Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Пространство и время. Методологическая и мировоззренческая основы субстанциональной и реляционной концепций пространства и времени

О том, что такое пространство и время, люди задумывались ещев глубокой древности. В наиболее отчетливой форме представления опространстве и времени сложились в виде двух противоположных кон-цепций, названных впоследствии концепциями Демокрита-Ньютона иАристотеля-Лейбница или субстанциональной и реляционной.Первая концепция допускала существование пространства как не-которой пустоты, не связанной с материальными предметами. При этомсчиталось также, что время представляет собой самостоятельную сущ-ность, не связанную с материей и пространством.Наоборот, с точки зрения второй концепции, не мыслилисьпространство и время, оторванные от вещей. В науке до конца XIX иначала 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 движенияатомов требуется пустота - некое вместилище, где атомы, сочетаясьразличным образом в движении, образуют многообразие тел.С развитием классической физики идеи Демокрита о сущностипространства 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 универсальнуюсистему отсчета, относительно которой происходит механическое дви-жение тел. В качестве такой универсальной системы Ньютон и выбралпространство.По Ньютону, пространство суть пустое абсолютное вместилище, вкотором располагаются все тела как нечто внешнее по отношению кнему. Все тела обладают протяженностью независимо от существованиядругих тел. Ньютон полагал, что пространство трехмерно, непрерыв-но, однородно и изотропно. Его различные части ничем не отличаютсядруг от друга, и, значит, пространственные отношения были всюдуодними и теми же и описывались единой геометрией - геометрией Евк-лида.Время суть чистая длительность, присущая любому единичномуявлению самому по себе. Оно также абсолютно.Абсолютность пространства и времени Ньютоном понималась вдвух 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 которымсвязывалась привилегированная система координат. Во-вторых, терминабсолютности употребляется для характеристики инвариантности, т.е.неизменности длин отрезков в любых системах отсчета.Аналогично понятие "абсолютное время" характеризовало его, содной стороны, как чистую длительность, с другой стороны, как не-изменность (инвариантность) временных интервалов в любых системахотсчета. 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 вполнеудовлетворяли 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 атомистическогостроения 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 вней. Лейбниц выступал против Ньютоновского понимания чистой протя-женности и чистой длительности. Характеризуя в целом гипотезуАристотеля-Лейбница, следует признать, что в идейном отношении, посравнению с ньютоновской, она гораздо ближе к диалектико-материа-листическому пониманию сущности пространства и времени. Именновторая концепция послужила в дальнейшем основой создания прост-ранственно-временных представлений современной физики.С точки зрения диалектического материализма пространство ивремя неразрывно связаны между собой и с движущейся материей, фор-мами существования которой они являются. По этой концепции бытиевне времени есть такая же величайшая бессмыслица, как бытие внепространства, пространство и время без материи - пустые представ-ления, абстракции, существующие только в нашей голове.Конечно, в диалектико-материалистической концепции раскрытасущность 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 илименее полное раскрытие их свойств связано с развитием современнойнауки, 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 относительнодруга и относительную величину (расстояние и ориентацию). Прост-ранство выражает порядок расположения одновременно существующихобъектов, 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-материалистическийхарактер. Они показывают невозможность дать понятия пространства ивремени в их отрыве от материи, невозможность их рассмотрения какнекоторых абсолютно самостоятельных сущностей. Здесь пространствои время не мыслятся иначе, как определенные свойства бесконечнойсовокупности материальных объектов. Только через существованиепоследних, 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 ивсе их основные свойства. При этом следует подчеркнуть, что хотяони 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 отметитьту путаницу, которую внесли в этот вопрос идеалисты. Так, Берклисчитал, что пространство есть не что иное, как сосуществованиеощущений в духе, субъекте; время - последовательность ощущений. ПоКанту, 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, вечныпространство 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 началоили конец мы встречаемся у Гегеля, Дюринга и др. У Гегеля природаразвертывается сначала в пространстве, а затем уже во времени. Аследуя Дюрингу, необходимо вообще признать, что было время, когдавремени 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 нидвигаться, нигде и никогда мы не достигнем такой границы, которуюможно считать пределом. Бесконечность пространства проявляется втом, что как бы велики не были размеры системы, всегда найдетсятакая 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, следующиходин за другим.В-четвертых, пространство и время обладают свойствами абсо-лютности и относительности. Причем абсолютность здесь мыслится нев ньютоновском смысле. Она проявляется в том, что,независимо отсмены 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 изменятьсяс изменением свойств материи. Например,в зависимости от материаль-ных условий может изменяться кривизна пространства, что нашло своеотражение в создании Н.И.Лобачевским, В.Риманом и др. неевклидовыхгеометрий. Эйнштейн показал,что в разных инерциальных системахотсчета длины отрезков и промежутки времени различны. Эти примерысвидетельствуют 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 единуювременную длительность. Прерывность пространства и времени заклю-чается в том, что они включают элементы, различающиеся по своимвнутренним свойствам, по структуре, т.е. по своим качественным ха-рактеристикам.В заключение отметим еще одно общее свойство пространства ивремени. 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. Онавыражается, 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 - ихкоординатами в заданной произвольной системе координат.Время, в отличие от пространства, одномерно. Это означает,чтоесли задано начало отсчета во времени, то начало или конец како-го-либо процесса, длина временного промежутка будут описаны однимчислом. Кроме того, время обладает свойством необратимости. Вовремени невозможно движение вспять. Оно течет всегда и всюду в од-ном и том же направлении: от прошлого к настоящему, от настоящегок 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 симметрияпространства относительно оси вращения его около произвольной точ-ки. Симметрия пространства проявляется в симметричной конфигурацииразличных материальных тел. Например, в форме кристаллов, строениябабочек и т.д.В классической физике и специальной теории относительностигосподствующее значение имеют постулаты об однородности и изотро-пии пространства и однородности времени, вытекающие из их свойств.Однородность пространства состоит в равноправии всех его точек, аизотропия - 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 ссозданием неевклидовых геометрий, открытием специальной теории от-носительности, вызвало большой резонанс и в области философии. Рядфилософов и физиков пришли к выводу: поскольку наши представленияо пространстве и времени меняются, следовательно, они субъективны.Особенное место в отстаивании этого положения заняла разновидность"физического" идеализма" - махизм. По Маху пространство и времяпредставляют 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. Знаменитыйматематик Пуанкаре говорил, что изменчивость понятий пространстваи времени является свидетельством навязывания их нами природе вцелях удобства.Между тем в действительности абстрактные понятия пространстваи времени являются относительными, они могут изменяться, уточнять-ся с разитием науки, однако отсюда не следует, что изменяются взависимости от этого, приспосабливаясь к нашему опыту, объективныепространство и время.Изменчивость представлений о пространстве и времени означаетлишь, "что наш опыт" и наше познание все более приспосабливаются кобъективному пространству и времени, Все правильнее и глубже ихотражая. Обоснование объективности пространства и времени имеетактуальное 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 отграниченныхдруг от друга предметов. Все оказалось заполненным материей и нестало пустоты.Следующим важным моментом в развитии физики было установлениев 1881 г. американским физиком Майкельсоном независимости скоростисвета относительно движущихся тел.В физике возникло противоречие между законами классическойфизики и новыми открытиями. Разрешение этого противоречия былоосуществлено А.Эйнштейном в 19О5 г. созданием специальной теорииотносительности. Принципиально новым в теории Эйнштейна являетсяутверждение 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 инерциальнойсистеме 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 водном 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 такойсистеме 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 отсчетадлина 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 каждыйотрезок в разных системах действительно короче другого. Простонаблюдатели в каждой системе отсчета при измерении найдут, чтоотрезок в другой системе короче отрезка в их системе. Так, каждомуиз двух одного роста людей, стоящих по разные стороны двояковогну-той линзы другой будет казаться меньше. Хотя это не значит, чтокаждый из них меньше другого. Реальной же причиной изменений будетвзаимное относительное движение тел. Таким образом, о длине тела,в отличие от классической физики, можно говорить лишь в отношенииего 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 несуществует 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, чтокак 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, ввелановый 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 времянаходят свое подтверждение на практике.Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени иих взаимосвязи с материей связано с возникновением общей теорииотносительности (ОТО)Одним из основных постулатов ОТО являются гравитационныеуравнения 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 опространства-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 иболее 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 врамках одной и той же системы отсчета, при переходе от одних точексистемы к другим. Например, во всех точках, расположенных ближе кцентру 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 подтверждаетсятолько лишь практикой, в частности, экспериментом. В настоящеевремя идеи общей теории относительности находят все большие ибольшие доказательства.В 1958 году немецкий физик Мисбауер открыл способ изготовле-ния "ядерных часов", измеряющих время с громадной точностью. Опытыс применением эффекта Мисбауера показали, что у поверхности земливремя 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 движущейсяматерии. Однако считать, что проблема пространства и времени в фи-зике решена полностью, было бы преждевременным. Развитие квантовойфизики, космологии и т.д. ставит перед наукой все новые и новыевопросы, решение которых во многом связано с дальнейшим развитиемучения о материи и ее свойствах.Существующие трудности с решением проблемы пространства ивремени для некоторых областей знания позволяют предположить,чтоих решение , возможно, связано с созданием физической теории, бо-лее общей,чем теория относительности и квантовая теория поля. Приэтом 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.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.