Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Пространство и время

Уже в античном мире мыслители задумывались над природой пространства и времени. Представители элейской школы отрицали существование пустого пространства или, по их выражению, «небытия». Другие, в том числе Демокрит, утверждали, что пустота существует, как материя и атомы, и необходима для их перемещений и соединений. В «Началах» древнегреческого математика Евклида пространственные характеристики объектов впервые обрели строгую математическую форму. В это же время зарождаются геометрические представления об однородном бесконечном пространстве.

Физическая картина мира, опирающаяся на точные математические расчеты, была представлена в трудах И. Ньютона (1643— 1727). Вершиной его творчества стала теория тяготения, установившая закон всемирного тяготения. Согласно этому закону сила тяготения универсальна и проявляется между любыми материальными телами. Она всегда пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Распространив на всю Вселенную закон тяготения, Ньютон представил возможную ее структуру. Он пришел к выводу, что Вселенная не является конечной. Она бесконечна. Лишь при этом предположении в ней может существовать множество космических объектов — центров гравитации. Раскрывая сущность времени и пространства, Ньютон характеризует их как «вместилища» всего существующего. Во времени все располагается в смысле порядка следования, в пространстве — в смысле порядка положения. Он предлагает различать два типа представлений о пространстве и времени: абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные), и дает им следующую характеристику: абсолютное, или истинное, математическое время само по себе и по всей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Относительное, или кажущееся, время есть изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени: час, день, месяц, год и т.п.

Абсолютное пространство безотносительно к чему бы то ни было внешнему, оно остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное пространство — мера или какая-либо ограниченная часть, которая определяется нашими чувствами по положению одного тела относительно других и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное.

Ньютоновское понимание пространства и времени вызвало неоднозначную реакцию со стороны современников — естествоиспытателей и философов. С критикой ньютоновских представлений о пространстве и времени выступил, в частности, Г. Лейбниц (1646— 1716). Он предлагал реляционную (относительную) концепцию пространства и времени, отрицающую существование пространства и времени как абсолютных сущностей. Указывая на относительный характер пространства и времени, Лейбниц считал пространство, также, как и время, чем-то чисто относительным: пространство порядком существования, а время - порядком последовательностей.

Предвосхищая положения теории относительности Эйнштейна о неразрывной связи пространства и времени с материей, Лейбниц считал, что пространство и время не могут рассматриваться отдельно от самих вещей. «Мгновения в отрыве от вещей ничто,— писал он,— и они имеют свое существование в последовательном порядке самих вещей». Однако данные представления Лейбница не оказали заметного влияния на развитие физики, так как его концепция пространства и времени не могла служить основой принципа инерции и законов движения, обоснованных классической механикой. Успехи ньютоновской системы, их поразительная точность и ясность привели к тому, что многие критические соображения в ее адрес обходились молчанием. А ньютоновская концепция пространства и времени, на основе которой строилась физическая картина мира, оказалась господствующей вплоть до конца XIX в.

В диалектико-материалистической (марксистской) философии пространство и время выступали как неотъемлемые свойства материальных тел, т.е. атрибуты материи. Поскольку она признавала, что в мире пс существует ничего, кроме движущейся материи, а движение совершается исключительно в пространстве и времени, это значило, что в нем нет ничего, что не находилось бы во времени и пространстве. Если материя рассматривалась как безграничная и бесконечная субстанция, то бесконечными и безграничными должно быть пространство и время. Таким образом, пространство и время — абсолютные свойства материи, присущие всем без исключения предметам и явлениям. Они абсолютны, правда, не в ньютонианском смысле, а, так сказать, в диалектическом, поскольку неразрывно связаны с материей. Так или иначе, признание их как абсолютных свойств материи затеняло гносеологический аспект этих категорий, т.е. рассмотрение их как абстракций из самой действительности. Внимание к гносеологическому аспекту заведомо позволило бы выявить относительность их значения.

Теоретические представления о пространстве и времени относительны в том смысле, что они повсюду и всегда зависят от условий познания. Нет абсолютного времени и абсолютного пространства, поскольку образование и использование этих понятий всегда зависят от конкретных условий, в которых формируются и применяются эти понятия.

