ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ КАК ВСЕОБЩИЕ ФОРМЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ МАТЕРИИ

Для обыденно-житейских представлений пространство и время – нечто привычное. Но если задуматься над тем, что же всё-таки такое - пространство и время, то возникают сложные вопросы, напряжённо обсуждавшиеся в истории философии и естествознании. В своё время средневековый схоласт Августин заметил остроумно, что когда его не спрашивают, что такое время, то он знает, что это такое. Но как только его спрашивают об этом, он сразу убеждается, что почти ничего не может сказать. С одной стороны, человек уже в самом примитивном опыте сталкивается с пространством и временем и привыкает считать их чем-то интуитивно ясным. С другой стороны, малейшее размышление о пространстве и времени показывает, что эта интуитивная ясность иллюзорна.

Зададимся вопросом, каков смысл категорий «пространство» и «время». В своей деятельности мы обнаруживаем различные особенности структурной организации мира. Предельно общие свойства, выражающие структурную организацию материального мира, - свойства объектов быть протяжёнными, занимать место среди других, граничить с другими объектами – выступают как первые, наиболее общие характеристики пространства. Если их абстрагировать от действительности, отделить от самих материальных объектов, то мы получим представление о пространстве как таковом. Именно так складываются представления о пространстве и понятие пространства.

Попытаемся выявить таким же образом содержание понятия времени. Мир состоит не только из структурно расчленённых объектов. Эти объекты находятся в движении, они представляют собой процессы, которые развёртываются по определённым этапам. В них можно выделить некоторые состояния, стадии. Такие и подобные особенности процессов характеризуются понятием длительности. Сравнение различных длительностей может стать основой для количественных мер, выражающих скорость развёртывания процессов, их ритм и темп. Если эти характеристики абстрагировать от самих процессов и рассмотреть отношения длительностей как некоторые самостоятельные признаки процессов, то мы получим представление о времени как таковом. Представление о времени и понятие времени имеет смысл лишь постольку, поскольку мир находится в состоянии изменения; если бы материя была вне движения, понятие времени не имело бы смысла. В обыденной жизни и в практике понятие времени образуется благодаря сопоставлению различных процессов движения. Для того чтобы произвести отсчёт времени, мы находим какой-то квазипериодический (повторяющийся в некоторых основных чертах) процесс, который выбираем за эталон, и с ним сравниваем непериодические, более сложные процессы. Например, периодический процесс вращения Земли вокруг своей оси делит время на сутки.

Человеку свойственно и интуитивное чувство времени. Оно не всегда осмыслено, но его можно зафиксировать экспериментально, как это происходило в процессе подготовки космонавтов к полёту. «Биологические часы», то есть периодические ритмические циклы, есть у любого организма. С их помощью организм приспосабливается к внешней среде. Чувство времени развивается в процессе этого приспособления. Важно, что в основе этого чувства лежит примерно тот же принцип, какой лежит и в основе образования понятия времени, - это сравнение различных процессов движения: одного, функционирующего как эталон, и другого, сопоставляемого с этим эталоном.

В истории философии существовали различные концепции пространства и времени. Их можно разделить на два больших класса: концепции субстанциальные и реляционные, причём, сторонников и той, и другой можно обнаружить как среди материалистов, так и среди идеалистов. Субстанциальная концепция сводится к рассмотрению пространства и времени как особых сущностей (субстанций), которые существуют сами по себе, независимо от материальных объектов. Такую точку зрения отстаивал, например, Ньютон («Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему остаётся всегда одинаковым и неподвижным.»). Встречалась она и в древней философии. Например, представление атомистов Демокрита и Эпикура о пустоте (Эпикур: «… в действительности же существуют только атомы и пустота») неявно предполагало концепцию субстанциальности пространства. Метафизические материалисты XVII-XVIII столетий понимали пространство как объективно существующую субстанцию. Идеалисты же представляли себе пространство как субстанцию, порождённую сознанием.

