Время и пространство в философии

Время и пространство

ВВЕДЕНИЕ 

      Интерес к проблеме пространства и времени  естественен и закономерен. Это  касается всей человеческой деятельности. Представление о пространстве времени  подавляет наше воображение. Недаром  попытки философов античности, средневековья  и современных ученых, владеющих  знанием наук и опытом их истории, понять сущность времени – пространства не дали однозначных ответов на поставленные вопросы. Более двух с половиной  тысяч лет назад 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.

      В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся  материя  не может двигаться иначе, как  в пространстве и во времени –  на этом строится диалектический материализм. Пространство и время, здесь выступают  в качестве фундаментальных форм существования материи. Классическая физика рассматривала пространственно-временной  континиум как универсальную арену динамики физических объектов. В прошлом веке представители физики элементарных  частиц и квантовой физики выдвинули новые представления о пространстве и времени, неразрывно связав эти категории между собой.

      Согласно  одним концепциям, 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. Например, Анри Бергсон утверждал, что время может быть познано  только нерациональной интуицией, а  научные концепции, представляющие время, как имеющее какое-либо направление, неверно интерпретируют реальность. 

Пространство  и время в античной философии.  

      Рациональные  идеи, согласующиеся с сегодняшними представлениями о времени и  пространстве можно найти в учениях  почти всех античных мыслителей. Так  в учении Гераклита центральное  место занимает идея всеобщего изменения  – в одну реку нельзя войти дважды. Атомизм Демокрита и система Аристотеля – две наиболее поные античные доктрины о пространстве и времени.

      Демокрит во многом предвосхитил фундаментальные открытия ученых прошлого века. Он сказал, что 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. По Демокриту атомы физически неделимы. Они не возникают и не уничтожаются, их вечность проистекает из отсутствия начала у времени. Атомы двигаются в пустоте. Атомы в сочетании с пустотой образуют всё содержание реального мира. В основе атомов лежат амеры. Отсутствие у амеров частей служит критерием математической неделимости. Атомы не распадаются на амеры, а последние не существуют в свободном состоянии.

      Характеризуя  систему Демокрита как теорию структурных уровней материи -  физического (атомы и пустота) и математического (амеры),  мы сталкиваемся с двумя пространствами:  непрерывное физическое пространство и математическое пространство, основанное на амерах. У Демокрита сложились представления о природе времени и движения. Они были развиты Эпикуром в стройную систему. Эпикур рассматривал свойства  механического движения исходя из дискретного характера пространства и времени.  Например, он сказал, что все атомы движутся с одинаковой скоростью.

      Дальнейший  анализ  времени ведётся Аристотелем  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. 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. Она просуществовала более двух тысячелетий.

      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. 

Классическая  физика

      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. Ньютон предлагает различать два  вида понятий: абсолютные и относительные. 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. У Ньютона абсолютное  пространство и время являются ареной движения физических объектов.

      Пространство  и время обладают таким признаком  субстанции, как абсолютная самостоятельность  существования и независимость  от любых конкретных процессов. Но они  не обладают другим важным качеством  субстанции - способностью порождать  различные тела, сохраняться в  их основе при всех изменениях тел. Лишь материя, которая рассматривается  как совокупность атомов, обладает этим свойством. Правда, материя - тоже вторичная субстанция после Бога, который сотворил мир, пространство и время и привел их в движение. Бог неподвластен времени, в котором  все изменчиво, 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.

      Но  позднее появились и другие взгляды. Лейбниц рассматривал пространство как порядок существования тел, а время - как порядок отношения  и последовательность событий. Это  понимание составило сущность реляционной  концепции пространства и времени, которая противостояла их пониманию  как абсолютных и независящих  ни от чего реальностей, подвластных  только Богу.

      С развитием физики возникли разногласия  между механикой и оптикой, которая  не укладывалась  в классические представления о движении тел. После  того, как ученые пришли к  выводу о волновой природе света вновь  возникло понятие эфира - среды в которой распространяется свет. Каждая частица эфира могла быть представлена как источник вторичных волн, и можно было объяснить огромную скорость света огромной твёрдостью и упругостью частиц эфира. Гипотеза эфира рухнула в рамках теории относительности и квантовой механики. Пространство и время вновь стали пониматься как атрибуты материи, определяющиеся ее связями и взаимодействиями.

  Теория относительности.

      Созданная в 1905г. А. Эйнштейном, она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения, близких к скорости света, но без учета поля тяготения. При уменьшении скоростей движения она сводится к классической механике, которая, таким образом, оказывается ее частным случаем. Теория относительности стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галилея - Ньютона и электродинамики Максвелла - Лоренца.

