Многообразие форм пространства и времени

Б) Пространство и время

А) Качество и количество

 

Всякое явление содержит в себе два взаимосвязанных атрибута – качествои количество.

Изучение качестваначинается с того, что отражается и фиксируется определенностьматериального объекта, его отличие от других, специфичность. Изучение объекта показывает, что он имеет границу.Каждый объект отличается от других объектов и в то же время взаимосвязан с ними. Всякое отличие, всякая взаимосвязь предполагает границу: если у объектов нет границы, то они неотличимы друг от друга и тем более не могут быть взаимосвязаны (если нет общей границы). Далее, поскольку объект имеет границу, он конечен.

В конечности объекта проявляется противоречивый характер его существования. Граница одновременно отделяет объекты друг от друга и связывает их друг с другом; граница характеризует бытие объекта, его существование и, с другой стороны, его небытие, его отрицание. Дело в том, что конечный объект нельзя понимать как нечто абсолютно неизменное. Всякое конечное имеет внутреннее и внешнее основание для перехода в другое, для выхода за границу.

Объект как определенное, ограниченное, конечное, с одной стороны, существует как нечто самостоятельное, а с другой – он существует во взаимосвязи с другими объектами. При взаимодействии объекта с другими объектами проявляется его внутреннее содержание. Следующим аспектом качественной определенности объекта проявляется свойство.

Свойство – это способность объекта при взаимодействии с другими объектами порождать в них какие-то изменения и изменяться самому под их воздействиями. Свойство имеет двоякую обусловленность: внутренним содержанием объекта и характером тех объектов, с которыми он взаимодействует. У объекта проявляется множество свойств в его различных взаимодействиях с другими объектами.

 

Содержание атрибута «качество» включает в себя две стороны: определенность и системность. Системность – как внутренняя сторона, основание определенности. В свою очередь, определенностьхарактеризуется моментами «граница», «конечность», «свойство», а системность – моментами «элемент» и «структура».

Подобно тому как категория качества отражает ряд сторон материального объекта, категория количества также отражает «свои» моменты, которые следует выявить и охарактеризовать. Опыт истории философии и математики дает достаточное основание выделить число (множество) и величинукак моменты количества.

Число как момент категории количества был, по-видимому, выделен раньше, чем величина. В основе понятия числа лежит практическая деятельность: счет, операции над числами (сложение, вычитание и т. д.). В ходе счета происходит отождествление пересчитываемых объектов, отвлечение от ряда их качественных моментов. Однако это отвлечение относительно, поскольку результат счета обычно выражается именованным числом (например, семь деревьев, девять тысяч рублей и т. п.). На основе операции счета сначала возникли порядковые числа (первый, второй и т. д.), а затем количественные (один, два и т. д.). Сформировалось понятие натурального ряда чисел. Натуральные числа были исходным видом чисел. Затем в результате использования операций вычитания, деления и других возникают новые виды чисел: кольцо целых чисел, далее – поле рациональных чисел, затем поле вещественных чисел, наконец, поле комплексных чисел.

Второй момент количества – величина. Каждое свойство, каждый элемент объекта имеет величину. Величина характеризуется аддитивностью (величина некоторого целого равна сумме величин его составляющих). Если число характеризуется дискретностью, то величина – непрерывностью. И числа и величины находятся в отношениях равенства и неравенства.

Число и величина взаимосвязаны. С одной стороны, в материальных объектах нет «чистых» величин, которые нельзя было бы представить в виде какой-то числовой характеристики, а с другой – нет и «чистого» числа, которое не было бы связано с какой-то величиной или с каким-нибудь отношением величин.

Итак, материальный объект с качественной стороны характеризуется определенностью и системностью, с количественной – величинами и числами.

Объект со стороны явления кроме качественных и количественных характеризуется пространственно-временными моментами.

В истории философии и науки продолжительное время ведущей была метафизическая концепция пространства и времени, в которой пространство рассматривалось как некое вместилище материальных тел, а время как некоторая длительность, существующая независимо от материи и пространства. Метафизическая концепция пространства и времени преодолевается в диалектико-материалистической философии и науке XIX–XX вв.

