Основные свойства пространства и времени

При анализе этих вопросов необходимо учитывать не только то, что пространство и время неразрывно связаны с движением материи, но и наличие субординации между ними: “Движение есть сущность времени и пространства”(3.231). Приведем два соображения в пользу этого тезиса.

Во-первых, пространство и время - это стороны движения материи.

То, что свойства пространства (и времени) в определенных преде­лах не зависят от отдельных объектов (явлений) еще не означает, подчеркнем, что эти свойства вообще не зависят от материи.

Во-вторых, если бы частицы вещества, образующие тело, обладали только притяжением или только отталкиванием, тело не могло бы иметь конечной протяженности (в одном случае имея нулевые размеры, в дру­гом - бесконечные)(На это указал И.Кант в “докритический” период своего творчества. Это еще раз подтверждает правильность положения, согласно которому ни один объект не может рассматриваться как носитель лишь какого-либо одного вида движения, взаимодействия.). Таким образом, протяженность (основной момент пространства) обусловлена характером движения, взаимодействия час­тиц материи, именно - единством присущих им отталкивания и притяже­ния. Ситуация с временем аналогична.

Поскольку сущность пространства и времени - это движение, пос­тольку

(а) наиболее существенные свойства пространства и времени - это проявление свойств движущейся материи;

(в) понимание пространства и времени в главном определяется

пониманием движения, взаимодействия.

К всеобщим свойствам пространства и времени как атрибутов мате­рии прежде всего относятся: объективность, абсолютность (как уни­версальных форм бытия материи), необходимая связь друг с другом и с движением материи, неисчерпаемость, единство прерывного и непрерыв­ного в структуре (на двух последних моментах далее мы остановимся).

Кратко рассмотрим, иллюстрируя тезис (а), проблему размерности пространства и времени.

Одномерность времени вытекает из его необратимости: преобразова­ние симметрии в n-мерном пространстве эквивалентно преобразованию поворота в n+1-мерном пространстве, поэтому обратимое время было бы двумерным. Что касается необратимости времени, то она связана с несимметричным характером взаимодействий и необратимостью причинно- -следственных связей. Утверждать, как это иногда делается в учебной (и не только) литературе, что необратимость времени обусловлена не­обратимостью причинно-следственных связей, нельзя: само различение причины и следствия включает в качестве необходимого признака пред­шествование причины следствию во времени, т.е. предположение о не­обратимости времени. Здесь важно учитывать, что в обратимом времени было бы невозможно существование познающего субъекта. Дело в том, что последний имеет общественную сущность, но общение как ее основа в обратимом времени невозможно: сообщение, адресованное некоторому субъекту, воспринималось бы им как направленное от него.

Трехмерность макроскопического пространства обусловлена(Это было выяснено “докритическим” И.Кантом) кулоновым характером господствующего в нем взаимодействия. Действитель­но, пусть мы имеем материальную точку (заряд) m1, порождающую центрально-симметричное силовое поле, m2 в котором находится материальная точка (заряд) m2. R Очевидно (при допущении однородности и изотропности пространства), что F -, где F - сила взаимо- m1 S

действия частиц, а S - величина геометрического места точек, равно-

удаленных с m2 от m1 - центра поля. В двумерном, например, пространстве, поскольку S = 2 R, мы имели бы F -. Но по закону Кулона

F --. Этому соответствует S R2, что имеет место только в трехмер­ном пространстве. Отметим, что только в последнем, как показано современной теоретической физикой, возможно устойчивое существова­ние атомов и планетных систем.

Поскольку размерность пространства определяется конкретным ха­рактером взаимодействия материальных объектов, нет оснований счи­тать трехмерность пространства его универсальным свойством. В усло­виях, где доминируют взаимодействия, отличные от кулоновых (микро­и мегамир), должна отличаться от трех и размерность пространства.

Очень важна и для философии, и для частнонаучного знания пробле­ма пространственной бесконечности и вечности материального мира. Эта проблема очень сложна. Так, рассмотрение на современном уровне бесконечности пространства требует выделения его метрических и то­пологических свойств, анализа их обусловленности и так далее. Поэ­тому совсем кратко выделим следующее. Поскольку абсолютно изолиро­ванных объектов не существует (существовать - значит взаимодейство­вать), постольку всякий материальный объект - это элемент некоторой материальной системы. Но наряду с материей как единой и единствен­ной субстанциальной основой мира вещей не существует ничего, что в каком-либо смысле могло ее ограничивать... Неисчерпаемость материи означает, подчеркнем, что пространственную бесконечность материаль­ного мира нельзя понимать как его “дурную” бесконечность. Что каса­ется вечности материального мира, то решающим аргументом здесь яв­ляется указание на несотворимость и неуничтожимость движущейся ма­терии (нечто не возникает из ничего и не превращается в ничто).

