3.1 Реляционная и субстанциальная
концепция пространства
и времени
Категории пространства и времени выступают
как предельно общие абстракции, в которых
схватывается структурная организованность
и изменчивость бытия. Пространство и
время – это формы бытия материи.
Форма является
внутренней организацией содержания,
и если в качестве содержания
выступает материальный субстрат,
то пространство и время будут
формами, которые его организуют.
Вне этих форм материя не существует.
Носами пространство и время также не
существуют в отрыве от материи. Только
в абстракции мы можем отделить их от материального
мира.
В истории
философии существовали различные
концепции пространства и времени.
их можно разбить на два больших класса:
концепции субстанциальные и реляционные. Субстанциальная концепция рассматривает
пространство и время как особые сущности,
которые существуют сами по себе, не зависимо
от материальных объектов. Они как бы арена,
на которой находятся объекты и в которой
развертываются процессы. Подобно тому
как арена может существовать и без того,
что на ней размещены определенные предметы,
движутся актеры, разыгрывается какое-то
представление, так и пространство и время
могут существовать независимо от материальных
объектов и процессов. Подобную точку
зрения отстаивал, например, И.Ньютон.
Встречалась она и в древней философии,
например представление древнегреческих
философов-атомистов (Демокрит, Эпикура)
о пустоте неявно предполагало концепцию
субстанциальности пространства.
Кстати,
точка зрения на субстанциальный
характер пространства может
разделятся как материалистами,
так и идеалистами. Это зависит
от того, как решается вопрос
об объективности пространства.
Если оно понимается как объективно
существующая реальность, то это точка
зрения материализма. например, метафизические
материалисты XVII – XVIII столетий понимали
пространство как объективно существующую
независимо от человека и его сознания
субстанцию, которая не зависит от материи.
Идеалистытоже могут представлять пространство
как особую субстанцию, но порожденную
сознанием, как своеобразное состояние
субстанции духа, его модификацию.
В противовес
субстанциальному подходу в истории
философии развивалась реляционная концепция пространства
и времени. Одним из наиболее ярких представителей
ее был Г.В. Лейбниц, полемизировавший
с Ньютоном по вопросам о сущности пространства
и времени. Лейбниц настаивал на том, что
пространство и время – это особые отношения
между объектами и процессами и вне их
не существуют. Реляционная концепция
тоже может быть как материалистической,
так и идеалистической. Лейбниц эту концепцию
развивал с позиции идеализма. С позиций
материалистической реляционной концепции
подходит к рассмотрению пространства
и времени диалектический материализм.
Он считает их объективными, независящими
от человека и человечества формы бытия
материи, но при этом подчеркивает их неразрывную
связь с самой материей и ее движением.
4 Взаимосвязь пространства-времени
и движущейся материи
Пространство
и время представляют собой всеобщие формы существования материи.
«В мире нет ничего, кроме движущейся материи,
и движущаяся материя не может двигаться
иначе, как в пространстве и во времени»
- указывал В.И. Ленин.
Существовало
воззрение, согласно которому
пространство – это как бы
грандиозное вместилище, куда помещена
материя. Время мыслилось наподобие
потока, все увлекающего за собой
и все поглощающего. Считалось,
что мировое пространство заполнено
абсолютно неподвижным эфиром, а в
движущемся теле ощущается «эфирный ветер»,
подобный ветру, который овевает бегущего
человека. Так сначала пространство отрывается
от протяженных вещей, а время – от реальных
процессов, а затем говорится об их абсолютном
бытии. Согласно Ньютону, пространство
неизменно, неподвижно, его свойства не
зависят ни от чего, в том числе и от времени;
они не зависят ни от материальных тел,
ни от их движения. Из пространство можно
убрать все тела, и все же пространство
останется и свойства его сохранятся.
Такие же взгляды были у Ньютона и на время.
Он считал, что время течет одинаково во
всей Вселенной и это течение не зависит
ни от чего, а поэтому время абсолютно.
Идея
абсолютности пространства и
времени соответствовала определенной
физической картине мира, а именно: системе
взглядов на материю как на совокупность
отграниченных друг от друга атомов, обладающих
неизменными объемом и инертностью (массой)
и действующих друг на друга мгновенно
либо на расстоянии, либо при соприкосновении.
Изменение физической картины мира изменило
и воззрения на пространство и время. Открытие
электромагнитного поля и выяснение не
сводимости поля к состояниям механической
среды – мирового эфира – вскрыли несостоятельность
классической картины мира. Оказалось,
что материя не может быть представлена
как совокупность отдельных, строго отграниченных
друг от друга элементов. В действительности
частицы вещества связаны в единые системы
полем, действие которого передается с
конечной скоростью, одинаковой в любой
замкнутой системе (со скоростью света
в вакууме).
Огромный
вклад в разработку научных
представлений о связи пространства
и времени с движущейся материей
внес Н.И. Лобачевский. Им была
выдвинута идея, согласно которой
закономерности геометрии могут
быть различными в разных масштабах. Лобачевский
пришел к очень важному не только для геометрии,
но и для философии выводу: свойства пространства
не являются всегда и везде одинаковыми
и неизменными. Он создал неевклидову
геометрию как частный случа2й, отражающий
пространственные отношения, воспринимаемые
нами в повседневном опыте. В ней через
точку, взятую вне прямой, можно провести
не одну (как в геометрии Евклида), а бесчисленное
множество прямых, не пересекающихся с
данной. Сумма углов треугольника в этой
геометрии не остается постоянной и равной
180 , а меняется в зависимости от изменения
длины его сторон и при этом всегда оказывается
меньше 180 . Б.Риман создал еще одну неевклидову
геометрию. В ней через точку, взятую вне
прямой, нельзя провести ни одной прямой,
не пересекающей данную. Иначе говоря,
в этой геометрии вообще нет параллельных
прямых, а сумма углов треугольника больше
180. Эти парадоксальные положения приобретают
очевидный смысл, если геометрические
фигуры нарисовать не на плоскости, а,
например, на поверхности сферы. Здесь
роль прямых играют кратчайшие дуги, например
дуги меридианов на поверхности Земли,
каждые два из которых непременно пересекутся.
Значит, на поверхности сферы невозможно
провести параллельные кратчайшие линии,
У нарисованного на сфере треугольника
сумма углов больше 180. Идея Лобачевского
получила свое дальнейшее развитие и конкретизацию
в современной физике.
Достижения
современной науки свидетельствует
о предпочтительности реляционного
материалистического подхода к
пониманию пространства и времени. В этом
плане в первую очередь надо выделить
достижения физики ХХ века. Создание теории относительности было тем
значительным шагом в понимании природы
пространства и времени, который позволяет
уточнить, конкретизировать философские
представления о пространстве и времени.
В чем же
состоят основные выводы теории
относительности по данному вопросу?
Специальная теория относительности,
построение которой было завершено
А. Эйнштейном в 1905 году, доказала,
что в реальном физическом мире
пространственные и временные интервалы
меняются при переходе от одной системы
отсчета к другой. Система отсчета в физике
– образ реальной физической лаборатории,
снабженной часами и линейками, то есть
инструментарием, с помощью которого можно
измерять пространственные и временные
характеристики тел. Старая физика считала,
что если системы отсчета движутся равномерно
и прямолинейно относительно друг друга
(такое движение называется инерциальным),
то пространственные интервалы (расстояние
между двумя близлежащими точками), и временные
интервалы (длительность между двумя событиями)
не меняются.
Теория
относительности эти представления
опровергла, вернее, показала их
ограниченную применимость. Оказалось,
что только тогда, когда скорости
движения малы по отношению к скорости
света, можно приблизительно считать,
что размеры тел и ход времени остаются
одними и теми же, но когда речь идет о
движениях со скоростями, близкими к скорости
света, то изменение пространственных
и временных интервалов становится заметным. При увеличении относительной скорости
движения системы отсчета пространственные
интервалы сокращаются, а временные растягиваются.
Это совершенно
неожиданный для здравого смысла
вывод. Получается, что ракета, которая
имела на старте некоторую фиксированную
длину, при движении со скоростью, близкой
к скорости света, должна стать короче.
Вместе с тем в этой же ракете замедлились
бы и ход часов, и пульс космонавта, и его
мозговые ритмы, обмен веществ в клетках
его тела, то есть время в такой ракете
течет медленнее, чем время у наблюдателя,
оставшегося на месте старта. Это, конечно
противоречит нашим обыденным представлениям,
которые формировались в опыте относительно
малых скоростей и поэтому недостаточны
для понимания процессов, которые развертываются
с около световыми скоростями. Такое изменение
протяженности тел и временных промежутков,
связанное со скоростью движения, свидетельствует
о внутреннем единстве пространства и
времени.
Идеи специальной теории относительности
получили дальнейшее развитие и конкретизацию
в общей теории относительности, которая
была создана Эйнштейном в 1916 году. В этой
теории было показано, что геометрия пространства-времени определяется
характером поля тяготения, которое,
в свою очередь, определено взаимным расположением
тяготеющих масс. Вблизи больших тяготеющих
масс происходит искривление пространства
(его отклонение от евклидовой метрики)
и замедление хода времени. Если мы зададим
геометрию пространства-времени, то тем
самым автоматически задается характер
поля тяготения, и наоборот: если задан
определенный характер поля тяготения,
расположения тяготеющих масс относительно
друг друга, то автоматически задается
характер пространства-времени. Здесь
пространство, время, материя и движение
оказываются органично сплавленными между
собой.
