Пространство и время. Методологическая и мировоззрен- ческая основы субстанциональной и реляционной концеп- ций пространства и времени.

О том, что такое пространство и время, люди задумывались еще в глубокой древности. В наиболее отчетливой форме представления о пространстве и времени сложились в виде двух противоположных кон- цепций, названных впоследствии концепциями Демокрита-Ньютона и Аристотеля-Лейбница или субстанциональной и реляционной. Первая концепция допускала существование пространства как не- которой пустоты, не связанной с материальными предметами. При этом считалось также, что время представляет собой самостоятельную сущ- ность, не связанную с материей и пространством. Наоборот, с точки зрения второй концепции, не мыслились пространство и время, оторванные от вещей. В науке до конца XIX и начала ХХ в. господствовала первая концепция. Древнегреческие философы Демокрит, Эпикур, Лукреций Кар и др. пришли к пониманию пространства как пустоты исходя из своего ато- мистического учения. Они считали, что для существования и движения атомов требуется пустота - некое вместилище, где атомы, сочетаясь различным образом в движении, образуют многообразие тел. С развитием классической физики идеи Демокрита о сущности пространства и времени были развиты в трудах Бруно, Галилея, Де- карта и др. Особенно большой вклад в этом отношении был сделан Нь- ютоном, искавшим при создании классической механики универсальную систему отсчета, относительно которой происходит механическое дви- жение тел. В качестве такой универсальной системы Ньютон и выбрал пространство. По Ньютону, пространство суть пустое абсолютное вместилище, в котором располагаются все тела как нечто внешнее по отношению к нему. Все тела обладают протяженностью независимо от существования других тел. Ньютон полагал, что пространство трехмерно, непрерыв- но, однородно и изотропно. Его различные части ничем не отличаются друг от друга, и, значит, пространственные отношения были всюду одними и теми же и описывались единой геометрией - геометрией Евк- лида. Время суть чистая длительность, присущая любому единичному явлению самому по себе. Оно также абсолютно. Абсолютность пространства и времени Ньютоном понималась в двух различных, хотя и взаимосвязанных, аспектах. Во-первых, "аб- солютным пространством" Ньютон называл пустое и неподвижное по от- ношению к материи пространство (некое вместилище тел), с которым связывалась привилегированная система координат. Во-вторых, термин абсолютности употребляется для характеристики инвариантности, т.е. неизменности длин отрезков в любых системах отсчета. Аналогично понятие "абсолютное время" характеризовало его, с одной стороны, как чистую длительность, с другой стороны, как не- изменность (инвариантность) временных интервалов в любых системах отсчета. Это означало, что всюду в пространстве существует единое "мировое" время, не зависящее от выбора системы координат и взаим- ного движения тел. Ньютоновские представления о пространстве и времени вполне удовлетворяли потребностям классической физики, так как была най- дена универсальная система отсчета, относительно которой соверша- лось любое механическое движение, - абсолютное пространство. Далее рассмотрим кратко сущность второй концепции пространс- тва и времени. Аристотель, выступая против идеи атомистического строения мира, отбросил вместе с ней и идею пустого пространства. С точки зрения Аристотеля, пространство представляет собой сово- купность мест, занимаемых телами. Иными словами, пространство - это порядок взаимного расположения множества различных тел, а вре- мя - порядок сменяющих друг друга явлений и состояний тел, т.е. время связывалось с движением, изменением тел. Дальнейшее развитие вторая концепция получила в трудах Лейб- ница, Гюйгенса, Дидро и др. Согласно Лейбницу, пространство и вре- мя не могут существовать вне материи и процессов, происходящих в ней. Лейбниц выступал против Ньютоновского понимания чистой протя- женности и чистой длительности. Характеризуя в целом гипотезу Аристотеля-Лейбница, следует признать, что в идейном отношении, по сравнению с ньютоновской, она гораздо ближе к диалектико-материа- листическому пониманию сущности пространства и времени. Именно вторая концепция послужила в дальнейшем основой создания прост- ранственно-временных представлений современной физики. С точки зрения диалектического материализма пространство и время неразрывно связаны между собой и с движущейся материей, фор- мами существования которой они являются. По этой концепции бытие вне времени есть такая же величайшая бессмыслица, как бытие вне пространства, пространство и время без материи - пустые представ- ления, абстракции, существующие только в нашей голове. Конечно, в диалектико-материалистической концепции раскрыта сущность пространства и времени в основном с общефилософских пози- ций. Однако с развитием современной науки ее выводы получили ес- тественно-научное подтверждение. Научное определение пространства и времени, и также более или менее полное раскрытие их свойств связано с развитием современной науки, прежде всего физики и философии. В настоящее время, как нам кажется, достаточно точно выража- ется сущность пространства и времени в следующих определениях. "Пространство - это совокупность отношений, выражающих коор- динацию материальных объектов, их расположение друг относительно друга и относительную величину (расстояние и ориентацию). Прост- ранство выражает порядок расположения одновременно существующих объектов, их протяженность. Время - совокупность отношений, выражающих координацию сменя- ющих друг друга состояний (явлений), их последовательность и дли- тельность". (См.:Физический энциклопедический словарь.