Диалектико-материалистическое понимание пространства и времени утверждает их атрибутивный, всеобщий характер. Не существуют материальные объекты без пространственно-временных характеристик.

Основными моментами атрибута пространства являются место и положение.Место есть некоторый объем объекта (совокупность его протяженностей), охватываемый пространственной границей (место квартиры – это ее «кубатура» – не площадь!). Положение – это координация места одного объекта относительно места другого (других) объекта (положение квартиры – это город, в котором она находится, дом, расположение относительно других квартир).

Каждый объект и каждый элемент объекта имеет свое определенное место и положение. Благодаря этому в явлениях возникает определенная система пространственных отношений сосуществования и совместности, т. е. пространственная структура.

Основными моментами времени являются длительность и мгновение.Длительность – это интервал существования какого-либо явления, мгновение – это некоторый, далее не расчленяемый «атом» длительности. Длительность – продолжительность существования объекта или его элементов, сохранение их существования.

Длительность каждого материального объекта (или элемента) имеет определенную координацию по отношению к длительностям других объектов (элементов). Эта координация заключается в отношениях одновременности или последовательности. В силу существования между объектами (элементами) отношений одновременности и последовательности в материальных объектах имеется хронологическая структура.

В материальном объекте пространство и время находятся в единстве. Единое пространство – время внутренне связанно с движением.

 

 

В обыденном восприятии время понятно всем: это столетия, годы, месяцы, дни и др. Так же смотрел на время и великий англичанин Исаак Ньютон. При таком взгляде на время оно воспринимается как «чистая» длительность, в которой проходит, течет бытие всего существующего. Но подобное представление о времени было взорвано появлением в начале XX века теории относительности Эйнштейна. Оказалось, что никакого чистого времени нет, оно обременено материей; более того, материя «делает» время. В религиозном представлении пространство возникает, когда Бог создает природу, а время начинается с греха. В субъективном идеализме – пр и вр не свойства материи, а свойства человеческого сознания. С тз материализма пр и вр как формы материи имеют абсолютно объективный характер. По современным представлениям,

время –форма бытия материи, которая выражает ее длительность существования объектов и порядок смены существования.

Пространство – форма бытия материи, которая выражает ее протяженность, структурность, порядок сосуществования в различных материльных системах.

Пространство – это протяженность, а время – это длительность.

Ленин: в мире нет ничего кроме движущейся материи, а она движется в пространстве и времени. Для Пр и Вр свойственны: объективность и всеобшность.

В начале XX в. была создана теория относительности[1], которая заставила пересмотреть традиционные воззрения на пространство и вр. Теорию относительности можно рассматривать как концепцию, нацеленную на раскрытие диалектических связей в природе.

СТО возникла как результат попыток А. Эйнштейна распространить действие физического принципа относительности, известного еще со времен Галилея, на законы электродинамики, которые рассматривались как противоречащие последнему. А. Эйнштейн справился с этой задачей, но цена, которую он был вынужден заплатить за обобщение принципа физической относительности и распространение его на все законы физики, заключалась в пересмотре ньютоновских пространственно-временных представлений. СТО показала, что многие пространственно-временные свойства, считавшиеся до сих пор неизменными, абсолютными, фактически являются релятивными. Так, в СТО утратили свой абсолютный характер такие пространственно-временные характеристики, как длина, временной интервал, понятие одновременности. Все эти характеристики оказываются зависящими от взаимного движения материальных объектов.

В СТО было установлено, что геометрические свойства пространства-времени зависят от распределения в них гравитационных масс. Вблизи тяжелых объектов геометрические свойства пространства начинают отклоняться от эвклидовых, а темп течения времени замедляется.

Основное философское значение теории относительности состоит в следующем:

1. Теория относительности исключала из науки понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, обнаружив тем самым несостоятельность субстанциальной трактовки пространства и времени как самостоятельных, независимых от материи форм бытия.