В противовес субстанциальному подходу в истории философии развивалась реляционная концепция пространства и времени. Одним из наиболее ярких представителей её был Г. В. Лейбниц, полемизировавший с Ньютоном. Он настаивал на том, что пространство и время – это особые отношения между объектами и процессами и вне их не существуют (Лейбниц: «Говорят, что пространство не зависит от расположения тел. …оно, конечно, не зависит от того или иного положения тел; тем не менее оно является таким порядком, который делает возможным само расположение тел и в силу которого они в своём существовании друг подле друга обладают отношением расположения, подобно тому как время представляет собой тот же порядок в смысле последовательности их существования. Я вовсе не говорю, что материя и пространство одно и то же, а лишь утверждаю, что без материи нет и пространства, и что пространство само по себе не представляет собой абсолютной реальности»). Реляционная концепция тоже может быть как материалистической, так и идеалистической. Лейбниц эту концепцию развивал с позиций идеализма. С позиций материалистической реляционной концепции подходит к рассмотрению пространства и времени диалектический материализм. Он считает их объективными и абсолютными и, в то же время, относительными формами бытия материи, то есть подчёркивает их неразрывную связь с материей и движением. Диалектико-материалистическое понимание объективности пространства и времени означает, что они мыслятся как существующие вне сознания формы бытия, координации самих материальных объектов. Непосредственно этот тезис направлен против субъективного идеализма, с точки зрения которого не человек с его сознанием существует в пространстве и времени, а, наоборот, пространство и время существуют в человеке как присущие ему способы восприятия вещей. Объективность пространства и времени признаёт и объективный идеализм. Однако материализм под объективностью понимает не только независимость от сознания субъекта-индивида, но независимость от сознания вообще (от «мирового разума», «абсолютной идеи» и т. п.).

Всеобщность пространства и времени мыслится диалектическим материализмом как невозможность существования чего бы то ни было вне пространства и времени. Этот тезис непосредственно направлен против объективного идеализма, для которого пространственно-временной характер окружающего мира есть свидетельство его «неподлинности». Объективный идеалист считает, что «подлинная» реальность носит духовный характер и существует вне пространства и времени. Субъективный идеализм, отрицая объективность пространства и времени, тем самым отвергает и их всеобщий характер.

Положение диалектического материализма о многообразии конкретных форм пространства и времени (иначе говоря, об их относительности) основывается на выводах специальной и общей теории относительности, о чём позже будет сказано более подробно.

Пространство и время как формы координации материальных объектов макромира обладают следующими основными всеобщими свойствами: трёхмерностью пространства и одномерностью и необратимостью времени, однородностью и изотропностью пространства и однородностью времени.

Трёхмерность пространства макромира представляет собой эмпирически устанавливаемое свойство, которое выражается в том, что положение любого объекта может быть определено с помощью трёх независимых величин. Здесь существенно наличие именно независимых величин, а не конкретный их характер, который зависит от выбираемого субъектом способа описания положения тел в пространстве (то есть от используемой системы координат – прямоугольной, сферической, цилиндрической и т. д.).

Почему пространство имеет три измерения? В своё время Аристотель, а много позднее и Гегель давали спекулятивные толкования трёхмерности пространства, но уже Галилей высмеял аргумент о совершенстве числа «3». Кант первым попытался дать научное обоснование трёхмерности пространства: т. к. в n-мерном пространстве закон всемирного тяготения принял бы вид F=γ , а в нашем мире F изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния, то, значит, пространство должно иметь три измерения. Но почему сила тяготения в нашем мире обратно пропорциональна именно квадрату расстояния? Такая зависимость, считал Кант, обусловлена лишь свободной волей бога, который мог бы выбрать любую другую возможность. Впоследствии физики и математики показали, что в n-мерном пространстве (при n>3) устойчивые орбиты планет невозможны: планеты либо падают на светила, либо улетают. Следовательно, жизнь невозможна. Атомы также неустойчивы – электроны мгновенно падают на ядра. Следовательно, было бы невозможно атомное строение вещества, молекулы, жизнь. Сферические волны искажались бы по мере их распространения, что приводило бы к искажению передаваемой информации. Все приведённые соображения лишь подтверждают положение о трёхмерности пространства, но не говорят о том, что определило его трёхмерность. Макроскопическая пространственно-временная структура, вероятно, обусловлена фундаментальными микроявлениями, и, чтобы её обосновать, необходимо дальнейшее развитие теории элементарных частиц. В современных концепциях супергравитации, где сильные, слабые и гравитационные взаимодействия связываются между собой и рассматриваются как своеобразные расщепления глубинного взаимодействия, в котором они первоначально неразличимы, вводится представление о десятимерном пространстве-времени. В этой модели мира размерность 3+1, свойственная пространству-времени макромира, рассматривается как результат развития данного пространства и времени из предшествующих ему пространственно-временных структур, характеризующих состояние физического вакуума. Эти представления о развитии вселенной допускают предположение, что при её рождении только четыре из десяти измерений пространства-времени обрели макроскопический статус, а остальные оказались как бы свёрнутыми (компактифицированными) в глубинах микромира, в областях см. Не исключено, что развитие материи порождает наряду с нашей Метагалактикой множество различных миров, которые характеризуются другими размерностями пространства-времени.

