Эволюция естественнонаучных пространственно-временных представлений о мире

В физике используются две концепции пространства и времени: субстанциональная и реляционная.

Суть субстанциональной концепции пространства и времени. Пространство и время – это самостоятельные субстанции, свойства которых определяются только ими самими. В истории философии субстанция интерпретировалась по-разному: как субстрат, т.е. основа чего–то; как то, что способно к самостоятельному существованию; как основание и центр изменения предмета; как логический субъект. Когда говорят, что пространство и время - субстанции, то имеют в виду, что они существуют самостоятельно.

Из этой концепции пространства и времени вытекают такие выводы:

а) пространство и время не связаны друг с другом;

б) свойства пространства и времени не зависят от физических свойств материи;

в) тела движутся в пространстве и времени;

г) в этой концепции возможно единственное понимание пространства и времени.

Эту концепцию пространства и времени использовал Ньютон при создании классической механики. У него пространство абсолютно. Это означает, что можно убрать из пространства все материальные объекты, а абсолютное пространство остается. Пространство однородно, т.е. все его точки эквивалентны. Пространство - изотропно, т.е. эквивалентны все его направления. Время тоже однородно, т.е. эквивалентны все его моменты. Сейчас выдвигается предположение, что основные свойства симметрии макроскопического пространства и времени обусловлены физическими законами сохранения. Стимулом для такого предположения служит теорема, доказанная немецким математиком Эмми Нетер в 1918 году. Согласно теореме Нетер, каждое свойство симметрии пространства и времени можно сопоставить с каким-либо законом сохранения. Так, из однородности пространства следует закон сохранения импульса, из изотропности пространства - закон сохранения момента количества движения, а из однородности времени - закон сохранения энергии.

Пространство описывается геометрией Евклида, согласно которой кратчайшим расстоянием между двумя точками является прямая.

Пространство и время бесконечны. Понимание их бесконечности было позаимствовано из математического анализа.

Бесконечность пространства означает, что какую бы большую систему мы не взяли, всегда можно указать на такую, которая еще больше. Бесконечность времени означает, что как бы долго ни длился данный процесс, всегда в мире можно указать на такой, который будет длиться дольше.

Наряду с субстанциональной концепцией пространства и времени, возникает и их реляционная концепция. Одним из наиболее ярких представителей ее был Г.В. Лейбниц. Он настаивал на том, что пространство и время - это особые отношения между объектами и процессами, которые вне их не существуют. Из этой концепции пространства и времени вытекают такие выводы:

а) пространство и время принципиально связаны друг с другом;

б) свойства пространства и времени зависят от физических свойств материи;

в) двигаясь тела порождают собственные пространство и время;

г) в этой концепции можно разрабатывать разные концепции пространства и времени ( биологическую, физическую, геологическую, социальную и т.д.)

Современное естествознание во взглядах на пространство и время пока следует за Лейбницем.

Современной теорией пространства и времени считается теория относительности - специальная (СТО) и общая (ОТО). Согласно СТО, существует единое пространство-время, свойства которого зависят от физических свойств материй. СТО показала, что с ростом механической скорости объекта, его пространственные размеры укорачиваются:

где l -длина объекта, движущегося со скоростью v;

l₀ - длина объекта при v = 0;

c - скорость света в вакууме.

Одновременно время протекания процессов замедляется по формуле:

Следствием из ОТО является то, что для больших участков Вселенной геометрией пространства становится не геометрия Евклида, а геометрия Римана. В ней кратчайшим расстоянием между двумя точками уже является не прямая, а кривая, кривизна которой зависит от расположения и величины тяготеющих масс.