2. Она показала зависимость пространственно-временных свойств от характера движения и взаимодействия материальных систем, подтвердила правильность трактовки пространства и времени как основных форм существования материи, в качестве содержания которых выступает движущаяся материя. Сам Эйнштейн, отвечая на заданный ему вопрос о сути теории относительности, сказал: «Суть такова: раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы. Согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы пространство и время».

3. Теория относительности нанесла удар субъективистским, априористским трактовкам сущности пространства и времени, которые противоречили ее выводам.

 

 

Пространство	время
1. Характеризуется 3я измерениями[2]	1. Характеризуется 1 измерением
2. Обратимость (в каждую точку пр-ва можно снова и снова возвращаться), симметричность	2. Необратимость (Оно течет из прошлого через настоящее к будущему. Нельзя возвратиться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо временной промежуток в будущее. Отсюда следует, что время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей)[3], ассиметричность
3. Изотропно (все направления одинаково равноценны)	3. Однонаправленность
6. Бесконечно и безгранично	6. бесконечно и безгранично
7. Связано с движением и вр.	7. Связано с пр-ом и движением.

 

Пр и вр – две противоположные взаимосвязанные и взаимодополняющие формы бытия материи. Сосуществуя в пр-ве вещи сосуществуют и во времени и наоборот.

Если допустить существование какого-либо пространства, где полностью отсутствует материя какого-либо вида, то там не будет никакого времени. Время словно привязывает к себе все то, что в нем находится, а каждая форма бытия словно пропитана временем и вне материального бытия никакого времени нет. Но теория относительности идет дальше, вопрос о времени становится более сложным. По расчетам, вытекающим из теории относительности, во Вселенной нет единого времени, единой ритмики «вселенского» движения. В качестве примера рассмотрим такую реакцию, как окисление дерева в процессе гниения и горения. Химически оба этих явления однопорядковы, но разный ритм процесса: дерево может прогореть за час, а гниение продлится десятилетия.

Включение в философскую картину мира положений теории относительности позволило говорить о физическом времени, биологическом времени, социальном времени, космическом времени. Скорость процессов всюду разная: горы и материки меняют свои очертания за много миллионов лет, внутривидовые изменения в животных и растительных царствах происходят за тысячелетия, современная (цивилизационная) история человечества насчитывает около десяти тысяч лет, тогда как предыстория цивилизации длилась сотни тысячелетий. И совсем «свое» время в ритмике изменения каждой конкретной формы. Мир оказывается многомерным не только по уровням материи, но и по ритмике времени. Следовательно, мы пришли к заключению, что материя, движение и время неразрывны.

Понимание пространства с появлением теории относительности также изменилось. Столетия и тысячелетия люди (в том числе и философы) видели пространство как трехмерную протяженность: длина, ширина, высота. Оно нашло свое отражение в декартовой системе координат. Естествознание видело его безграничным, церковь многие столетия – ограниченным небесной сферой, за которой находится «тот свет». В целом на пространство смотрели как на бескрайний ящик, в котором плавают планеты, звезды и всё остальное. Но по мере роста физических знаний эта бескрайняя пустота стала все больше наполняться материей. Сегодня наука уже ведет речь о квантах пространства и наполняющих его полях (электромагнитных, гравитационных, радиационных и, по последней гипотезе, торсионных). В итоге получается, что в каждом «кванте» пространства что-то, да присутствует, «чистого» пространства не оказывается. А всюду присутствует то, что философия определила как материю. Пространство оказалось слитым с материей,

Для науки важны эти новые прорывы теории в познании материального бытия, но ещё более важны они для философии, подтверждая её тезис о связи всего со всем,

 

5.3. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ — ФОРМЫ БЫТИЯ МАТЕРИИ (Орлов)