Наряду с понятием 3-мерного пространства в науке широко используется понятие многомерного пространства. И хотя в мало-мальски серьёзной литературе понимание действительного смысла этого понятия не вызывает затруднений, тем не менее в околонаучной литературе нет недостатка в сомнительных спекуляциях вокруг n-мерного пространства. Этим занимается современный обскурантизм, провозгласивший, например, существование духов в четвёртом измерении.

В действительности никакого четвёртого и т. д. пространственных измерений нет. Реальное пространство трёхмерно, а понятие n-мерного пространства представляет собой пример математического обобщения, описание пространственно подобных ситуаций, где в качестве 4,5 и т. д. измерений даны характеристики давления, температуры и т. п. параметров среды.

В отличие от пространства время одномерно и необратимо. Одномерность его означает, что для фиксации положения объекта (события) во времени достаточно одной величины – промежутка времени, протекшего от некоторого начала отсчёта. Важнейшей чертой времени является его необратимость. Пространство «обратимо» в том смысле, что в любую его точку можно попадать неограниченное число раз. Во времени это невозможно – оно необратимо течёт от прошлого через настоящее к будущему. В одну и ту же временную точку нельзя попасть дважды, нельзя вернуться в прошлое.

Идея необратимости времени навязывается человеку непосредственным опытом его психической жизни. Каждый человек чётко различает непосредственное переживание и воспоминание о чём-либо. То, что воспроизводится с помощью памяти, образует прошлое, а непосредственно переживаемое – настоящее. Отсюда в субъективном идеализме и возникает мысль вывести необратимость времени из особенностей нашего сознания. Английский философ Б. Рассел утверждал, что «мы устанавливаем временной порядок с помощью памяти и нашего непосредственного опыта временной последовательности… Всё, сосуществующее с чем-либо вспоминаемым, а не с моим настоящим опытом, так же относится к прошлому. Отправляясь от этого, мы можем определение временного порядка и различение прошлого и будущего распространять шаг за шагом на все события. Мы можем тогда отличать причину от действия и говорить, что причины всегда бывают по времени раньше, чем действия». По Расселу, получается, что не сознание существует во времени, а, наоборот, время порождается сознанием, и временной порядок накладывается на вневременные события. Материализм, исходя из объективности времени, выводит и его необратимость из свойств объективных процессов.

Однородность пространства и времени и изотропность пространства означают инвариантность системы по отношению к определённым преобразованиям переменных: однородность времени – по отношению к сдвигам времени, то есть к изменению начала отсчёта; однородность пространства – по отношению к сдвигам в пространстве, то есть к переносу начала координат; изотропность пространства – по отношению к повороту осей системы координат в пространстве.

Однородность пространства и времени и изотропность пространства выражают фундаментальные свойства и связаны с важнейшими законами физики – законами сохранения: симметрии относительно сдвига времени (то есть однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига (то есть однородности пространства) – закон сохранения импульса; симметрии относительно поворота координатных осей (то есть изотропности пространства) – закон сохранения момента импульса. Это, как и свойства пространства и времени – трёхмерность пространства и необратимость времени, показывает, что пространство и время действительно являются формами существования материи. Их свойства находят своё выражение в фундаментальных законах, определяющих течение материальных процессов.

