Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Пространство и время. 14

Оглавление

Введение 2

1.Понятия пространства и времени 4

2. Происхождение понятий пространство и время 5

3 .Развитие представлений о пространстве – времени до начало 20 века 10

4. Концепции пространства и времени 17

5. Свойства пространства и времени 18

6.Пространство и время на уровне микромира 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 25

Введение

Прошло более 2500 лет с той поры, как было положено начало осмыслению времени и пространства, тем не менее, и интерес к проблеме и споры философов, физиков и представителей других наук вокруг определения природы пространства и времени нисколько не снижаются. Значительный интерес к проблеме пространства и времени естественен и закономерен, влияния данных факторов на все аспекты деятельности человека нельзя переоценить. Понятие пространства - времени является важнейшим и самым загадочным свойством природы или, по крайней мере, человеческой природы. Представление о пространстве времени подавляет наше воображение. Недаром попытки философов античности, схоластов средневековья и современных ученых, владеющих знанием наук и опытом их истории, понять сущность времени – пространства не дали однозначных ответов на поставленные вопросы.

Диалектический материализм исходит из того, что "в мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени". Пространство и время, здесь выступают в качестве фундаментальных форм существования материи. Классическая физика рассматривала пространственно - временной континуум как универсальную арену динамики физических объектов. В прошлом веке представители неклассической физики (физики элементарных частиц, квантовой физики и др.) выдвинули новые представления о пространстве и времени, неразрывно связав эти категории между собой. Возникли самые разные концепции: согласно одним, в мире вообще ничего нет, кроме пустого искривленного пространства, а физические объекты являются только проявлениями этого пространства. Другие концепции утверждают, что пространство и время присущи лишь макроскопическим объектам. Наряду с интерпретацией времени – пространства философией физики существуют многочисленные теории философов, придерживающихся идеалистических взглядов. Так Анри Бергсон утверждал, что время может быть познано только нерациональной интуицией, а научные концепции, представляющие время, как имеющее какое-либо направление, неверно интерпретируют реальность.

Начинать исследование целесообразно с представлений античной натурфилософии, анализируя затем весь процесс развития пространственно - временных представлений впредь до наших дней.

1.Понятия пространства и времени

Пространство есть форма бытия материи, характеризующая порядок сосуществования и рядоположенность материальных образований, их структурность и протяженность. Время - форма бытия материи, характеризующая взаимодействие объектов и смену их состояний, последовательность процессов и их длительность.

Пространство и время как объективные формы материи отличаются от тех естественнонаучных представлений о них, которые с прогрессом естествознания и науки в целом изменяются. В связи с этим, кроме реальных пространств и времени, различают психологическое и концептуальное пространство и время.

Под психологическим пространством и временем понимают формы:

Чувственного созерцания, отражение реальных пространства и времени в чувственном восприятии субъекта, концептуальное пространство и время - это наши знания, представления, которые в итоге оказываются более или менее адекватным отображением пространства и времени путем логического мышления. Психологическое и концептуальное пространство, и время являются формами отражения материальной действительности и вместе с тем формами дальнейшего познания внешнего мира.

2. Происхождение понятий пространство и время

Истоки и конкретное содержание понятий пространство и время связаны с тем, насколько адекватна ведущая идея той или иной культурной эпохи, "фоновое культурное знание" способно выразить (или, напротив, исказить) первоначальный смысл, выраженный в соответствующих словах. К этому первоначальному "звучанию" по мере развития человеческой практики добавляются новые смыслы, они уточняются в рефлексивных изысканиях философов, концепциях естествознания, "мирах сознания" художников. Но тем не менее первоначальное значение присутствует в неявной форме в любой концепции.

С древнейших времен люди, пытаясь упорядочить свою жизнь, сообразовать ее с ходом природных процессов, измеряли окружающий мир. При этом время и пространство не противопоставлялись, а взаимо-дополняли друг друга. Так, длина пути измерялась часами и днями. Размер пахотного участка в доколумбовой Америке, и в средневековой Европе определялся тем временем. Которое надо было потратить на его обработку. И, напротив, пространственные соотношения элементов древних календарей (зарубки, ямки и т, п.) обозначали отрезки времени. И сегодня соотношение делений циферблата и стрелок позволяет счислять отрезки времени. Таким образом, практически (но, возможно, не вполне осознанно) люди мыслили организацию времени и пространства в единстве как хронотоп (единство хроноса и топоса), не называя его так.