Т.4. М.,1965. С.227). Приведенные определения носят диалектико-материалистический характер. Они показывают невозможность дать понятия пространства и времени в их отрыве от материи, невозможность их рассмотрения как некоторых абсолютно самостоятельных сущностей. Здесь пространство и время не мыслятся иначе, как определенные свойства бесконечной совокупности материальных объектов. Только через существование последних, благодаря тому, что они обладают протяженностью, разме- рами, взаимным расположением друг относительно друга, последова- тельностью смены состояний и длительностью их бытия, мы можем по- нять, что такое пространство и время. Зависимость пространства и времени от материи определяет и все их основные свойства. При этом следует подчеркнуть, что хотя они в равной степени есть формы существования материи, однако меж- ду ними есть и различия. А поэтому они имеют ряд свойств, как об- щих, так и отличающих их друг от друга. Общим свойством, во-первых, является их объективность. Пос- кольку материя не зависит от сознания людей, постольку пространс- тво и время также независимы от него. При этом нельзя не отметить ту путаницу, которую внесли в этот вопрос идеалисты. Так, Беркли считал, что пространство есть не что иное, как сосуществование ощущений в духе, субъекте; время - последовательность ощущений. По Канту, пространство и время есть априорные (доопытные) формы чувс- твенности. Накладываясь на хаос ощущений, эти априорные формы упо- рядочивают их в пространстве и времени. Во-вторых, в силу вечности существования материи, вечны пространство и время. Не может быть такого положения, когда мате- рия существовала бы или до того, как появились пространство и вре- мя, как после того, как они уже исчезли. С попытками мыслить пространство и время как имеющими начало или конец мы встречаемся у Гегеля, Дюринга и др. У Гегеля природа развертывается сначала в пространстве, а затем уже во времени. А следуя Дюрингу, необходимо вообще признать, что было время, когда времени не было. Это явная нелепость. Третьим свойством пространства и времени является их беско- нечность и безграничность. В применении к пространству безгранич- ность означает, что в какую бы сторону и на какое бы расстояние ни двигаться, нигде и никогда мы не достигнем такой границы, которую можно считать пределом. Бесконечность пространства проявляется в том, что как бы велики не были размеры системы, всегда найдется такая система большего порядка, которая будет включать в себя пер- вую систему в качестве одного из своих элементов. Относительно времени безграничность и бесконечность проявля- ются в отсутствии событий, после которых уже не будет никакой дли- тельности, не будет неисчислимого количества процессов, следующих один за другим. В-четвертых, пространство и время обладают свойствами абсо- лютности и относительности. Причем абсолютность здесь мыслится не в ньютоновском смысле. Она проявляется в том, что,независимо от смены явлений, от любых изменений в материальных телах, пространс- тво и время объективно существуют. Иначе говоря, ни один матери- альный объект, какими бы он свойствами ни обладал, не может ока- заться вне времени и пространства. Вместе с тем свойства пространства и времени могут изменяться с изменением свойств материи. Например,в зависимости от материаль- ных условий может изменяться кривизна пространства, что нашло свое отражение в создании Н.И.Лобачевским, В.Риманом и др. неевклидовых геометрий. Эйнштейн показал,что в разных инерциальных системах отсчета длины отрезков и промежутки времени различны. Эти примеры свидетельствуют об относительности пространства и времени. Важным свойством является то, что пространство и время непре- рывны и вместе с тем прерывны /дискретны/. Непрерывность прост- ранства и времени выражается в том, что между любыми двумя элемен- тами пространственной протяженности всегда существует такой эле- мент протяженности, который соединяет оба первых в единую прост- ранственную протяженность. Точно так же между двумя любыми времен- ными интервалами всегда найдется третий, соединяющий их в единую временную длительность. Прерывность пространства и времени заклю- чается в том, что они включают элементы, различающиеся по своим внутренним свойствам, по структуре, т.