Сучасна фізична картина світу: простір і час

План

1. Загальні зауваження

2. Основні концепції простору й часу

3. Поняття простору й часу у філософії і природознавстві XVI11 -XIX століть

4. Розвиток уявлень про простір і час у XX столітті

Загальні зауваження

Простір і час є загальними формами існування матерії. Вони не існують поза матерією й незалежно від неї.

Просторовими характеристиками є положення тіла щодо інших тіл (координати тіла), відстані між тілами, кути між різними просторовими напрямками (окремі об'єкти характеризуються довжиною і формою, що визначаються відстанями між частинами об'єкта та їх орієнтацією). Часові характеристики — "моменти", коли відбуваються явища, тривалість (час тривання) процесів. Співвідношення між цими просторовими величинами називаються метричними. Із власне просторовими співвідношеннями мають справу лише в тому випадку, коли можна абстрагуватися від властивостей і руху тіл та їхніх частин; із власне часовими — у випадку, коли можна знехтувати різноманітністю співіснуючих об'єктів.

Однак у реальній дійсності просторові й часові співвідношення пов'язані між собою. їх єдність безпосередньо виявляється в русі матерії; найпростіша форма руху - переміщення — характеризується величинами, що являють собою різні співвідношення між простором і часом (швидкість, прискорення). Усі ці співвідношення і вивчає кінематика. Сучасна фізика виявила більш глибоку єдність простору й часу, що виражається в спільній закономірній зміні просторово-часових характеристик систем залежно від руху останніх, а також у залежності цих характеристик від концентрації мас у навколишньому середовищі.

Поняття простору й часу є необхідними складовими картини світу в цілому, тому становлять предмет філософії. Учення про простір і час поглиблюється й ускладнюється разом з розвитком природознавства і, насамперед, фізики. З інших наук про природу значну роль у прогресі вчення про простір і час відіграла астрономія, особливо космологія.

Просторово-часові співвідношення підпорядковуються не тільки загальним закономірностям, але й специфічним, які властиві об'єктам того чи іншого класу, оскільки ці співвідношення залежать від структури матеріального об'єкта і внутрішньої взаємодії між його складовими. Тому такі характеристики, як розміри об'єкта і його форма, тривалість існування, ритми процесів, типи симетрії є істотними параметрами об'єкта даного типу, що залежать також від умов, в яких він існує. Особливо специфічними є просторові й часові співвідношення в таких складних, здатних до розвитку об'єктах, як організм або суспільство. У цьому випадку можна говорити про індивідуальний простір і час для таких об'єктів (наприклад, про біологічний або соціальний час).

Основні концепції простору й часу

Найважливіші філософські проблеми, що стосуються простору й часу, — це питання про сутність простору й часу, про взаємозв'язок цих форм буття з матерією, про об'єктивність просторово-часових співвідношень і закономірностей.

Протягом майже всієї історії природознавства й філософії існували дві основні концепції простору й часу. Одна з них сягає корінням учень стародавніх атомістів — Демокріта, Епікура, Лукреція, які обгрунтували поняття порожнього простору й розглядали його як однорідне (однакове у всіх точках) і нескінченне (Епікур, однак, вважав, що простір не є ізотропним, тобто він неоднаковий у різних напрямках). Поняття часу тоді було розроблене вкрай слабо й розглядалося як суб'єктивне сприйняття дійсності. У Новий час у зв'язку з розробкою основ динаміки концепцію часу й простору розвинув І. Ньютон, очистивши її від антропоморфізму. За Ньютоном, простір і час — суть особливі начала, що існують незалежно від матерії й одне від одного. Простір сам по собі (абсолютний простір) є порожнім "умістилищем тіл", абсолютно нерухомим, безперервним, однорідним та ізотропним, проникним, нескінченним; він не впливає на матерію й не піддається її впливам; має три виміри. Від абсолютного простору Ньютон відрізняв довжину тіл — їх основну властивість, завдяки якій вони займають визначені місця в абсолютному просторі, збігаються з цими місцями. Довжина, за Ньютоном, якщо йдеться про найпростіші частинки (атоми), є початкова, первинна властивість, яка не потребує пояснення. Абсолютний простір унаслідок нерозрізненості своїх частин непізнаванний і такий, який неможливо виміряти. Положення тіл і відстані між ними можна визначати тільки стосовно інших тіл. Іншими словами, наука й практика мають справу тільки з відносним простором. Час у концепції Ньютона сам по собі є чимось абсолютним і ні від чого не залежним, чистою тривалістю як такою, що рівномірно тече від минулого до майбутнього. Він є порожнім "умістилищем подій", що можуть його заповнювати, але можуть і не заповнювати; хід подій не впливає на перебіг часу. Час універсальний, одновимірний, неперервний, нескінченний, однорідний (скрізь однаковий). Від абсолютного часу, який також не можна виміряти, Ньютон відрізняв відносний час. Вимірювання часу здійснюється за допомогою годинника, тобто рухів, які є періодичними. Простір і час у концепції Ньютона незалежні один від одного. Незалежність простору й часу виявляється насамперед у тому, що відстань між двома даними точками простору й проміжок часу між двома подіями зберігають свої значення незалежно один від одного в будь-якій системі відліку, а співвідношення цих величин (швидкості тіл) можуть бути будь-якими.

Ньютон піддав критиці ідею Декарта про заповнений світовий простір, тобто про тотожність протяжної матерії і простору.

Концепція простору й часу, яку розробив Ньютон, була панівною в природознавстві протягом 17—19 століть, тому що відповідала науці того часу — евклідовій геометрії, класичній механіці й класичній теорії тяжіння. Закони ньютонівської механіки справджуються лише для інерційних систем відліку. Ця специфіка інерційних систем пояснюється тим, що рух у них відбувається поступально, рівномірно й прямолінійно саме стосовно абсолютних простору й часу і щонайкраще відповідає останнім.

Згідно з ньютонівською теорією тяжіння, дія від одних частинок речовини до інших передається миттєво через порожній простір, що розділяє їх. Ньютонівська концепція простору й часу, таким чином, повністю відповідала фізичній картині світу тієї епохи, зокрема уявленню про матерію як споконвічно протяжну й незмінну за/Своєю природою. Істотним протиріччям у концепції Ньютона було те, що абсолютні простір і час залишалися в ній непізнаванними шляхом досліду. Відповідно до принципу відносності класичної механіки, усі інерційні системи відліку є рівноправними, і неможливо виявити, рухається система відносно абсолютних простору й часу чи перебуває в стані спокою. Це протиріччя стало аргументом для прихильників протилежної концепції простору й часу, вихідні положення якої сягають корінням ще часів Арістотеля. Це уявлення про простір і час сформулював Г. Лейбніц, спираючись частково на деякі ідеї Декарта. Особливість Лейбніцевої концепції простору й часу полягає в тому, що вона заперечує уявлення про простір і час як про самостійні начала буття, які існують поряд з матерією і незалежно від неї. На переконання Лейбніца, простір — це порядок взаємного розташування безлічі тіл, що існують незалежно одне від одного, час — порядок у зміні явищ або станів тіл. При цьому Лейбніц пізніше включав у поняття порядку й поняття відносної величини. Уявлення про протяжність окремого тіла безвідносно до інших, за концепцією Лейбніца, не має змісту. Простір є відношення ("порядок"), яке стосується лише багатьох тіл, "ряду" тіл. Можна говорити тільки про відносні розміри даного тіла порівняно з розмірами інших тіл. Те ж саме можна сказати про тривалість: поняття тривалості застосовне щодо окремого явища постільки, по скільки воно розглядається як ланка в єдиному ланцюгу подій. Протяжність будь-якого об'єкта, за Лейбніцем, не є первинною властивістю, а спричинена силами, що діють усередині об'єкта; внутрішні її зовнішні взаємодії визначають і тривалість стану; що ж стосується самої природи часу як порядку явищ, що змінюють одне одного, то вона відображає причинно-наслідкові зв'язки між ними. Логічно концепція Лейбніца пов'язана з усією його філософською концепцією в цілому.

Однак, Лейбніцева концепція простору й часу не відіграла значної ролі в природознавстві XVII-XIX століть, тому що вона не могла дати відповіді на питання, поставлені наукою тієї епохи. Насамперед, погляди Лейбніца на простір, здавалося, заперечували існування вакууму (тільки після відкриття фізичного поля в XIX столітті проблема вакууму постала в новому світлі); крім того, вони явно суперечили загальному переконанню про одиничність та універсальність евклідової геометрії; нарешті, концепцію Лейбніца вважали непоєднуваною з класичною механікою, оскільки здавалося, що визнання чистої відносності руху не може задовільно пояснити визначальну роль інерційних систем відліку.

Таким чином, у той час, коли жив і творив Лейбніц, природознавство ще не могло сприйняти його концепцією простору й часу, яка базувалася на набагато ширшій філософській основі. Тільки два століття потому почалося нагромадження наукових фактів, які показали обмеженість уявлень про простір і час, що панували в той період.

Поняття простору й часу у філософії і природознавстві XVI11 -XIX століть

Філософи-матеріалісти XVIII—XIX століть вирішували проблему простору й часу в основному в дусі концепцій Ньютона або Лейбніца, хоч, як правило, повністю не сприймали жодну з двох. Більшість філоссч|)і в-матеріалістів виступили проти