Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Пространство и время

Оглавление

Введение

Сущность материи весьма сложна. Сложность заключается в высокой степени абстрактности самого понятия материи, а также в многообразии различных материальных объектов, форм материи, ее свойств.

Обращая свое внимание на окружающий нас мир, мы видим совокупность разнообразных предметов, вещей. Эти предметы обладают самыми различными свойствами. Одни из них имеют большие размеры, другие - меньшие, одни просты, другие - более сложны, одни мы постигаем чувственным образом, сущность других же нашем разумом. Отличаются эти предметы и по силе своего воздействия на наши органы чувств.

Мир, в котором мы живем и частью которого являемся – это материальный мир. В этом мире очевидно наличие движущейся материи. Однако проблемы взаимосвязи форм движения материи еще не решены и не могут быть решены по одной причине – бесконечная сложность реального мира и его процессов приводит к бесконечности их познания. Нельзя создать «вечную» и «окончательную» классификацию форм движения. Предпринимаются попытки уточнить положения энгельсовского учения о формах движения и их классификации. Выдвигаются гипотезы о существовании ранее не известных форм движения. Такие формы движения материи как пространство и время сами по себе не существуют, и существовать не могут. Взятые в абстракции от движущейся материи, они превращаются в пустые представления, существующие только в нашей голове. Согласно им, пространство и время – отдельные, самостоятельные, пустые формы, в которых располагается, пребывает и размещается материя. Однако существуют не пространство и время сами по себе, а движение материи. Пространство и время – только характеристики, признаки этого движения. Первое характеризует форму расположения одного подле другого, второе – форму последовательности одного подле другого[5].

1. Движение - способ существования материи

При всей ограниченности взглядов на сущность материи философов древнего мира, они были правы в том, что признавали неразрывность материи и движения. У Фалеса изменения первичной субстанции воды вели к образованию различных вещей, у Гераклита диалектична идея о вечных изменениях огня, Демокрит и другие атомисты исходили из того, что атомы непрерывно движутся в пустоте.

Позднее, хотя и поверхностно, но признавалась неразрывность материи и движения. Именно английский философ Д. Толанд в XIII в. высказал убеждение, что «движение есть способ существования материи».

Само понятие «движение», как и понятие «материя», есть абстракция. Нет движения как такового, а есть движение конкретных материальных предметов.

На основе развития частных наук, анализа философских идей своих предшественников создатели диалектико-материалистической философии углубили понимание сущности движения, его непрерывной связи с материей, пространством и временем. Диалектический материализм утверждает, что материя без движения так же немыслима, как и движение без материи.

Философы, мыслящие метафизически, если они понимали движение, как только механическое, видели причину движения во внешних обстоятельствах.

Познание сущности движения довольно сложно. Учение о движении разрабатывалось на протяжении всей истории философской мысли. Однако, смысл движения, его сущность, источник и причину наиболее полно отразила марксистская философия.

1.1 Диалектическое понимание движения материи

В основе диалектико-материалистического понимания движения лежат следующие положения.

Во-первых, движение есть неотъемлемое, необходимое и существенное свойство, способ существования материи. «Материя без движения, – писал Ф. Энгельс, – так же немыслима, как и движение без материи»[5, с.59].

Во-вторых, движение определяется как любое изменение. «Движение, в применении к материи, – утверждал Ф. Энгельс, – это изменение вообще» [5, с.563].

В-третьих, движение представляет собой противоречие, а его источником взаимодействие противоположностей. «Движение есть противоречие, – отмечал В. И. Ленин, – есть единство противоречий»[3, с.231].

Итак, движение представляет собой необходимое, неотъемлемое свойство материи, без которого она не может существовать. Иными словами, движение есть атрибут материи. Нигде, никогда, ни при каких условиях не было ни одного материального объекта, ни одного явления, которые были бы лишены движения. Имеющиеся факты в физике подтверждают положение о связи движения с материей. При условиях, близких к абсолютному нулю материальные объекты не перестают изменяться (например, олово становится полупроводником). В. И. Ленин показал, что «отрыв» движения от материи по сути дела означает признание существования лишь движения мысли, ибо движения «самого по себе», движения «ничего» не существует. «…Попытка мыслить движение без материи, – писал В. И. Ленин, – протаскивает мысль, оторванную о материи, а это есть философский идеализм»[4, с.284].