      Классический  принцип относительности был  сформулирован еще Г. Галилеем: “Если  законы механики справедливы в одной  системе координат, то они справедливы  и в любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой.” Такие системы называются инерциальными, поскольку движение в них подчиняется закону инерции, гласящему: “Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменить его под влиянием движущихся сил.” Галилей разъяснял это положение различными наглядными примерами. Представим путешественника в закрытой каюте спокойно плывущего корабля. он не замечает никаких признаков движения. Если в каюте летают мухи, они отнюдь не скапливаются у задней стенки, а спокойно летают по всему объему. Если подбросить мячик прямо вверх, он упадет прямо вниз, а не отстанет от корабля, не упадет ближе к корме. Из принципа относительности следует, что между покоем и движением - если оно равномерно и прямолинейно - нет никакой принципиальной разницы. Разница только в точке зрения. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и он имеет все основания считать, что книга движется и притом с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или нет? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить просто “да” или “нет”. Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал только свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Они оба правы, и чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем. Таким образом, слово “относительно” в названии принципа Галилея не скрывает в себе ничего особенного. Оно не имеет никакого иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в движение о том, что движение или покой - всегда движение или покой относительно чего-то, что служит нам системой отсчета. Это, конечно, не означает, что между покоем и равномерным движением нет никакой разницы. Но понятие покоя и движения  приобретают смысл лишь тогда, когда указана точка отсчета.

      Если  классический принцип относительности  утверждал инвариантность законов  механики во всех инерциальных системах отсчета, то в специальной теории относительности данный принцип  был распространен также на законы электродинамики, а общая теория относительности утверждала инвариантность законов природы в любых системах отсчета, как инерциальных, так и  неинерциальных. Неинерциальными называются системы отсчета, движущиеся с замедлением  или ускорением.

      В соответствии со специальной теорией  относительности, которая объединяет пространство и время в единый четырехмерный пространственно-временной  континуум, пространственно - временные  свойства тел зависят от скорости их движения. Пространственные размеры  сокращаются в направлении движения при приближении скорости тел  к скорости света в вакууме (300 000 км/с), временные процессы замедляются  в быстродвижущихся системах, масса  тела увеличивается.

      Находясь  в сопутствующей системе отсчета, то есть, двигаясь параллельно и  на одинаковом расстоянии от измеряемой системы, нельзя заметить эти эффекты, которые называются релятивистскими, так как все используемые при  измерениях пространственные масштабы и части будут меняться точно  таким же образом. Согласно принципу относительности, все процессы в  инерциальных системах отсчета протекают  одинаково. Но если система является неинерциальной, то релятивистские эффекты  можно заметить и изменить. Так, если воображаемый релятивистский корабль  типа фотонной ракеты отправится к  далеким звездам, то после возвращения  его на Землю времени в системе  корабля пройдет существенно  меньше, чем на Земле, и это различие будет тем больше, чем дальше совершается  полет, а скорость корабля будет  ближе к скорости света. Разница  может измеряться даже сотнями и  тысячами лет, в результате чего экипаж корабля сразу перенесется в  близкое или отдаленное будущее, минуя промежуточное время, поскольку  ракета вместе с экипажем выпала из хода развития на Земле.

      Подобные  процессы замедления хода времени в  зависимости от скорости движения реально  регистрируются сейчас в измерениях длины пробега мезонов, возникающих  при столкновении частиц первичного космического излучения с ядрами атомов на Земле. Мезоны существуют в  течении 10^-6 - 10^-15 с (в зависимости от типа частиц) и после своего возникновения распадаются на небольшом расстоянии от места рождения. Все это может быть зарегистрировано измерительными устройствами по следам пробегов частиц. Но если мезон движется со скоростью, близкой к скорости света, то временные процессы в нем замедляются, период распада увеличивается (в тысячи и десятки тысяч раз), и соответственно возрастает длина пробега от рождения до распада. Итак, специальная теория относительности базируется на расширенном принципе относительности Галилея. Кроме того, она использует еще одно новое положение: скорость распространения света (в пустоте) одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Но почему так важна эта скорость, что суждение о ней приравнивается по значению к принципу относительности? Дело в том, что мы здесь сталкиваемся со второй универсальной физической константой. Скорость света - это самая большая из всех скоростей в природе, предельная скорость физических взаимодействий. Долгое время ее вообще считали бесконечной. Она была установлена XVX веке, составив 300 000 км/с. Это огромная скорость по сравнению с обычно наблюдаемыми скоростями в окружающем нас мире.