Пространство и время


СОДЕРЖАНИЕ

Введение

  1. Представления о пространстве и времени: обзор наиболее значительных научных и философских концепций от древности до современности
  2. Основные проблемы пространства и времени
  3. Виды пространства и времени

Заключение

Список используемых источников

Введение

Время и пространство - менее зависящие от нас (external) реальности, чем созданные обществом геоисторические явления. Существуют многочисленные разновидности социального времени, относительная важность и социальное использование которых может быть проанализизировано. К каждой разновидности социального времени примыкает разновидность социального пространства, и, таким образом мы действительно можем говорить о социальном пространстве-времени. Понимание существования многочисленных пространств-времен имеет заметное значение для научной деятельности. Кроме того, это имеет значение для морального выбора, в тех точках пространства-времени, когда "порядок" уступает место "хаосу", что происходит в переходные периоды структур. Четкость выбора зависит от использования наиболее адекватных категорий пространства-времени.

1. Представления о пространстве и времени: обзор наиболее значительных научных и философских концепций от древности до современности

Наши современные представления о законах движения тел восходят к Галилею и Ньютону. До них бытовала точка зрения Аристотеля, который считал, что естественным состоянием любого тела является состояние покоя и тело начинает двигаться только под действием силы или импульса. Отсюда следовало, что тяжелое тело должно падать быстрее, чем легкое, потому что его сильнее тянет к земле.

Согласно аристотелевской традиции, все законы, которые управляют Вселенной, можно вывести чисто умозрительно и нет никакой необходимости проверять их на опыте. Поэтому до Галилея никто не задумывался над тем, действительно ли тела разного веса падают с разными скоростями. Говорят, что

Галилей демонстрировал ложность учения Аристотеля, бросая тела разного веса с падающей Пизанской башни. Это наверняка выдумка, но Галилей действительно делал нечто подобное: он скатывал по гладкому откосу шары разного веса. Такой эксперимент аналогичен сбрасыванию тяжелых тел с башни, но он проще для наблюдений, так как меньше скорости.

Ньютон вывел свои законы движения, исходя из измерений, проведенных Галилеем. В экспериментах Галилея на тело, катящееся по наклонной плоскости, всегда действовала одна и та же сила (вес тела) и в результате скорость тела постоянно возрастала. Отсюда следовало, что в действительности приложенная к телу сила изменяет скорость тела, а не просто заставляет его двигаться, как думали раньше. Это еще означало, что если на тело не действует сила, оно будет двигаться по прямой с постоянной скоростью. Такую мысль впервые четко высказал Ньютон в своей книге "Математические начала", вышедшей в 1687 г. Этот закон теперь называется Первым законом Ньютона. О том, что происходит с телом, когда па него действует сила, говорится во Втором законе Ньютона. Он гласит, что тело будет ускоряться, т. е. менять свою скорость, пропорционально величине силы. (Если, например, сила возрастет в 2 раза, то и ускорение в 2 раза увеличится). Кроме того, ускорение тем меньше, чем больше масса (т. е. количество вещества) тела. (Действуя на тело вдвое большей массы, та же сила создает вдвое меньшее ускорение). Всем хорошо известно, как обстоит дело с автомобилем: чем мощнее двигатель, тем больше создаваемое им ускорение, но чем тяжелее автомобиль, тем меньше ускоряет его тот же двигатель.

Представления Аристотеля существенно отличались от представлений Галилея и Ньютона тем, что Аристотель считал состояние покоя неким предпочтительным состоянием, в котором всегда должно оказываться тело, если на него не действует сила или импульс. Аристотель, в частности, считал, что Земля покоится. Из законов Ньютона же следует, что единого эталона покоя не существует. Вы можете на равных основаниях утверждать, что тело А находится в покое, а тело В движется относительно тела А с постоянной скоростью или же что тело В, наоборот, покоится, а тело А движется. Если, например, забыть на время о вращении нашей планеты вокруг оси и о ее движении вокруг Солнца, то можно сказать, что земля покоится, а поезд несется на север со скоростью девяносто километров в час или же что поезд стоит на месте, а земля под ним убегает на юг со скоростью 90 километров в час. Если бы в этом поезде кто-нибудь экспериментировал с движущимися телами, то оказалось бы, что все законы Ньютона выполняются. Например, играя в поезде в настольный теннис, вы обнаружили бы, что траектория шарика подчиняется законам Ньютона, как если бы вы играли на неподвижном столе, и вы не могли бы сказать, что именно движется – поезд или земля.

Отсутствие абсолютного эталона покоя означает, что невозможно определить, произошли ли некие два события в одной и той же точке пространства, если известно, что они имели место в разные моменты времени.

И Аристотель, и Ньютон верили в абсолютное время. Иными словами, они считали, что временной интервал между двумя событиями можно однозначно измерить и что результат будет одинаков независимо от того, кто производит измерения, лишь бы у измеряющего были правильные часы.

