Глава 5. Пространство и время

5.1. Пространство и время — формы существования материи

Исторически сложились два подхода в толковании пространства и времени - субстанциональный и ре- ляционный. Первый из них связан с пониманием про- странства и времени как самостоятельных сущностей на- ряду с материей. Пространство сводилось к бесконечной пустоте, вмещающей все тела, время - к "чистой" дли- тельности. Эта идея, в общем виде сформулированная еще Демокритом, получила свое логическое завершение в концепции абсолютного пространства и времени Ньюто- на. Согласно этой концепции существует абсолютно пус- тое пространство, вакуум, которое непрерывно по своей природе. Именно благодаря пустоте в пространстве может осуществляться движение дискретных материальных тел. Пространство и время составляют абсолютную систему | отсчета, в которой определенным образом распределены | тела (инертные материальные образования), движение | которых может осуществляться благодаря внешнему, привнесенному действию. Субстанциональная концепция пространства и времени, сформулированная Ньютоном как физическая модель мира, приобрела в науке и фило-

58

софии XVII-XVIII вв. доминирующее значение. Идея аб- солютного пространства и времени хорошо вписывалась в обыденное понимание вещей и событий: наличие меха- нического движения казалось неопровержимым доказа- тельством существования неподвижного абсолютного пространства.

Реляционный подход, который наметился еще у Ари- стотеля, развивали Р. Декарт, Г. Лейбниц, Дж. Толанд. Главное в этой концепции то, что пространство и время рассматриваются в ней не как особые субстанции, а как формы существования вещей. Лейбниц, например, под- черкивая относительный характер пространства и време- ни, называет пространство "порядком существований", а время - "порядком последовательностей".

Субстанциональная и реляционная концепция не связаны однозначно с материалистическим или идеали- стическим толкованием мира, обе развивались на той и другой основе. Диалектико-материалистическая концеп- ция пространства и времени была сформулирована в кон- тексте реляционного подхода.

Пространство и время являются всеобщими объек- тивными формами координации материальных систем и их состояний. Они не самостоятельные сущности, а уни- версальные структуры отношений вещей и процессов. Пространство есть форма бытия, характеризующая поря- док сосуществования и рядоположенность материальных образований, их структурность и протяженность. Время - форма бытия материи, характеризующая взаимодействие объектов и смену их состояний, последовательность про- цессов и их длительность.

Как форма статической связи тел пространство опре- деляет их взаимное положение, протяженность и направ- ление сил взаимодействия. Как форма кинематической связи время отражает направление изменений, очеред- ность и длительность существования тел, процессов, со- стояний. Как форма динамической связи пространство и время в их единстве выражают организацию, структуру движения и сосуществования всех подразделений беско- нечного мира. Именно эта упорядоченность движения является структурной и пространственно-временной ос- новой техники, ее универсальной матрицей. В самом де- ле, любая машина, любая техническая система строится

59

на основе указанных связей. Эти связи выражаются через пространственные и временные отношения частей и дей- ствий. Все детали и движения системы четко распределе- ны в пространстве и времени. Малейший сдвиг в такой структуре может привести к серьезным нарушениям. По- этому рациональное использование пространства и вре- мени, равно как и рациональное применение материалов и энергии, - одно из необходимых условий технического

прогресса.

Следует различать реальное, перцептуальное и кон- цептуальное пространство; реальное, перцептуальное и концептуальное время. Реальное пространство и вре- мя - объективные формы бытия движущейся материи, всеобщие структуры сосуществования и изменения вещей в физическом мире. Перцептуальное пространство и время связаны с сосуществованием и последовательной сменой наших ощущений, т.е. предстают как отражение реальных пространства и времени человеком.

При рассмотрении психических объектов все кажет- ся необычным, бесплотным, вне времени и пространства. Психические образы не представляют исключения. И все- таки можно говорить о протяженности зрительного пред- ставления. Она зависит от поля зрения, перспективы и умственной установки. Если большой предмет (например, здание) находится недалеко от глаз, то в голове наблюда- теля возникает не целостный образ предмета, а лишь его фрагмент, отражающий часть объекта. Отдельные части нам кажутся гораздо меньшими, чем такие же располо- женные вблизи. Зрительный образ, подобно фотографии, может представлять один и тот же предмет в крупном и уменьшенном плане. Пространственное соотношение психических образов зависит от объективных пространст- венных отношений самих предметов, обусловливается ими. Если бы это было иначе, то человек не смог бы пра- вильно ориентироваться в мире. То же можно сказать и о перцептуальном времени. Оно является отражением ре- ального времени, смены состояний реальных процессов, но вместе с тем зависит от состояния нашей нервной системы, нашего организма в целом. Когда мы с нетер- пением ожидаем долгожданное или, наоборот, нежелае- мое событие, то время зачастую как бы растягивается, за медляется. Иногда же нам, напротив, кажется, что время

60

ускоряет свой бег, спрессовывается. В мыслях в течение мгновений мы можем "пролистать" события многих лет жизни. Но тем не менее перцептуальное время соответст- вует реальному, порядок смены ощущений определяется порядком реальных событий.

Концептуальное время и пространство - это спо- соб описания реальных пространства и времени, их раз- личные теоретические модели. Примерами концептуальных пространств являются трехмерное евклидово пространство, четырехмерное пространство-время теории относительно- сти, /7-мерные математические пространства и др.

У пространства и времени как форм бытия материи выделяют ряд общих и специфических свойств, которые могут быть представлены следующим образом:

Реальное пространство и время обладают метриче- скими и топологическими свойствами. Первые выража- ют пространственную и временную протяженность, они связаны с измерением и характеризуют их количествен- ный аспект. Метрическими свойствами пространства яв- ляются гомогенность, изотропность, кривизна; времени - однородность. Топологические свойства выражают пространственную и временную упорядочность, качест- венный аспект пространства и времени. Топологическими свойствами пространства являются трехмерность, непре- рывность; времени - одномерность.

61

Можно сказать, что пространство и время характе- ризуют свойства разномерности бытия. Их фиксация свя- зана с макроскопическим опытом человека.

Трехмерность пространства, начиная со времен Птолемея, традиционно считалась универсальным свойст- вом и стала важнейшим элементом концептуальной структуры физического описания мира. Принятый за ак- сиому опытный факт трехмерности пространства получил теоретические подтверждения. Так, И. Кант показал, что законы обратных квадратов для гравитационной и элек- тростатической сил связаны с трехмерностью нашего про- странства. В 1920 г. П. Эренфест в статье "Какую роль трехмерность пространства играет в фундаментальных за- конах физики?" показал, что в масштабах от атомов до планетных систем устойчивость этих систем определяется трехмерностью пространства. Атомная структура невоз- можна в пространстве более или менее трех измерений, так как электроны в таком случае тут же бы "упали" на протоны ядра. Трехмерность обеспечивает само существо- вание объектов на атомном, молекулярном, макроскопи- ческом уровнях (что верно, однако, лишь тогда, когда во Вселенной все системы строятся из известных нам эле- ментарных частиц). Во всяком случае - для обозримой нами части Мира - вывод о трехмерности пространствен- ных отношений, согласно которому каждое место в нем может быть определено тремя независимыми признаками, верен.

Вопрос об л-мерных пространствах (меньших или больших трех измерений) связан с математическим описа- нием состояний систем. Можно себе представить, напри- мер, некую двухмерную систему (плоскость) или рассуж- дать о плоском атоме или электроне, выражать функции изменения при помощи двух переменных (угловая ско- рость), но представить работу, скажем, электромотора, трансформатора или телевизора в двухмерном мире про- сто невозможно.

Представления об и-мерных пространствах, впервые возникшие в математике, следует рассматривать как ме- тод, позволяющий описать структуры абстрактного про- странства, где координатами выступают различные пара- метры взаимодействующих систем.

62