|
|
Введение.
Понятия пространства и времени являются философскими категориями и в этом смысле не определяются в естествознании. Для естественных же наук важно уметь определять их численные характеристики - расстояния между объектами и длительности процессов, а так же - описывать их свойства, поддающиеся экспериментальному изучению.
Материалистическая философия исходит из того, что "в мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени". Пространство и время, следовательно, выступают, с этих позиций, фундаментальными формами существования материи. Классическая физика рассматривала пространственно - временной континуум как универсальную арену динамики физических объектов. Однако развитие неклассической физики (физики элементарных частиц, квантовой физики и др.) выдвинуло новые представления о пространстве и времени. Оказалось, что эти категории неразрывно связаны между собой. Возникли разные концепции: согласно одним, в мире вообще ничего нет, кроме пустого искривленного пространства, а физические объекты являются только проявлениями этого пространства. Согласно другим, пространство и время присущи лишь макроскопическим объектам.
Сказанное может означать только то, что подлинное развитие научных представлений не может быть непротиворечивым.
1. Основные концепции физических пространства и времени:
мировоззренческий экскурс
В истории науки рассмотрение мировоззренческих концепций пространства и времени обычно начинают с сопоставления концепций Демокрита и Аристотеля.
Первая из обозначенных здесь концепций, - атомистическая доктрина, - была развита материалистами Древней Греции Левкиппом и Демокритом. Согласно этой доктрины, всё природное многообразие состоит из мельчайших частичек материи (атомов), которые двигаются, сталкиваются и сочетаются друг с другом в пустом пространстве. Атомы (бытие) и пустота (небытие) являются, с этой точки зрения, первоначалами мира. Атомы не возникают и не уничтожаются, их вечность проистекает из безначальности времени. Атомы двигаются в пустоте бесконечное время. Бесконечному пространству соответствует бесконечное время.
Сторонники этой концепции полагали, что атомы физически неделимы в силу их плотности и отсутствия в них пустоты. Множество атомов, которые не разделяются пустотой, превращаются в один большой атом, исчерпывающий собой мир.
В соответствии с атомистической концепцией пространства Демокрит решал вопросы о природе времени и движения. В дальнейшем они были развиты Эпикуром уже в систему. Эпикур рассматривал свойства механического движения исходя из дискретного характера пространства и времени. Например, свойство изотахии заключается в том, что все атомы движутся с одинаковой скоростью. Математически суть изотахии состоит в том, что в процессе перемещения атомы проходят один "атом" пространства за один "атом" времени.
Аристотель, в свою очередь, начинает анализ пространства и времени с общего вопроса о существовании времени, затем трансформирует его в вопрос о существовании делимого времени. Дальнейший анализ времени ведётся Аристотелем уже на физическом уровне, где основное внимание он уделяет взаимосвязи времени и движения. Аристотель показывает, что время немыслимо, не существует без движения, но оно не есть и само движение.
В такой модели времени реализована так называемая реляционная концепция. Измерить время с этих позиций и выбрать единицы его измерения можно только с помощью любого периодического движения, но, для того чтобы полученная величина была универсальной, необходимо использовать движение с максимальной скоростью. В современной физике это скорость света, в античной и средневековой философии - скорость движения небесной сферы.
Пространство для Аристотеля выступает в качестве некоего отношения предметов материального мира, оно понимается как объективная категория, как свойство природных вещей.
В системе Аристотеля были положения, которые во многом определили развитие науки вплоть до настоящего времени. Речь идёт о логическом учении Аристотеля на основе которого были разработаны первые научные теории, в частности геометрия Евклида.
В геометрии Евклида наряду с определениями и аксиомами встречаются и постулаты, что свойственно больше физике, чем арифметике. В постулатах сформулированы те задачи, которые считались решёнными. В таком подходе представлена модель теории, которая работает и сегодня: аксиоматическая система и эмпирический базис связываются операционными правилами. Геометрия Евклида является, таким образом, первой логической системой понятий, трактующих поведение каких-то природных объектов. Огромной заслугой Евклида является выбор в качестве объектов теории твёрдого тела и световых лучей.
Г. Галилей вскрыл несостоятельность аристотелевской картины мира, как в эмпирическом, так и в теоретико-логическом плане. С помощью телескопа он наглядно показал, насколько глубоки были революционные представления Н. Коперника, который развил гелиоцентрическую модель мира.
Галилей, Декарт и Ньютон рассматривали различные сочетания концепций пространства и инерции: у Галилея признаётся пустое пространство и круговое инерциальное движение, Декарт дошёл до идеи прямолинейного инерциального движения, но отрицал пустое пространство, и только Ньютон объединил пустое пространство и прямолинейное инерциальное движение.