Во всех культурах человек боялся или обожествлял время, придавая ему самые разные формы: луча, пронизывающего тьму; стрелы, летящей из прошлого в будущее; спирали. Чаще всего время передавалось числом, но иногда, как у орфиков и кельтов, оно представлялось звуком или музыкой. Так, кельтский бог Дагда своей игрой на живой арфе - дубе вызывал различные времена года.

Все культуры мира ставили в первоочередную заслугу своим богам, культурным героям именно организацию жизни, превращение хаоса в космос, упорядоченность. Идея времени и идея пространства были единой идеей, выражающей меру этой упорядоченности. В дальнейшем эти идеи становились все более самостоятельными. И все же образ времени представлялся более важным, что подтверждается наличием особого бога-Хроноса, олицетворяющего изменчивое время. Миф о том, что этот бог, пытаясь избежать предсказанной ему судьбы, пожирает своих детей, дает нам первое выражение рефлексии по поводу порождения и уничтожения объектов, процессуальности мира. Но еще более важным в рождающихся образах времени является различение бренности чувственного мира и вечности, над временности "истинного", совершенного бытия.

Переход к новому времени знаменовался замещением религиозной картины мира естественнонаучными представлениями. Образы времени конкретизируются в рождающихся моделях и концепциях времени. Под моделью времени мы понимаем такую систему абстракций о свойствах времени, изменение которой ведет к новому миропредставлению.

Анализ времени в физике породил как минимум три модели. Первая модель рассматривает время одновременно и как меру, и как измеряемое количество. Такой взгляд на время лежит в основе законов ньютоновсвой механики. Во второй модели анализируются направленные процессы и события, отраженные в законах термодинамики или в теории диссипативных структур. Квантовая теория предлагает третью модель физического времени, считая последнюю реальность фундаментально временной. Особую группу составляют модели биологического и геологического времени. Наибольшую роль в современных представлениях о времени играет модель, построенная в связи с переходом к изучению необратимых процессов (рождение и смерть микрочастиц, радиоактивный распад, теплоотдача, трение, диффузия и т.д.) Этот переход вызвал крушение линейно-причинной парадигмы и становление новой парадигмы (нелинейной, цикло-причинной, синергетической). В книге "От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках" И. Пригожин последовательно развил концепцию внутреннего времени для классических динамических систем с сильной неустойчивостью (это может быть Вселенная, в которой распространяются диспергирующие световые волны, либо химический реактор, либо какая-то другая система).

Во всех основных моделях мы видим одно общее: время одного процесса соотносится с событиями другого процесса и измеряется через них. Но если мы действительно хотим понять время процесса самого по себе, его необходимо определить через события его же самого. А событие - это то, что ограничено двумя перерывами (с начала и конца). Время с этой точки зрения есть рисунок перерывов непрерывной линии длящихся процессов. Подобно тому, как на чистом листе бумаги проведенная линия разделяет его на правую и левую половины. Разве возможен рисунок без линий, разделяющих одну часть изображения от другой? Разве возможно время без четко определенных моментов, мгновений, отделяющих одну часть события от другой, не относящихся ни к одной из них и в этом смысле "пустых"? Разве возможна музыка без длящихся звучаний и пауз, создающих музыкальный рисунок наряду со звуками? В теории музыки это было понято достаточно давно, когда в 3 веке был введен в музыковедении термин "атом времени": Аристид Квинтилиан, определяет единицу времени в ритмике атомов, поскольку он является наименьшей различимой в восприятии длиной времени. В 5 веке эту идею развивает Марциан Капелла. В 7 веке Исидор Севильский говорит об атомах времени уже без ссылок на музыку. Бэда Достопочтенный в 8 веке и Гонорий Августодунский в 12 веке рассматривают атомы времени в качестве абсолютной меры длительности, в часе они насчитывают 22560 атомов времени.

Следует отметить, что понимание времени как рисунка интервалов не отменяет так называемого событийного определения времени. Сравнение событийного (время есть совокупность моментов) и процессуального (время есть совокупность интервалов) проведено еще в статье З. Аугустынека "Два определения времени". Эти два определения времени, однако, выполняют разные функции: событийное определение времени фиксирует время как континуум, который представляет собой математическое описание реального времени, обеспечивающего в физике гносеологическую функцию идеализации, а процессуальное определение времени относится к миру реальных явлений. Кажется, что такие определения не совсем удачны: процесс можно представить как событие, а событие может развертываться как процесс. Поэтому точнее выделять атомистическую и континуальную концепции времени.

Как известно, Аристотель формулирует парадокс времени: "Одна часть его была, и ее уже нет, другая - будет, и ее еще нет. Из этих частей складывается и бесконечное время, и каждый раз выделяемый промежуток времени. А то, что складывается из несуществующего, не может, как кажется, быть причастным существованию". Именно в этом месте Аристотель и формулирует "двойственность" времени: каждая часть времени складывается и из непрерывной длительности, и из тех промежутков, пустот, которые образуются на границе с уже и еще не существующими частями времени. Но Аристотель оценивает пустоту как несуществующее и поэтому задает вопрос: как теперь может быть частью несуществующего времени? Если "теперь" - точки во временном континууме, то невозможно существование двух соседних точек, так как между ними можно вводить еще другие точки – "теперь".

Сам Аристотель нашел выход в том, чтобы мыслить время непрерывным потоком, связанным с движением в чувственном мире.

Такой ответ соответствовал очевидностям обыденного опыта. Но эта позиция была уязвимой для критики: например, идея о бесконечной делимости континуума времени ввела к тому, что оно лишалось реальности. Критика со стороны стоицизма основывалась на том, что сам Аристотель игнорировал: на понимании "неточечного" характера "теперь". Так, согласно Хрисиппу, "настоящее", "теперь" - не фиксированная точка, а предел, к которому стремится угасающее в настоящем прошлое и грань, за которой зарождается будущее: настоящее находится частично в прошлом и частично в будущем. Другими словами, "теперь" рассматривается у ранних стоиков как предел, к которому приближаются уменьшающиеся временные интервалы. С. Лурье отмечает, что концепция первых отношений зарождающихся и последних отношений исчезающих величин, развитая Ньютоном в "Методе флюксий" и нашедшая отражение в "Началах", основывается на концепции ранних стоиков.

Представить время как рисунок интервалов - не значит свести время к форме деления, но представить форму связи одного качественного состояния с другим, одного этапа процесса со следующим и предыдущим.

3 .Развитие представлений о пространстве – времени до начало 20 века

Понятие пространства и времени в античной философии

Понятие времени возникло на основе восприятия человеком смены событий, предоставленной смены состояний предметов и круговорота различных процессов. Естественнонаучные представления о пространстве и времени прошли длинный путь становления и развития. Самые первые из них возникли из очевидного существования в природе и в первую очередь в макромире твердых физических тел, занимающих определенный объем. Рациональные идеи, согласующиеся с сегодняшними представлениями о времени – пространстве можно найти в учениях почти всех античных мыслителей. Так уже в учении Гераклита центральное место занимает идея всеобщего изменения – в ту же реку вступаем и не вступаем. В анализе античных доктрин о пространстве и времени остановимся на двух наиболее полно исследовавших данный вопрос: атомизме Демокрита и системе Аристотеля.