В течение многих столетий полагали, что реальное пространс­тво может быть только прямолинейным, каким его описал еще в III в. до н. э. древнегреческий математик Евклид. Пространство непосредс­твенно окружающего нас макромира, евклидово пространство, харак­теризуется прямой линией, лишенной кривизны плоскостью; сумма углов треугольника в таком пространстве равна 2d. Важнейшие свойс­тва прямолинейного пространства выражаются постулатом о парал­лельных прямых, согласно которому через точку на плоскости, не ле­жащую на данной прямой, можно провести одну и только одну пря­мую, параллельную данной прямой. Однако в XIX в. ряд выдающихся математиков почти одновременно пришли к мысли о возможности су­ществования пространства с принципиально иной геометрией. Исходя из ясно осознанного представления о зависимости метрики пространс­тва от материальных тел, НИ Лобачевский (1792-1856) разработал первый вариант геометрии криволинейного пространства (1826), в ко­торой через точку на плоскости можно провести более одной прямой, параллельной данной, сумма углов треугольника меньше 2d и т.д.

Пространство Лобачевс­кого можно представить (правда, только в двух измерениях) в виде во­гнутого пространства граммофонной трубы. В трех измерениях криво­линейное пространство наглядно непредставимо. Близкие варианты криволинейной геометрии были разработаны венгерским математиком Я. Болъяи и немецким математиком К. Ф. Гауссом. Несколькими деся­тилетиями позже вариант геометрии выпуклого пространства (где сумма углов треугольника больше 2d) создал немецкий математик. Б. Римом (1854),

Появление неевклидовой геометрии представляло собой круп­ный революционный шаг в развитии естествознания, хотя полностью значение этого шага было осознано только в XX в. с появлением тео­рии относительности.

Современные физические представления о пространстве и вре­мени связаны с одной из величайших физических теорий — специаль­ной (1905) и общей (1915-1916) теорией относительности. А Эйнштейна

Возникновение теории относительности как новой обобща­ющей физической теории, отличной от господствовавшей несколько веков теории Ньютона, было вызвано потребностями развития физи­ки, стремлением к объединению физического знания. Специальная теория относительности (СТО) основывается на двух принципах: по­стоянства скорости света в пустоте и относительности. Согласно первому принципу или постулату скорость света в пустоте является предельной скоростью физического взаимодействия. Постулат относи­тельности утверждает, что законы электромагнитных явлений инвари­антны, независимы от равномерного и прямолинейного движения систем. На основе этих принципов Эйнштейн разработал теорию фи­зического пространства и времени, в которой последние оказываются зависимыми от движения физических тел. по мере приближения ско­рости движения тел к скорости света протяженность тел сокращается, а время течет медленнее.

Сокращение длины движущегося тела нельзя понимать букваль­но, как физическое сокращение расстояний между молекулами, физи­ческое сжатие. Точно так же не следует буквально понимать замедле­ние течения времени. Эйнштейн открыл весьма фундаментальное свойство пространства и времени — быть объективно различными в различных физических системах.

Представим, что с Земли отправляется в космическое путешес­твие ракета, движущаяся со скоростью, составляющей 0,9999 скоро­сти света Допустим, что в системе ракеты реально истек один год, т. е люди постарели на один год, пружинные часы, находящиеся на ракете, отметили промежуток времени, равный одному году, радиоак­тивные вещества подверглись распаду в количестве, соответствующем одному году, и т. д. В то же время на Земле так же реально истечет 70 лет, т е. вернувшиеся на ракете люди, постаревшие всего на один год, встретятся на Земле со своими детьми или даже внуками, которые бу­дут старше их.

СТО впервые ввела в науку также представление о тесной вза­имосвязи и взаимодополнительности пространства и времени. С точки зрения СТО поведение любого тела можно описать только с помощью четырех взаимозависимых координат — трех пространственных и вре­менной. Физические процессы протекают в “четырехмерном про­странстве” (“четырехмерном мире Минковского”), что, разумеется, нельзя понимать буквально, как существование собственно пространс­тва с четырьмя измерениями