В обосновании классической механики большую роль играли введённые И. Ньютоном понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Эти понятия лежат в основании субстанциональной концепции пространства и времени, в соответствии с которой материя, абсолютное пространство и абсолютное время - три независимые друг от друга субстанции, начала мира.
Абсолютное пространство - это чистое и неподвижное вместилище тел, абсолютная равномерность событий. Ньютон считал, что вполне возможно допустить существование мира: есть только одно абсолютное пространство, и нет ни материи, ни абсолютного времени; либо же есть существование мира, в котором есть пространство и время, но нет материи; либо существует мир, в котором есть только время, но нет ни пространства, ни материи. По мнению Ньютона, абсолютное пространство и абсолютное время - это реальные физические характеристики мира, но они не даны непосредственно органам чувств, и их свойства могут быть постигнуты лишь в абстракции. И возможно только в будущем физика сумеет найти реальные системы, соответствующие абсолютному пространству и абсолютному времени. В своей же повседневной действительности человек имеет дело с относительными движениями, связывая системы отсчёта с теми или иными конкретными телами, т. е. имеет дело с относительным пространством и относительным временем,
Физики долгое время полностью придерживались концепции Ньютона, повторяли его определения понятий абсолютного пространства и времени. Только некоторые философы критиковали понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Так Г. В. Лейбниц, "вечный оппонент" Ньютона, выступил с критикой этой концепции и отстаивал принципы реляционной теории пространства и времени, считая "пространство, так же как и время, чем-то относительным: пространство - порядком существований, а время - порядком последовательностей Ибо пространство... обозначает порядок одновременных вещей, поскольку они существуют совместно, не касаясь их специфического способа бытия" (Лейбниц Г. Переписка с Кларком. – М., 1982. С. 441.).
Однако в XVIII в. критика концепции Ньютона и философская разработка реляционной теории пространства и времени не оказали существенного воздействия на физику. Естествоиспытатели продолжали пользоваться представлениями Ньютона об абсолютном пространстве и времени, различаясь между собой лишь признанием или непризнанием наличия пустого пространства.
Проблема пространства - особая проблема, объединяющая физику и геометрию. Долгое время молчаливо предполагалось, что свойства физического пространства являются свойствами евклидового пространства. Для многих это было само собой разумеющаяся истина. "Здравый смысл" был философски воплощён И. Кантом в его взглядах на пространство и время как неизменные "формы чувственного созерцания". Из этого взгляда следовало, что те представления о пространстве и времени, которые выражены в геометрии Евклида и механике Ньютона, вообще являются единственно возможными.
Впервые по-новому вопрос о свойствах пространства был поставлен в связи с открытием неевклидовой геометрии. Безуспешность попыток ряда учёных многих поколений доказать пятый постулат Евклида привела к мысли о его недоказуемости, вместе с тем и о возможности построения геометрии, основанной на других постулатах. Одним из первых пришёл к этой мысли К. Ф. Гаусс, который ещё в начале XIX в. начал размышлять над вопросом о возможности создания другой, неевклидовой, геометрии. Гаусс, высказал мысль, что представления о свойствах пространства не являются априорными, имеют опытное происхождение. Однако он не пожелал втягиваться в острую дискуссию и скрывал от современников свои идеи о возможности неевклидовых геометрий.
Родиной неевклидовых геометрий стала Россия. В 1826 г. на заседании физико-математического факультета Казанского университета Н. И. Лобачевский сделал сообщение об открытии им неевклидовой геометрии, а в 1829 г. опубликовал работу "Начала геометрии", в которой показал, что можно построить непротиворечивую геометрию, отличную от всем известной и казавшейся единственно возможной геометрии Евклида (В 1832 г. венгерский математик Я. Больяй опубликовал работу, в которой (независимо от Лобачевского) также развил основные идеи неевклидовой геометрии). При этом Лобачевский считал, что вопрос о том, законам какой геометрии подчиняется реальное пространство - евклидовой или неевклидовой геометрии - должен решить опыт, и прежде всего астрономические наблюдения. Он полагал, что свойства пространства определяются свойствами материи и её движения, и считал вполне возможным, что "некоторые силы в природе следуют одной, другие своей особой геометрии" (Н.И.Лобачевский. Начала геометрии. – М., 1949. Т. 2. С. 159.), а вопрос о выборе той или иной геометрии должен решать астрономический опыт.
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.