Однако эта гносеологическая относительность в исследовании структуры микромира, как ни странно, не получила до сих пор должного значения в понимании пространственных и временных категорий. Даже в самых новых исследованиях физическая относительность никак не увязывается с гносеологической. «Очевидно, что пространство и время, — пишет, например, В.Ф. Гершанский, — имеют абсолютный смысл, так как являются атрибутами материи и не существует материального объекта без пространственно-временных характеристик, поэтому не имеет смысла говорить о пространстве и времени как о каких-то особых формах, находящихся вне, рядом с материальными объектами. Пространство и время — это характеристики материальных объектов, материальных систем. Объект находится в пространстве, предмет изменяется во времени и движется В' пространстве - времени, т.е. он движется относительно пространственной и временной определенности другого материального предмета, другой системы». Неудивительно, что такая традиционно-материалистическая онтология категорий пространства, времени и материи сразу же порождает трудности в понимании статуса пространственно-временного континуума. С одной стороны, из теории относительности следует, что пространство и время не абсолютны, а относительны в том смысле, что их существование и свойства зависят друг от друга и от свойств движущейся материи, согласно релятивистскому уравнению гравитационного поля в общей теории относительности. С другой стороны, современные исследования допускают существование «пустого» пространства — времени. Они показывают, что «пустота» пространства — времени относительна и что носителем «пустого* пространства — времени являются недостаточно изученные виды материи, например, физический вакуум, состоящий из виртуальных частиц. Так или иначе, заостряется вопрос о гносеологическом статусе понятий «пространства — времени», пространственно-временной «пустоты» и т.д.

Между тем вопрос об универсальности (абсолютности) пространственно-временных характеристик в современной науке остается открытым. Доказано, что однородность и изотропность пространства и однородность времени не являются абсолютными свойствами. Не ясно, универсальны ли свойства непрерывности и пространства — времени, трехмерность пространства, одномерность и необратимость времени и т.д. Но в такой ситуации изучение самих теоретических моделей, относящихся к пространственно-временным параметрам, их гносеологической природы совершенно необходимо. Такой философский анализ требует, как мы уже отмечали, рассмотрения фундаментальных категорий сточки зрения их альтернативности, ибо этот принцип является одновременно и важнейшим гносеологическим принципом. Альтернативность понятий пространство — вне-пространства, время — вне-времени, как и многих других фундаментальных философских категорий, неявно присутствует во всех теоретических (и не только теоретических) построениях современной науки.

Говоря о пространственных свойствах, мы всегда выбираем при этом системы отсчета, не имеющие конкретных пространственных параметров. Точно так же, характеризуя продолжительность протекания тех или иных процессов, мы в явном или неявном виде фиксируем систему отсчета, не имеющую или лишенную наблюдателем временных качеств. Невнимание к гносеологическому аспекту привело к тому, что у нас даже не разработана соответствующая терминология для анализа внепространственных и вневременных отношений. Этот тот самый случай, когда есть понятие о них, но нет соответствующих терминов. Оставим пока все как есть и определим эти понятия следующим не вполне удобоваримым образом. Понятие «вне-времени» означает существование или возможное наличие предметов или явлений вне зависимости от факторов времени, т.е. обозначающее процессы как не имеющие длительности и других временных свойств. Это определение, следует признать, подразумевает, в частности, возможность существования предметов и явлений за пределами физического времени. Если принять во внимание, что существуют различные формы или упорядоченности процессов во времени, кроме физической, такие, как, биологическая, геологическая, историческая, социальная и др., то понятие «вне-времени» может означать в конкретной ситуации «выход за пределы» данной специфической формы длительности и ритмики процессов.