е. по своим качественным ха- рактеристикам. В заключение отметим еще одно общее свойство пространства и времени. Этим свойством является их внутренняя противоречивость. Предыдущие два свойства являются примерами ее проявления. Беско- нечность пространства и времени складывается соответственно из ко- нечных длительностей отдельных материальных процессов. Какие же свойства отличают пространство и время друг от дру- га? Частным свойством пространства является его трехмерность. Она выражается, во-первых, в том, что тело в пространстве сможет пере- мещаться в любом направлении: вверх,вниз, вправо, влево, вперед, назад. Во-вторых, все материальные тела обладают трехмерной прост- ранственной формой - протяженностью в длину, ширину и глубину. Математически трехмерность пространства выражается во взаимо- однозначном соответствии между его точками и тройками чисел - их координатами в заданной произвольной системе координат. Время, в отличие от пространства, одномерно. Это означает,что если задано начало отсчета во времени, то начало или конец како- го-либо процесса, длина временного промежутка будут описаны одним числом. Кроме того, время обладает свойством необратимости. Во времени невозможно движение вспять. Оно течет всегда и всюду в од- ном и том же направлении: от прошлого к настоящему, от настоящего к будущему. Отсюда, заметим попутно, следует необратимость во вре- мени причинно-следственных связей. Из вышеуказанных свойств пространства и времени вытекает то, что пространство обладает свойствами симметрии, а время - ассим- метрично. Симметричность пространства выражается в том, что объек- ты, расположенные в одной части пространства, могут являться зер- кальным отражением материальных объектов в другой части пространс- тва относительно определенной линии. Имеет место и симметрия пространства относительно оси вращения его около произвольной точ- ки. Симметрия пространства проявляется в симметричной конфигурации различных материальных тел. Например, в форме кристаллов, строения бабочек и т.д. В классической физике и специальной теории относительности господствующее значение имеют постулаты об однородности и изотро- пии пространства и однородности времени, вытекающие из их свойств. Однородность пространства состоит в равноправии всех его точек, а изотропия - в равноправии всех его направлений. Однородность вре- мени предполагает равноправие всех моментов времени. Это значит, что в каждой точке пространства, в любом направлении и в любой мо- мент времени законы физики действуют одинаково. Изменение представлений о пространстве и времени, связанное с созданием неевклидовых геометрий, открытием специальной теории от- носительности, вызвало большой резонанс и в области философии. Ряд философов и физиков пришли к выводу: поскольку наши представления о пространстве и времени меняются, следовательно, они субъективны. Особенное место в отстаивании этого положения заняла разновидность "физического" идеализма" - махизм. По Маху пространство и время представляют собой лишь упорядоченные системы рядов ощущений. Пос- ледователь Маха Пирсон утверждал, что пространство и время нахо- дятся не в вещах, а в нашем способе воспринимать вещи. Знаменитый математик Пуанкаре говорил, что изменчивость понятий пространства и времени является свидетельством навязывания их нами природе в целях удобства. Между тем в действительности абстрактные понятия пространства и времени являются относительными, они могут изменяться, уточнять- ся с разитием науки, однако отсюда не следует, что изменяются в зависимости от этого, приспосабливаясь к нашему опыту, объективные пространство и время. Изменчивость представлений о пространстве и времени означает лишь, "что наш опыт" и наше познание все более приспосабливаются к объективному пространству и времени, Все правильнее и глубже их отражая. Обоснование объективности пространства и времени имеет актуальное значение для современной физики, встретившейся с их но- выми свойствами в области микромира. Открытие неевклидовых геометрий,наряду с доказательством ма- териальности электромагнитного поля, создали предпосылки для ко- ренного изменения представлений о пространстве и времени. С откры- тием поля, по словам Эйнштейна, стала возможной победа над ньюто- новским абсолютным пространством, поскольку не стало отграниченных друг от друга предметов. Все оказалось заполненным материей и не стало пустоты. Следующим важным моментом в развитии физики было установление в 1881 г. американским физиком Майкельсоном независимости скорости света относительно движущихся тел. В физике возникло противоречие между законами классической физики и новыми открытиями. Разрешение этого противоречия было осуществлено А.Эйнштейном в 19О5 г. созданием специальной теории относительности. Принципиально новым в теории Эйнштейна является утверждение относительности и пространства и времени, рассматрива- емых в отдельности. Существенно иным стало понимание смысла однов- ременности двух событий. С точки зрения специальной теории относи- тельности /СТО/, два события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, будут неодновременными в другой системе, движу- щейся относительно первой. Мы можем с уверенностью говорить об од- новременности двух событий лишь в том случае, если они произошли в одном и том же месте. Утрата абсолютности одновременности означа- ет, что не может быть единого времени в различных системах отсчета (всегда далее имеются в виду инерциальные системы). В каждой такой системе имеется "собственное" время. Длина также стала относительной. В самом деле, что такое из- мерить длину какого-либо отрезка? Это значит одновременно зафикси- ровать его начало и конец. Однако поскольку понятие одновременнос- ти утратило свой абсолютный смысл, в различных системах отсчета длина отрезка будет различной. Причем установление, что длина от- резка будет сокращаться в направлении движения, а промежутки вре- мени увеличиваться, т.