Свойства пространства и времени с точки зрения современной науки

СОДЕРЖАНИЕ

Введение - стр. 3

1. Сущностные характеристики пространства и времени с позиции современного научного познания - стр.4

2. Межнаучный характер пространственно-временных представлений в современной науке – стр.10

3. Значение понятий пространства и времени для современных естественных и гуманитарных наук – стр.14

4. Заключение - стр.17

5. Список использованной литературы - стр.18

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшей задачей современного естествознания является создание естественнонаучной картины мира. В процессе ее создания возникает вопрос о происхождении и изменении различных материальных продуктов и явлений, об их количественных, качественных характеристиках. Физические, химические и другие величины непосредственно связаны с изменением длин и длительностей, т.е. пространственно-временных характеристик объектов. Выделение и фиксация во времени части пространства дает состояние объекта. Упорядоченная последовательность состояний объекта составляет процесс его развития (жизни, существования) во времени. Прошло более 2500 лет с той поры, как было положено начало осмыслению времени и пространства, тем не менее, и интерес к проблеме и споры философов, физиков и представителей других наук вокруг определения природы пространства и времени нисколько не снижаются. Значительный интерес к проблеме пространства и времени естественен и закономерен, влияния данных факторов на все аспекты деятельности человека нельзя переоценить. Понятие пространства-времени является важнейшим и самым загадочным свойством природы или, по крайней мере, человеческой природы.

Человек желает раскрыть истинный смысл и природу вещей и явлений, его окружающих. Если с объяснением материальных объектов дело обстоит более менее неплохо, то с пространством и временем вопрос темный. Вероятно, причина состоит в том, что большинство материальных объектов человек может «повертеть в руках», рассмотреть их, поэкспериментировать с ними, и, поразмыслив, составить представление об их природе. Ставить опыты со временем и пространством человечество еще не научилось, и на долю ученых остается лишь их мысленное созерцание. Понятно, что при этом трудно рассчитывать на глубокое и правильное понимание этого вопроса.

Нам остается только, проанализировав взгляды современных ученых на категории пространства и времени, осветить основные направления развития научных знаний в этой области и последние достижения науки в деле изучения данной проблемы.

1. Сущностные характеристики пространства и времени

с точки зрения современной науки

Исследования характеристик пространства и времени целесообразно начать с их определения.

Понятие пространства опирается на понятие протяженности. Протяженность объекта выражает его структурность, взаимоотношение его частей. Обнаруживается протяженность благодаря конечности скорости распространения взаимодействий – для «движения» с бесконечной скоростью любые расстояния одинаковы, а именно точечны. Протяженность, следовательно, обусловлена системной природой материи, выражая ее многокачественность и многокомпонентность.

Понятие времени базируется на понятии длительности. Длительность выражает несотворимость и неуничтожимость системно организованной материи, последовательное пребывание материальных объектов и явлений в определенных состояниях.

Опираясь на сказанное, можно дать следующие определения:

- пространство – это отношения взаимоположения объектов, сосуществующих в некоторый момент времени (при измерении пространственных размеров, обратим внимание, измеряемый объект совмещается с эталоном);

- время – это отношения последовательности объектов, сосуществующих в некоторой точке пространства (сравнение временных параметров разноместных событий, обратим внимание, требует синхронизации часов, что связано с комплексов не столь уж тривиальных допущений и процедур).

Выделим два следствия из определений пространства и времени.

Во-первых, пространство и время объективны.

Во-вторых, пространство и время неразрывно связаны друг с другом и с движением материи. Более того, пространство и время – это стороны движения. В самом деле: поскольку пространство – это отношения

сосуществующих в некоторый момент времени объектов, постольку оно есть то, что остается от движения, когда мы отвлекаемся от времени; поскольку время – это отношения объектов, сосуществующих в некоторой точке пространства, постольку оно есть то, что остается от движения, когда мы

отвлекаемся от пространства. Таким образом, пространство и время не существуют вне движения материи, как и оно – вне пространства и времени.