В пользу тезиса (в) свидетельствует вся история познания пространства и времени. Рассмотрим кратко основные этапы этого процесса.

Изучение механического движения макротел (с нерелятивистскими скоростями) привело к созданию механики Ньютона, в рамках которой пространство - однородно и изотропно (ибо при любом переносе, пово­вороте в нем изолированной системы как целого ее механические свойства не меняются);

бесконечно (тело сколь угодно долго сохраняет состо­яние равномерного движения при отсутствии взаимодействий);

время - однородно (ибо закон сохранения энергии означает, что тече­ние времени не меняет энергии изолированной системы);

пространство и время не связаны друг с другом (ибо в механике Нью­тона допускается существование бесконечной скорости передачи импульса, т.е. допускается существование вневременных про­цессов в пространстве).

Таким образом, рассмотрение движения как механического обуслови­ло субстанциальное понимание пространства и времени как неких не связанных друг с другом и с движением материи ее вместилищ, “ящиков без стенок”. В рамках С-концепции пространства и времени, отме­тим, неразрешимы два, как минимум, вопроса: (1) что означает протя­женность пустоты? (2) если пространство и время - условия всякого бытия, то каковы же тогда условия их собственного бытия?

Что касается механики Ньютона, то в ней была и специфическая трудность: закон тяготения необходимо (ввиду отсутствия понятия по­ля) совмещался с идеей дальнодействия, но почему же тогда сила тя­готения зависит от расстояния, если между телами - пустота?

Тем не менее ньютоново понимание пространства и времени было ос­новным в науке вплоть до создания теории относительности. Ведь без признания существования абсолютной пустоты, казалось, нельзя объяс­нить, в частности, отсутствие торможения в движении планет вокруг Солнца. Кроме того, понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, не связанных с материей, играли важную роль в концептуаль­ном каркасе классической механики. Дело в том, что законы Ньютона справедливы лишь для инерциальных систем отсчета. Но существуют ли такие системы? Ясно, что вполне инерциальной может быть лишь система отсчета, не подверженная возмущающему влиянию со стороны материальных объектов, т.е. система отсчета, связанная с чем-то, что существует независимо от материи. Функцию строго инерциальной системы отсчета и выполняли в механике Ньютона субстанциально понимаемые абсолютное пространство и абсолютное время.

Исследование электромагнитых взаимодействий привело в конечном счете к созданию теории относительности (СТО), в рамках которой пространство и время неразрывно связаны

друг с другом, ибо предельный характер скорости света, ограничи­вающей скорость передачи взаимодействий, указывает на невозмож­ность процессов в пространстве, не требующих времени;

с движением материи, ибо протяженность и длительность имеют смысл (определенное численное значение) лишь при указании системы от­счета, связываемой с телом отсчета.

Подчеркнем, что в СТО поле приобретает существенно новый статус, становясь важнейшим компонентом физической реальности.

Таким образом, в современной науке нет места абсолютно пустым пространству и времени, а потому и С-пониманию их сущности. Отметим также, что в области явлений, изучаемой СТО, идеализация абсолютно твердого тела уже не является оправданной, вследствие чего СТО от­казывается от нее введением постулата ограниченности скорости пере­дачи взаимодействий, что находит выражение во введении четырех­мерного пространственно-временного многообразия (элементом которого является событие), описывающегося псевдоэвклидовой геометрией.

В этом контексте в учебной (и не только) литературе иногда ут­верждается: “Теория относительности... выявила глубокую связь между пространством и временем, показав, что в природе существует единое пространство-время, а отдельно пространство и отдельно время высту­пают как его своеобразные проекции, на которые оно по-разному рас­щепляется в зависимости от характера движения тел”(4.82).

Первая часть этого утверждения бесспорна лишь в таком виде: на естественнонаучном уровне СТО “выявила глубокую связь между прост­ранством и временем”. Ибо философия эту связь выявила и глубоко проанализировала задолго до СТО,- поэтому сводить дело к философс­ким выводам из СТО (как в процитированном учебнике) неправомерно.Согласиться же с тем, что “в природе существует единое пространство-время, а отдельно пространство и отдельно время выступают как его своеобразные проекции”, нельзя. Эта идея Г.Минковского дав­но отвергнута современной наукой, как естествознанием (ее несостоя­тельность показал А.Эйнштейн), так и философией. Дело в том, что четырехмерное пространство-время - это концептуальное пространство- -время, на теоретическом уровне отражающее взаимоотношение реальных пространства и времени как качественно разных форм бытия материи. Исследование гравитационных взаимодействий привело к созданию общей теории относительности (ОТО), существенно обогатившей научные представления о движении материи и, соответственно, о пространстве и времени. ОТО доказала зависимость кривизны пространства от мате­рии - источника гравитационного поля. Развитие космологии, в основе которого лежит главным образом ОТО, позволило поставить и в опреде­ленной мере решить ряд вопросов, касающихся структуры пространства и времени в наблюдаемой части Вселенной. Установлено, в частности, ее расширение. При этом для описания движения материальных объек­тов, изучаемого ОТО, потребовалось не только использовать геометрию Римана, но и учитывать ее изменение во времени. ОТО выявила также изменение временного ритма процессов в сильных полях тяготения.

