КОНЦЕПЦИИ НЕКЛАССИЧЕСКОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

КОНЦЕПЦИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ. СПЕЦИАЛЬНАЯ И ОБЩАЯ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Классические представления о материи, пространстве и времени

Пространство и время — основные понятия физики, имеющие длительную историю, начавшуюся во времена древнегреческих ученых — философа Демокрита и математика Евклида.

Пространство и время традиционно рассматривались в философии и науке как основные формы существования материи, ответственные за расположение, структурность и протяженность отдельных элементов материи относительно друг друга. Характеристиками пространства считались однородность — одинаковость свойств во всем пространстве и изотропность — независимость свойств от направления. Время также считалось однородным, т.е. любой процесс в принципе повторим через некоторый промежуток времени. С этим свойством связана симметрия мира, которая имеет большое значение для его познания.

Пространство рассматривалось как трехмерное, а время — как одномерное и идущее в одном направлении — от прошлого к будущему. Время необратимо, но во всех физических законах от перемены знака времени на противоположный ничего не меняется, и стало быть, физически будущее неотличимо от прошедшего.

Таким образом, пространство есть всеобщая объективная форма существования материи, являющаяся необходимым условием возникновения и движения конкретных материальных систем. Понятие «пространство» выражает следующее:

  • • взаимное расположение материальных систем (объектов) впереди, позади, вне, внутри, около, далеко, близко и т.д.;
  • • их способность занимать определенный объем, иметь протяженность — длину, ширину и высоту;
  • • свойство материальных объектов иметь определенную форму, структуру.

Время есть всеобщая объективная форма существования движущейся материи, являющаяся необходимым условием возникновения и изменения конкретных материальных систем и выражающая структурность, темп и длительность материальных процессов и объективную последовательность событий. Следовательно, понятие «время» выражает также всеобщее свойство таких материальных систем и процессов, как:

  • • длительность существования предметов, систем и развития их отдельных фаз, сторон, ступеней и т.д.;
  • • порядок следования и смена состояний, известная последовательность процессов (до, после, одновременно и т.п.).

Пространство и время — это не самостоятельные сущности, а коренные формы бытия, существования движущихся материальных систем. Пространство и время представляют собой формы, в которых проявляется активность материи. Им присущи такие всеобщие свойства, как объективность, безграничность и бесконечность, единство абсолютности и относительности, прерывности и непрерывности. Например, они абсолютны в том смысле, что составляют всеобщие условия всякого бытия; они относительны, потому что в своих конкретных свойствах зависят от состояния движущейся материи.

Несмотря на наличие общих свойств, пространство и время имеют свою специфику, а в ряде существенных свойств они различны.

Пространство трехмерно и обладает свойством симметрии, а время одномерно и однонаправленно, течет от прошлого к настоящему и от него к будущему. В одномерном времени, его необратимости выражен непосредственный характер связи между меняющимися состояниями материальных объектов, а также охарактеризована общая тенденция следования одних материальных явлений за другими, переход от низших форм к высшим, от простых к более сложным системным образованиям.

Пространство и время есть единство бесконечного и конечного. Бесконечность пространства проявляется абсолютным характером движущейся материи, отсутствием каких-либо конечных, застывших состояний, неисчерпаемостью в структурном отношении и качественными превращениями материи. Бесконечность времени состоит в том, что материя вечна в прошлом и будущем, что время — это всеобщая форма существования бесконечной материи.

Конечность пространства выражается в прерывности движения, дискретности и дифференцированности материальных систем. Точно так же время складывается из бесконечного множества длительностей существования отдельных материальных систем, где протекают необратимые процессы.

Классические представления о пространстве и времени сложились в рамках субстанциональной концепции, окончательно сформировавшейся в Новое время; ее основой стали представления философов XVII в. и И. Ньютона.

В физике наиболее полную и последовательную попытку оторвать время от материи сделал именно Исаак Ньютон. Теория пространства и времени им была обоснована с метафизических позиций.

И. Ньютон различал абсолютные и относительные пространство и время. Относительные пространство и время — это чувственно воспринимаемые зависимости между материальными телами; абсолютные — это математические пространство и время, которые независимы от материи, друг от друга и составляют пустые вместилища для материи. Тела, находясь в пространстве и двигаясь в нем, не взаимодействуют с ним. Пространство, по Ньютону, является абсолютной системой отсчета и остается всегда неподвижным, однородным, обладает всюду, во всех точках и направлениях одинаковыми геометрическими свойствами.