Данный подход к определению пространства и времени именуется реляционным. Сторонники этой концепции понимают пространство и время не как самостоятельные сущности, а как системы отношений, образуемых взаимодействующими материальными объектами. Вне этой системы взаимодействий пространство и время считаются несуществующими. В этой концепции пространство и время выступают как общие формы координации материальных объектов и их состояний. Соответственно допускается и зависимость свойств пространства и времени от характера взаимодействия материальных систем.

Но данный подход был не единственным. Согласно широко ранее распространенной субстанциальной концепции пространство и время трактуются 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.

В начале 20-го века была создана теория относительности, которая заставила отказаться от субстанциальной концепции. Специальная теория относительности А.Эйнштейна 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. Общая теория относительности (1916г.) дала новые подтверждения

правильности реляционной концепции пространства и времени, показав зависимость пространственно-временных свойств от характера движения и взаимодействия материальных систем и подтвердив 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 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».

Поскольку пространство и время неотделимы от материи, правильнее было бы говорить о пространственно-временных свойствах и отношениях материальных систем. Но при познании пространства и времени ученые часто абстрагируются от их материального содержания, рассматривая их как самостоятельные формы бытия. Обычно выделяют всеобщие и специфические свойства пространства и времени, а также исследуют особенности пространства и времени в микромире и мегамире. К всеобщим относятся такие пространственно-временные характеристики, которые и неразрывно связаны и

с другими ее атрибутами. Специфические, или локальные, свойства проявляются лишь на определенных структурных уровнях, присущи только некоторым классам материальных систем.

Из всеобщих свойств пространства и времени следует, прежде всего отметить:

1. Их объективность и независимость от человеческого сознания и сознания других разумных существ в мире (если такие есть).

2. Их абсолютность – они являются универсальными формами бытия материи, проявляющимися на всех структурных уровнях ее существования.

3. Неразрывную связь друг с другом и с движущейся материей.

4. Единство прерывности и непрерывности в их структуре – наличие отдельных тел, фиксированных в пространстве при отсутствии каких-либо «разрывов» в самом пространстве.

5. Количественную и качественную бесконечность, неотделимую от структурной бесконечности материи – невозможность найти место, где отсутствовали бы пространство и время, а также неисчерпаемость их свойств.

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.

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 реальной физическом пространстве, то при

использовании любой системы координат трех измерений всегда будет достаточно. И хотя до сих пор вопрос об обоснованности трехмерности пространства является открытым вопросом, решение его должно лежать в

установлении связи трехмерности с фундаментальными физическими процессами.

К специфическим свойствам 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.

Характерным специфическим свойством времени является его необратимость, которая проявляется в невозможности возврата в прошлое. Время течет от прошлого через настоящее к будущему, и обратное его течение невозможно. Прошлое порождает настоящее и будущее, переходит в них. К прошлому относятся только те события, которые уже осуществились, и превратились в последующие. Будущие события – это те, которые возникают из настоящих и непосредственно предшествующих им событий. Настоящее охватывает все те объекты, системы и процессы, которые реально существуют и способны к взаимоотношению между собой. Взаимодействие возможно лишь при одновременном существовании объектов.

Отсюда следует, что время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей. Некоторые утверждают, что необратимость времени и

его направленность определяются причинной связью, та как причина всегда предшествует следствию. Однако очевидно, что понятие предшествования уже предполагает время. Прав поэтому Г.Рейхенбах, который пишет: «Не только временной порядок, но и объединенный пространственно-временной порядок раскрываются как упорядочивающая схема, управляющая причинными цепями, и, таким образом, как выражение каузальной структуры вселенной». [ 10, с.292]

Одномерность времени проявляется в линейной, генетически связанной между собой, системе измерений. Если для положения тела в пространстве

необходимо задать три координаты, то для определения времени достаточно одной. Если бы время имело не одно, а два, три и больше измерений, то это означало бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с ним миры – двойники, в которых те же самые события разворачивались бы в одинаковой последовательности.

