Пространство и время как формы существования материи.
В мире изменяются сосуществующие, протяженные объекты, сменяющие друг друга и имеющие некоторую длительность.
Пространство и время - всеобщие формы существования материи: нет материи, не обладающей пространственно-временными характеристиками, не существует пространство и время сами по себе, вне материи и независимо от нее. Ленин: «В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и времени.
Пространство - это такая форма бытия материи, в которой выражаются отношения сосуществования, рядоположенности, протяженности объектов.
Время - форма бытия материи, в которой выражаются всеобщие связи между сменяющимися, следующими друг за другом, длящимися объектами.
Структурная организация материи дает представления:
о взаимодействии элементов внутри объектов (протяженность), что ограничивает их от других объектов;
о месте, которое предмет занимает среди других предметов.
Пространство - свойство объектов быть протяженным, занимать место среди других объектов, граничить с ними. Следовательно, понятие пространства имеет смысл лишь постольку, поскольку сама материя дифференцирована, структурирована.
Все объекты материального мира находятся в движении и развитии, т.е. это процессы с определенными стадиями. Смена стадий может характеризоваться некоторой повторяемостью, наступать быстрее или позже. Отсюда возникает понятие длительности, ритма, темпа. А представление о времени имеет смысл постольку, поскольку мир находится в состоянии движения и развития.
Понимание пространства и времени может быть материалистическим и идеалистическим.
Материализм: пространство и время - присущи материи как ее формы существования.
- Метафизическая точка зрения (Ньютон): объективные пространство и время существуют независимо от материи, они ее не порождают, это внешние условия существования материи.
- Диалектическая точка зрения (Эйнштейн): структура и свойства пространства и времени зависят от уровня организации и форм движения материи.
Идеализм: пространство и время - формы восприятия внешнего мира человеческим сознанием (объективный идеализм Канта) или свойства индивидуального сознания, с помощью которых воспринимаются материальные объекты (субъективный идеализм Беркли).
В истории культуры существуют два подхода к пониманию пространства и времени:
1. Субстанциональный (классический) (Ньютон, Демокрит): пространство и время - это особые сущности, существующие независимо от материальный объектов. Пространство - это вместилище для тел, время - абсолютная длительность, поток, в котором пребывают тела. Пространственные характеристики предмета - протяженность, размерность, порядок расположения. Временные характеристики предметов - длительность, смена их состояний, темп и развитие процессов. Очевидно, что пространство и время выступают как самостоятельные, независимые от материи субстанции, они даже более субстанциональны, чем сам материальный мир, поскольку определяют его существование.
2. Реляционный (неклассический) (Лейбниц, Эйнштейн): пространство и время - это особые отношения между объектами и процессами, и вне их не существуют. Сам Эйнштейн отмечал отличие своей физики от классической так: «До меня считали, что, если исчезнет материя, то останутся пространство и время. Я же показал, что если исчезнет материя, исчезнет и пространство, и время». В 1905 г. Эйнштейн создал специальную теорию относительности, которую он изложил на 5 страницах. В ней он описал математическую зависимость изменения свойств пространства и времени от характера движения материи, точнее, от скорости тела.
Согласно теории относительности пространство не трехмерно, а время не линейно. Пространство и время тесно переплетены и образуют т.н. пространственно-временной континуум. Поток времени не является равномерным и однородным, он зависит от позиции наблюдателя и от скорости наблюдаемого тела.
В конце раздела приводится выдержка из книги знаменитого английского физика Стивена Хокинга «Краткая история времени». Он пытается ответить на вопросы, интересующие нас всех: откуда взялась Вселенная, как и почему она возникла, каков будет ее конец (если вообще будет). С. Хокинг делает это настолько увлекательно и доступно, что книга, написанная в 1988 году, является бестселлером по сей день. На выделенных страницах можно найти материал по проблеме пространства и времени.
Взаимосвязь пространства и времени и движущейся материи:
При переходе от одной системы отсчета к другой пространственно-временные интервалы меняются. При увеличении относительной скорости движения системы отсчета пространственные интервалы сокращаются, а временные растягиваются. При скорости движения = скорости света 300000 км/с пространственные интервалы сокращаются, а временные растягиваются, т.е. течение времени замедляется примерно в 70 раз.
Скорость света C - ≈ 300 тыс. км/сек. Для выхода на орбиту ракете необходимо набрать скорость 11 км/сек., для ухода с орбиты - 18 км/сек, 30 км/сек. - предельный разгон космических аппаратов сейчас. Эти скорости несопоставимы с С, макротела со скоростью света двигаться не могут, они теряют массу покоя. Но даже при них наблюдаются следующие явления: сверхточные часы за год полетов отстают на несколько секунд, дрозофила на космическом корабле «Салют -7» в течение полугода дала на 2-3 поколения меньше, чем земная дрозофила.
В
поле действия больших гравитационных
масс пространство имеет другую геометрию:
существуют искривленные пространства
(геометрия русского Лобачевского - немца
Римана - венгра Бойяи), в которых луч
света искривляется. В неевклидовых
геометриях кратчайшее расстояние между
двумя точками - не прямая, ; сумма
углов в треугольнике оказалась больше
3600 (выпуклое
пространство), или меньше 3600
(вогнутое
пространство). Эйнштейн сделал вывод,
что такие вогнуто-выпуклые пространства
существуют в поле гравитации больших
масс, например, планеты Юпитер, которая
является самой большой планетой солнечной
системы. Это подтвердилось при полете
станции «Пионер-7», которая «пропала»
около Юпитера, т.к. расчеты велись в
евклидовой геометрии. По теории
Лобачевского она должна была быть в
другом месте, где и была обнаружена.
Расчеты полета американской станции
«Пионер-10» уже велись в геометрии
Лобачевского, «Пионер-10» уже покинула
пределы Солнечной системы.
Теория относительности является наглядным свидетельством того, что новейшие результаты современной науки все в большей мере противоречат показаниям наших органов чувств и здравому смыслу, что создает психологические и познавательные трудности. Так, пушка в искривленном пространстве могла бы стрелять из-за угла, видели бы мы тоже из-за угла.
В природе не существуют отдельно пространство и время, существует единое пространство-время. Пространственно-временной интервал всегда остается инвариантным.
Свойства пространства-время зависят от характера движения материи.
Всеобщие свойства пространства и времени:
1. Объективность, независимость от сознания человека;
2. Неразрывная связь друг с другом и с движением материи;
3. Относительность пространства и времени, т.е. обусловленность пространственно-временных характеристик типом взаимодействия объектов и формой движения материи. Можно выделить относительность в смысле эйнштейновской в микро-, макро- и мегамире. Можно выделять различные типы пространства и времени. Наши обыденные представления о пространстве и времени - представления классической физики, их нельзя отождествлять сутью пространства и времени вообще.
4. Бесконечность пространства и времени. Бесконечность пространства и времени лучше всего понимать качественно, т.е. на разных уровнях организации материи можно столкнуться с качественно различными структурами пространства и времени.
Качественное многообразие форм пространства и времени:
Пространство и время в неживой природе. Пространственно-временные особенности существуют на мега-, макро-, микроуровнях. Так, физический вакуум имеет 10-мерные характеристики.
Пространство и время в живой природе. Пространственно-временная организация живого характеризуется ассиметрией «левого» и «правого», и доминирует левизна. Это особенность биологического пространства.
Пространство и время в социальной материи. Социальное пространство - это часть природы, ставшая сферой жизнедеятельности человека, наполненная человеческим смыслом. Пространство социальное неоднородно: «рай» и «ад», «этот» и «тот» миры. Социально-историческое время течет неравномерно. Оно уплотняется и ускоряется с развитием. Социальное время меряется историческими событиями.
Выводы реляционной точки зрения на пространство и время:
Вся Вселенная распадается на ряд относительно изолированных систем, характеризующимися своими собственными временным и пространственными параметрами. Условно можно выделять:
- механическое пространство и время (конфигурация тел);
- физические пространство и время (пространственная ориентация спина задает характеристики организации материи);
- химические пространство и время (конфигурация атомов и молекул задает специфику химических элементов);
- биологическое пространство и время (отношения между живыми организмами и экосистемами);
- психофизиологические пространство и время (у каждого человека своя мера пространства и времени, которые и задают психофизиологическую активность)
- социальные пространство и время.
2. Разные пространственно-временные организации должны быть как-то вписаны друг в друга. Физические, химические формы принимают участие в формировании более сложных пространственно-временных структур. И эти более сложные структуры должны учитывать низшие, менее организованные. Например, ассиметрия функций головного мозга: правое, образное полушарие связывает человека с физико-химической пространственно-временной организацией, а возникновение левого, абстрактного полушария определяется социальными воздействиями и следовательно социальным пространством-временем. Между тем, у животных ассиметрии мозга не наблюдается.
3. На определенном этапе развития материи возникают социальные пространство (культурное пространство) и время (связь исторически значимых событий).