То, что свет распространяется с конечной, хотя и очень большой скоростью, установил в 1676 г. датский астроном Оле Христенсен Рёмер. Он обнаружил, что моменты прохождения спутников Юпитера за его диском следуют один за другим не через равные интервалы, как должно быть, если спутники вращаются вокруг Юпитера с постоянной скоростью. При вращении Земли и Юпитера вокруг Солнца расстояние между этими двумя планетами изменяется. Рёмер заметил, что затмения лун Юпитера тем больше запаздывают, чем дальше мы от него находимся. Он объяснил это тем, что свет от спутников идет до нас дольше, когда мы находимся дальше. Однако Рёмер не очень точно измерял изменения расстояния от Земли до Юпитера, и поэтому полученное им значение скорости света оказалось равным 140.000 миль/с, тогда как современное значение составляет 186.000 миль/с (1 миля = 1,609 км. Современное значение скорости света равно 299.792.458 м/с. – прим. перев.). Тем не менее достижение Рёмера было выдающимся, ибо он не только доказал, что свет распространяется с конечной скоростью, но и измерил ее, причем все это за одиннадцать лет до выхода в свет книги Ньютона "Математические начала".

Настоящей теории распространения света не существовало до 1865 г., когда английский физик Джеймс Кларк Максвелл сумел объединить две частные теории, с помощью которых тогда описывали электрические и магнитные силы. Согласно уравнениям Максвелла, в электромагнитном поле, составленном из двух полей, могут существовать волноподобные возмущения, которые распространяются с постоянной скоростью, как волны на поверхности пруда. Если длина волны (т. е. расстояние между гребнями двух соседних волн) составляет метр или больше, то мы имеем дело с радиоволнами. Более короткие волны называются волнами сверхвысокочастотного диапазона (если их длина – порядка сантиметра) и волнами инфракрасного диапазона (до десяти тысячных сантиметра). Длина волны видимого света составляет всего лишь сорок-восемьдесят миллионных долей сантиметра. Еще короче волны ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучений.

Теория Максвелла предсказывала, что радиоволны и свет должны распространяться с некоторой фиксированной скоростью. Но поскольку теория Ньютона покончила с представлением об абсолютном покое, теперь, говоря о фиксированной скорости света, нужно было указать, относительно чего измеряется эта фиксированная скорость. В связи с этим было постулировано существование некой субстанции, названной "эфиром", которой наполнено все, даже "пустое" пространство. Световые волны распространяются в эфире так же, как звуковые в воздухе, и, следовательно, их скорость – это скорость относительно эфира. Наблюдатели, с разными скоростями движущиеся относительно эфира, должны видеть, что свет идет к ним с разной скоростью, но скорость света относительно эфира должна оставаться при этом неизменной. В частности, коль скоро Земля движется в эфире по своей орбите вокруг Солнца, скорость света, измеренная в направлении движения Земли (при движении в сторону источника света), должна превышать скорость света, измеренную под прямым углом к направлению движения (т. е. когда мы не движемся к источнику). В 1887 г.

Альберт Майкельсон (впоследствии ставший первым американцем, удостоенным Нобелевской премии по физике) и Эдвард Морли поставили в Кливлендской школе прикладных наук очень точный эксперимент. Майкельсон и Морли сравнивали значение скорости света, измеренной в направлении движения Земли, с ее значением, измеренным в перпендикулярном направлении. К своему огромному удивлению, они обнаружили, что оба значения совершенно одинаковы!

В 1905 г. никому доселе не известный служащий Швейцарского патентного бюро по имени Альберт Эйнштейн опубликовал ставшую потом знаменитой работу, в которой было показано, что никакого эфира не нужно, если отказаться от понятия абсолютного времени.

Фундаментальный постулат этой теории относительности, как стали называть новую теорию, состоял в том, что законы науки должны быть одинаковыми для всех свободно движущихся наблюдателей независимо от скорости их движения. Этот постулат был справедлив для законов движения Ньютона, но теперь он был распространен на теорию Максвелла и на скорость света; скорость света, измеренная любыми наблюдателями, должна быть одинакова независимо от того, с какой скоростью движутся сами наблюдатели. Из этого простого принципа вытекает ряд замечательных следствий. Самые известные из них – это, наверное, эквивалентность массы и энергии, нашедшая свое выражение в знаменитом уравнении Эйнштейна Е = mc2 (где Е – энергия, m масса, а с – скорость света), и закон, согласно которому ничто не может двигаться быстрее света. В силу эквивалентности массы и энергии энергия, которой обладает движущийся объект, должна теперь добавляться к его массе. Другими словами, чем больше энергия, тем труднее увеличить скорость. Правда, этот эффект существенен лишь при скоростях, близких к скорости света. Если, например, скорость какого-нибудь объекта составляет 10% скорости света, то его масса лишь на 0,5% больше нормальной, тогда как при скорости, равной 90% скорости света, масса уже в 2 раза превышает нормальную. По мере того как скорость объекта приближается к скорости света, масса растет все быстрее, так что для дальнейшего ускорения требуется все больше и больше энергии. На самом деле скорость объекта никогда не может достичь скорости света, так как тогда его масса стала бы бесконечно большой, а поскольку масса эквивалентна энергии, для достижения такой скорости потребовалась бы бесконечно большая энергия. Таким образом, любой нормальный объект в силу принципа относительности навсегда обречен двигаться со скоростью, не превышающей скорости света. Только свет и другие волны, не обладающие "собственной" массой, могут двигаться со скоростью света.