Обе философских концепции пространства и времени – субстанциальная и реляционная – явились осмыслением повседневного житейского опыта и данных науки. Субстанциальная точка зрения в новое время основывалась на принципах и законах классической механики. Реляционная точка зрения нашла подтверждение в работах, связанных со специальной и общей теорией относительности.

А. Пространство и время в классической физике Понятия пространства и времени, выработанные в классической механике, представляют, с одной стороны, результат обобщения повседневного опыта, с другой,- следствие научного анализа простейших механических движений.

Основным законом классической механики является второй закон Ньютона, связывающий силу, действующую на тело, с приобретаемым телом ускорением: F = m . Для описания механического движения, следовательно, необходимо измерение координат движущегося тела, что требует введения понятия системы отсчёта. Возникает вопрос: для всякой ли системы отсчёта будет справедлив основной закон механики? Ведь существует два физически различных типа систем отсчёта: инерциальные системы (движущиеся равномерно и прямолинейно относительно друг друга) и неинерциальные, движущиеся с ускорением. Для последних приведённая формулировка второго закона Ньютона не сохраняется. В инерциальных же системах отсчёта переход от одной системы к другой не меняет вида второго закона Ньютона – он справедлив для всех систем. Последнее утверждение составляет содержание принципа относительности классической механики (принципа относительности Галилея): все инерциальные системы отсчёта физически эквивалентны, то есть состояние равномерного прямолинейного движения никак не сказывается на происходящих в системе механических процессах и никакими механическими экспериментами, проводимыми внутри системы, нельзя определить, покоится она или движется равномерно и прямолинейно.

Перед творцами классической механики встал вопрос: существуют ли вообще инерциальные системы? Является ли таковой система отсчёта, связанная с Землёй? Мы знаем, что на Земле с достаточной степенью точности соблюдается принцип инерции, и, тем не менее, Земля – система неинерциальная: она вращается вокруг Солнца и вокруг собственной оси. Солнце тоже не является, строго говоря, инерциальной системой. Но если ни одна реальная система отсчёта не является строго инерциальной, то не оказываются ли фикцией основные законы механики? Поиски ответа на этот вопрос и привели к понятию абсолютного пространства. Оно представлялось совершенно неподвижным, а связанная с ним система отсчёта – строго инерциальной. Именно по отношению к абсолютному пространству законы механики и выполняются совершенно строгим образом. Ярче всего эти взгляды выразил Ньютон в «Механических началах натуральной философии»: «1. Абсолютное истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. 2. Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему остаётся всегда одинаковым и неподвижным». Ньютон отдавал себе при этом ясный отчёт, что фактически воспринимаются всегда относительные пространство и время и относительное движение. Однако это не опровергало в его глазах наличие абсолютных пространства и времени, ибо невозможность их непосредственного обнаружения в эксперименте объясняется как раз принципом относительности Галилея. Этот принцип, с одной стороны, опирался, а, с другой – требовал вполне определённых представлений о пространстве и времени. Чтобы сделать это обстоятельство более ясным – дадим более строгую формулировку принципа относительности. Переход от одной инерциальной системы к другой представляет собой некоторое преобразование координат, получившее название преобразований Галилея. Полная система преобразований Галилея выглядит следующим образом: x’=x-vt; y’=y; z’=z; t’=t.

В преобразованиях Галилея находят своё выражение основные свойства пространства и времени, как они понимались в классической механике. Каковы же эти свойства? Во-первых, пространственные и временные координаты входят в уравнения неравноправным образом. Пространственная координата в движущейся системе зависит и от пространственной и от временной координаты в неподвижной системе (x’=x-vt). Временная же координата в движущейся системе зависит только от временной координаты в неподвижной и никак не связана с пространственными (t’=t). То есть время мыслится как нечто совершенно самостоятельное по отношению к пространству. Во-вторых, в преобразованиях Галилея зафиксирован абсолютный характер длины и промежутка – основных метрических характеристик пространства и времени. В отношении временного промежутка это прямо видно из уравнения t’=t. Время не зависит от системы отсчёта, оно одно и то же во всех системах, везде и всюду течёт совершенно равномерно и одинаково. Это и есть ньютоновское абсолютное, истинное время. Мысль о возможной зависимости времени от движения системы отсчёта казалась настолько нелепой, что уравнение t’=t вообще явно не формулировалось ввиду своей якобы очевидности и тривиальности. Столь же абсолютный характер носит и основная пространственная характеристика – длина.