Однородность времени означает, что во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчета, любую можно принять за начальную.

Указанные свойства пространства и времени связаны с главными законами физики - законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это – одно из существенных выражений симметрии в мире. Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига (однородности пространства) – закон сохранения импульса; симметрии по отношению поворота координатных осей (изотропности пространства) – закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-

временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем система отсчета.

2. Межнаучный характер пространственно-временных представлений в современной науке

Так что же это такое – пространство и время? Когда идет речь о самых общих, фундаментальных свойствах природы – описание должно быть очень общим, абстрактным. Можно думать, что в своем глубинном значении пространство – это то, что выражает устойчивость существования различных явлений и объектов в мире, а время – то, что характеризует их взаимодвижение,

изменяемость. Кратко говоря – пространство и время – это структура сосуществования и изменения всего материального в мире. Это предельно общие понятия, более общих уже не придумать. Такие предельные понятия изучаются философией, которая как раз и является наукой о самых общих законах природы. Понятия пространства и времени являются необходимой составной частью картины мира в целом, поэтому входят в предмет философии. Для философского осмысления трудным и интересным оказывается вопрос о 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. Будущее пожирает прошлое для того, чтобы потом превратиться в такое же прошлое, которое в свою очередь будет пожираемо последующим будущим» [4, с 402]. С точки зрения Н.А.Бердяева, 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. К слову сказать, в настоящее время в Москве, в МГУ уже много лет действует семинар по изучению феномена времени, и один из вопросов, который решается на семинаре, как раз этот: время – феномен (то есть природное явление), или ноумен (то есть то, что мы придумали на основе наших знаний и представлений).

Учение о пространстве и времени углубляется и развивается вместе с развитием естествознания, прежде всего физики.

Основные свойства пространства и времени (однородность времени и изотропность пространства) связаны с главными законами физики - законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это – одно из существенных выражений симметрии в мире. Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига (однородности пространства) – закон сохранения импульса; симметрии по отношению поворота координатных осей (изотропности пространства) – закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем система отсчета.

Представления о пространстве и времени, формулирующиеся в теории относительности Эйнштейна, на сегодняшний день являются наиболее последовательными. Но они являются макроскопическими, так как опираются на опыт исследования макроскопических объектов, больших расстояний и больших промежутков времени.

В квантовой физике была поставлена важная проблема о необходимости пересмотра пространственно-временных представлений классической физики. В физике элементарных частиц представления о пространстве и времени столкнулись с большими трудностями. На субатомном уровне структурной организации материи определяющую роль играют сильные взаимодействия элементарных частиц. На повестку дня встает вопрос о зеркальной симметрии – симметрии левого и правого. Как ни странно, часть объектов и событий в микромире просто не имеют зеркального отражения. В микромире не у каждого «правого» есть «левое». Таких взаимно полярных, обязательных свойств не существует – так уж «устроено» расстояние на очень малых расстояниях. Спустя какое-то время после обнаружения этого факта физикам

пришла в голову мысль: а что если в микромире нельзя противопоставлять не только правое левому, но и будущее прошлому? Результаты научных экспериментов произвели огромное впечатление на физиков и показали, что при определенных условиях в природе могут нарушаться, казалось бы, самые фундаментальные свойства пространства и времени. Эти свойства не абсолютны, а изменяются в зависимости от конкретных условий. В макромире они одни, а в микромире могут быть совсем другими.

Такое фундаментальное свойство времени как причинность также было поставлено под сомнение. Советскому академику Н.Н.Боголюбову после ряда экспериментов удалось доказать, что никаких отклонений причинности в микромире не было обнаружено. По крайней мере, до расстояний, которые в несколько сотен раз меньше размеров протона. Можно ожидать отклонений на меньших расстояниях – там, где теряется симметрия прошлого и будущего и где, возможно, существуют микрочастицы, движущиеся быстрее света.

К проблемам пространства и времени относится вопрос о числе измерений. Предполагается, что у нашего пространства может быть, например, дополнительная размерность. Сейчас известны четыре измерения – пространство плюс время. Но может быть и пятая, и шестая размерность, которые настолько малы, что мы их в обычной жизни не замечаем. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырех, которые предполагают существование «суперсимметрии», например, теория струн. Ученые пытаются получить доказательства существования дополнительных измерений в ходе эксперимента по запуску Большого адронного коллайдера – ускорителя протонов и тяжелых ионов. В случае удачи этого эксперимента предполагается, что ход времени может быть замедлен или повернут вспять, а также создана теория, объединяющая теорию относительности и квантовую теорию поля, которые до сих пор считались несовместимыми друг с другом.

Как видим, вся наука, все отрасли научного познания направлены на изучение проблем пространства и времени. В конечном счете, для того, чтобы решить одну из важнейших задач современности - понять, как же устроен наш мир.

3. Значение понятий пространства и времени для современных естественных и гуманитарных наук

Фактом современной познавательной ситуации является то, что категории пространства и времени широко используются не только в естествознании, но и гуманитарных науках, а также во вненаучных типах знания.

Ряд ученых специально анализируют биологическое время, психологическое время, социальное пространство-время и другие виды времени и пространств. Эти понятия используются в связи с особенностями проявления пространственно-временных свойств нефизических объектов. Сторонники данной теории отмечают, что метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства пространства и времени в таких объектах могут быть существенно отличны. Так, биологическое пространство и время

характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи: биологическое бытие человеческого индивида, смену видов растительных и животных организмов, их жизнь и смерть. В биологических системах есть специфические пространственно-временные свойства: ассиметрия расположения атомов в молекулах белка и нуклеиновых кислот, собственные временные ритмы и темпы изменения внутриорганизменных и надорганизменных биосистем, взаимосвязь и синхронизация ритмов друг с другом, а также с вращением Земли вокруг оси и сменой времен года. Проблема биологического пространства и времени была проанализирована Луи Пастером а впоследствии В.И.Вернадским. Неотъемлемым признаком живого, по мнению Вернадского, является особая симметрия пространства, занятого живым существом, а именно - резкое проявление левизны в материальном субстрате живого вещества. Из особенностей биологического пространства Вернадский выводил и особенности протекания, в т.ч. прерывности и непрерывности, биологического времени. Это время является определенным параметром состояния живого вещества. Вернадский объединяет его в единое биологическое пространство-время и связывает с ним процессы смены поколений, старения многоклеточных организмов, а также смерть как разрушение пространства-времени тел организмов.

Сторонниками этой теории выделяется также психологическое (перцептуальное) время, связанное с восприятием и переживанием времени индивидом: время то «бежит», то «замедляется», сто зависит от тех или иных конкретных ситуаций (одно дело, когда мы кого-то с нетерпением ожидаем, другое – когда заняты чем-то интересным). Это субъективное чувство времени, и оно лишь в целом соответствует реально-физическому времени.

Проблемам изучения психологического пространства и времени посвящены работы Н.А.Бернштейна (теория моторного поля), З.Фрейда (исследование

сновидений как основной содержательной структуры психологического пространства), К.Г.Юнга (учение о коллективном бессознательном).

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 не ни прошлого, ни будущего, ибо их необходимо осознавать. Вне сознания эти слова теряют всякий смысл. Итак, изменение, или, что то же, время, есть прежде всего состояние души. Его содержание прежде всего психологично.» [ 2, с.400]

В рамках становления человеческого общества, развития форм социальной организации идет процесс формирования нового феномена – социального пространства и времени. Анализируя этот феномен, К,Ясперс выделяет понятие «осевого времени». Этот исторический период он связывает с формирование духовных начал человечества в период 8 – 2 вв. до н.э. параллельно и независимо у «осевых народов», к которым относятся китайцы, индийцы, иранцы, иудеи и греки. Одновременно происходит сближение этих духовных центров и формирование человека такого исторического типа, который существует и в настоящее время.

Анализ проблемы социального пространства и социального времени в настоящее время включает рассмотрение взаимодействия пространства и времени как форм социального бытия индивидов, соотношения пространственно-временных связей внутри общества, исследование форм и отношений, присущих социальной деятельности людей.

Представляется, что не каждой качественно своеобразной форме движения материи должны соответствовать специфические пространство и время. Анализ аргументации сторонников вышеозначенной концепции показывает, что их выводы об объективном существовании «нефизических» форм пространства и времени основаны на смешении онтологического и гносеологического аспектов материи и отождествлении пространства и времени как форм бытия движущейся материи с движением материи, более того, за социальным пространством признается определенная субстанциальность, что вступает в противоречие в общепризнанной в настоящее время реляционной концепцией.

Однако это не означает того, что понятия «социальное пространство и время», «психологическое время», «биологическое время» не заслуживают исследования как объекты теории.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вопрос о происхождении, сущности и основных свойствах пространства и времени остается открытым в современной науке. Чтобы проникнуть в смысл этих понятий, приходится много раз примерять их к различным вещам и ситуациям. Различные ученые по-разному трактуют как природу пространства и времени, так и их основные характеристики. До единодушия в этой области далеко. В какой-то мере примирить диаметрально противоположные взгляды в этой области помогут научные эксперименты, ведь то, что не доказано практически, в теории неизбежно будет вызывать разногласия. Остается надеяться на то, что последние научные достижения приоткроют завесу тайны

над этой извечной проблемой. Ведь уяснение природы пространства и времени поможет в решении многих других вопросов современной науки, начиная от описания взаимодействия микрочастиц и заканчивая ответами на вопросы о происхождении Вселенной, а также возможной реализацией поистине фантастических проектов – путешествий во времени и создания новых вселенных.

Наука не стоит на месте, и в любое время достаточно сложно объявлять какую-либо теорию единственно верной и неизменной на все времена.

Природа каждый раз преподносит сюрпризы, когда какие-либо ее конкретные свойства и законы объявляются универсальными, действующими всегда и всюду.

В мире все имеет свою конкретную, ограниченную область применимости, и мы должны быть готовы к тому, что наукой будут открыты такие диковинные свойства пространства и времени, которые мы не можем себе представить, известные же нам свойства, наоборот, в области новых явлений окажутся

неприменимыми, утратившими силу. Сохранится лишь то глубинное и очень абстрактное, что «ухвачено» философским пониманием пространства и времени. Впрочем, и оно может оказаться недостаточно общим…

Список использованной литературы:

1. Алексеев П.В., Панин А.В., «Философия», учебник, 4-е изд. М.: ТК Велби, 2007г. 592 стр.

2. Аскольдов С.А. «Время и его преодоление» // «На переломе. Философские дискуссии 20-х годов». М.,1990.

3. Барашенков В.С. «Что такое пространство и время» // «Знание – сила», № 6, 1984г.

4. Бердяев Н.А. «Время и вечность» // «На переломе. Философские дискуссии 20-х годов». М., 1990.

5. Большая Советская энциклопедия. Интернет-издание.

6. Вернадский В.И. «О жизненном (биологическом) времени» // Философские мысли натуралиста. М., 1988. 520 стр.

7. Гордон А.Г. «Ночные диалоги. Поток времени» – М.: Предлог, 2004г. -320с.

8. Касавин И.Т. «Пространство и время: в поисках «естественной онтологии» знания».// «Общественные науки и современность». 2001, № 1. стр.90-99.

9. Концепции современного естествознания. Под ред.Лавриненко В.Н. и Ратникова В.П. М., 2004. 303 стр.

10. Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. М., Наука, 1985. 326 стр.

11. Ясперс К. Смысл и назначение истории. М., 1985. 527 стр.