«Вне пространства» — понятие, характеризующее реальность или возможность предметов или явлений как существующих независимо от пространства, т.е. абстрагирующееся от их протяженности, объема, расположения друг относительно друга. Когда мы производим то или иное измерение, определяем размещение тел, частиц или полей, то всегда пользуемся реальными телами или частицами, выбираемыми за систему отсчета. При этом тела, принимаемые за систему отсчета, явно выдаются нами за вне пространственные, лишенные либо протяженности, либо высоты, либо ширины, либо всех этих свойств вместе взятых. Используемые в физике, математике и других естественных науках понятия точки, линии, плоскости, угла, треугольника и т.д. рассматриваются, таким образом, как существующие вне реального трехмерного пространства и существующие либо на плоскости, либо (как точка) без размеров вообще. Собственно говоря, и сама трехмерность пространства, как известно, не что иное, как теоретический конструкт. Совершенно очевидно, что идеи, понятия, теории, образы и многие другие продукты духовной, мыслительной деятельности человека существуют в значительной степени независимо от пространственных связей и отношений.

Заметим — то, что рассматривается как нечто «внепространственное», не обязательно абстрагируется от времени, и наоборот, то, что считается «вневременным», может числиться как локализованное в пространстве, при всей их тесной взаимосвязи. Фотоны, как поток квантов света, — своего рода «чистый образец» вневременных процессов, будучи по сути дела «носителями» времени в физическом смысле, они не имеют и пространственных параметров, поскольку передают взаимодействие мгновенно.

Все сказанное не означает, что вещи, явления и даже идеи существуют вне пространства в абсолютном смысле слова, как бы «сбоку от него». В этом смысле сами термины «вне-пространства» и «вне-времени», разумеется, не самые удачные. Возможно, было бы лучше говорить «непространственные» и «невременные» вместо «вне». Но это не столь важно, если понятно, о чем идет речь, пока не изобретены достаточно удобные термины. Понятия «вне-пространства» и «вне-времени» означают лишь, что пространство и время относительны. О временных и пространственных свойствах предметов можно говорить, как и обо всех универсальных свойствах и явлениях действительности, только в рамках антиномии, т.е. имея в виду некую альтернативу.

Материализм в марксистской философии под давлением естественно-научных факторов, как известно, вынужден был впустить теорию относительности через «черный ход». Правда, не слишком торопливо, а спустя почти полстолетия после ее общего научного признания. Относительность сводилась им к неразрывной связи с материей, т.е. подразумевалось, что пространственные и временные параметры, во-первых, меняются под действием тяготеющих масс и, во-вторых, взаимосвязаны между собой, так что можно было, следовательно, говорить о реальном четырехмерном пространственно-временном континууме. Такая ослабленная форма относительности пространства и времени, очевидно, не достаточна для того, чтобы понять относительность самой их природы, внутреннюю противоречивость мира, которую следовало бы проводить более последовательно.

В марксистской литературе, кстати, неизменно признавалось единство прерывности и непрерывности пространства и времени. Уже здесь становилось совершенно очевидным внутреннее противоречие концепции. Ведь если пространство и время все же дискретны в каком-то отношении, то понятия «внепространственное» и «вневременное» не только уместны, но и обязательны. В одном из «официальных» учебников по марксистско-ленинской философии следующим образом воспроизводится общепринятая, т.е. по существу обязательная для всех философов, позиция: «Прерывность относительна и проявляется в раздельном существовании материальных объектов и систем, каждая из которых имеет определенные размеры и границы. Но материальные поля (электромагнитное, гравитационное и др.) непрерывно распределены в пространстве всех систем. Таким образом, пространство обладает связностью, в нем отсутствуют разрывы». Примерно в том же духе «оправдывается» прерывность времени: «Прерывность характеризует лишь время существования конкретных качественных состояний материи, каждая из которых возникает и исчезает, переходя в другие формы. Но составляющие их элементы материи (например, элементарные частицы) могут при этом не возникать и не исчезать, а только менять формы связей, образуя различные тела. В этом смысле прерывность времени существования материи относительна, а непрерывность абсолютна».

В правильной постановке вопроса о единстве прерывности и непрерывности материи — явная брешь — нежелание видеть относительность понятий «время» и «пространство», неизбежность дополнения их понятиями «вне-времени», и «вне-пространства». А отсюда — уже недопустимый перекос в сторону «абсолютной» непрерывности пространства и времени. Всякий «абсолют», в чем мы уже неоднократно убедились (и это не последний пример), верный путь к догме. Непререкаемые суждения о бесконечности и безфаничности материи, пространства и времени как ее атрибутов, Абсолютной их непрерывности и т.п. снимают нерешенные вопросы — в том и состоит их предназначение.

Если мы говорим, что материя существует вечно, значит, она вне времени. Но тогда понятие времени относится к отдельным, конкретным явлениям и процессам, а не к материи как таковой. Если сказать лишь, что Вселенная бесконечна и безгранична, какой тогда смысл имеет вообще понятие пространства? Оно также применимо лишь к отдельным предметам. Что же все-таки лучше: уходить от вопросов, предлагая бескомпромиссные, окончательные решения, или видеть объективную противоречивость действительности, выявлять реальные парадоксы и находить возможность хотя бы частичного их решения, опираясь на данные науки и практики?

Общая картина мира, нарисованная в трудах Ньютона, представлялась ясной и очевидной: в бесконечном абсолютном неизменном пространстве с течением времени происходит движение миров. Движение их разнообразно и сложно, но оно никак не влияет на пространство и время, в которых все процессы происходят.

Первый удар по этой картине мира нанес А. Эйнштейн своей специальной теорией относительности, созданной в 1905 г., когда наука приступила к изучению процессов, скорость протекания которых оказывалась сравнимой со скоростью света. Выяснилось, что если события происходят друг от другого на больших расстояниях (космических), то отношение «раньше» — «позднее» однозначно только тогда, когда сигнал, идущий со скоростью света, успевает дойти от одного события к другому. Если же сигнал не успевает преодолеть это расстояние, то отношение «раньше» — «позднее» неоднозначно и зависит от состояния движения наблюдателя. То, что «раньше» было для одного наблюдателя, может быть «позже» для другого. Такие события не могут находиться в причинной связи друг с другом. Иначе оказалось бы, что причина наступает после события, являющегося следствием. Эти свойства времени непосредственно связаны с тем, что скорость света в пустоте всегда постоянна, не зависит от наблюдателя (т.е. выбора системы отсчета) и данная скорость предельно большая.

Еще более парадоксальным оказалось то, что течение времени зависит от скорости движения тел. Время течет тем медленнее, чем быстрее по отношению к наблюдателю движется тело. Этот факт был надежно подтвержден в экспериментах с элементарными частицами, проводившихся на летящих самолетах. Следовательно, свойства времени только казались неизменными, так как для обнаружения приведенных выше фактов были необходимы столь быстрые движения, которые ранее были недоступны человеку. Далее теория относительности установила неразрывную связь времени с пространством. Изменения временных свойств всегда связаны с изменением пространственных параметров тел.

Специального объяснения в рамках существовавшей в конце XIX в. физической картины мира требовал и отрицательный результат по обнаружению так называемого мирового эфира, полученный американским физиком А. Майкельсоном. Его опыт доказал независимость скорости света от движения Земли, что с точки зрения классической механики не поддавалось объяснению. Некоторые физики пытались истолковать эти результаты как реальное сокращение размеров всех тел, включая и Землю, в направлении движения под действием возникающих при этом электромагнитных сил. Так, X. Лоренц вывел математические уравнения {преобразования Лоренца) для вычисления реальных сокращений движущихся тел и промежутков времени между событиями, происходящими на них, в зависимости от скорости движения, хотя в преобразованиях Лоренца отражались нереальные изменения размеров тел при движении (что можно представить лишь в абсолютном пространстве), а изменение результата измерений в зависимости от движения системы отсчета. Таким образом, относительными оказались и «длина», и «промежуток времени» между событиями, и даже «одновременность» событий. Специальная теория относительности Эйнштейна обобщила идеи и синтезировала принципы классической механики Галилея — Ньютона и электродинамики Максвелла — Лоренца. Она описывала законы всех физических процессов при скоростях движения, близких к скорости света (в вакууме 300 000 км/с), но без учета поля тяготения. При уменьшении скоростей движения она сводится к классической механике, которая, таким образом, оказывается ее частным случаем.

Общая теория относительности Эйнштейна строилась путем построения обобщенного пространства—времени и перехода от теоретической структуры исходной теории — специальной теории относительности — к теоретической структуре новой, обобщенной теории с последующей ее эмпирической интерпретацией. В общей теории относительности раскрываются новые аспекты зависимости пространственно-временных отношений от материальных процессов. Эта теория придала физический смысл неевклидовым геометриям и связала кривизну пространства, отступление его метрики от евклидовой с действием гравитационных полей, создаваемых массами тел. Общая теория относительности исходит из принципа эквивалентности инерционной и гравитационной масс, количественное равенство которых давно было установлено в классической физике. Кинематические эффекты, возникающие под действием гравитационных сил, эквивалентны эффектам, возникающим под действием ускорения. Принцип эквивалентности помог сформулировать основные положения, на которых базировалась новая теория о геометрической природе гравитации и о взаимосвязи геометрии пространства — времени и материи. Так, на основе принципа эквивалентности масс был обобщен принцип относительности, утверждающий в общей теории относительности инвариантность законов природы в любых системах отсчета, как инерциальных, так и неинерциальных.

Теория относительности установила не только искривление пространства под действием полей тяготения, но и замедление хода времени в сильных гравитационных полях. Даже тяготение Солнца — небольшой звезды по космическим меркам — влияет на темп протекания времени, замедляя его в своем поле тяготения. Поэтому если послать радиосигнал в какую-то точку по «траектории», проходящей рядом с Солнцем, путешествие радиосигнала займет в таком случае больше времени, чем тогда, когда он проходит вдали от солнечной массы.

Специальная теория относительности не затрагивала проблему воздействия материи на структуру пространства — времени, а в общей теории Эйнштейн непосредственно обратился к органической взаимосвязи материи, движения, пространства и времени. Согласно этой теории пространство не существует отдельно, как нечто противоположное «тому, что заполняет пространство» и зависит от координат. Пустого пространства, т.е. пространства без поля, не существует. Пространство — время существует не само по себе, а только как структурное свойство поля. Теория относительности показала единство пространства и времени, выражающееся в совместном изменении их характеристик в зависимости от концентрации масс и их движения. Время и пространство перестали рассматриваться независимо друг от друга, их заменило представление о пространственно-временном четырехмерном континууме.

Развитие общей теории относительности в последнее десятилетие привело к подлинно революционным изменениям наших представлений о времени и пространстве.

Мы не можем подробно освещать здесь все эти захватывающие дух открытия и гипотезы, тем более что далеко не все из них до сих пор достаточно «устоялись». К примеру, еще совсем недавно гипотеза «черных дыр» считалась вполне достоверной и почти общепризнанной в объяснении некоторых космических явлений. Но совсем недавно ее же автор, английский астрофизик С. Хокинг, сам выступил с ее опровержением, признав ее недостаточную обоснованность. Его новая гипотеза состоит в том, что вместо «черных дыр» образуются области сверхвысокой массы, так что космическое вещество, приближаясь к этой области, не исчезает в ней «безвозвратно». Однако ввиду новизны этой гипотезы она рождает больше вопросов, чем ответов. Так или иначе, все эти вопросы всерьез, в научном, отнюдь не в бытовом плане свидетельствуют об актуальности проблемы «бытия» и «небытия», соотношения категорий время — вне-времени, пространство — вне-пространства.

Люди постоянно задаются вопросами: что было тогда, когда не было ничего, и что находится за пределами пространства и времени? Первый вопрос самопротиворечив. Второй выходит за рамки современной науки. Ученый вправе не отвечать на эти вопросы за неимением точных данных. Но поскольку они возникают, философия берет на себя формулировку и возможное обоснование ответов, считая все же, хотя и абстрактно, возможным существование «нечто» за пределами пространства и времени. И даже более, существование того, что мы называем «ничто», за пределами пространства и времени, даже не имея об этом «ничто» никакой информации. Так или иначе, эти понятия имеют вполне очевидный онтологический смысл. Ясно только, что они необходимы в гносеологическом и методологическом аспектах для того, чтобы мысль имела стимул дальнейшего движения.