е. течение времени должно замедляться. Возникает вопрос: реальны ли подобные релятивистские эффекты? Теория утверждает их реальность. Причем дело не в том, что каждый отрезок в разных системах действительно короче другого. Просто наблюдатели в каждой системе отсчета при измерении найдут, что отрезок в другой системе короче отрезка в их системе. Так, каждому из двух одного роста людей, стоящих по разные стороны двояковогну- той линзы другой будет казаться меньше. Хотя это не значит, что каждый из них меньше другого. Реальной же причиной изменений будет взаимное относительное движение тел. Таким образом, о длине тела, в отличие от классической физики, можно говорить лишь в отношении его к той или иной системе отсчета. То же самое относится и к вре- менным промежуткам. Аналогией этому является то, что мы не можем говорить о ско- рости тела вообще, безотносительно к какой-либо системе, ибо не существует скорости тела самой по себе. Также лишены смысла поня- тия "верх" и "низ", "право" и "лево", если не указано, относитель- но чего устанавливается ориентировка в пространстве. Развитие представлений о пространстве и времени показало, что как таковые пространство и время раздельно не существуют. Они яв- ляются сторонами единой сущности - четырехмерного "пространс- тва-времени". Окружающий мир - это мир событий, которые характери- зуются место и временем. СТО, показав относительность пространства и времени, ввела новый абсолют. Таким абсолютом является четырехмерное "пространс- тво-время", где три координаты пространственные, а четвертая - временная. В целом философское значение специальной теории относи- тельности состоит в том, что открыла неразрывную связь, органичес- кое единство пространства и времени. Выводы СТО в настоящее время находят свое подтверждение на практике. Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени и их взаимосвязи с материей связано с возникновением общей теории относительности (ОТО) Одним из основных постулатов ОТО являются гравитационные уравнения Эйнштейна, в которых правая часть есть физическая вели- чина, выражающая материю - энергию - импульс. А левая часть выра- жает геометрические свойства 4-х мерного пространства-времени. Та- ким образом, уравнения Эйнштейна описывают одновременно и гравита- ционное поле, и геометрию пространства-времени. Установление зависимости гравитационного поля,а через него о пространства-времени от распределения в нем материальных масс яв- ляется важнейшим фактором не только в физическом, но и в общефило- софском плане. В этом смысле уравнения Эйнштейна следует рассмат- ривать как математическое выражение диалектического принципа, ут- верждавшего, что пространство и время как формы существования ма- терии должны быть неразрывно связаны с материей и ее свойствами. Это значит, что ОТО в решении проблемы пространства и времени ко- ренным образом отличается от классической физики. Таким образом, общая теория относительности является новым и более глубоким, чем специальная теория относительности, подтверж- дением диалектико-материалистического учения о неразрывной взаи- мосвязи пространства и времени с движущейся материей. Своеобразно в ОТО и проявление релятивистских эффектов. Сог- ласно ей сокращение длин и замедление времени наблюдаются даже в рамках одной и той же системы отсчета, при переходе от одних точек системы к другим. Например, во всех точках, расположенных ближе к центру материальных масс, гравитационное поле будет интенсивнее и, следовательно, время будет течь медленнее, а длины отрезков коро- че, чем в точках, более удаленных от центра гравитации. Как известно, справедливость всякой теории подтверждается только лишь практикой, в частности, экспериментом. В настоящее время идеи общей теории относительности находят все большие и большие доказательства. В 1958 году немецкий физик Мисбауер открыл способ изготовле- ния "ядерных часов", измеряющих время с громадной точностью. Опыты с применением эффекта Мисбауера показали, что у поверхности земли время течет медленнее, чем, положим, на крыше какого-либо здания. Создание СТО и ОТО способствовало дальнейшему развитию предс- тавлений о пространстве и времени и тем самым более глубокому по- ниманию характера взаимосвязи пространства, времени и движущейся материи. Однако считать, что проблема пространства и времени в фи- зике решена полностью, было бы преждевременным. Развитие квантовой физики, космологии и т.д. ставит перед наукой все новые и новые вопросы, решение которых во многом связано с дальнейшим развитием учения о материи и ее свойствах. Существующие трудности с решением проблемы пространства и времени для некоторых областей знания позволяют предположить,что их решение, возможно, связано с созданием физической теории, бо- лее общей,чем теория относительности и квантовая теория поля. При этом не исключена возможность открытия какой-либо более общей фор- мы существования материи. по отношению к которой пространствен- но-временная форма явится одной из ее разновидностей. В заключение можно с уверенностью сказать,что развитие совре- менной физики полностью подтвердило правильность диалектико-мате- риалистической концепции пространства и времени.

БИЛЕТ №13