СТО объединила физические представления только примените­льно к так называемым “инерциальным системам”, т.е. системам, дви­жущимся равномерно и прямолинейно. Общая теория относительно­сти (ОТО) представляет собой дальнейшее обобщение физической теории, относящейся к любым, инерциальным и неинерциальным, сис­темам. Центральным постулатом ОТО является принцип эквивалентно­сти инерциальной и гравитационной масс. ОТО исходит из признания наиболее широким и универсальным физическим взаимодействием в видимой Вселенной тяготения, которое определяет свойства про­странства и времени. Поэтому ОТО один из крупнейших физиков со­временности В.А. Фок назвал общей теорией тяготения С позиций ОТО протяженность и длительность зависят от интенсивности грави­тации: чем интенсивнее поле тяготения, тем меньше протяженность и медленнее течет время. Однако еще больший интерес представляет введенное Ото понятие о кривизне пространства, связанного с самой природой поля тяготения.

Представление о кривизне пространства тяготения получило блестящее подтверждение в наблюдениях солнечного затмения (1919 г.), которое происхо­дило на фоне группы ярких звезд, что позволило вычислить наблюдаемую вели­чину кривизны околосолнечного пространства. Эта величина оказалась весьма близкой той, которую определил ранее Эйнштейн

На основе ОТО возникла релятивистская космология, в кото­рой выдвинут ряд моделей видимой Вселенной.

А.А.Фридман: уравнения ОТО допуска­ют решения, которые рассматривают видимую Вселенную как эволю­ционирующую. Эволюция видимой Вселенной заключается прежде всего в ее расширении, в процессе которого происходит образование наблюдаемых в настоящее время физических объектов — вещества, поля, элементарных частиц, галактик, небесных тел и т. д. Благодаря открытию Хабблом (1929) “красного смещения” спектра удаленных галактик, которое было истолковано (на основе “эффекта Допплера”) как свидетельство “разбегания галактик”, а также “реликтового излу­чения” с температурой примерно 3°К, была разработана теория “горя­чей Вселенной”, или, иначе, расширяющейся Вселенной. Согласно этой теории наша Вселенная (Метагалактика) 15-20 млрд. лет назад возникла в результате космического Большого взрыва, которому пред­шествовало так называемое “сингулярное” (“особенное”) состояние, когда материя видимой Вселенной была “стянута в точку”, находилась в сверхплотном состоянии, характеризующемся бесконечной плотно­стью, температурой, кривизной пространства Представление о сингу­лярном состоянии как “стянутой в точку” материи с бесконечными значениями физических величин является, конечно, идеализацией, по­скольку физика не располагала средствами установить размеры (ради­ус) видимой Вселенной в ее исходном сверхплотном состоянии.

Вопрос о свойствах пространства видимой Вселенной и связан­ный с ним вопрос о ее будущем может быть решен в зависимости от реальной величины средней плотности физической материи в види­мой Вселенной, что может быть сделано только на основе эмпиричес­ких наблюдений. В релятивистской космологии принято, что сущес­твует критическая величина средней плотности, равная приблизитель­но 10~² г/см³, т. е. 10 атомам водорода в одном кубическом метре.

А) Ес­ли реальная средняя плотность материи меньше критической, про­странство видимой Вселенной обладает отрицательной кривизной, а расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно (модель “от­крытой Вселенной”). Согласно этой модели во Вселенной через 10³³ и более лет распадутся все протоны, вещество превратится в разряжен­ный газ электронов, позитронов, фотонов, а в интервале от 10⁶⁰ до 10¹⁰⁰ лет испарятся и так называемые “черные дыры” (сверхплотные состояния вещества, возникающие в результате гравитационного “кол­лапса”, в которых тяготение “запирает” световое излучение)[4].

Б) Если средняя плотность материи оказывается больше критичес­кой, расширение Вселенной в будущем сменится сжатием, коллапсом, в результате которого возникнет новое сингулярное состояние. Со­гласно С. Вайнбергу, единственная альтернатива человечеству во Все­ленной — “либо быть сожженными в закрытой Вселенной, либо быть замороженными — в открытой”[5].

 

С релятивистской космологией, появлением концепции эволю­ционирующей Вселенной в физику и космологию, их фундаменталь­ные концепции впервые входит глубокая идея развития, физика стано­вится эволюционной наукой.