Исследование движения микрообъектов (квантовая механика) привело к представлению о дискретности пространства и времени. Дело в том, что при понимании последних как непрерывных ряд наиболее содержа­тельных физических величин (масса, заряд, энергия и др.), описыва­ющих изучаемые квантовой механикой объекты, в ее уравнениях теряют физический смысл ввиду своей расходимости (бесконечности значений). Разрешить проблему удалось лишь введением “фундаментальной длины” - некоего минимального расстояния (Rmin), чем исключаются из рассмот­рения взаимодействия на бесконечно малых расстояниях,- теория соот­ветствует опыту лишь тогда, когда взаимодействия элементарных частиц учитываются в ней на расстояниях, не превышающих Rmin97. Дискретность пространства, ввиду существования предельной скорости пе­редачи взаимодействий, влечет и дискретность времени.

Даже столь краткое рассмотрение показывает: развитие пространст­венно-временных представлений - результат углубления понимания дви­жения, взаимодействия материальных объектов. Это свидетельствует в пользу тезиса “движение есть сущность времени и пространства”.

Пространство и время - формы существования движущейся материи.

Сначала рассмотрим понятие пространства и понятие времени. (Этот момент требует особого внимания, т.к. связанные с этим вопросы не столь просты, как это может показаться. Однако в учебной литературе обычно нет определения и анализа данных понятий).Понятие пространства опирается на понятие протяженности. Протяженность объекта выражает его структурность, взаимоот­ношение его частей. Обнаруживается протяженность благодаря конеч­ности скорости распространения взаимодействий - для “движения” с бесконечной скоростью любые расстояния одинаковы, а именно точечны. Протяженность, следовательно, обусловлена системной природой мате­рии, выражая ее многокачественность и многокомпонентность.

Понятие времени базируется на понятии длительности. Длительность выражает несотворимость и неуничтожимость системно организованной материи, последовательное пребывание материальных объектов и явле­ний в определенных состояниях.

Опираясь на сказанное и материалистически интерпретируя извест­ные положения Г.Лейбница, можно дать следующие определения:

пространство - это отношения взаимоположения объектов, сосуществую­щих в некоторый момент времени (при измерении пространственных раз­меров, обратим внимание, измеряемый объект совмещается с эталоном);

время - это отношения последовательности объектов, сосуществующих в некоторой точке пространства (сравнение временных параметров разно­местных событий, обратим внимание, требует синхронизации часов, что связано с комплексом не столь уж тривиальных допущений и процедур).

Для пояснения определения пространства рассмотрим вопрос: о ка­ких свойствах запечатленных на ней объектов позволяет судить фото­графия? Ответ очевиден: она отражает структуру, а потому и протя­женность (относительные размеры) этих объектов, их расположение от­носительно друг друга. Фотография, следовательно, фиксирует прост­ранственные свойства объектов, причем объектов (в данном случае это важно), сосуществующих в некоторый момент времени.

Для пояснения определения времени рассмотрим вопрос: почему мы имеем возможность, глядя на киноэкран, судить о временных характе­ристиках запечатленных на киноленте событий? Ответ очевиден: пото­му, что кадры сменяют друг друга на одном и том же экране, сосуществуя в этой “точке” пространства. Если же каждый кадр поместить на свой экран, то мы получим просто совокупность фотографий...

Пространство и время определены, отметим, через противопоставле­ние, соотнесение с противоположным: момент времени, фигурирующий в определении пространства, не обладает длительностью, будучи отрица­нием времени; точка пространства, фигурирующая в определении време­ни, не обладает протяженностью, будучи отрицанием пространства.

Выделим два следствия из определений пространства и времени.

Во-первых, пространство и время объективны.

Во-вторых, пространство и время неразрывно связаны друг с другом и с движением материи. Более того, пространство и время - это сто­роны движения. В самом деле: поскольку пространство - это отношения сосуществующих в некоторый момент времени объектов, постольку оно есть то, что остается от движения, когда мы отвлекаемся от времени; поскольку время - это отношения объектов, сосуществующих в некото­рой точке пространства, постольку оно есть то, что остается от дви­жения, когда мы отвлекаемся от пространства. Таким образом, прост­ранство и время не существуют вне движения материи, как и оно - вне пространства и времени. Это и дало основание Ф.Энгельсу утверждать: “...Основные формы всякого бытия суть пространство и время...”(1.51). Данный тезис, однако, еще нуждается в обосновании, как это станет ясным после рассмотрения основных подходов к пониманию природы пространства и времени, сложившихся в ходе развития науки.

Поиск по сайту: