Понятие пространства и времени в философии и естествознании XVI11 -XIX веков

Философы-материалисты XVIII-XIX веков решали проблему пространства и времени в основном в духе концепций Ньютона или Лейбница, хотя, как правило, полностью не принимали одну из двух. Большинство философов-материалистов выступили против ньютон и ВСК пустого пространства. Еще Дж. Толанд отметил, что представление о пустом пространстве связано со взглядом на материю как на инертную, бездеятельную. Такого же мнения придерживался и Д. Дидро. Ближе к концепции Лейбница стоял Гегель. В концепциях субъективных идеалистов и агностиков проблемы пространства и времени сводились, главным образом, к вопросу о соотношении между категориями пространства и времени и сознанием, восприятием. Дж. Беркли отвергал ньютоновский абстрактное пространство и время, но рассматривал пространственные и временные отношения субъективно, как порядок восприятия; об объективных геометрические и механические законы не могло быть и речи. Поэтому берклианська точка зрения не сыграла существенной роли в развитии научных представлений о пространстве и времени. Иначе обстояло дело с взглядами И. Канта, сначала поддерживал концепцию Лейбница. Противоречие между этими представлениями и естественно-научными взглядами того времени привела Канта к принятию ньютоновской концепции и стремление философски обосновать ее. Главным здесь было объявление пространства и времени априорными формами человеческого созерцания, то есть обоснование их абсолютизации. Взгляды Канта на пространство и время нашли немало сторонников в конце XVIII - первой половине XIX века. Несостоятельность этих взглядов было доказано только после создания и принятия неевклидовой геометрии, которая, собственно говоря, противоречила ньютоновскому пониманию пространства. Отбросив его, Н. И. Лобачевский и Б. Риман утверждали, что геометрические свойства пространства как наиболее общие физические свойства зависят от общей природы сил, которые формируют тела.

Взгляды диалектического материализма на пространство и время сформулировал Ф. Энгельс. По Энгельсу, находиться в пространстве - значит быть в форме расположения одного возле другого, существовать во времени - значит быть в форме последовательности одного после другого. Энгельс подчеркивал, что "обе эти формы существования материи суть ничто, пустые представления, абстракции, существующие только в нашей голове".

Кризис механического естествознания на рубеже XVII I-XIX веков привела к возрождению на новой основе субъективистских взглядов на пространство и время. Критикуя участников дискуссии, Э. Мах развил взгляд на пространство и время как на "порядок восприятия", подчеркивая происхождение аксиом геометрии из опыта. Но Мах воспринимал опыт субъективистских, так и геометрию Евклида, и геометрии Лобачевского и Римана он трактовал как различные способы описания одинаковых пространственных соотношений.

Развитие представлений о пространстве и времени в XX веке

В конце XIX - начале XX века произошли глубокие изменения в научных представлениях о материи и, соответственно, радикальное изменение понятий пространства и времени. Физическую картину мира дополнила концепция поля как формы материальной связи между частицами вещества, как особой формы материи. Все тела, таким образом, представляют собой систему заряженных частиц, связанных полем, передает действия от одних частиц к другим с конечной скоростью - скоростью света. Предполагали, что поле - это состояние эфира, абсолютно недвижимого среды, заполняющей мировое абсолютное пространство. Позже было установлено (X. Лоренц и др.), Что когда движение тел происходит с очень большими скоростями, близкими к скорости света, то поле изменяется, что приводит к изменению пространственных и временных свойств тел; при этом Лоренц считал, что длина тел в направлении их движения сокращается, а ритм физических процессов, происходящих в них, замедляется, причем пространственные и временные величины изменяются согласованно.

Сначала казалось, что таким путем можно будет определить абсолютную скорость тела относительно эфира, а следовательно, по отношению абсолютного пространства. Однако вся совокупность опытов опровергла этот взгляд (более подробно этот вопрос будет обсуждаться в разделе "Теория относительности"). Было установлено, что в любой инерциальной системе отсчета все физические законы, включая законы электромагнитных (и вообще полевых) взаимодействий, одинаковы. Специальная теория относительности А. Эйнштейна, основанная на двух фундаментальных положениях, - о предельной скорости света и равноправие инерциальных систем отсчета, стала новой физической теории пространства и времени. Из нее следует, что пространственные и временные отношения - длина тел (вообще расстояние между двумя материальными точками) и длительность (а также ритм) процессов, происходящих в нем, является не абсолютным величинам, как утверждала механика Ньютона, а относительными. Частица (например, нуклон) может проявлять себя по отношению частицы, медленно движется по ней, как сферическая, а по частицы, налетает на нее с очень большой скоростью - как сплющенный в направлении движения диск. Соответственно, продолжительность существования заряженного тс-мезона, который медленно движется, составляет "10 ~ 3 сек, а того, который движется с огромной скоростью (близкой к скорости света), - во много раз больше. Относительность пространственно-временных характеристик тел полностью подтверждается с помощью опытов. Отсюда следует, что представление об абсолютности пространства и времени являются ошибочными. Пространство и время являются общими формами координации материальных явлений, а не самостоятельными началами бытия, независимыми от материи. Теория относительности опровергает представление о пустых пространство и время, которые имеют собственные измерения . Представление о пустом пространстве было отвергнуто позже и в квантовой теории поля с его новым понятием вакуума.

Дальнейшее развитие теории относительности (общей теории относительности А. Эйнштейна) показал, что пространственно-временные отношения зависят также от концентрации масс. При переходе к космическим масштабам геометрия пространства-времени не является евклидовой (или "плоской", то есть независимой от величины пространства-времени, а меняется от одной части космоса к другой в зависимости от плотности масс в этих местах и их движения). В масштабах Метагалактики геометрия пространства меняется со временем вследствие расширения Метагалактики. Таким образом, развитие физики и астрономии подтвердил несостоятельность как априоризму Канта, есть понимание пространства и времени как априорных форм человеческого восприятия, природа которых неизменна и независима от материи, так и ньютоновской догматической концепции пространства и времени.

Связь пространства и времени с материей выражается не только в зависимости законов пространства и времени от общих закономерностей, которые определяют взаимодействие материальных объектов. Он проявляется также в наличии характерного ритма существования материальных объектов и процессов - типичных для каждого класса объектов средней продолжительности жизни и средних пространственных размеров.

Из изложенного следует, что пространства и времени свойственны очень общие физические закономерности, касающиеся всех объектов и процессов. Это имеет отношение и к проблемам, связанным с топологическими свойствами пространства и времени. Проблема границы (столкновения) отдельных объектов и процессов непосредственно связана с вопросами, которые привлекали внимание еще в древности. Речь идет о конечную или бесконечную делимость пространства и времени, их дискретность или непрерывность. В античной философии этот вопрос решался только умовивидно. Высказывались, например, предположение о существовании "атомов" времени (Зенон). В науке XVII-XIX веков идея атомизма пространства и времени потеряла всякий смысл. Ньютон считал, что пространство и время реально расчленены до бесконечности. Этот вывод следовал из его концепции пустых пространства и времени, наименьшими элементами которых является геометрическая точка и момент времени ("мгновения" в буквальном смысле слова). Лейбниц считал, что хотя пространство и время делимы до бесконечности, но реально не расчленены на точки - в природе нет объектов и явлений, лишенных размеров и продолжительности. Из представления о неограниченной делимости пространства и времени не следует, что и границы тел и явлений являются абсолютными. Представление о непрерывности пространства и времени еще больше окрепло в XIX веке с открытием поля: в классическом понимании поле абсолютно непрерывный объект.

Проблема реальной делимости пространства и времени появилась в XX веке в связи с открытием в квантовой механике соотношение неопределенностей (более подробно этот вопрос рассматривается в разделе «Квантовая механика»). В соответствии с соотношением неопределенностей для абсолютно точной локализации микрочастицы необходимы бесконечно большие импульсы, в физическом аспекте является невыполнимой задачей. Более того, современная физика элементарных частиц показывает, что при очень сильных воздействиях на частицу она не сохраняется вообще, происходит даже множественное рождение частиц. На самом деле не существует реальных физических условий, при которых можно было 6 измерить точное значение напряженности поля в каждой точке. Таким образом, современная физика установила, что невозможно не только реально осуществить разделение пространства и времени на точки, но и принципиально невозможно осуществить процесс реального бесконечного их разделения. Итак, геометрические понятия точки, кривой, поверхности являются абстракциями, отражающие пространственные свойства материальных объектов лишь приблизительно. На самом деле объекты отделены друг от друга не абсолютно, а лишь относительно. Справедливо это и в отношении моментов времени. Именно такой взгляд на "точечности" событий следует из так называемой теории нелокального поля. Одновременно с идеей нелокальности взаимодействия разрабатывается гипотеза о квантования пространства и времени, то есть о существовании маленьких длин и длительностей. Сначала предполагали, что "квант" длины - 10 "15 м (порядка классического радиуса электрона или порядка" длины "сильного взаимодействия). Однако с помощью современных ускорителей заряженных частиц исследуются явления, которые имеют длины 10 ~ б-10 ~ 17 м; поэтому значение кванта длины начало смещаться к все меньшим значений (10 ~ 19 и даже 10 "35 м).

Решение вопроса о квантования пространства и времени тесно связано с проблемами структуры элементарных частиц. Появились исследования, которые вообще отрицают применимость к субмикроскопические мира понятий пространства и времени. Однако понятия пространства и времени не должны сводиться ни к метрическим, ни к топологическим отношений известных типов.

Тесная взаимосвязь пространственно-временных свойств в природе взаимодействия объектов проявляется также и при анализе симметрии пространства и времени. Еще в 1917 году Э. Нетер доказала, что однородности пространства соответствует закон сохранения импульса, однородности времени - закон сохранения энергии, изотропности пространства - закон сохранения момента количества движения. Таким образом, типы симметрии пространства и времени как общие формы координации объектов и процессов взаимосвязаны с важнейшими законами сохранения. Симметрия пространства при зеркальном отражении оказалась зависимой от существенной характеристики микрочастиц их четности.

Одной из важнейших проблем пространства и времени вопрос о направленности течения времени. В ньютоновской концепции это свойство времени считалось понятной сама собой и не требовала обоснования. В Лейбница необратимость течения времени связывалась с однозначной направленности цепи причин и следствий. Современная физика конкретизировала и развила это обоснование, связав его с современным пониманием причинности. Очевидно, направленность времени связана с такой интегральной характеристикой материальных процессов, как развитие, что является принципиально необратимым.

Среди проблем пространства и времени, которые привлекали внимание еще в древности, - вопрос о количестве измерений пространства и времени. В ньютоновской концепции это количество считалась изначально неизменной. Однако еще Аристотель обосновал трехмерность пространства в зависимости от количества возможных сечений (делений) тела. Интерес к этой проблеме возрос в XX веке с развитием топологии. Л. Бауэр установил, что размерность пространства является топологическим инвариантом - числом, не меняется при непрерывных и взаимно однозначных преобразований пространства. В ряде исследований была установлена связь между количеством измерений пространства и структурой электромагнитного поля, между трехмерностью пространства и спиральностью элементарных частиц. Все это подтвердило, что количество измерений пространства и времени неразрывно связана с материальной структурой окружающего мира.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >