Свойства пространства и времени с точки зрения современной науки

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …………………………………………………………………… 3 стр.

I. Сущностные характеристики пространства и времени с позиции современного научного познания ..………………………………………. 4 стр.

II. Межнаучный характер пространственно – временных представлений в современной науке ……………….………………………………………... 8 стр.

III. Значение понятий пространства и времени для гуманитарных наук.11 стр.

Заключение ……………………………………………………………….. 13 стр.

Список используемой литературы ……………………………………… 15 стр.

Введение

Где находится то, что происходит? Мы существуем в пространстве и действуем во времени. Но что есть пространство и что есть время? Мы представляем пространство как нематериальную сцену, а время позволяет нам различить последовательные действия, оно является свойством Вселенной, которое дает нам возможность отделить грань настоящего между прошлым и будущим.

Однако такие интерпретации времени и пространства скорее сродни чувствам и интуиции, чем подлинному знанию. Они могут быть отправным пунктом для философа, чем знание для ученого. Пространство и время относятся к фундаментальным понятиям, которыми философы занимались с давних времен. В двадцатом веке представления об этих понятиях были основательно уточнены. В понимании многих античных мыслителей существовало представление об абсолютном и пустом пространстве, заполненным неким мировым и неподвижным эфиром. Эти представления древних философов по мере накопления научных знаний о природе вещества, характера взаимодействия тел, строения и структуры материального мира постепенно преобразовывались.

Открытия современной физики привели к необходимости серьезного пересмотра таких понятий, как пространство, время, материя, объект и т.д.; а поскольку эти понятия являются основополагающими для мировоззрения, то необходимы были и кардинальные перемены. Благодаря этим переменам возник и совершенно новый взгляд на мир, формирование которого продолжается под воздействием современных научных разработок.

Моя главная задача – проследить взаимосвязь между понятиями современной физики (пространство и время), показать различные представления о сущности данных понятий, выявить их основные характеристики и показать значение этих понятий для современных наук.

I. Сущностные характеристики пространства и времени с позиции современного научного познания

Наши представления о пространстве и времени накладывают большой отпечаток на понимание всей картины мира. Они упорядочивают вещи и явления, которые окружают нас и в повседневной жизни, и при попытках науки и философии объяснить мир. Нет такого закона физики, который можно было бы сформулировать без понятий пространства и времени. Одной из величайших революций в истории науки стало значительное изменение этих основополагающих понятий благодаря теории относительности.

В доньютоновский период развитие представлений о пространстве и времени носило противоречивый характер. Представители элейской школы в Древней Греции отрицали существование пустого пространства, некоторые философы (Демокрит) утверждали, что пустота существует. И только в трудах Евклида зарождаются геометрические представления о пространстве, как об однородном и бесконечном.

Евклидова геометрия была завершена в XXVII столетии, когда Исаак Ньютон (1643-1727), дополнив наблюдения Галилея статистическим описанием пространства Евклида, построил описание движения в этом пространстве. Классическая физика исходила из представлений об абсолютно трехмерном пространстве, существующем независимо от содержащихся в нем материальных объектов и подчиняющимся законам евклидовой геометрии, а о времени как о самостоятельном измерении, которое носит абсолютный характер и течет с одинаковой скоростью независимо от материального мира.

Научную революцию нашего времени готовили многочисленные работы физиков XIX века. Началось все с открытия и исследования электрических и магнитных явлений, которые не могли быть описаны в рамках механической модели и требовали введения новых сил. Очень важный шаг был сделан Майклом Фарадеем и Кларком Максвеллом – плодом размышлений над эффектами действия электрических и магнитных сил стала теория электромагнетизма. Вершина этой теории было осознание того, что свет – это переменное поле высокой частоты, движущееся в пространстве в форме волн. Из теории Максвелла был сделан вывод о конечной скорости распространения электромагнитных взаимодействий и существования электромагнитных волн.

В девятнадцатом веке, еще до Эйнштейна, физики представляли себе пространство наполненным особым неподвижным и невидимым веществом, названным эфиром. Эфир заполнял все Вселенную и проникал во все материальные тела. В 1881 г. Альберт Абрахам Майкельсон впервые попытался обнаружить эфирный ветер. Он трижды проводил свои эксперименты, но результаты оказывались отрицательными. Скорость света во всех опытах оказалась постоянной, не зависящей от положения наблюдателя и движения источника света.

Следующим этапом в исследовании вопроса пространства и времени были предложения Лоренца, показавшие, что быстродвижущиеся тела несколько изменяют (уменьшаются) свои размеры.

Первые три десятилетия XX века радикально изменили положение дел в физике. Старые понятия не находили применения в новых областях науки. У истоков современной физики стояло великое свершение одного человека, Альберта Эйнштейна (1879-1955). Две его статьи, опубликованные в 1905 г. и 1915 г., содержали две радикально новые мысли. В первой Эйнштейн привязал пространство ко времени более тесным образом, чем попытался это сделать Ньютон. Осуществив это, он разрушил ньютоновские представления об абсолютном пространстве и времени. На втором шаге он устранил одно из достижений Ньютона – понятие универсального тяготения как силы, она по-новому заставила взглянуть на электромагнитное излучение и легла в основу квантовой теории. Квантовая теория сформировалась в окончательном виде через двадцать лет совместными усилиями группы физиков.

Первым достижением Эйнштейна была специальная/частная теория относительности (в некоторых источниках упоминается о неправильном переводе с немецкого языка, в результате чего называли специальная теория относительности). Центральным замечанием Эйнштейна было замечание о том, что для наблюдателя, находящегося в равномерном движении, невозможно определить движется он или нет, т.е. невозможно измерить равномерное движение каким-то абсолютным способом. Это утверждение Эйнштейн сжато выразил утверждением, что все инерциальные системы отсчета эквиваленты.

У Эйнштейна ушло более десятилетия на переход от специальной теории относительности к более общей теории, которую обычно называют общей теорией относительности, теорией гравитации Эйнштейна. Общая теория относительности возникает из совпадения, которое состоит в том, что масса, используемая для выражения способности тела сопротивляться действию силы, является той же самой, что и масса, используемая для выражения способности тела создавать гравитационное притяжение. Согласно теории Эйнштейна, гравитация способна «искривлять» время и пространство. Это означает, что в искривленном пространстве законы евклидовой геометрии не действуют, так же как двухмерная плоскостная геометрия не может быть применена на поверхность сферы. Эта наиболее широко признанная, последовательная теория гравитации находит применение в астрофизике и космологии.

В 50-х годах XX века Н.А. Козырев выдвинул идею «причинности» времени. Он считал, что время – активный участник мироздания. Практически всеми признано, что пространство и время объективны и реальны, они существуют независимо от сознания людей и познания ими мира. Взгляды И. Канта на время и пространство как субъективные формы созерцания отстаиваются сторонниками данной философии. Пространство и время являются универсальными формами бытия материи, они не существуют вне пространства или вне времени. Согласно теории относительности, неверно, что пространство имеет три измерения, а время существует отдельно от него. Будучи тесно и неразрывно связаны, пространство и время образуют четырехмерный континуум пространство-времени.

Пространство обладает свойством однородности и изотропности, а время – свойством однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность – в равноправии всех его направлений. Во времени все точки равноправны, точки отсчета не существует.

В отличие от пространства время является необратимым и одномерным, оно течет из прошлого в настоящее к будущему, нельзя возвратиться назад в прошлое через какую-либо точку и нельзя перескочить в будущее через какой-либо временной промежуток. Отсюда следует, что время составляет рамки для причинно-следственных связей. Прав немецкий логик и философ Г. Рейхенбах:

«Не только временной порядок, но и объединенный пространственно-временной порядок раскрываются как упорядочивающая схема, управляющая причинными цепями, и, таким образом, как выражение казуальной структуры Вселенной»¹.

В современной науке появилась концепция нефизических форм пространства и времени. Ее авторы доказывают, что наряду с изученными и более понятными для человека физическим и астрономическим пространством и временем существуют также и другие формы пространства и времени, т.к. время можно определять и через изменение состояния тел.

Среди последних исследований одним из самых интригующих подходов оказалась новая теория Дэвида Бома, который изучает соотношение между сознанием и материей в научном контексте. Подход Бома можно рассматривать как попытку «пришнуровать» друг к другу пространство-время и некоторые фундаментальные понятия квантовой теории с целью создания последовательной квантово-релятивистской теории материи. По мнению Бома, пространство и время являются формами, проистекающими из голодвижения (Бом развивает свою концепцию импликатного порядка по аналогии с голограммой, ссылаясь на способность каждой точки содержать в себе все изображения): они тоже вложены в его порядок, и представляет собой динамический феномен, из которого проистекают все формы материальной Вселенной.

В рамках новых взглядов появилось понятие неевклидовой геометрии, а сама геометрия есть наука экспериментальная. Исследования в области физикохимии веществ обнаружили зависимость между свойствами вещества и пространственным расположением атомов. Одной из грандиозных проблем современной физики является объединение общей теории относительности и квантовой теории в квантовую теорию гравитации. Когда объединение теорий произойдет, все ожидают, что оно произведет революцию в наших представлениях о пространстве и времени, которая, возможно, будет более мощной, чем революция, вызванная появлением теории относительности.

II. Межнаучный характер пространственно – временных представлений в современной науке

Современная физика оказала влияние почти на все стороны общественной жизни. Она является основой всех естественных наук, а союз естественных и технических наук изменил условия нашей жизни на Земле – что привело двояким последствиям: как к положительным, так и к отрицательным. Сегодня вряд ли можно найти отрасль промышленности, которая не использует достижения современной физики (атомная физика), оказывает влияние на политику. Однако влияние современной физики затрагивает и культуру в целом, и образ мышления, что выражается в пересмотре наших взглядов на Вселенную и нашего отношения к ней. Понятия пространства и время лежат в основе нашего мировоззрения, и при радикальном пересмотре этих понятий, изменяется вся наша картина мира.

Перемены, обусловленные современной физикой, широко обсуждались физиками и философами на протяжении последних десятилетий. Проблема времени особенно интересовала философов, но решалась в естественных науках. Внимание к категории времени было обусловлено, прежде всего, необходимостью его измерения. Коренные повороты в движении научной мысли, значительные теоретические достижения в системе естествознания обусловлены принципиальными изменениями в трактовке именно понятий времени и пространства, их углублением, развитием, а каждая эпоха в истории человеческого знания вносит свой вклад в содержание данных понятий.

Изучением времени занимались философы-экзистенциалисты, которые рассматривали время не с физической, а с духовной, нравственной и эстетической точек зрения. Известны работы (Л. Гумилев), в которых проведено изучение образа и представлений о времени как одно из концептов языка и культуры, а не как онтологическая проблема. Единый взгляд на время у представителей разного этносов складывался из взаимодействия традиционных представлений о времени и того, что происходило с развитием науки, культуры, с художественным освоением категории времени в литературе.

Понятия современной физики нередко обнаруживают изумительное сходство с представлениями той или иной религиозной философией Дальнего Востока. Все развитие восточного мистицизма обнаруживает удивительное единство в вопросе о неразделимом пространственно-временном характере действительности, вновь и вновь подчеркивая факт, что пространство и время неразрывно связаны. Наиболее ясное выражение интуитивные представления о пространстве и времени получили в буддизме, в частности в школе Аватамсака буддизма махаяны. «Аватамсака-сутра», на которой основано учение школы, содержит яркое описание мировоззрения в момент просветления. В этой сутре неоднократно упоминается об осознании «взаимопроникновения пространства и времени». Как пишет Дайсэцу Тайторо Судзуки:

«Можно осознать значение «Аватамсаки» и ее философию только в том случае, если мы однажды достигнем состояния, в котором наше «я» полностью растворяется и исчезают разграничения между телом и сознанием, субъектом и объектом…каждая вещь связана с остальными…не только в пространственном, но и во временном отношении…Мы невооруженным глазом видим, что не существует пространства без времени и времени без пространства – они пронизывают друг друга»².

Мировоззрение современной физики и восточного мистицизма характеризуется большим динамизмом, и его основополагающими компонентами являются понятия времени и пространства, их изменчивости, так как и физики, и мистики утверждают, что пространство и время пронизывают друг друга.

Тесная связь между пространством и временем была обнаружена в астрономии задолго до создания теории относительности. Астрономы и астрофизики имеют дело с очень большими расстояниями, и поэтому для них особенно немаловажно понятие время. Все зависит от того, что свету необходимо определенное время, чтобы переместиться от наблюдаемого объекта к наблюдателю. Поэтому астрономы хорошо знают о важном значении связи пространства и времени.

Черные дыры принадлежат к числу наиболее загадочных и необычных объектов, исследуемых современной астрофизикой, и служат яркой фактической иллюстрацией теории относительности. Сильная искривленность пространства-времени в районе черной дыры не только не позволяет лучам света достичь наших телескопов, но и оказывает значительное влияние на время. Поток времени замедляется по мере продвижения и прохождения какого-либо объекта внутрь некоторой черной дыры замедляется, а затем останавливается. Но с самим объектом в момент достижения им событийного горизонта ничего не происходит, течение времени остается тем же.

Естественные (точные) науки достигли высочайшего уровня миропонимания и эмпирического исследования, превратились в доминирующий способ человеческого мышления и социального действия.

III. Значение понятий пространства и времени для гуманитарных наук

Гуманитарное познание отличается от естественнонаучного познания мира критериями, интерес гуманитарного познания состоит не в точности познания, а в глубине проникновения.

Был недавний период, когда гуманитарное значение трактовали как неточное, расплывчатое, несовершенное и все его фундаментальные особенности – субъективность, историчность, образность, эмоциональность, интуитивность и метафоричность рассматривали как негативные характеристики в сопоставлении с чертами «настоящей», «нормальной» науки.

Пространство и время интересовали человека всегда, о чем известно из философской и художественной литературы. Специфика познания пространства и времени в науках об обществе и человеке заключается в том, что обсуждение времени на гуманитарном уровне не рассматривает время в обязательном единстве с пространством. В отличие от естественнонаучной сферы, на гуманитарном уровне учитываются особенности существования времени в контексте человеческих поступков, его деятельности, истории.

В современной науке используют понятия биологического, психологического и социального пространства и времени. Метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства пространства и времени в таких объектах могут существенно отличаться.

Биологическое пространство и время характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи: биологическая жизнь человеческого индивида, смена видов растительного и животного мира, их жизнь и смерть. Одним из выдающихся ученых в этой области был В.И. Вернадский, который специфику биологического пространства связывал с отличительным признаком живого – наличием ассиметричности пространственной структуры органических молекул.

Биологическое время имеет ряд особенностей: если физическое время характеризуется как необратимое и однонаправленное, то биологическое время может быть обратимым и разнонаправленным (в состоянии литургии, при использовании специальных веществ наблюдается индивидуальная обратимость времени и разнонаправленность, например восстановление стройности фигуры или исчезновение морщин); остановка или торможение внутреннего биологического времени жизни (замедление внутреннего времени человека в состоянии летаргии, остановка внутреннего времени у организмов при определенных условиях, например анабиоз или спячка).

Психологическое пространство и время. Психическая регуляция движений и предметных действий индивида происходит не только на уровне внешнего физического пространства, но и на основе собственного пространства. Психологическое время – это восприятие времени у человека, которое связано с биологическим процессами, происходящими в организме, и с социальными явлениями.

В наибольшей степени особенности психологического пространства и времени проявляются в сновидениях на бессознательном уровне. Обоснование сновидений как структуры психологического пространства предпринял основоположник психоанализа З. Фрейд, который выявил неоднородность психологического пространства сновидений, его символизм, смещение, а также указал на особенность психологического времени – пропуск, модификация, перегруппировка материала сновидений, которые и создают эффект обратимости времени.

Социальное пространство и время включает в себя рассмотрение взаимодействия пространства и времени как форм социальной жизни индивидов, исследование форм и отношений пространственно-временных связей внутри общества.

Анализируя понятия социальное пространство и время немецкий философ Карл Яспер вводит и объясняет понятия «осевого времени» и «осевая эпоха». «Осевая эпоха» представляет собой социальное пространство, включающее образование нескольких духовных центров человечества, при одновременном сближении этих духовных центров. «Осевое время» представляет собой временные рамки в период развития человечества между 800 и 200 годами до новой эры.

Социальное пространство включает пространственную организацию социальных объектов общества, свойствами которого являются протяженность, упорядоченность, интенсивность, плотность, определенная координация социальных процессов и явлений.

Социальное время представляет собой определенный период, которым располагает любой социальный объект и общество, т.е. совокупное время существования и деятельности всех объектов общества. Социальное время обладает цикличностью, линейностью, обратимостью, направленностью изменений и развития общественных явлений.

Заключение

Пытаясь постичь тайну жизни, люди пробовали много различных подходов: пути физиков, мистиков, философов, пути поэтов, клоунов и т.д. Для этих путей характерны различные способы описания мира, каждый из которых сосредоточен на определенном аспекте. Однако никто не в состоянии нарисовать такую картину мира, которая точно и полно отражала бы действительность.

Механистическое мировоззрение классической физики полезно при описании тех разновидностей физических явлений, которые окружают нас в повседневной жизни, оно вполне оправдало себя при решении практических задач и оказалось прекрасной базой в качестве теоретической основы нашей технологии. Механистическому мировоззрению противопоставляется мировоззрение мистиков, которые опираются на органический характер и рассматривают Вселенную, как неразделимую часть единого гармонического мира.

Наука в своем историческом развитии все конкретнее показывает независимость физических соотношений, отражающих объективные закономерности природы, от того или другого способа измерения физических величин.

Ориентация на выявление причинно-следственных связей и зависимостей, законов и механизмов, выражающих однозначный образ изучаемых процессов и явлений, была распространена и на гуманитарные науки. Исследования показали изменение взглядов на проблему пространства и времени, появившихся после открытия свойств данных понятий на базе современных взглядов теории относительности.

В заключение хотелось бы сказать, что

Измерить океан глубокий,

Сочесть пески, лучи планет,

Хотя и мог бы ум высокий –

Тебе числа и меры нет!

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов / Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2008.

2. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студентов вузов / Н.И. Иконникова. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2008.

3. Теория относительности для миллионов: пер. с англ. / Гарднер Мартин.- 4-е изд. – М.: Издательство ЛКИ, 2008.

4. Смысл и назначение истории: Истоки истории и ее цель. – Аудиокнига. – М.: Студия АРДИС, 2008.

5. Вселенная, жизнь, разум. / Шкловский Иосиф Самуилович. – М.: АНО «Журнал «Экология и жизнь», 2006.

6. Дао физики: Общие корни современной физики и восточного мистицизма. / Капра Фритьоф. – М.: ООО Издательство «София», 2008.

7. Десять великих идей науки. Как устроен наш мир / Питер Эткинз. – М.: АСТ: Астрель, 2008.

8. Мир как пространство и время / Фридман А.А. – 4-е изд., испр. – М.: Издательство ЛКИ, 2007.

1 Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. – М.: Прогресс, 1985.