Другое замечательное следствие из постулата относительности революция в наших представлениях о пространстве и времени. По теории Ньютона, если световой импульс послан из одной точки в другую, то время его прохождения, измеренное разными наблюдателями, будет одинаковым (поскольку время абсолютно), по пройденный им путь может оказаться разным у разных наблюдателей (так как пространство не является абсолютным). И поскольку скорость света есть пройденное светом расстояние, деленное на время, разные наблюдатели будут получать разные скорости света. В теории относительности же все наблюдатели должны быть согласны в том, с какой скоростью распространяется свет. И коль скоро у них нет согласия в вопросе о расстоянии, пройденном светом, у них не должно быть согласия и в том, сколько времени шел свет. (Время прохождения – это пройденное светом расстояние, относительно которого нет согласия у наблюдателей, деленное на скорость света, относительно которой все согласны). Иными словами, теория относительности покончила с понятием абсолютного времени! Оказалось, что у каждого наблюдателя должен быть свой масштаб времени, измеряемого с помощью имеющихся у него часов, и что показания одинаковых часов, находящихся у разных наблюдателей, не обязательно согласуются.

Эйнштейн высказал предположение революционного характера: гравитация – это не обычная сила, а следствие того, что пространство-время не является плоским, как считалось раньше; оно искривлено распределенными в нем массой и энергией. Такие тела, как Земля, вовсе не принуждаются двигаться по искривленным орбитам гравитационной силой; они движутся по линиям, которые в искривленном пространстве более всего соответствуют прямым в обычном пространстве и называются геодезическими. Геодезическая – это самый короткий (или самый длинный) путь между двумя соседними точками. Например, поверхность Земли есть искривленное двумерное пространство. Геодезическая на Земле называется большим кругом и является самым коротким путем между двумя точками. Поскольку самый короткий путь между двумя аэропортами – по геодезической, диспетчеры всегда задают пилотам именно такой маршрут. Согласно общей теории относительности, тела всегда перемещаются по прямым в четырехмерном пространстве-времени, но мы видим, что в нашем трехмерном пространстве они движутся по искривленным траекториям. (Понаблюдайте за самолетом над холмистой местностью. Сам он летит по прямой в трехмерном пространстве, а его тень перемещается по кривой на двумерной поверхности Земли).

Масса Солнца так искривляет пространство-время, что, хотя Земля движется по прямой в четырехмерном пространстве, мы видим, что в нашем трехмерном пространстве она движется по круговой орбите. Орбиты планет, предсказываемые общей теорией относительности, почти совпадают с предсказаниями ньютоновской теории тяготения. Однако в случае Меркурия, который, будучи ближайшей к Солнцу планетой, испытывает самое сильное действие гравитации и имеет довольно вытянутую орбиту, общая теория относительности предсказывает, что большая ось эллипса должна поворачиваться вокруг Солнца примерно на один градус в десять тысяч лет. Несмотря на его малость, этот эффект был замечен еще до 1915 г. и рассматривался как одно из подтверждений теории Эйнштейна. В последние годы радиолокационным методом были измерены еще меньшие отклонения орбит других планет от предсказаний Ньютона, и они согласуются с предсказаниями общей теории относительности.

Еще одно предсказание общей теории относительности состоит в том, что вблизи массивного тела типа Земли время должно течь медленнее. Это следует из того, что должно выполняться определенное соотношение между энергией света и его частотой (т. с. числом световых волн в секунду): чем больше энергия, тем выше частота. Если свет распространяется вверх в гравитационном поле Земли, то он теряет энергию, а потому его частота уменьшается. (Это означает, что увеличивается интервал времени между гребнями двух соседних волн). Наблюдателю, расположенному на большой высоте, должно казаться, что внизу все происходит медленнее. Это предсказание было проверено в 1962 г. с помощью двух очень точных часов, расположенных: одни на самом верху водонапорной башни, а вторые – у ее подножья.

Оказалось, что нижние часы, которые были ближе к Земле, в точном соответствии с общей теорией относительности шли медленнее. Разница в ходе часов на разной высоте над поверхностью Земли приобрела сейчас огромное практическое значение в связи с появлением очень точных навигационных систем, работающих на сигналах со спутников. Если не принимать во внимание предсказаний общей теории относительности, то координаты будут рассчитаны с ошибкой в несколько километров!

Законы движения Ньютона покончили с абсолютным положением в пространстве. Теория относительности освободила нас от абсолютного времени.