Атомистическая доктрина была развита материалистами Древней Греции Левкиппом и Демокритом и во многом предвосхитила фундаментальные открытия ученных прошлого века. Согласно, этой доктрины, всё природное многообразие состоит из мельчайших частичек материи (атомов), которые двигаются, сталкиваются и сочетаются в пустом пространстве. Атомы (бытие) и пустота (небытие) являются первоначалами мира. Атомы не возникают и не уничтожаются, их вечность проистекает из отсутствия начала у времени. Атомы двигаются в пустоте бесконечное время, которому соответствует бесконечное время. По Демокриту атомы физически неделимы в силу плотности и отсутствия в них пустоты. Сама же концепция была основана на атомах, которые в сочетании с пустотой образуют всё содержание реального мира. В основе этих атомов лежат амеры (пространственный минимум материи). Отсутствие у амеров частей служит критерием математической неделимости. Атомы не распадаются на амеры, а последние не существуют в свободном состоянии. Это совпадает с представлениями современной физики о кварках. Характеризуя систему Демокрита как теорию структурных уровней материи - физического (атомы и пустота) и математического (амеры), мы сталкиваемся с двумя пространствами: непрерывное физическое пространство как вместилище и математическое пространство, основанное на амерах как масштабных единицах протяжения материи. В соответствии с атомистической концепцией пространства у Демокрита сложились представления о природе времени и движения. В дальнейшем они были развиты Эпикуром в стройную систему. Эпикур рассматривал свойства механического движения исходя из дискретного характера пространства и времени. Например, свойство изотахии заключается в том, что все атомы движутся с одинаковой скоростью. На математическом уровне суть изотахии состоит в том, что в процессе перемещения атомы проходят один атом пространства за один атом времени.

Аристотель начинает анализ с общего вопроса о существовании времени, затем трансформирует его в вопрос о существовании делимого времени. Дальнейший анализ времени ведётся Аристотелем уже на физическом уровне, где основное внимание он уделяет взаимосвязи времени и движения. Аристотель показывает, что время немыслимо, не существует без движения, но оно не есть и само движение. В такой модели времени впервые реализована реляционная концепция. Измерить время и выбрать единицы его измерения можно с помощью любого периодического движения, но для того чтобы полученная величина была универсальной, необходимо использовать движение с максимальной скоростью. В современной физике это скорость света, в античной и средневековой философии - скорость движения небесной сферы.

Пространство для Аристотеля выступает в качестве некого отношения предметов материального мира, оно понимается как объективная категория, как свойство природных вещей. Механика Аристотеля функционировала лишь в его модели мира. Она была построена на очевидных явлениях земного мира. Но это лишь один из уровней космоса Аристотеля. Его космологическая модель функционировала в неоднородном конечном пространстве, центр которого совпадал с центром Земли. Космос был разделен на два уровня: земной и небесный. Земной уровень состоял из четырёх стихий - земли, воды, воздуха и огня; небесный - из эфирных тел, пребывающих в бесконечном круговом движении. Аристотелю удалось создать самую совершенную, для своего времени модель пространства – времени, просуществовавшую более двух тысячелетий.

Развитие представлений о пространстве и времени в классической физике

Следующим значительным шагов в развитии представлений о природе пространства и времени были работы представителей классической физики. Как и для античных исследователей мира, для представителей классической физики основными были обыденные представления о пространстве и времени как о каких-то внешних условиях бытия, в которые помещена материя и которые сохранились бы, если бы даже материя исчезла. Такой взгляд позволил сформулировать концепцию абсолютного пространства и времени, получившую свою наиболее отчетливую формулировку в работе И. Ньютона “Математические начала натуральной философии”. Этот труд более чем на два столетия определил развитие всей естественнонаучной картины мира. В нем были сформулированы основные законы движения и дано определение пространства, времени, места и движения.

Раскрывая сущность пространства и времени, Ньютон предлагает различать два вида понятий: абсолютные (истинные, материалистические) и относительные (кажущиеся, обыденные) и дает им следующую типологическую характеристику:

«Абсолютное, истинное, материалистическое время само по себе и своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Относительное, кажущееся, или обыденное, время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени: час, день, месяц, год...».

Абсолютное пространство по своей сущности, не связано с объектами, помещенными в него, и безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел, и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное. Время и пространство составляют как бы вместилища самих себя и всего существующего. При таком понимании абсолютное пространство и время представлялись некоторыми самодовлеющими элементами бытия, существующими вне и независимо от каких-либо материальных процессов, как универсальные условия, в которые помещена материя. У Ньютона абсолютное пространство и время являются ареной движения физических объектов.