Первое из рассматриваемых положений говорит о неразрывности материи и движения, что означает признание абсолютности движения. Если нет материи без движения, то движение абсолютно. Второе же положение – положение о том, что движение есть, любое изменение говорит об относительности, потому как конкретное изменение происходит относительно чего-то (перемещение одного тела можно определить лишь относительно положения других тел). Таким образом, движение является единством абсолютного и относительного. Все изменения, происходящие в неживой природе, в природе живой, в обществе, конечно же, представляют собой движение. Однако движение непросто однородный процесс, однотипное изменение.

Последнее положение констатирует, что источником изменений является взаимодействие. В. И. Ленин подчеркивал гегелевские слова о том, что противоречие, т.е. отношение между противоположностями, «есть корень всякого движения и жизненности; лишь, поскольку нечто имеет в себе самом противоречие, оно движется, обладает импульсом и деятельностью»[3, с.125]. Действие закона единства и борьбы противоположностей вызывает изменение, переход от одного состояния к другому, является внутренним импульсом совершающихся процессов, причиной самодвижения. Положение о противоречивости движения обязывает к определению его противоположных сторон.

1.2 Изменчивость и устойчивость как одна из пар противоположностей, определяющих движение

С точки зрения диалектического материализма причины движения материи существуют внутри нее, определяются ее внутренней противоречивостью, наличием таких противоположностей, как изменчивость и устойчивость, притяжение и отталкивание, противоречием между старым и новым, простым и сложным и т.д. Таким образом, движение есть результат внутренней активности материи, единство противоречий, есть ее самодвижение. Раздвоение единого на противоположности и борьба между ними раскрывают источник самодвижения материи.

Под изменчивостью понимают смену свойств, состояний и отношений, принадлежащих материальным и идеальным системам. Устойчивость есть сохранение свойств, состояний и отношений этих систем. Движение включает в себя и изменчивость, и устойчивость одновременно. Наличие изменчивости в движении очевидно. Но и устойчивость обязательно включается в движение. В реальном мире нет ни «чистой изменчивости», ни «чистой устойчивости», а есть движение, в котором изменчивость и устойчивость взаимодействуют и взаимопереплетаются.

Это предельные понятия. Не изменчивость и не устойчивость, а их взаимодействие, единство и взаимоисключение, «борьба» – источник процесса движения. Это проявление можно наблюдать в природе. Эволюция (движение) жизни не есть лишь изменчивость, которая с точки зрения теории генетической информации выступает как способность организма к изменениям нитей ДНК и, таким образом, к образованию и изменению признаков, служащих основой для отбора. Однако эволюционный процесс нельзя понять без учета устойчивости, формой которого является наследственность (способность организма к накоплению, сохранению и передаче информации потомству). Эволюционный процесс живой природы – итог взаимодействия, «единства и борьбы» изменчивости (приспособления) и устойчивости (наследственности). Ф. Энгельс биологическую эволюцию рассматривал как результат взаимодействия между приспособлением и наследственностью.[5]

Процессы в мире неживых объектов также определяются именно взаимодействием изменчивости и устойчивости. «Поведение» (движение) любой элементарной частицы определяется типом физического взаимодействия (слабым, электромагнитным, сильным). Но различия в «поведении» частицы неразрывно связаны с устойчивостью – наличием законов сохранения. Развитие общества также связано с взаимодействием изменчивости и устойчивости. Исторические эпохи отличаются друг от друга тем, как производятся материальные блага (изменчивость), но то, что производится (пища, одежда, жилища) в конечном итоге не изменяется (устойчивость). Однако, без последнего, как и без процесса производства, невозможно не только развитие, но и само существование общества. А процесс производства всегда имеет сохраняющиеся элементы (труд человека, предмет труда, средства труда). Конечно, каждый из элементов имеет свою историю развития. Но наличие таких элементов сохраняется. Таким образом, одним из источников самодвижения является взаимодействие изменчивости и устойчивости, движение включает в себя как изменчивость, так и устойчивость.

2. Основные формы движения материи

Любой вид движения, каждый совершающийся процесс подчиняется действию тех или иных законов. Можно сделать вывод, что формой движения вообще являются законы движения. Однако эти законы по-разному связаны друг с другом. Поэтому на основании некоторых критериев их можно объединить во взаимосвязанные группы. Тогда формами движения будут являться группы изменений, объединенные подчинением действию определенных законов.

Диалектико-материалистическое учение о формах движения материи было разработано Ф. Энгельсом. Его идеи по данному вопросу отнюдь не устарели. Ф. Энгельс выделял пять основных форм движения материи.[2]

Механическое движение – пространственное перемещение объектов, характеризующееся наличием траектории, - распространение в пространстве полей, например, - это не механический процесс. «В механике, – писал Ф. Энгельс, – мы не встречаем никаких качеств».[5, с.386] Но уже в физике любое изменение – это переход количества в качество.

Физическое движение - теплота, электромагнетизм, гравитация.

Химическое движение - превращение атомов и молекул, связанное с перестройкой электронных оболочек атомов, но не их ядер. Химическая форма движения материи имеет дело с образованием и разрушением молекул вещества. «Органическая жизнь, – указывал Ф. Энгельс, – невозможна без механического, молекулярного, химического, термического, электрического изменений».[5, с.563] Но совокупность этих изменений не является основным признаком биологической формы движения.

Биологическое движение - характерно для живого процесса. Последнее можно охарактеризовать так: «Жизнь представляет собой способ существования белковых тел и нуклеиновых кислот, содержанием которого является непрерывный обмен веществ между организмом и окружающей средой, процессы отражения и саморегуляции, направленные на самосохранение и воспроизводство организмов».[1, с.54] Эти признаки вскрывают специфику живого только взятые как система.[5]

Социальное движение – характеризует мышление.

Формы движения расположены именно в этом порядке не случайно: каждая последующая включает в себя предыдущие. В основе классификации Ф. Энгельса лежат принципы: структурности, развития, историзма.

Каждая из этих форм включает в себя бесконечное множество видов движения. Даже, по Энгельсу, простейшая механическая форма включает в себя такие виды движения, как равномерно-прямолинейное, равномерно-ускоренное (замедленное), криволинейное, хаотическое. Наиболее сложной формой движения является социальная, т.к. материальный носитель есть самый сложный вид материи – социальный. Эта форма движения включает и изменения, происходящие в организме отдельного человека. Так, сердце человека - это механический двигатель, обеспечивающий движение крови в сосудах. А жизнедеятельность организма – условие участия человека в труде, в общественной жизни. Сюда входят изменения социальных групп, слоев, классов, этнические изменения, демографические процессы, развитие производительных сил и производственных отношений и другие изменения, определяемые законами движения на социальном уровне материи. Следует подчеркнуть, что различные формы движения способны переходить друг в друга в соответствии с законами сохранения материи и движения. Это есть проявление свойства неуничтожимости и несотворимости материи и движения. Мерой движения материи является энергия, мерой покоя, инертности – масса.