До 1915 г. пространство и время воспринимались как некая жесткая арена для событий, на которую все происходящее на ней никак не влияет. Так обстояло дело даже в специальной теории относительности. Тела двигались, силы притягивали и отталкивали, но время и пространство просто оставались самими собой, их это не касалось. И было естественно думать, что пространство и время бесконечны и вечны.

В общей же теории относительности ситуация совершенно иная. Пространство и время теперь динамические величины: когда движется тело или действует сила, это изменяет кривизну пространства и времени, а структура пространства-времени в свою очередь влияет на то, как движутся тела и действуют силы. Пространство и время не только влияют на все, что происходит во Вселенной, но и сами изменяются под влиянием всего в ней происходящего. Как без представлений о пространстве и времени нельзя говорить о событиях во Вселенной, так в общей теории относительности стало бессмысленным говорить о пространстве и времени за пределами Вселенной.

В последующие десятилетия новому пониманию пространства и времени предстояло произвести переворот в наших взглядах на Вселенную. Старое представление о почти не меняющейся Вселенной, которая, может быть, всегда существовала и будет существовать вечно, сменилось картиной динамической, расширяющейся Вселенной, которая, по-видимому, возникла когда-то в прошлом и, возможно, закончит свое существование когда-то в будущем. Эта революция в нашем сознании (ей будет посвящена следующая глава) явилась отправной точкой моих исследований в теоретической физике.

2. Основные проблемы пространства и времени

Обсуждение вопроса о сущности пространства и времени в истории философии распадалось на три группы проблем:

  1. Каков гносеологический статус этих понятий? Являются ли они характеристиками материального бытия или характеризуют устройство нашего сознания?
  2. Каково отношение пространства и времени к субстанции?
  3. Каковы основные свойства пространства и времени? (Эта проблема оказывалась связанной с развитием естественнонаучных представлений о пространственно-временных характеристиках вещей, ее решение в значительной степени обусловливалось решением первых двух групп проблем).

Вопрос о познавательном статусе категорий пространства и времени решался по-разному. Одни философы считали пространство и время объективными характеристиками бытия, другие — чисто субъективными понятиями, характеризующими наш способ восприятия мира. Были и философы, которые, признавая объективность пространства, приписывали чисто субъективный статус категории времени, и наоборот.

Но пространство и время являются столь же объективными характеристиками бытия, как его материальность и движение.

В истории философии существовали две точки зрения об отношении пространства и времени к материи. Первую из них можно условно назвать субстанциальной концепцией. В ней пространство и время трактовали как самостоятельные сущности, существующие наряду с материей и независимо от нее. Соответственно отношение между пространством, временем и материей представлялось как отношение между двумя видами самостоятельных субстанций. Это вело к выводу о независимости свойств пространства и времени от характера протекающих в них материальных процессов.

Вторую концепцию можно именовать реляционной (от слова relatio — отношение). Ее сторонники понимали пространство и время не как самостоятельные сущности, а как системы отношений, образуемых взаимодействующими материальными объектами. Вне этой системы взаимодействий пространство и время считались несуществующими. В этой концепции пространство и время выступали как общие формы координации материальных объектов и их состояний. Соответственно допускалась и зависимость свойств пространства и времени от характера взаимодействия материальных систем.

С точки зрения признания объективности пространства и времени обе эти концепции равноценны. Если говорить об их естественнонаучной обоснованности, то в XVII — XIX веках явное преимущество было на стороне субстанциальной концепции; именно она лежала в основе ньютоновской механики, принимавшейся в то время за образец точной науки. В электродинамике в пользу существования абсолютного пространства свидетельствовала гипотеза светоносного эфира, который заполняет абсолютное пространство и является носителем электромагнитных волн. Наконец, сильнейшим свидетельством в пользу субстанциальной концепции пространства был факт единственности эвклидовой геометрии. Хотя еще в 30-х годах XIX в. Лобачевским была открыта неэвклидова геометрия, до открытия общей теории относительности, неэвклидовы геометрии рассматривались как воображаемые математические конструкции, и им не приписывалось реального физического смысла. Единственной геометрией, описывающей реальные свойства физического пространства и времени, считалась геометрия Евклида. А это как бы подтверждало вывод, следовавший из субстанциальной концепции, что свойства пространства и времени неизменны и независимы от характера движения и взаимодействия материальных систем.

Пространство и время представляют собой формы, выражающие определенные способы координации материальных объектов и их состояний. Содержанием этих форм является движущаяся материя, материальные процессы, и именно особенности и характер последних должны определять их основные свойства. В этом отношении диалектика нацеливала науку на поиски зависимости между определенными свойствами пространства и времени и сопутствующими материальными процессами, которые их определяют. Кроме того, наличие у пространства и времени единого содержания — движущейся материи — указывает и на взаимосвязь между самим пространством и временем, на невозможность их существования абсолютно независимо друг от друга.

В начале XX в. была создана теория относительности, которая заставила пересмотреть традиционные воззрения на пространство и время и отказаться от субстанциальной концепции. Теорию относительности можно рассматривать как концепцию, нацеленную на раскрытие диалектических связей в природе.

Теория относительности включает в себя две генетически связанные теории: специальную теорию относительности (СТО), основные идеи которой были сформулированы А.Эйнштейном в 1905 г., и общую теорию относительности (ОТО), работу над которой А. Эйнштейн закончил в 1916 г.

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.

Новые подтверждения правильности реляционной концепции пространства и времени дала ОТО. Если в СТО принцип относительности был связан только с инерциальными системами отсчета, то общая теория относительности явилась результатом распространения действия принципа относительности и на неинерциальные системы отсчета. Это в свою очередь привело к установлению тесной зависимости метрических свойств пространства-времени от гравитационных взаимодействий между материальными объектами. 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. ОТО нанесла удар по субстанциальной концепции пространства и времени.

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.

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

Говоря о том, что теория относительности подтвердила понимание пространства и времени как коренных форм существования материи, нельзя думать, что теория относительности положила конец философским спорам об истолковании пространства и времени. Решив одни проблемы, теория относительности поставила другие. Философские споры вокруг теории относительности возникли сразу же при ее создании и не утихают по настоящее время. Ряд философски мыслящих ученых попытались развить субъективистские версии трактовки пространства и времени, опираясь на теорию относительности. Связь пространства и времени с тяготением была истолкована как их полная тождественность, что привело к попыткам геометризации всех других видов физических полей (основание для такой трактовки физических полей дал сам А.Эйнштейн). Такой подход к пониманию сущности пространства и времени ведет к пониманию пространства и врмени как исходной физической реальности, исходной субстанции, которая порождает, обусловливает все физические свойства реального мира. Подобно тому как в концепции энергетизма исходным понятием оказывается движение, оторванное от понятия материи, в геометрической картине мира исходной субстанцией оказываются пространство и время, оторванные от материи.

Общие свойства, характеризующие пространство и время, вытекают из их характеристик как основных, коренных форм существования материи. К свойствам пространства относятся протяженность, однородность и изотропность, трехмерность. Время обычно характеризуется такими свойствами, как длительность, одномерность, необратимость, однородность.

Что касается таких свойств, как длительность времени и протяженность пространства, то их трудно называть свойствами, поскольку они совпадают с самой сущностью пространства и времени. Ведь протяженность и проявляется в способности тел существовать одно подле другого, а длительность в способности существовать одно после другого, что и выражает сущность пространства и времени как форм существования материи.

К наиболее характерным свойствам пространства относится его трехмерность. Положение любого объекта может быть определено с помощью трех независимых величин. Время одномерно, ибо для фиксации положения события во времени достаточно одной величины. Под заданием положения события, объекта в пространстве или времени имеется в виду определение его координат по отношению к другим событиям и объектам. Факт трехмерности реального физического пространства не противоречит существованию в науке понятия многомерного пространства с любым числом измерений. Понятие многомерного пространства является чисто математическим понятием, которое может быть использовано для описания взаимосвязи различного рода физических величин, характеризующих реальные процессы. Если же речь идет о фиксации события в реальном физическом пространстве, то при использовании любой системы координат трех измерений всегда будет достаточно. И хотя до сих пор вопрос об обосновании трехмерности пространства является открытым вопросом, решение его должно лежать в установлении связи трехмерности с фундаментальными физическими процессами.

К специфическим свойством пространства относятся однородность и изотропность. Однородность пространства означает отсутствие в нем каких-либо выделенных точек, а изотропность — равноправность всех возможных направлений. В отличие от пространства время обладает только свойством однородности, заключающимся в равноправии всех его моментов. Свойства однородности пространства и времени и изотропности пространства теснейшим образом связаны с фундаментальными физическими законами, и прежде всего с законами сохранения. Они и лежат в основании самого принципа физической относительности.

Характерным специфическим свойством времени является его необратимость, которая проявляется в невозможности возврата в прошлое. Время течет от прошлого через настоящее к будущему, и обратное течение его невозможно. Необратимость времени связана с необратимостью протекания фундаментальных материальных процессов. Некоторые философы усматривают связь необратимости времени с необратимостью термодинамических процессов и с действием закона возрастания энтропии. В микрофизике необратимость времени связывается с характером законов квантовой механики. Существуют также космологические подходы к обоснованию необратимости времени. Наиболее широкое распространение получила причинная концепция времени; ее сторонники считают, что при обратном течении времени причинная связь оказывалась бы невозможной.

Специфично проявление времени и пространства в микромире, живой природе, в социальной действительности, в связи с чем специально анализируется биологическое время, психологическое время, социальное пространство-время и другие виды времени и пространств.

Психологическое (перцептуальное) время связано с восприятием и переживанием времени индивидом: время то «бежит», то «замедляется», что зависит от тех или иных конкретных ситуаций (одно дело, когда мы кого-то с нетерпением ожидаемой другое, когда заняты чем-то интересным); в детстве нам кажется, что время течет медленно, а в зрелом возрасте — что оно ускорило свой бег. Это субъективное чувство времени, и оно лишь в целом соответствует реально-физическому времени.

Как отмечают специалисты, психологическое время включает: оценки одновременности, последовательности, длительности, скорости протекания различных событий жизни, их принадлежности к настоящему, удаленности в прошлое и будущее, переживания сжатости и растянутости, прерывности и непрерывности, ограниченности и беспредельности времени, осознание возраста, возрастных этапов, представления о вероятной продолжительности жизни, о смерти и бессмертии, об исторической связи собственной жизни с жизнью предшествующих и последующих поколений и т.п. Так или иначе, но психологическое время своеобразно в сравнении с физическим временем, хотя по многим направлениям и определяется им.

Имеется взгляд на соотношение психологического и онтологического времени, согласно которому психологическое является приоритетным в рамках данного соотношения. С.А. Аскольдов, например, писал: «Дерево, камень, кристалл, молекула, атом и т.п., понятие лишь во внешнем содержании своей материальности и вне наблюдающего их сознания, могут быть поняты лишь как совершенно внешнее рядо-положение взаимно иных моментов. И ни для какого из этих моментов предыдущий и последующий не могли бы иметь значение прошлого и будущего, потому что о прошлом можно говорить, лишь когда оно как-то удержано и для настоящего, а о будущем, когда оно хотя бы в виде неверной возможности предварено. Этой силой удержания и предварения обладает лишь живое сознание или жизнь вообще. И изменение в мертвом, неживом, дается лишь взгляду жизни на мертвое. Отмыслите этот взгляд, и в мертвом останется лишь рядоположение статических моментов, в котором нет ни прошлого, ни настоящего, ни будущего, ибо их необходимо сознавать. Вне сознания эти слова теряют всякий смысл. Итак, изменение, или, что то же, время, есть прежде всего достояние души, Его содержание прежде всего психологично. И все другие значения времени заимствуют свой смысл именно из этого психологического».

Для философского осмысления трудным и интересным оказывается вопрос от соотношении времени и вечности. Касаясь этого вопроса, Н.А. Бердяев отмечал следующее. Время разбивается на прошлое, настоящее и будущее, и если мы подумаем об этих трех частях, то придем к странному выводу о том, что их нет. Настоящее есть лишь какое-то бесконечно мало продолжающееся мгновение, когда прошлого уже нет, а будущего еще нет, но которое само по себе представляет некую отвлеченную точку, не обладающую реальностью. Прошлое призрачно потому, что его уже нет. Будущее призрачно потому, что его еще нет. Нить во времени разорвана на три части, нет реального времени. Это поедание одной части времени другой приводит к какому-то исчезновению всякой реальности и всякого бытия во времени. Во времени обнаруживается злое начало, смертоносное и истребляющее. Будущее есть убийца прошлого и настоящего. Будущее пожирает прошлое для того, чтобы потом превратиться в такое же прошлое, которое в свою очередь будет пожираемо последующим будущим.

Такое рассуждение, полагает Н.А. Бердяев, должно быть включено в более широкую концепцию, в которой выявляется разрыв конечного с выходом в вечность. Философия истории, пишет он, должна признать прочность исторического, признать, что историческая действительность, та действительность, которую мы считаем прошлым, есть действительность подлинная и пребывающая, не умершая, а вошедшая в какую-то вечную действительность; она является внутренним моментом этой вечной действительности. Имеется целостная жизнь, которая совмещает прошлое, настоящее и будущее в едином целостном всеединстве, поэтому действительность, отошедшая в прошлое, не есть умершая историческая действительность; не менее реальна она, чем та, которая свершается в данное мгновение или та, которая будет свершаться в будущем. Каждый может быть приобщен к истории постольку, поскольку он существует в этом зоне мировой действительности. Христианское учение открывает эту вечность. С этой точки зрения, по Н. А. Бердяеву, исторический процесс имеет двойственную природу: он что-то истребляет, но, с другой стороны, сохраняет. В мире действует истинное время, в котором нет разрыва между прошлым, настоящим и будущим, время ноуменальное, а не феноменальное. Настоящая философия истории выявляет единство времени.

3. Виды пространства и времени

С 1958 года, после опубликования Фернандом Броделем эссе "История и общественные науки: Longue Duree", ученые обсуждают выдвинутую автором идею о категориях социального времени.

Иммануил Валлерстайн в своей статье: "Реалии открытого пространства - времени: к пониманию нашей исторической системы" дает свою модель пяти видов пространства - времени:

  • эпизодическое пространство – время;
  • циклическое пространство – время;
  • структурное пространство – время;
  • длительное пространство – время;
  • трансформирующее пространство – время.

Первую модель для простоты предлагаю называть эпизодической историей. Выделение такой категории позволяет структурировать в истории ее "элементарные частицы". Теперь можно рассматривать такие исторические события: рождение, свержение, коронацию, битву, сражение, бой, изобретение, открытие, как элементы эпизодической истории. Таким образом, они имеют свою привязку по времени и пространству, и тем самым оказывают влияние на историю. Кроме того, теперь они имеют, как элементы эпизодической истории, дополнительные характеристики и могут сравниваться между собой.

Пример: в античном мире сражение – численность 10 – 20 тысяч человек, протяженность – один день, площадь минимальна; в средние века – численность до 100 000 человек, протяженность – несколько дней, площадь – большая; в двадцатом веке – численность 1 – 5 млн. человек, протяженность – месяц, площадь – огромная.

Но если сравнивать момент наивысшего расцвета империй Александра Македонского и империи Наполеона, то они соизмеримы. Площадь, время существования. Отличие, только в количестве проживающих людей в них.

Вторая категория – циклическая история. В последнее время (20 век) ученые очень большое внимание оказывают именно этой категории. Нахождение зависимости исторического развития от циклов очаровало их. Солнечные, лунные циклы, циклы Кондратьева, вековые циклы и т. д. Почему – то ученые не обратили на другую часть циклической истории, а именно: свой цикл имеют войны, управление или правление страной, экспедиции, революции. Их пространственно – временные характеристики играют огромное влияние на ход исторического развития. Можно сказать, что войны или революции, жизненные циклы людей имеют четко оговоренные временные и пространственные характеристики. Не трудно понять, что, имея другие характеристики этих элементов циклической истории, наша история имела бы другую хронологию.

Третья категория – структурная история. И здесь мы вступаем в самое интересное. Из множества структур у нас сформирована и описана фактически, только одна структура – цивилизация. Все остальные элементы структурной истории очень туманны. Трудно пока сформировать структуру и свойства такого элемента, как империи Александра Македонского, Тамерлана или Наполеона. Понятны только два их свойства: огромные территории и скоротечность их существования. Но если рассматривать это, как один из элементов структурной истории, то это дает огромные возможности для их системного изучения. Другие элементы структурной истории только проглядываются.

 Создание Эйнштейном специальной теории относительности не исчерпывает возможности взаимодействия механики и электродинамики. В связи с объяснением теплового излучения было выявлено противоречие как в истолковании экспериментальных данных, так и в теоретической согласованности этих выводов. Это повлекло за собой рождение квантовой механики. Она положила начало неклассической физике, открыла дорогу к познанию микрокосмоса, к овладению внутриатомной энергией, к пониманию процессов в недрах звёзд и «начале» Вселенной.

В конце XIX века физики начали исследовать, как распределяется излучение по всему спектру частот. В тот период физики задались также целью выяснить природу взаимосвязи энергии излучения и температуры тела. М. Планк пытался решить эту проблему с помощью методов классической электродинамики, но это не привело к успеху. Попытка решить проблему с позиции термодинамики столкнулась с рассогласованностью теории и эксперимента. В результате Планк получил формулу плотности излучения, определившую взаимную зависимость частоты излучения, температуры и двух постоянных (Больцмана и Планка).

Справедливость формулы Планка достигалась очень странным для классической физики предположением: процесс излучения и поглощения энергии является дискретным. C работами Эйнштейна о фотонах в физику вошло представление о корпускулярно - волновом дуализме. Реальная природа света может быть представлена как диалектическое единство волны и частиц.

Однако возник вопрос о сущности и структуре атома. Было предложено множеств о противоречащих друг другу моделей. Выход был найден Н. Бором путём синтеза планетарной модели атома Резерфорда и квантовой гипотезы. Он предположил, что атом может иметь ряд стационарных состояний при переходе в которые поглощается или излучается квант энергии. В самом же стационарном состоянии атом не излучает. Однако теория Бора не объясняла интенсивности и поляризации излучения. Частично с этим удалось справиться с помощь принципа соответствия Бора. Этот принцип сводится к тому, что при описании любой микроскопической теории необходимо пользоваться терминологией, применяемой в макромире. Принцип соответствия сыграл важную роль в исследованиях де Бройля. Он выяснил, что не только световые волны обладают дискретной структурой, но и элементарным частотам материи присущ волновой характер. На повестку дня встала проблема создания волновой механики квантовых объектов, которая в 1929 году была решена Э. Шредингером, который вывел волновое уравнение, носящее его имя. Н. Бор вскрыл истинный смысл волнового уравнения Шредингера. Он показал, что это уравнение описывает амплитуду вероятности нахождения частицы в данной области пространства.

Чуть раньше (1925г.) Гейзенбергом была разработана квантовая механика. Формальные правила этой теории основаны на соотношении неопределённостей Гейзенберга: чем больше неопределённость пространственной координаты, тем меньше неопределённость значения импульса частицы. Аналогичное соотношение имеет место для времени и энергии частицы.

Таким образом, в квантовой механике была найдена принципиальная граница применимости классических физических представлений к атомным явлениям и процессам. В квантовой физике была поставлена важная проблема о необходимости пересмотра пространственных представлений лапласовского детерминизма классической физики. Они оказались лишь приближёнными понятиями и основывались на слишком сильных идеализациях. Квантовая физика потребовала более адекватных форм упорядоченности событий, в которых учитывалось бы существование принципиальной неопределённости в состоянии объекта, наличие черт целостности и индивидуальности в микромире, что и выражалось в понятии универсального кванта действия h.

Квантовая механика была положена в основу бурно развивающейся физики элементарных частиц, количество которых достигает нескольких сотен, но до настоящего времени ещё не создана корректная обобщающая теория. В физике элементарных частиц представления о пространстве и времени столкнулись с ещё большими трудностями. Оказалось, что микромир является многоуровневой системой, на каждом уровне которой господствуют специфические виды взаимодействий и специфические свойства пространственно - временных отношений. Область доступных в эксперименте микроскопических интервалов условно делится на четыре уровня:

  • уровень молекулярно - атомных явлений,
  • уровень релятивистских квантово-электродинамических процессов,
  • уровень элементарных частиц,
  • уровень ультрамалых масштабов, где пространственно - временные отношения оказываются несколько иными, чем в классической физике макромира.

В этой области по-иному следует понимать природу пустоты - вакуум. В квантовой электродинамике вакуум является сложной системой виртуально рождающихся и поглощающихся фотонов, электронно-позитронных пар и других частиц. На этом уровне вакуум рассматривают как особый вид материи - как поле в состоянии с минимально возможной энергией. Квантовая электродинамика впервые наглядно показала, что пространство и время нельзя оторвать от материи, что так называемая «пустота» - это одно из состояний материи.

Квантовая механика была применена к вакууму, и оказалось, что минимальное состояние энергии не характеризуется нулевой её плотностью.

Продвигаясь вглубь материи, учёные перешагнули рубеж 10-13 см. и начали исследовать физические процессы в области субатомных пространственно-временных отношений. На этом уровне структурной организации материи определяющую роль играют сильные взаимодействия элементарных частиц. Здесь иные пространственно - временные понятия. Так, специфике микромира не соответствуют обыденные представления о соотношении части и целого. Ещё более радикальных изменений пространственно - временных представлений требует переход к исследованию процессов, характерных для слабых взаимодействий. Поэтому на повестку дня встаёт вопрос о нарушении пространственной и временной чётности, т.е. правое и левое пространственные направления оказываются неэквивалентными. В этих условиях были предприняты различные попытки принципиально нового истолкования пространства и времени. Одно направление связано с изменением представлений о прерывности и непрерывности пространства и времени, а второе - с гипотезой о возможной макроскопической природе пространства и времени.

Заключение

Пространство характеризуется протяженностью и структурностью материальных объектов (образований) в их соотношении с другими материальными образованиями.

Время характеризуется длительностью и последовательностью существования материальных образований в их соотношении с другими материальными образованиями.

Историю человеческого познания категорий материи, пространства и времени можно представить как бесконечную лестницу познания, которая простирается от древнейших времен до наших дней, и от наших дней в необозримое будущее. Каждая следующая ступень познания при этом основывается на предыдущей, включая в себя все ее достижения. Так, классическая механика была построена на атомизме и геометрии Эвклида. Создание теории относительности было закономерным результатом переработки накопленных человечеством физических знаний. Теория относительности стала следующей ступенью развития физической науки, включив в себя позитивные моменты предшествующих ей теорий. Эйнштейн в своих работах, отрицая абсолютизм механики Ньютона, не отбросил ее полностью, он отвел ей подобающее место в структуре физического знания, считая, что теоретические выводы механики пригодны лишь для определенного круга явлений.

Теория относительности позволила сделать громадный шаг вперед в описании окружающего нас мира, объединив бывшие обособленными понятия материи, движения, пространства и времени. Она дала ответы на множество вопросов остававшихся неразрешенными в течение веков, сделала ряд предсказаний подтвердившихся впоследствии, одним из таких предсказаний было предположение сделанное Эйнштейном об искривлении траектории светового луча вблизи Солнца. Но вместе с этим перед учеными возникли новые проблемы. Есть ли предел делимости материи, каковы законы мира сверхмалых масштабов, что стоит за явлением сингулярности, что происходит со звездами-гигантами, когда они «умирают», что есть на самом деле гравитационный коллапс, как зарождалась вселенная - решить эти и многие другие вопросы станет возможным, лишь поднявшись еще на одну ступень вверх по бесконечной лестнице познания.

Список используемой литературы

  1. Аскин Я. Проблема времени. Её физическое истолкование. - М., 1986 г.
  2. Ахундов М. Концепции пространства и времени: истоки, эволюция, перспективы. - М., 1982 г.
  3. Ахундов М. Пространство и время в физическом познании. - М., 1982 г.
  4. Еремеева А. Астрономическая картина мира и ее творцы. - М., 1984 г.
  5. Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. - М., 1985 г.
  6. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырёх томах. Том I. Работы по теории относительности 1905-1920. - М., 1965 г.
  7. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. - М., 1967 г.