Теория
относительности обнаружила еще
одну существенную сторону пространственно-временных
отношений материального мира. Она
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.
Абстрагирующая
способность человеческого мышления
разделяет пространство и время, полагая
их отдельно друг от друга. Но для описания
и понимания мира необходима их совместность,
что легко установить, анализируя даже
ситуации повседневной жизни. В самом
деле, чтобы описать какое-либо событие,
недостаточно определить только место,
где оно происходило, важно еще указать
время, когда оно происходило.
Наш
ограниченный земной опыт приводит
к иллюзии, будто два события,
одновременные по отношению к
одному телу, одновременны и по
отношению к другим телам независимо
от их относительного движения. Мы склонны
полагать, что данное мгновение охватывает
всю Вселенную. Эта кажимость могла бы
иметь физический смысл, если бы воздействие
на удаленное тело происходило с бесконечной
скоростью. Но бесконечных скоростей взаимодействия
тел нет. Каждое событие происходит через
некоторое время после вызвавшего его
другого события. Одного и того же мгновения
для всего мира не может быть. В мире нет
единственного «сейчас», разделяющего
все прошлые события и события будущего.
Каждая система имеет свое «сейчас», свое
прошлое и будущее.
До создания
теории относительности считалось,
что объективность пространственно-временного
описания гарантируется только
тогда, когда при переходе от
одной системы отсчета к другой
сохраняются отдельно пространственные
и отдельно временные интервалы. Теория
относительности обобщила это положение.
В зависимости от характера движения систем
отсчета друг относительно друга происходят
различные расщепления единого пространства-времени
на отдельно пространственные и отдельно
временной интервалы, но происходят таким
образом, что изменение одного как бы компенсирует
изменения другого. Если, например, сократился
пространственный интервал, то настолько
же увеличился временной, и наоборот. Наглядно
это можно представить с помощью схемы.
П о я с н е
н и е к с х
е м е
В теории относительности
пространство-время изображается
как четырехмерный континуум,
где три пространственные
и
временная координата выступает
как одинаково изменяющиеся
при переходе от одной
системы
отсчета к другой. На данном
чертеже
для простоты взята только
одна из
трех пространственных
координат
Х, и временная координата t.
Одна система отсчета
представлена
координатными осями
Х и t, а
вторая – Х и t. Их движение друг
относительно друга
выражено как
поворот на некоторый
угол в
пространственно-временном
континууме. Проекции на
оси Х и Х
пространственно-временного
интервала (Х1t1 – Х2t2) задают
отдельно пространственный
( Х и Х ) и отдельно временной
интервалы ( t и t ). Из чертежа видно,
что при переходе от одной
системы
отсчета к другой отдельно
Х и t
меняются, но при этом
сохраняется
пространственно-временной
интервал.
Получается, что расщепление на пространство
и время, которое происходит по-разному
при различных скоростях движения, осуществляется
так, пространственно-временной интервал,
то есть совместное пространство-время
(расстояние между близлежащими точками
пространства и времени), всегда сохраняется,
или, выражаясь научным языком, остается
инвариантом. Объективность пространственно-временного
события не зависит от того, из какой системы
отсчета и с какой скоростью двигаясь
наблюдатель его характеризует. Пространственные
и временные свойства объектов порознь
оказываются изменчивыми при изменении
скорости движения объектов, но пространственно-временные
интервалы остаются инвариантами. Тем
самым специальная теория относительности
раскрыла внутреннюю связь между собой пространства
и времени как формой бытия материи.
С другой стороны, поскольку само изменение
пространственных и временных интервалов
зависит от характера движения тела, то
выяснилось, что пространство и время
определяются состояниями движущейся
материи. Они таковы, какова движущаяся
материя.
Итак,
в мире все пространственно и временно.
Пространство и время абсолютны. Но поскольку
это формы движущейся материи, постольку
они не безразличны к своему содержанию:
перемещаясь, предмет не оставляет после
себя свою пустую форму, пространство
– это не «наемная квартира» для такого
«жильца», как материя, а время нельзя
уподоблять чудовищу, которое грызет вещи
и оставляет на них отпечатки своих зубов.
Пространство и время обусловлены материей,
как форма своим содержанием, и каждый
уровень движения материи характеризуется
своей пространственно-временной структурой.
Так, особенными свойствами пространства
и времени обладают живые клетки и организмы,
где усложняется геометрия и изменяется
ритм времени. Предполагает, что существует
историческое время, единицей которого
может быть смена одного поколения другим.
Эта единица соответствует столетию. Возможно,
что внезапные цивилизации исчисляют
историческое время иными мерами.