3. Пространство и время

3.1 Основы концепций пространства и времени

В наиболее отчетливой форме представления о пространстве и времени сложились в виде двух противоположных концепций, названных впоследствии концепциями Демокрита-Ньютона и Аристотеля-Лейбница. Первая концепция допускала существование пространства как некоторой пустоты, не связанной с материальными предметами. С точки зрения второй концепции, не мыслились пространство и время, оторванные от вещей. В науке до конца XIX и начала ХХ века господствовала первая концепция. Древнегреческие философы Демокрит, Эпикур, Лукреций Кар и др. пришли к пониманию пространства как пустоты исходя из своего атомистического учения. Они считали, что для существования и движения атомов требуется пустота - некое вместилище, где атомы, сочетаясь различным образом в движении, образуют многообразие тел. Особенно большой вклад в этом отношении был сделан Ньютоном. По Ньютону, пространство пустое абсолютное вместилище, в котором располагаются все тела как нечто внешнее по отношению к нему. Все тела обладают протяженностью независимо от существования других тел. Ньютон полагал, что пространство трехмерно, непрерывно, однородно и изотропно. Абсолютность пространства и времени Ньютоном понималась в двух аспектах. Во-первых, «абсолютным пространством» Ньютон называл пустое и неподвижное по отношению к материи пространство, с которым связывалась привилегированная система координат. Во-вторых, термин абсолютности употребляется для характеристики инвариантности, т.е. неизменности длин отрезков в любых системах отсчета. Аналогично понятие «абсолютное время» характеризовало его, с одной стороны, как чистую длительность, с другой стороны, как неизменность временных интервалов в любых системах отсчета.

Ньютоновские представления о пространстве и времени удовлетворяли потребностям классической физики, так как была найдена универсальная система отсчета, относительно которой совершалось любое механическое движение, - абсолютное пространство.

Рассмотрим кратко сущность второй концепции пространства и времени. Аристотель, выступая против идеи атомистического строения мира, отбросил вместе с ней и идею пустого пространства. С точки зрения Аристотеля, пространство представляет собой совокупность мест занимаемых телами. Иными словами, пространство - это порядок взаимного расположения множества различных тел, а время - порядок сменяющих друг друга явлений и состояний тел, т.е. время, связывалось с движением, изменением тел. Дальнейшее развитие вторая концепция получила в трудах Лейбница, Гюйгенса, Дидро и др. Согласно Лейбницу, пространство и время не могут существовать вне материи и процессов, происходящих в ней.

Научное определение пространства и времени, и также более или менее полное раскрытие их свойств связано с развитием современной науки, прежде всего физики и философии. В настоящее время достаточно точно выражается сущность пространства и времени в следующих определениях.

«Пространство - это совокупность отношений выражающих координацию материальных объектов, их расположение друг относительно друга и относительную величину. Пространство выражает порядок расположения одновременно существующих объектов, их протяженность. Время - совокупность отношений, выражающих координацию сменяющих друг друга состояний (явлений), их последовательность и длительность».[6,с.227] Приведенные определения носят диалектико-материалистический характер. Они показывают невозможность дать понятия пространства и времени в их отрыве от материи, невозможность их рассмотрения как некоторых абсолютно самостоятельных сущностей. Здесь пространство и время не мыслятся иначе, как определенные свойства бесконечной совокупности материальных объектов.

Только через существование последних, благодаря тому, что они обладают протяженностью, размерами, взаимным расположением друг относительно друга, последовательностью смены состояний и длительностью их бытия, мы можем понять, что такое пространство и время. Зависимость пространства и времени от материи определяет и все их основные свойства. При этом следует подчеркнуть, что хотя они в равной степени есть формы существования материи, однако между ними есть и различия. А поэтому они имеют ряд свойств, как общих, так и отличающих их друг от друга.

Общим свойством, во-первых, является их объективность. Поскольку материя не зависит от сознания людей, постольку пространство и время также независимы от него. Во-вторых, в силу вечности существования материи, вечны пространство и время. Не может быть такого положения, когда материя существовала бы или до того, как появились пространство и время, как после того, как они уже исчезли. Третьим свойством пространства и времени является их бесконечность и безграничность. В применении к пространству безграничность означает, что в какую бы сторону и на какое бы расстояние ни двигаться, нигде и никогда мы не достигнем такой границы, которую можно считать пределом. Бесконечность пространства проявляется в том, что как бы велики не были размеры системы, всегда найдется такая система большего порядка, которая будет включать в себя первую систему в качестве одного из своих элементов. Относительно времени безграничность, и бесконечность проявляются в отсутствии событий, после которых уже не будет никакой длительности, не будет неисчислимого количества процессов, следующих один за другим. В-четвертых, пространство и время обладают свойствами абсолютности и относительности. Абсолютность проявляется в том, что, независимо от смены явлений, от любых изменений в материальных телах, пространство и время объективно существуют. Иначе говоря, ни один материальный объект, какими бы он свойствами ни обладал, не может оказаться вне времени и пространства. Вместе с тем свойства пространства и времени могут изменяться с изменением свойств материи.

Важным свойством является то, что пространство и время непрерывны и вместе с тем прерывны (дискретны). Непрерывность пространства и времени выражается в том, что между любыми двумя элементами пространственной протяженности всегда существует такой элемент протяженности, который соединяет оба первых в единую пространственную протяженность. Точно так же между двумя любыми временными интервалами всегда найдется третий, соединяющий их в единую временную длительность. Прерывность пространства и времени заключается в том, что они включают элементы, различающиеся по своим внутренним свойствам, по структуре, т.е. по своим качественным характеристикам.

В заключение отметим общее свойство пространства и времени. Этим свойством является их внутренняя противоречивость. Предыдущие два свойства являются примерами ее проявления. Бесконечность пространства и времени складывается соответственно из конечных длительностей отдельных процессов. Какие же свойства отличают пространство и время друг от друга? Частным свойством пространства является его трехмерность. Она выражается, во-первых, в том, что тело в пространстве сможет перемещаться в любом направлении: вверх, вниз, вправо, влево, вперед, назад. Во-вторых, все материальные тела обладают трехмерной пространственной формой - протяженностью в длину, ширину и глубину. Математически трехмерность пространства выражается во взаимнооднозначном соответствии между его точками и тройками чисел – их координатами в заданной произвольной системе координат. Время, в отличие от пространства, одномерно. Это означает, что если задано начало отсчета во времени, то начало или конец какого-либо процесса, длина временного промежутка будут описаны одним числом. Кроме того, время обладает свойством необратимости. Во времени невозможно движение вспять. Оно течет всегда и всюду в одном и том же направлении: от прошлого к настоящему, от настоящего к будущему. Отсюда следует необратимость во времени причинно-следственных связей.

Из вышеуказанных свойств пространства и времени вытекает то, что пространство обладает свойствами симметрии, а время - асимметрично. Симметричность пространства выражается в том, что объекты, расположенные в одной части пространства, могут являться зеркальным отражением материальных объектов в другой части пространства относительно определенной линии. Имеет место и симметрия пространства относительно оси вращения его около произвольной точки. Симметрия пространства проявляется в симметричной конфигурации различных материальных тел. Например, в форме кристаллов, строения бабочек.

В классической физике и специальной теории относительности господствующее значение имеют постулаты об однородности и изотропии пространства и однородности времени, вытекающие из их свойств. Однородность пространства состоит в равноправии всех его точек, а изотропия - в равноправии всех его направлений. Однородность времени предполагает равноправие всех моментов времени. Это значит, что в каждой точке пространства, в любом направлении и в любой момент времени законы физики действуют одинаково.

Ряд философов и физиков пришли к выводу: поскольку наши представления о пространстве и времени меняются, следовательно, они субъективны. Между тем абстрактные понятия пространства и времени являются относительными, они могут изменяться, уточняться с развитием науки, однако отсюда не следует, что изменяются в зависимости от этого, приспосабливаясь к нашему опыту, объективные пространство и время. Изменчивость представлений о пространстве и времени означает лишь, что наш опыт и наше познание все более приспосабливаются к объективному пространству и времени, все правильнее и глубже их отражая. Обоснование объективности пространства и времени имеет актуальное значение для современной физики, встретившейся с их новыми свойствами в области микромира.

Открытие неевклидовых геометрий, наряду с доказательством материальности электромагнитного поля, создали предпосылки для коренного изменения представлений о пространстве и времени. С открытием поля, по словам Эйнштейна, стала возможной победа над ньютоновским абсолютным пространством, поскольку не стало отграниченных друг от друга предметов. Все оказалось заполненным материей и не стало пустоты. Следующим важным моментом в развитии физики было установление в 1881 г. американским физиком Майкельсоном независимости скорости света относительно движущихся тел. В физике возникло противоречие между законами классической физики и новыми открытиями.

3.2 Философское значение специальной теории относительности

Разрешение этого противоречия было осуществлено А. Эйнштейном в 1905 г. созданием специальной теории относительности. Принципиально новым в теории Эйнштейна является утверждение относительности и пространства и времени, рассматриваемых в отдельности. Существенно иным стало понимание смысла одновременности двух событий. С точки зрения специальной теории относительности, два события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, будут неодновременными в другой системе, движущейся относительно первой. Утрата абсолютности одновременности означает, что не может быть единого времени в различных системах отсчета. В каждой такой системе имеется «собственное» время. Длина также стала относительной. Однако поскольку понятие одновременности утратило свой абсолютный смысл, в различных системах отсчета длина отрезка будет различной. Причем установление, что длина отрезка будет сокращаться в направлении движения, а промежутки времени увеличиваться, т.е. течение времени должно замедляться. Возникает вопрос: реальны ли подобные релятивистские эффекты? Теория утверждает их реальность. Причем дело не в том, что каждый отрезок в разных системах действительно короче другого.

Просто наблюдатели в каждой системе отсчета при измерении найдут, что отрезок в другой системе короче отрезка в их системе. Реальной же причиной изменений будет взаимное относительное движение тел. Таким образом, о длине тела, в отличие от классической физики, можно говорить лишь в отношении его к той или иной системе отсчета. То же самое относится и к временным промежуткам.

Развитие представлений о пространстве и времени показало, что как таковые пространство и время раздельно не существуют. Они являются сторонами единой сущности - четырехмерного «пространства-времени». Окружающий мир - это мир событий, которые характеризуются местом и временем. Специальная теория относительности ввела новый абсолют. Таким абсолютом является четырехмерное «пространство-время», где три координаты пространственные, а четвертая - временная. В целом философское значение специальной теории относительности состоит в том, что она открыла неразрывную связь, единство пространства и времени.

Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени и их взаимосвязи с материей связано с возникновением общей теории относительности. Одним из основных постулатов общей теории относительности являются гравитационные уравнения Эйнштейна, в которых правая часть есть физическая величина, выражающая материю - энергию - импульс. А левая часть выражает геометрические свойства четырехмерного пространства-времени. Таким образом, уравнения Эйнштейна описывают одновременно и гравитационное поле, и геометрию пространства-времени. Установление зависимости гравитационного поля, а через него о пространства- времени от распределения в нем материальных масс является важнейшим фактором не только в физическом, но и в общем философском плане. В этом смысле уравнения Эйнштейна следует рассматривать как математическое выражение диалектического принципа, утверждавшего, что пространство и время как формы существования материи должны быть неразрывно связаны с материей и ее свойствами.

Это значит, что общая теория относительности в решении проблемы пространства и времени отличается от классической физики. Таким образом, общая теория относительности является новым, чем специальная теория относительности, подтверждением диалектико-материалистического учения о неразрывной взаимосвязи пространства и времени с движущейся материей. Своеобразно в общей теории относительности и проявление релятивистских эффектов. Согласно ей сокращение длин и замедление времени наблюдаются даже в рамках одной и той же системы отсчета, при переходе от одних точек системы к другим. Например, во всех точках, расположенных ближе к центру материальных масс, гравитационное поле будет интенсивнее и, следовательно, время будет течь медленнее, а длины отрезков короче, чем в точках, более удаленных от центра гравитации. В 1958 году немецкий физик Мисбауер открыл способ изготовления «ядерных часов», измеряющих время с громадной точностью. Опыты с применением эффекта Мисбауера показали, что у поверхности земли время течет медленнее, чем, положим, на крыше какого-либо здания.