Итак, классическая механика исходила из абсолютного времени (временного промежутка) и пространства (длины), их независимости друг от друга. К этому добавлялась и независимость пространственно-временных характеристик от каких бы то ни было свойств материальных объектов. Пространство и время всегда и всюду одинаковы, свойства пространства описываются эвклидовой геометрией (единственной в то время известной).

В истории познания метафизическая абсолютизация, как правило, приводит к идеалистическим воззрениям. Это произошло и с понятиями пространства и времени. Взгляды Ньютона были метафизическими, но материалистическими. Кант завершил метафизическую абсолютизацию пространства и времени, окончательно оторвав их от реальных вещей и превратив в априорные (не зависящие от опыта, врождённые) формы нашего созерцания. Имея в виду прежде всего Канта, Эйнштейн писал: «… философы оказали пагубное влияние на развитие научной мысли, перенеся некоторые фундаментальные понятия из области опыта, где они находились под нашим контролем, на недосягаемые высоты априорности».

Б. Пространство и время в специальной теории относительности (СТО)

Математический аппарат СТО, в частности, так называемые преобразования Лоренца, свидетельствует о связи пространства и времени: в формулы Лоренца пространство и время входят равноправным образом – пространственная координата в движущейся системе (К’) зависит и от пространственной и от временной координат в неподвижной системе (К). Это же справедливо и в отношении временной координаты в системе К’ - она зависит и от временной и от пространственной координат в системе К. Здесь, таким образом, во-первых, уже зафиксирована фундаментальная связь пространства и времени друг с другом. Во-вторых, из преобразований Лоренца следуют важнейшие выводы об относительности длины и временного промежутка: стержень имеет наибольшую длину в системе, где он покоится. Длина, измеренная в движущейся системе отсчёта, сокращается (). Этот эффект называется релятивистским сокращением длины. Промежуток времени будет наименьшим в той системе, где события происходят в одной и той же точке пространства, то есть как бы покоятся. Поэтому промежуток времени является наименьшим в покоящейся системе, а в движущейся системе он возрастает (Δt= ). Это положение формулируется как тезис о замедлении течения времени в движущейся системе отсчёта, а сам эффект называется релятивистским замедлением течения времени. Для характеристики релятивистского эффекта замедления времени обычно пользуются таким понятием, как собственное время. Им называют время, измеряемое по часам, движущимся вместе с системой отсчёта, то есть покоящимся в ней. По отношению к часам неподвижной лаборатории промежуток собственного времени будет всегда меньше промежутка лабораторного времени и может быть найден по формуле τ = t .

Итак, согласно теории относительности длина и промежуток времени утрачивают свой абсолютный характер, какой они носили в классической механике. Длина и временной промежуток престают быть характеристиками объектов самих по себе. Они становятся относительными, выражающими отношение объектов друг к другу. Перестаёт быть абсолютной характеристикой одновременность событий: два события, одновременные в одной системе отсчёта (например, в вагоне, движущемся со скоростью, сравнимой со скоростью света), будут неодновременны в другой (связанной с колеёй, по которой движется вагон), и, соответственно, наоборот. Это означает, что нет абсолютного времени. В разных системах отсчёта время течёт по-разному. В вопросе о природе релятивистских эффектов сталкиваются различные философские взгляды, и его решение занимает центральное место в философской интерпретации СТО. Здесь существуют три концепции: а\ динамическая, б\ субъективистская, в\ соответствующая действительному содержанию теории относительности – релятивистская.

Смысл динамической концепции заключается в следующем. Предполагается, что все тела в направлении своего движения сокращаются в раз. С чисто математической точки зрения это – то же самое выражение, что и в теории относительности. Однако физический смысл лоренцева сокращения (эту версию предложил Лоренц, принимавший участие в выработке математического аппарата теории относительности) совершенно иной. Лоренцево сокращение – это абсолютное изменение абсолютной длины. Оно вызвано динамическими причинами, силовыми воздействиями на тело. Оно аналогично тепловому изменению тел, то есть характеризует не пространство, а силы, действующие на тела.