Этот взгляд близок к субстанциональному пониманию пространства и времени, хотя у Ньютона они и не являются настоящими субстанциями, как материя. Они обладают лишь одним признаком субстанции - абсолютной самостоятельностью существования и независимостью от любых конкретных процессов. Но они не обладают другим важным качеством субстанции - способностью порождать различные тела, сохраняться в их основе при всех изменениях тел. Такую способность Ньютон признавал лишь за материей, которая рассматривалась как совокупность атомов. Правда, материя - тоже вторичная субстанция после Бога, который сотворил мир, пространство и время и привел их в движение. Бог, являясь существом непространственным и вневременным, неподвластен времени, в котором все изменчиво и преходяще. Он вечен в своем бесконечном совершенстве и всемогуществе и является подлинной сущностью всякого бытия. К нему не применима категория времени, Бог существует в вечности, которая является атрибутом Бога. Чтобы полнее реализовать свою бесконечную мудрость и могущество, он создал мир из ничего, творит материю, а вместе с ней пространство и время как условия бытия материи. Но когда-нибудь мир полностью осуществит заложенный в нем при творении божественный план развития и его существование прекратиться, а вместе с миром исчезнут пространство и время. И снова будет только вечность как атрибут Бога и его бесконечная вездесущность. Подобные взгляды выражались еще Платоном, Аврелием, Августином, Фомой Аквинским и их последователями.

В этих воззрениях, даже с теологической точки зрения, содержаться глубокие противоречия. Ведь однократный акт творения мира и обреченность его на грядущую гибель не соответствует бесконечному могуществу, совершенству и мудрости Бога. Этим божественным атрибутам более соответствовало бы бесконечное множество актов творения самых различных миров, последовательно сменяющих друг друга в пространстве и времени. В каждом из них реализовывалась бы определенная идея, данная этому миру Богом, а все множество этих идей создавало бы бесконечное пространство и время. Подобные идей, высказанные в общем виде еще александрийским теологом Оригеном (III в. н.э.) и объявленные вскоре ересью, в новое время развивались в философии Лейбница, выдвинувшего идею о предустановленной гармонии в каждом из потенциально возможных миров. Лейбниц рассматривал пространство как порядок существования тел, а время - как порядок отношения и последовательность событий. Это понимание составило сущность реляционной концепции пространства и времени, которая противостояла их пониманию как абсолютных и независящих ни от чего реальностей, подвластных только Богу.

Наряду с объективными представлениями о пространстве – времени существовали и идеалистические концепции (Беркли, Мах, Авенариус и др.),

которые ставят пространство и время в зависимость от человеческого сознания, выводя их из способности человека переживать и упорядочивать события, располагать их одно после другого. Так, Кант рассматривал пространство и время как априорные (доопытные) формы чувственного созерцания, вечные категории сознания, аргументируя это ссылкой на стабильность геометрии Евклида в течение двух тысячелетий.

После выхода в свет "Начал" Ньютона физика начала активно развиваться, причём этот процесс происходил на основе механистического подхода. Однако, вскоре возникли разногласия между механикой и оптикой, которая не укладывалась в классические представления о движении тел. После того, как физики пришли к выводу о волновой природе света вновь возникло понятие эфира - среды в которой свет распространяется. Каждая частица эфира могла быть представлена как источник вторичных волн, и можно было объяснить огромную скорость света огромной твёрдостью и упругостью частиц эфира. Иными словами эфир был материализацией Ньютоновского абсолютного пространства.

Проблема пространства и времени была тесно связана с концепциями близкодействия и дальнодействия. Дальнодействие мыслилось как мгновенное распространение гравитационных и электрических сил через пустое абсолютное пространство, в котором силы находят свою конечную цель благодаря божественному проведению. Концепция же близкодействия (Декарт, Гюйгенс, Френель, Фарадей) была связана с пониманием пространства как протяженности вещества и эфира, в котором свет распространяется с конечной скоростью в виде волн. Это привело в дальнейшем к понятию поля, от точки к точке которого и передавалось взаимодействие. Именно это понимание взаимодействия и пространства, развивавшееся в рамках классической физике, было унаследовано и развито далее в XX веке, после крушения гипотезы эфира, в рамках теории относительности и квантовой механики. Пространство и время вновь стали пониматься как атрибуты материи, определяющиеся ее связями и взаимодействиями.

Современное понимание пространства и времени было сформулировано в теории относительности А. Эйнштейна, по-новому интерпретировавшей реляционную концепцию пространства и времени и дали ей естественнонаучное обоснование.

4. Концепции пространства и времени

В истории философии и науки сложились две основные концепции пространства и времени:

1. Субстанциальная концепция рассматривает пространство и время как особые самостоятельные сущности, которые наряду и независимо от материальных объектов. Пространство сводилось к бесконечной пустоте ("ящику без стенок"), вмещающей все тела, время - к "чистой" длительности. Эта идея, в общем виде сформулированная еще Демокритом, получила свое логическое завершение в концепции абсолютного пространства и времени Ньютона, который считал, что их свойства не зависят от характера протекающих в мире материальных процессов.

2. Реляционная концепция рассматривает пространство и время не как особые, не зависимые от материи сущности, а как формы существования вещей (Аристотель, Лейбниц, Гегель, Энгельс).

Субстанциальная и реляционная концепции не связаны однозначно с материалистическими или идеалистическими толкованиями мира, обе развивались на той и другой основе. Так, если Кант считал пространство и время не свойствами самих вещей, а априорными "доопытными формами человеческого созерцания, то Гегель подчеркивал, что лишь в движении духа пространство и время действительны". Диалектико-материалистическая концепция пространства и времени была сформулирована в рамках реляционного подхода.

5. Свойства пространства и времени

Пространство и время как формы бытия материи имеют как общие для них свойства, так и характерные для каждой из этих форм.

К их всеобщим свойствам относятся: объективность и независимость от сознания человека, их неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей, единство непрерывного и прерывного в их структуре, количественная и качественная бесконечность, вечность.

Реальные пространство и время обладают метрическими и топологическими свойствами. Первые выражают их протяженность, они связаны с измерением и характеризуют их количественный аспект. Метрическими свойствами пространства являются гомогенность, изотропность, трехмерность, кривизна; времени - однородность, одномерность. Топологические свойства выражают пространственную и временную упорядоченность, качественный аспект пространства и времени (связность, симметричность и изотропность пространства, анизотропность, необратимость, ритм, темп).

Общие свойства пространства и времени специфически конкретизируются, преломляются на различных уровнях организации материи, например, в неживой природе, в мега-, макро - и микромире.

С возникновением живой природы возникают биологические пространство и время. Считается, что существует множество биологических пространств (например, ареалы распространения тех или иных организмов или их популяций).

Специфические особенности биологического времени находят свое выражение во временных ритмах, которые представляют собой циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений. "Биологические часы" - способность живых организмов ориентироваться во времени. Они основаны на строгой периодичности физико-химических и физиологических процессов в клетках - биологических ритмах. "Биологические часы" являются тем механизмом, благодаря которому осуществляется многоуровневое функционирование всех подсистем живого организма.

6.Пространство и время на уровне микромира

В квантовой механике была найдена принципиальная граница применимости классических физических представлений к атомным явлениям и процессам. В квантовой физике была поставлена важная проблема о необходимости пересмотра пространственно – временных представлений классической физики. Они оказались лишь приближёнными понятиями и основывались на слишком сильных идеализациях. Квантовая физика потребовала более адекватных форм упорядоченности событий, в которых учитывалось бы существование принципиальной неопределённости в состоянии объекта, наличие черт целостности и индивидуальности в микромире, что и выражалось в понятии универсального кванта действия h.

Квантовая механика была положена в основу бурно развивающейся физики элементарных частиц, количество которых достигает нескольких сотен, но до настоящего времени ещё не создана обобщающая теория. В физике элементарных частиц представления о пространстве и времени столкнулись с ещё большими трудностями. Оказалось, что микромир является многоуровневой системой, на каждом уровне которой господствуют специфические виды взаимодействий и специфические свойства пространственно - временных отношений. Область доступных в эксперименте микроскопических интервалов условно делится на четыре уровня: