36.Варианты понимания пространства и времени в истории науки и философии. Философский смысл теории относительности.

Прежде всего, пространство-время (ПВ), в особенности пространство, описываются не только философией, но и математикой, физикой. ПВ для начала можно представить себе как отображаемые наукой реальности. Это отображение - результат очень сильного абстрагирования от разнообразия мира, физических, химических свойств.

В результате ПВ - весьма бедные реальности. Их можно описать как континуум, элементами которого являются точки. Однако подобные континуумы всё-таки имеют свойства и внутренние закономерности (например, закономерностями пространства занимается математика и геометрия). Закономерности заключаются в том, что между точками есть отношения, которые в общем раздеяются на два типа:

Отношения удалённости (на некотором расстоянии между друг другом).

Отношение соседства (безотносительно к расстоянию).

Из этого вытекает две фундаментальных группы свойств ПВ:

Метрика - изучается прежде всего геометрией. Первоначально, как известно, считалось, что метрика евклидова, но даже в ней есть множетсво частных свойств.

Топология - решает задачи отождествления фигур. Самый простой вопрос - можно ли развязать узел на бесконечной веревке?

Из всего этого следуют свойства ПВ:

метрическое - есть измерения, одно у времени и три у наблюдаемого пространства.

однородность - нет выделенных точек.

обратимость/необратимость - характеризует, какие движения в этом континуме допустимы. Пространство обратимо - в любом направлении можно двигаться туда и обратно. Время в этом смысле необратимо - движение только в будущее.

изотропность - равноправие разных направлений. Пространство изотропно, время - нет.

Теперь расмотрим, где же здесь заключена философия. Фактически, мы ввели некоторые реальности - пространство и время. Но философия изначально имеет дело с другими двумя реальностями - материей и сознанием. Вполне очевиден вопрос: в каких отношениях пространство и время к сознанию и материи?

На этот вопрос в Новое время было предложено три ответа:

Ньютон

Рассматривая ПВ как некоторое условие существования физической реальности и условие протекания процессов, был склонен толковать ПВ как не зависящие от сознания-материи. Идея абсолютного пространства и абсолютного времени. Они абсолютны, потому что независимо существуют от материи и независимо от человеческого сознания.

Тем не менее, Ньютон полагал, что ПВ - это аттрибуты Бога ("чувствилища Бога") - они существуют всегда, всегда имеют определенную метрику. Когда Бог решил сотворить материю, он ее поместил в свое чувствилище - пространство.

Лейбниц

Возражал концепции Ньютона. По Лейбницу, ПВ не могут существовать без материи - материалистическое определение ПВ. Пространство - это порядок сосуществования вещей; время - порядок смены одних вещей и состояний другими. ПВ можно понимать как некоторые формы организации материи (т.н. реляционная концепция).

Кант

Решил, что ПВ - "априорные формы чувственного созерцания" (см. классическую немецкую философию) в том смысле, что это аттрибуты человеческого сознания. ПВ существуют лишь во внутреннем мире сознания человека, субъективны.

И философия должна разрешить вопрос об абсолютности пространства и времени.

Итак, в 17-18 вв. сложились три представления об отношении пространства-времени к сознанию, за авторством Ньютона, Лейбница и Канта.

Очевидно, необходимо выбрать одну из точек зрения в качестве правильной. Наиболее адекватной точкой зрения была точка зрения Лейбница. Однако, ему не удалось доказать, что пространство и время (ПВ) могут быть ассоциированы с материей. Практически, по Лейбницу, ПВ должны зависеть от материи, т.к. существуют как принадлежащие материи формы.

Лейбницу не удалось окончательно установить эту зависимость. Очевидно, зависимость, если она существует, должна как-то проявляться, иметь явный признак. Им можно считать следующиее: зависимость есть такое отношение между предметами, когда изменение одного обязательно сопровождается изменением другого. Т.е. изменение материи обязательно сопровождается изменением ПВ или наоборот.

Первая проблема на данном пути - глубокое повсеместное убеждение (на тот момент) в евклидовости пространства. Что бы материя ни делала, это в конце концов не сказывается на пространстве. Пространство в этом отношении - абсолютно неизменяющееся, и потому не зависящее от материи. И потому требуется установить, что пространство в принципе изменчиво и не только евклидово.

Первые шаги в этом направлении сделала математика. Речь идёт о создании в первой половине 19 в. неевклидовых геометрий [Лобачевский, Гаусс и какой-то венгр Б... - для пространства с отрицательной кривизной (гиперболические геометрии), Риман - с положительной кривизной (сферическая)]. С возникновением и принятием этих геометрий стало очевидно, что пространство может быть искривлено в разной степени, значит - оно изменчиво.

Трудности касательно геометрий начались с того, что в принципе мы не можем наглядно вообразить себе искривлённое трёхмерное пространство, т.к. органы чувств "заточены" под евклидово. В двумерных случаях проще - достаточно перенести обычную плоскую геометрию на поверхность сферы (Риман) или седла (Лобачевский). Простое, казалось бы, действие, влечёт массу последствий. Например, сумма углов треугольника не равна 180 градусам, число пи теряет свою фундаментальную роль и т.п. Данные идеи подрывают основы философии Канта, т.к. по нему ПВ суть априорные формы чувственного восприятия, и треугольники не могут быть иными, кроме как соответствующие заложенным у нас представлениям.

Следующим шагом в доказательстве принадлежности ПВ материи стала теория относительности Эйнштейна. Между пониманием того, что пространство может быть изменчивым, и физической трактовкой этих суждений прошло около ста лет ( геометрии - 1820, СТО - 1905, ОТО - 1915 гг).

Специальная теория относительности (СТО) должна была описывать механическое движение при условиях:

скорость физического движения ограничена скоростью света, которая хоть и большая, но всё же конечная величина (действительно, вполне измерима).

скорость света не зависит от системы отсчёта (опыты Майкельсона).

принцип относительности выполнен - физические законы инварианты к смене системы отсчёта.

Необходимость учитывать постояноство скорости света привела к тому, что многие характеристики предметов, до того считавшиеся абсолютными, оказались относительными - не только скорость (как было в принципе относительности Галилея), но уже и масса, линейные размеры, собственное время зависят от выбора системы отсчёта.

Отсюда же вытекает необходимость рассматривать ПВ как единый четырёхмерный континуум, а не как независимые реальности пространства и времени. ПВ-характеристики

предмета явно зависят от материального движения. Значит, произошла привязка ПВ к движению, системе отсчёта.

Наиболее существенно взаимосвязь ПВ и свойств материальных систем обогащается в ОТО. Т.к. здесь ПВ уже может приобретать и изменять свою метрику (искривляться).

Как известно, в основе ОТО лежит постулат о равенстве инертной и гравитационной массы. За счёт их эквивалентности можно решить проблему отличия движения под действием сил гравитации и движения по инерции. Формально, это оказывается одно и то же, если принять, что гравитация действительно искривляет ПВ - например, ускоренное криволинейное движение вполне можно свести к равномерному прямолинейному, если соответствующим образом искривить пространство.

В философском отношении, это одно из наиболее веских оснований признать, что метрика принадлежит материи, и связана с распределением массы в пространстве.

Вообще же, из СТО и ОТО следует масса проверяемых экспериментально фактов (замедление времени, искривление световых лучей в гравитационном поле, гипотеза о "чёрных дырах", нестационарная Вселенная), которые в конце концов ставят теорию Эйнштейна в основу современной космологии.

Конечно, релятивистская космология не может объяснить всего. В частности, нерешённой в её рамках остаётся проблема "сингулярного состояния" (до Большого взрыва, когда по сути Вселенная была сжата в материальную точку). Тут уже нужно привлекать квантовые теории, которые к настоящему моменту не завершены.

ТО явно говорит о глубокой взаимосвязи ПВ с материей. Однако остаётся открытой проблема: такое явление, как гравитация, приравнивается к искривлению - "геометризация

физики". Отчасти, возникает тенденция и желание геометризировать все явления, но не есть ли это возврат к декартовскому пониманию мира? Не окажется ли ПВ более фундаментальным, чем материя?

Некоторые авторы считают, что система самых фундаментальных понятий не должна выводиться из ПВ. Нужно считать самыми фундаментальными понятиями частицы и их отношения, а ПВ выводить из этих отношений (Ю. Владимиров, "Метафизика").

Также остаётся ещё одна проблема. ПВ в разные моменты развития науки то выходили на первый план, то вновь оказывались позади. Сначала господствующим, наиболее фундаментальным считалось пространство. Но идея объединения всех 4х фундаментальных взаимодействий потребовала введения времени как дополнительного измерения. Согласно разным современным концепциям объединения (струнная теория, 11-мерие), в мире существуют дополнительные измерения.

Постепенно на первое место выходит вопрос о причинах необратимости времени. В современном естествознании проблема необратимости времени явно выходит на первый план. В различной околонаучной литературе на основе этого развивается идея машины времени. Правда, почему-то всегда "путешественник-во-времени" оказывается неподвержен этим путешествиям, а возможно ли это осуществить? (см. С. Лем, "Звёздные

дневники Ийона Тихого").

Время входит в большинство фундаментальных уравнений со знаком, который можно изменить на противоположный и решать "наоборот" - математически, обратное движение во времени возможно. Однако это совсем не совпадает с нашим восприятием его как необратимости.

Иногда вводят понятия различных стрел времени:

Термодинамическая - однонаправленность т/д процессов согласно второму началу.

Электромагнитная - волны сами по себе идут от источника, не возвращаясь обратно.

Космологическая - Вселенная охвачена процессом расширения, и направление этого процесса определяется её плотностью.

Необратимость времени требует некоторого философского фундамента, которым может выступать закон развития материи. Если развитие материи необратимо, то вряд ли и время может течь в обратную сторону.