Время И. Ньютон определял как чистую длительность и считал, что оно, как и пространство, служит абсолютной системой отсчета, благодаря чему якобы становится возможным измерение во времени тех или иных реальных процессов, происходящих в пустом пространстве. Но эти реальные процессы, происходящие во времени, не взаимодействуют с абсолютным временем. Это был метафизический взгляд на пространство и время применительно к механическим процессам. При этом основой пространственных понятий в механике И. Ньютона служила геометрия Евклида с ее представлением об однородности и действительности свойств всего бесконечного пространства.

Физика XVIII в. приняла принципы И. Ньютона и пользовалась ими весьма плодотворно. Единственной деталью, портившей «фасад стройного здания», была скорость света. Приходилось считать ее бесконечно большой, так как в пустом пространстве только такой она и могла быть, а наблюдения этого не подтверждали [17].

Еще в 1675 г. датский астроном О. Ремер представил в Парижскую академию наук трактат «Относительно доказательства движения света». В работе описывались наблюдения за Юпитером и его спутником Ио. Оказывается, в январе Ио появлялся из-за Юпитера на целых 16 мин 36 с раньше, чем в июне. Поскольку в июне Земля и Юпитер находились по разные стороны от Солнца, а в январе — по одну сторону, оставалось предположить, что все дело в конечной скорости света, которому требовалось в каждом случае проходить до Земли иное расстояние. Несложное деление — и О. Ремер получает первую в истории науки величину скорости света: около 280 000 км/с — превосходный результат, особенно если принять во внимание неточность часов того времени и другие ошибки.

И. Ньютон знал о работе О. Ремера. Он, безусловно, понимал, что конечная величина скорости света неизбежно влечет за собой некую среду, передающую движение. Пространство, следовательно, связано с предметами, в нем находящимися. Это противоречие И. Ньютон разрешить не мог.

Следуя линии Демокрита, И. Ньютон абсолютизировал пространство и приписал ему внетелесную самостоятельную сущность. Он создал логически завершенную концепцию пространства как пустого вместилища. Тем не менее дуализм в эту эпоху сохранялся в форме сосуществования параллельно развивавшихся философских направлений, по-разному трактовавших понятие пространства.

Однако уже в эпоху Нового времени появляются идеи, характеризующие пространство и время вразрез с субстанциональными представлениями.

Так, выдающийся немецкий физик и философ Г. Лейбниц предложил реляционную концепцию пространства и времени: пространство — порядок сосуществования объектов; время — последовательность их смены. Он утверждал, что существует связь вещей (материи) с пространством и временем.

Однако эта концепция была недостаточной для объяснения законов движения.

Несколько позже немецкий философ Г. Гегель отмечал, что движущаяся материя, пространство и время связаны друг с другом, а с изменением скорости протекания процессов меняются и пространственно-временные характеристики.

Создание в первой половине XIX в. Н. Лобачевским, а затем Б. Риманом неевклидовой геометрии устранило один из основных доводов в пользу ньютоновской концепции пространства и времени — наличие только одной евклидовой геометрии. Так, геометрия, созданная Н. Лобачевским, отражает новые, неизвестные ранее свойства пространства. Она исходит из материалистического принципа зависимости геометрических свойств пространства от материи, от происходящих материальных процессов.

Идеи Н. Лобачевского значительно подорвали метафизическое представление об однородности и абсолютности пространства. И вместе с тем явились сильнейшим ударом по априоризму И. Канта, который рассматривал пространство и время как априорные формы человеческого созерцания, предшествующие всякому опыту. Тем самым Н. Лобачевский показал, что пространственные формы присущи самому объективному миру и что геометрические положения отражают свойства реального пространства, имеют опытное происхождение.

Идеи Н. Лобачевского получили дальнейшее развитие в теории относительности А. Эйнштейна.

Если отвлечься от всех прочих характеристик, то главным в классической интерпретации пространства и времени является абсолютность размеров тел и интервалов времени. Сам по себе этот факт, конечно, не мог стать причиной фундаментального пересмотра характера пространства и времени. Как это было всегда в науке, необходимость пересмотра возникла, во-первых, из-за несовпадения существующих концепций с экспериментальными данными, что проявилось в эксперименте Майкельсона — Морли, а во-вторых, из-за невозможности применения уравнений электродинамики Максвелла и, следовательно, электромагнитных законов в соответствии с нормами принципа относительности, выдвинутого Галилеем. Иначе говоря, оказалось невозможным механически применить законы электродинамики.

Возникла необходимость теоретически обосновать мир, в котором законы электродинамики были бы столь же абсолютны, как и законы механики в предыдущем описании мира. Пересмотр характера пространства и времени стал лишь следствием решения этой задачи.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >