Новая методика!

Изучение английского в игровой форме. Новинка 2017-2018 годов. Даже самые ленивые добиваются результатов с нами!

Узнать детали!

Не интересно!

Пошук на сайті від Google

Пошук на сайті від Yandex

Простір і час. Методологічна і Світогляднічні основи субстанціональної і реляційної концепцій простору і часу

Про те, що такий простір і час, люди замислювалися ще в глибоку давнину. У найбільш виразною формою подання про простір і час склалися у вигляді двох протилежних концепцій, названих згодом концепціями Демокріта-Ньютона і Аристотеля-Лейбніца або субстанціональної і реляційної.

Перша концепція допускала існування простору як деякої порожнечі, не пов'язаної з матеріальними предметами. При цьому вважалося також, що час являє собою самостійну сутність, не пов'язану з матерією та простором.

Навпаки, з точки зору другої концепції, не мислилися простір і час, відірвані від речей. У науці до кінця XIX і початку ХХ ст. панувала перша концепція.

Давньогрецькі філософи Демокрит, Епікур, Лукрецій Кар та ін прийшли до розуміння простору як порожнечі виходячи зі свого атомістичної навчання. Вони вважали, що для існування і руху атомів потрібно порожнеча - якесь вмістище, де атоми, поєднуючись різним чином в русі, утворюють різноманіття тел.

З розвитком класичної фізики ідеї Демокріта про сутність простору і часу були розвинені в працях Бруно, Галілея , Декарта та ін Особливо великий вклад у цьому відношенні був зроблений Ньютоном, які шукали при створенні класичної механіки універсальну систему відліку, щодо якої відбувається механічне рух тел. В якості такої універсальної системи Ньютон і вибрав простір.

За Ньютону, простір суть пусте абсолютна вмістилище, в якому розташовуються всі тіла як щось зовнішнє по відношенню до нього. Усі тіла володіють протяжністю незалежно від існування інших тіл. Ньютон вважав, що простір тривимірно, безперервно, однорідно і изотропно. Його різні частини нічим не відрізняються один від одного, і, значить, просторові відносини були всюди одними і тими ж і описувалися єдиної геометрією - геометрією Евкліда.

Час суть чиста тривалість, притаманна будь-якому одиничного явища самому по собі. Воно також абсолютно.

Абсолютність простору і часу Ньютоном розумілася в двох різних, хоча і взаємопов'язаних, аспектах. По-перше, "абсолютним простором" Ньютон називав пусте і нерухоме по відношенню до матерії простір (якесь вмістище тіл), з яким пов'язувалася привілейована система координат. По-друге, термін абсолютності вживається для характеристики інваріантності, тобто незмінності довжин відрізків в будь-яких системах відліку.

Аналогічно поняття "абсолютний час" характеризувало його, з одного боку, як чисту тривалість, з іншого боку, як незмінність (інваріантність) тимчасових інтервалів в будь-яких системах відліку. Це означало, що всюди в просторі існує єдине "світовий" час, не залежне від вибору системи координат і взаємного руху тел.

Ньютонівські уявлення про простір і часу цілком задовольняли потреби класичної фізики, так як була знайдена універсальна система відліку, щодо якої здійснювалося будь-який механічний рух, - абсолютний простір.

Далі розглянемо коротко суть другої концепції простору і часу. Аристотель, виступаючи проти ідеї атомістичної будови світу, відкинув разом з нею й ідею порожнього простору. З точки зору Аристотеля, простір являє собою сукупність місць, які займає тілами. Іншими словами, простір це порядок взаємного розташування безлічі різноманітних тіл, а час - порядок змінюють один одного явищ і станів тіл, тобто час пов'язувалося з рухом, зміною тел.

Подальший розвиток друга концепція отримала в працях Лейбніца, Гюйгенса, Дідро та ін Згідно Лейбніца, простір і час не можуть існувати поза матерії і процесів, що відбуваються в ній. Лейбніц виступав проти ньютонівського розуміння чистої протяжності і чистої тривалості. Характеризуючи в цілому гіпотезу Арістотеля-Лейбніца, слід визнати, що в ідейному відношенні, в порівнянні з ньютонівської, вона набагато ближче до діалектико-матеріалістичного розуміння сутності простору і часу. Саме друга концепція послужила надалі основою створення просторово-часових уявлень сучасної фізики.

З точки зору діалектичного матеріалізму простір і час нерозривно пов'язані між собою і з рухомої матерією, формами існування якої вони є. З цієї концепції буття поза часом є така ж найбільша нісенітниця, як буття поза простором, простір і час без матерії - порожні подання, абстракції, що існують тільки в нашій голові.

Звичайно, в діалектико-матеріалістичної концепції розкрито сутність простору і часу в основному з філософські позицій. Однак з розвитком сучасної науки її висновки отримали природно-наукове підтвердження.

Наукове визначення простору і часу, і також більш-менш повне розкриття їх властивостей пов'язано з розвитком сучасної науки, насамперед фізики і філософії.

У даний час, як нам здається, досить точно виражається сутність простору і часу в наступних визначеннях.

"Простір - це сукупність відносин, що виражають координацію матеріальних об'єктів, їх розташування відносно один одного і відносну величину (відстань і орієнтацію). Простір висловлює порядок розташування одночасно існуючих об'єктів, їх протяжність.

Час - сукупність відносин, що виражають координацію змінюють один одного станів (явищ), їх послідовність і тривалість ". (Див.: Фізичний енциклопедичний словник. Т. 4. М., 1965. С. 227).

Наведені визначення носять діалектико-матеріалістичний характер. Вони показують неможливість дати поняття простору і часу в їх відриві від матерії, неможливість їх розгляду як деяких абсолютно самостійних сутностей. Тут простір і час не мисляться інакше, як певні властивості нескінченної сукупності матеріальних об'єктів. Тільки через існування останніх, завдяки тому, що вони володіють протяжністю, розмірами, взаємним розташуванням один щодо одного, послідовністю зміни станів і тривалістю їхнього буття, ми можемо зрозуміти, що таке простір і час.

Залежність простору і часу від матерії визначає і все їх основні властивості. При цьому слід підкреслити, що хоча вони в рівній мірі є форми існування матерії, однак між ними є і відмінності. А тому вони мають ряд властивостей, як загальних, так і відрізняють їх один від одного.

Загальними властивістю, по-перше, є їх об'єктивність. Оскільки матерія не залежить від свідомості людей, остільки простір і час також незалежні від нього. При цьому не можна не відзначити ту плутанину, яку внесли в це питання ідеалісти. Так, Берклі вважав, що простір є не що інше, як співіснування відчуттів у дусі, особу, або час - послідовність відчуттів. За Кантом, простір і час є апріорні (доопитние) форми чуттєвості. Накладаючись на хаос відчуттів, ці апріорні форми впорядковують їх у просторі та часі.

По-друге, в силу вічності існування матерії, вічні простір і час. Не може бути такого положення, коли матерія існувала б або до того, як з'явилися простір і час, як після того, як вони вже зникли.

З спробами мислити простір і час як мають початок або кінець ми зустрічаємося у Гегеля, Дюрінга та ін У Гегеля природа розгортається спочатку в просторі, а потім вже в часі. А слідуючи Дюрінгові, необхідно взагалі визнати, що був час, коли часу не було. Це явна безглуздість.

Третім властивістю простору і часу є їх нескінченність і безмежність. У застосуванні до простору безмежність означає, що в яку б сторону і на яку б відстань ані рухатися, ніде і ніколи ми не досягнемо такої межі, яку можна вважати межею. Нескінченність простору виявляється в тому, що як би не були великі розміри системи, завжди знайдеться така система більшого ладу, яка буде включати в себе першу систему в якості одного із своїх елементів.

Щодо часу безмежність і нескінченність проявляються у відсутності подій, після яких вже не буде ніякої тривалості, не буде незліченного кількості процесів, наступних один за одним.

По-четверте, простір і час мають властивості абсолютність і відносність. Причому абсолютність тут мислиться не в ньютоновском сенсі. Вона виявляється в тому, що, незалежно від зміни явищ, від будь-яких змін до матеріальних тілах, простір і час об'єктивно існують. Інакше кажучи, ні один матеріальний об'єкт, якими б він властивостями ні володів, не може опинитися поза часом і простором.

Разом з тим властивості простору і часу можуть змінюватися зі зміною властивостей матерії. Наприклад, в залежності від матеріальних умов може змінюватися кривизна простору, що знайшло своє відображення у створенні М. І. Лобачевським, В. Ріманом та ін неевклідових геометрій. Ейнштейн показав, що в різних інерційних системах відліку довжини відрізків і проміжки часу різні. Ці приклади свідчать про відносність простору і часу.

Важливою властивістю є те, що простір і час безупинні та разом з тим безперервно / дискретні /. Безперервність простору і часу виражається в тому, що між будь-якими двома елементами просторової довжини завжди існує такий елемент довжині, який з'єднує обидва перші в єдину просторову протяжність. Точно так само між двома будь-якими тимчасовими інтервалами завжди знайдеться третій, який з'єднує їх в єдину тимчасову тривалість. Переривчастість простору і часу полягає в тому, що вони включають елементи, що розрізняються за своїми внутрішніми властивостями, за структурою, тобто за своїми якісними характеристиками.

На закінчення відзначимо ще одне загальне властивість простору і часу. Цим властивістю є їхня внутрішня суперечливість. Попередні два властивості є прикладами її прояви. Нескінченність простору і часу складається відповідно з кінцевих тривалостей окремих матеріальних процесів.

Які ж властивості відрізняють простір і час один від одного? Приватним властивістю простору є його тривимірність. Вона виражається, по-перше, в тому, що тіло в просторі зможе переміщатися в будь-якому напрямку: вгору, вниз, вправо, вліво, вперед, назад. По-друге, всі матеріальні тіла володіють тривимірної просторової формою - протяжністю в довжину, ширину і глибину.

Математично тривимірність простору виражається у взаімооднозначном відповідно між його точками і трійками чисел - їх координатами в заданій довільній системі координат.

Час, на відміну від простору, одновимірно. Це означає, що якщо задано початок відліку в часі, то початок або кінець якого-небудь процесу, довжина часового проміжку будуть описані одним числом. Крім того, час має властивість незворотності. У часі неможливо рух назад. Воно тече завжди і всюди в одному і тому ж напрямку: від минулого до сьогодення, від справжнього до майбутнього. Звідси, зауважимо принагідно, слід незворотність в часі причинно-наслідкових зв'язків.

З вищевказаних властивостей простору і часу випливає те, що простір має властивості симетрії, а час - асиметричні. Симетричність простору виражається в тому, що об'єкти, розташовані в одній частині простору, можуть бути дзеркальним відображенням матеріальних об'єктів в іншій частині простору щодо певної лінії. Має місце і симетрія простору щодо осі обертання його близько довільної точки. Симетрія простору проявляється в симетричній конфігурації різних матеріальних тел. Наприклад, у формі кристалів, будови метеликів і т. д.

У класичній фізиці та спеціальної теорії відносності панівне значення мають постулати про однорідність і Ізотропія простору і однорідності часу, що випливають з їхніх властивостей. Однорідність простору полягає в рівноправності всіх його точок, а Ізотропія - в рівноправності всіх його напрямків. Однорідність часу припускає рівноправність всіх моментів часу. Це означає, що в кожній точці простору, в будь-якому напрямку і в будь-який момент часу закони фізики діють однаково.

Зміна уявлень про простір і час, пов'язане зі створенням неевклідових геометрій, відкриттям спеціальної теорії відносності, викликало великий резонанс і в галузі філософії. Ряд філософів і фізиків прийшли до висновку: оскільки наші уявлення про простір і час міняються, отже, вони суб'єктивні. Особливе місце у відстоюванні цього положення зайняла різновид "фізичного" ідеалізму "- махізм. За Маху простір і час являють собою лише впорядковані системи рядів відчуттів. Послідовник Маха Пірсон стверджував, що простір і час перебувають не в речах, а в нашому способі сприймати речі. Знаменитий математик Пуанкаре говорив, що мінливість понять простору і часу є свідченням нав'язування їх нами природі з метою зручності.

Тим часом насправді абстрактні поняття простору і часу є відносними, вони можуть змінюватися, уточнюватися з тхне науки, проте звідси не слід , що змінюються в залежності від цього, пристосовуючись до нашого досвіду, об'єктивні простір і час.

Мінливість уявлень про простір і час означає лише, "що наш досвід" та наше пізнання все більш пристосовуються до об'єктивного простору і часу, Всі правильніше і глибше їх відбиваючи. Обгрунтування об'єктивності простору та часу має актуальне значення для сучасної фізики, зустрівся з їхніми новими властивостями в області мікросвіту.

Відкриття неевклідових геометрій, поряд з доказом матеріальності електромагнітного поля, створили передумови для докорінної зміни уявлень про простір і часу. З відкриттям поля, за словами Ейнштейна, стала можливою перемога над ньютонівських абсолютним простором, оскільки не стало відмежованих один від одного предметів. Усе виявилося заповненим матерією і не стало порожнечі.

Наступним важливим моментом у розвитку фізики було встановлення в 1881 р. американським фізиком Майкельсона незалежності швидкості світла стосовно рухомих тел.

У фізиці виникло протиріччя між законами класичної фізики і новими відкриттями. Дозвіл цього протиріччя було здійснено А. Ейнштейном у 19О5 р. створенням спеціальної теорії відносності. Принципово новим у теорії Ейнштейна є твердження відносності і простору і часу, що розглядаються окремо. Істотно іншим стало розуміння сенсу одночасності двох подій. З точки зору спеціальної теорії відносності / СТО /, дві події, одночасні в одній інерціальній системі відліку, будуть неодночасно в іншій системі, що рухається щодо першої. Ми можемо з упевненістю говорити про одночасність двох подій лише в тому випадку, якщо вони відбулися в одному і тому ж місці. Втрата абсолютності одночасності означає, що не може бути єдиного часу в різних системах відліку (завжди далі маються на увазі інерціальні системи). У кожній такій системі є "власне" час.

Довжина також стала відносною. Справді, що таке виміряти довжину будь-якого відрізка? Це означає одночасно зафіксувати його початок і кінець. Однак оскільки поняття одночасності втратило свій абсолютний сенс, у різних системах відліку довжина відрізка буде різною. Причому встановлення, що довжина відрізка буде скорочуватися в напрямку руху, а проміжки часу збільшуватися, тобто протягом часу має сповільнюватися.

Виникає питання: чи реальні подібні релятивістські ефекти? Теорія стверджує їх реальність. Причому справа не в тому, що кожний відрізок у різних системах дійсно коротше іншого. Просто спостерігачі в кожній системі відліку при вимірюванні знайдуть, що відрізок в іншій системі коротше відрізка в їхній системі. Так, кожному з двох одного зростання людей, що стоять по різні сторони двояковогнутой лінзи інший буде здаватися менше. Хоча це не означає, що кожен з них менше іншого. Реальною ж причиною змін буде взаємна відносний рух тел. Таким чином, про довжину тіла, на відміну від класичної фізики, можна говорити лише відносно його до тієї чи іншої системи відліку. Те ж саме відноситься і до тимчасових проміжкам.

Аналогією цьому є те, що ми не можемо говорити про швидкість тіла взагалі, безвідносно до будь-якої системі, бо не існує швидкості тіла самої по собі. Також позбавлені сенсу поняття "верх" і "низ", "право" і "ліво", якщо не вказано, щодо чого встановлюється орієнтування в просторі.

Розвиток уявлень про простір і час показало, що як такі простір і час роздільно не існують. Вони є сторонами єдиної сутності - чотиривимірного "простору-часу". Навколишній світ - це світ подій, які характеризуються місце і часом.

СТО, показавши відносність простору і часу, ввела новий абсолют. Таким абсолютом є чотиривимірний "простір-час", де три координати просторові, а четверта тимчасова. В цілому філософське значення спеціальної теорії відносності полягає в тому, що відкрила нерозривний зв'язок, органічна єдність простору і часу. Висновки СТО в даний час знаходять своє підтвердження на практиці.

Подальший розвиток уявлень про простір і час і їх взаємозв'язку з матерією пов'язано з виникненням загальної теорії відносності (ОТО)

Одним з основних постулатів ОТО є гравітаційні рівняння Ейнштейна, в яких права частина є фізична величина, що виражає матерію - енергію - імпульс. А ліва частина висловлює геометричні властивості 4-х мірного простору-часу. Таким чином, рівняння Ейнштейна описують одночасно і гравітаційне поле, і геометрію простору-часу.

Встановлення залежності гравітаційного поля, а через нього про простору-часу від розподілу в ньому матеріальних мас є найважливішим фактором не тільки у фізичному, а й у загальфілософських плані. У цьому сенсі рівняння Ейнштейна слід розглядати як математичний вираз діалектичного принципу, який стверджував, що простір і час як форми існування матерії повинні бути нерозривно пов'язані з матерією та її властивостями. Це означає, що ОТО у вирішенні проблеми простору і часу докорінно відрізняється від класичної фізики.

Таким чином, загальна теорія відносності є новим і більш глибоким, ніж спеціальна теорія відносності, підтвердженням діалектико-матеріалістичного вчення про нерозривний взаємозв'язку простору і часу з рухомої матерією.

Своєрідно в ОТО і прояв релятивістських ефектів. Відповідно до неї скорочення довжин і уповільнення часу спостерігаються навіть в рамках однієї і тієї ж системи відліку, при переході від одних точок системи до інших. Наприклад, у всіх точках, розташованих ближче до центру матеріальних мас, гравітаційне поле буде інтенсивніше і, отже, час буде текти повільніше, а довжини відрізків коротше, ніж у точках, більш віддалених від центру гравітації.

Як відомо, справедливість всякої теорії підтверджується тільки лише практикою, зокрема, експериментом. В даний час ідеї загальної теорії відносності знаходять все більші і більші докази.

У 1958 році німецький фізик Місбауер відкрив спосіб виготовлення "ядерних годин", які вимірюють час з величезною точністю. Досліди із застосуванням ефекту Місбауера показали, що у поверхні землі час тече повільніше, ніж, скажімо, на даху якого-небудь будівлі.

Створення СТО і ОТО сприяло подальшому розвитку уявлень про простір і час і тим самим більш глибокому розумінню характеру взаємозв'язку простору, часу і рухається матерії. Однак вважати, що проблема простору й часу у фізиці вирішена повністю, було б передчасним. Розвиток квантової фізики, космології і т. д. ставить перед наукою все нові й нові питання, вирішення яких багато в чому пов'язано з подальшим розвитком вчення про матерію і її властивості.

Існуючі труднощі з вирішенням проблеми простору і часу для деяких областей знання дозволяють припустити, що їх рішення, можливо, пов'язано зі створенням фізичної теорії, більш загальної, ніж теорія відносності та квантова теорія поля. При цьому не виключена можливість відкриття будь-якої більш загальної форми існування матерії. по відношенню до якої просторово-тимчасова форма буде однією з її різновидів.

На закінчення можна з упевненістю сказати, що розвиток сучасної фізики повністю підтвердило правильність діалектико-матеріалістичної концепції простору і часу.

Буття і його основні форми. Матерія, рух, простір

Випадкова стаття