Хотя лоренцева идея была предложена до появления теории относительности, но попытки истолковать релятивистское сокращение в духе Лоренца не прекращались и в последующий период в связи с попытками опровергнуть теорию относительности. В отечественной литературе 1-й половины 20 века тоже нередки были заявления, что теория относительности – это «схоластически-метафизическая интерпретация материалистических взглядов Лоренца», что взамен теории относительности надо построить «материалистическую теорию быстрых движений…»

Динамическое истолкование релятивистских эффектов с философской точки зрения выполнено в духе метафизического, механистического материализма, поскольку связано с концепцией абсолютного пространства и стремится сохранить абсолютность основной метрической характеристики пространства – длины. В действительности релятивистская формула как раз утверждает, что любое тело, как бы быстро по отношению к некоторой системе отсчёта оно ни двигалось, при измерении наблюдателем, покоящимся относительно этого тела, всегда будет иметь одну и ту же длину , называемую собственной длиной. Возьмём для наглядности космический корабль, находящийся на стартовой площадке на Земле. Его длина, измеренная перед стартом, равна, скажем, 100 м. Корабль, стартовав, разогнался до околосветовой скорости, и его длина, измеренная с Земли, стала, допустим, 50 м. Это совсем не означает, что корабль сократился вдвое, как может сократиться стержень под действием приложимых к нему упругих сил. Длина корабля, измеренная находящимися на нём космонавтами, по-прежнему останется 100 м.

Изложенное положение иногда формулируется таким образом, что «на самом деле» длина корабля осталась той же, и наблюдателям с Земли он лишь «кажется» сократившимся. Но что значит «на самом деле»? Употребление таких выражений неявным образом вводит абсолютную длину: собственная длина объявляется абсолютной, а все остальные (в других системах измерения) – лишь кажущимися. Иногда понятие длины вообще объявляется лишённым объективного содержания и зависящим только от точки зрения субъекта – наблюдателя. Так мы приходим ко второму истолкованию релятивистских эффектов – субъективистскому. Два обстоятельства способствуют формированию субъективистской концепции релятивистских эффектов. Первое – это язык, на котором излагается содержание в сочинениях по СТО. В работах самого Эйнштейна и ряда крупных физиков, а ещё чаще в работах популяризаторов без нужды часто – для наглядности – говорится о наблюдателях, измеряющих длины, массы, временные промежутки. Постоянно используются выражения вроде: «Длина космического корабля с точки зрения земного наблюдателя – 50м, а с точки зрения космонавта – 100 м». Дело, конечно, не в наблюдателе, а в системе отсчёта, с которой он связан. Правильнее было бы сказать: «Длина корабля в системе отсчёта «Земля» - 50 м, а в системе «корабль» - 100 м».

Система отсчёта не есть нечто порождённое субъектом. Это – всегда объективная система координации событий, обязательно связанная с материальным, точнее, вещественным образованием (даже электромагнитное поле не может быть системой отсчёта). Когда физик говорит о зависимости длины от точки зрения наблюдателя, то он имеет в виду систему отсчёта, с которой связан наблюдатель, а отнюдь не зависимость от наблюдателя как субъекта познания. Но беззаботность физика насчёт философской терминологии использует в своих целях идеализм, выдавая за положение теории относительности тезис о зависимости пространственно-временных характеристик от познающего субъекта.

Второе обстоятельство – это метафизическое отождествление относительного с субъективным: только абсолютному метафизик присваивает атрибут реального, относительное же лишается такового. В действительности относительные величины реальны не в меньшей степени, чем абсолютные. Мы подошли к третьему – релятивистскому – истолкованию природы релятивистских эффектов.

