектов и процессов взаимосвязаны с важнейшими сохранения законами (См. Сохранения законы). Симметрия пространства при зеркальном отражении оказалась связанной с существенной характеристикой микрочастиц - с их Чётность ю.

Одной из важных проблем П. и в. является вопрос о направленности течения времени. В ньютоновой концепции это свойство времени считалось само собой разумеющимся и не нуждающимся в обосновании. У Лейбница необратимость течения времени связывалась с однозначной направленностью цепей причин и следствий. Современная физика конкретизировала и развила это обоснование, связав его с современным пониманием причинности (См. Причинность). По-видимому, направленность времени связана с такой интегральной характеристикой материальных процессов, как Развитие , являющееся принципиально необратимым.

К проблемам П. и в., также обсуждавшимся ещё в древности, относится и вопрос о числе измерений П. и в. В ньютоновой концепции это число считалось изначальным. Однако ещё Аристотель обосновывал трехмерность пространства числом возможных сечений (делений) тела. Интерес к этой проблеме возрос в 20 в. с развитием топологии (См. Топология). Л. Брауэр установил, что размерность пространства есть топологический инвариант - число, не изменяющееся при непрерывных и взаимно однозначных преобразованиях пространства. В ряде исследований была показана связь между числом измерений пространства и структурой электромагнитного поля (Г. Вейль), между трехмерностью пространства и спиральностью элементарных частиц. Всё это показало, что число измерений П. и в. неразрывно связано с материальной структурой окружающего нас мира.

Лит.: Энгельс Ф., Диалектика природы, Маркс К., Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20; его же, Анти-Дюринг, там же; Ленин В. И., Материализм и эмпириокритицизм, Полное собрание соч., 5 изд., т. 18; Эйнштейн А., Основы теории относительности, 2 изд., М. - Л., 1935; Ньютон И., Математические начала натуральной философии, М. - Л., 1936; Марков М. А., Гипероны и К-мезоны, М., 1958, § 34; Свидерский В. И., Пространство и время, М., 1958; Полемика Г. Лейбница и С. Кларка по вопросам философии и естествознания (1715-1716 гг.), [Л.], 1960; Фок В. А., Теория пространства, времени и тяготения, 2 изд., М., 1961; Штейнман Р. Я., Пространство и время, М., 1962; Грюнбаум А., Философские проблемы пространства и времени, пер. с англ., М., 1969; Мостепаненко А. М., Пространство и время в макро-, мега- и микромире, М., 1974; Jammer М., Concepts of space, Camb., 1954.

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.