Глава 7. Пространство и время в современной научной картине мира

7.1. Пространство и время как всеобщие формы бытия материи

Естественные науки часто связаны с изменением длин и длительностей, т. е. пространственно-временными характеристиками объектов. Понятие пространства возникло в науке на основе наблюдения и практического использования объектов, их объема и протяженности. Понятие времени основано на восприятии человеком смены событий, состояний предметов и круговорота различных процессов.

Пространство и время как всеобщие и необходимые формы бытия материи являются фундаментальными категориями в современном естествознании. В мире нет материи, не обладающей пространственно-временными свойствами, как не существует пространства и времени самих по себе вне материи.

Пространство – это форма бытия материи, характеризующая её протяжённость, структурность, сосуществование и взаимодействие элементов во всех материальных системах. Пространство выражает порядок расположения одновременно сосуществующих объектов. Время – это форма бытия материи, выражающая длительность её существования, последовательность смены состояний в изменении и развитии всех материальных систем.

Естественнонаучные представления о пространстве и времени прошли длительный путь своего становления и развития. Отметим наиболее значимые концепции пространства и времени:

• обыденные представления о пространстве и времени как об условиях бытия, в которые помещена материя и которые сохранились бы, если бы даже материя исчезла.

• концепция абсолютного пространства и времени. Разработана И.Ньютоном в работе «Математические начала натуральной философии», в которой были определены понятия пространства, времени, места и движения. Раскрывая сущность пространства и времени, Ньютон выделил два типа этих понятий: абсолютные и относительные.

Абсолютное время, т. е. без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Относительное время – это внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни (час, день, месяц, год и т. д.). Абсолютное пространство всегда безотносительно к чему-либо внешнему и остается всегда неизменным и неподвижным. Относительное пространство существует всегда относительно других тел.

Таким образом, пространство и время являются как бы вместилищами самих себя и всего существующего как некий «черный ящик», куда помещены все объекты бытия.

• Реляционная концепция Лейбница рассматривала пространство как порядок сосуществования тел, а время как порядок отношения и последовательность событий.

• Беркли, Мах, Авенариус считали пространство и время порождением человеческого сознания.

• И. Кант понимал пространство и время как вечные, неизменные категории сознания.

• Концепция дальнодействия в физике утверждала, что гравитационные и электрические силы мгновенно распространяются через пустое абсолютное пространство.

• Концепция близкодействия (Декарт, Гюйгенс, Френель, Фарадей) была связана с пониманием пространства как протяженности вещества и эфира, в котором свет распространялся с конечной скоростью в виде волн. Это привело в дальнейшем к понятию поля как среды, передающей взаимодействие.

• В ХХ веке, после крушения гипотезы эфира, пространство и время стали рассматриваться как атрибуты материи.

Г. Галилеем в 1636 г. был сформулирован классический принцип относительности. Согласно этому принципу, во всех инерциальных системах отсчета, т. е. системах, движущихся прямолинейно и равномерно, движение тел происходит по одинаковым законам. Это означает, что если в движущемся поезде бросить вверх мяч, то он упадет вниз, а не назад. Покоящийся в движущемся поезде предмет для человека, стоящего на перроне, будет восприниматься как движущийся. Из этого принципа следует, что между покоем и движением, если оно прямолинейно и равномерно, нет принципиальной разницы, движение и покой относительны. Понятие покоя и движения приобретают смысл тогда, когда указана точка отсчета. Математические преобразования Галилея устанавливают инвариантность (неизменность) в системах длины, времени и ускорения.