Релятивистское истолкование исходит из того, что сокращение длины и замедление времени суть реальные, но относительные эффекты. Например, бессмыслен вопрос: какая длина нашего космического корабля – 100 или 50 метров – реальна? В определённом смысле длина аналогична, например, скорости. Не существует скорости тела самого по себе. Это понятие выражает отношение тела к системе отсчёта. Одно и то же тело в разных системах объективно имеет разные значения скорости. Длина тоже не есть характеристика тела самого по себе, как считала классическая физика. Она выражает отношение тела к системе отсчёта и имеет смысл лишь в связи с той или иной системой отсчёта. Временной промежуток не есть свойство событий самих по себе, а выражает их отношение к системе отсчёта и только в ней имеет смысл. Эта зависимость становится сколько-нибудь заметной лишь при околосветовых скоростях, и поэтому нам так трудно освободиться от иллюзии абсолютной длины и абсолютного времени.

Философское осмысление факта инвариантности интервала приводит к совершенно новым воззрениям на пространство и время. Они утрачивают свой независимый друг от друга абсолютный характер, становясь относительными проявлениями более глубокой сущности. Она не имеет наглядного представления, но строго описывается математически с помощью понятия интервала и может быть названа пространственно-временным континуумом или просто пространством-временем. В абсолютности интервала и относительности отдельно взятых длины и временного промежутка и выявилась более глубокая сущность прост­ранства и времени, связывающая их в единую форму существования ма­терии. Это не означает, что стирается различие между пространством и временем, когда они рассматриваются в качестве относительных об­наружений абсолютного пространства-времени. В новых взглядах лежит объяснение и природы релятивистских эффектов. Они и не результат силовых воздействий на абсолютную длину и абсолютный временной промежуток, и не выражение зависимости свойств пространства и вре­мени от точки зрения наблюдателя; они - следствие глубокой, ранее не известной нам природы пространства-времени, выясненной СТО.

Интервал является инвариантным, но его "проекции" на пространствен­ную и временную "оси" различны в разных си­стемах координат (см. схему выше). Воспринимаемые нами длина и временной промежуток есть относительные "проекции", имеющие разную величину в разли­чных системах отсчёта. Итак, недоступная не­посредственному наблюдению внутренняя сущность пространства-времени заключается в их объединении в единый пространственно-временнной континуум, не за­висящий от системы отсчёта, что находит своё выражение в инвариан­тности его метрической характеристики - интервала.

Если представить себе разумное существо, сформировавшееся и обитающее в мире околосветовых скоростей, то оно, очевидно, непосред­ственно воспринимало бы интервал как нечто единое. Абсолютность интервала была бы для него столь же чувственно-очевидной, как для нас очевидна абсолютность длины в повседневном опыте. Но мы, люди, сформировались в мире малых скоростей. В этом мире единое прост­ранство-время объективно распадается на относительно независимые друг от друга пространство и время. Наше познание мира начиналось с представлений об абсолютной длине и абсолютном времени, а идея единого пространственно-времен­ного континуума могла появиться лишь много позднее как теорети­ческая конструкция, идущая вразрез с чувственной очевидностью.

Релятивистское замедление времени в быстродвижущихся системах отсчёта относится к числу наиболее парадоксальных выводов теории относительности, вызывающих обычно наибольший протест со стороны здравого смысла, но оно – не фикция, а реально существующий эффект, в принципе доступный экспериментальной проверке. Проверка этого факта на космонавтах пока является делом писателей-фантастов, ибо достижение макроскопическими телами околосветовых скоростей на сегодня – лишь абстрактная возможность. Но на микрообъектах релятивистское замедление времени есть строго проверенный факт. В космических лучах в верхних слоях атмосферы образуются частицы, называемые пионами (π-мезонами). Собственное время жизни пионов – порядка 10^-8 с. За это время, двигаясь даже со скоростью почти равной световой, они могут пройти не больше чем 3 х 10¹⁰ х 10^-8 = 300 см. Между тем, наши приборы регистрируют их на уровне моря, то есть они проходят путь порядка 30 км, или в 10000 раз больший, чем максимально для них возможный. В чём же дело? Ответ даёт теория относительности. 10^-8 с – это собственное время жизни мезона, измеренное по часам, движущимся вместе с мезоном и, следовательно, по отношению к нему покоящимся. Но в системе отсчёта «Земля» время жизни мезона оказывается намного большим, и за это «удлинённое» время пионы оказываются в состоянии пройти земную атмосферу и оставить в регистрационных приборах свои «визитные карточки», доказывающие релятивистское замедление времени.

Поиск по сайту: