Простір і час
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Простір і час

Простір і час, загальні форми існування матерії . П. і ст не існують поза матерією і незалежно від неї.

  Просторовими характеристиками є положення відносно ін. тіл (координати тіл), відстані між ними, кути між різними просторовими напрямами (окремі об'єкти характеризуються протяжністю і формою, які визначаються відстанями між частинами об'єкту і їх орієнтацією). Тимчасові характеристики — «моменти», в які відбуваються явища, тривалість (тривалість) процесів. Стосунки між цими просторовими і тимчасовими величинами називаються метричними. Існують також і топологічні характеристики П. і ст — «зіткнення» різних об'єктів, число напрямів. З чисто просторовими стосунками мають справу лише у тому випадку, коли можна відвернутися від властивостей і руху тіл і їх частин: з чисто тимчасовими — у разі, коли можна відвернутися від різноманіття об'єктів, що співіснують.

загрузка...

  Проте в реальній дійсності просторові і тимчасові стосунки зв'язані один з одним. Їх безпосередня єдність виступає в русі матерії; проста форма руху — переміщення — характеризується величинами, які є різними стосунками П. і ст (швидкість, прискорення) і вивчаються кінематикою . Сучасна фізика виявила глибшу єдність П. і ст (див. Відносності теорія ), що виражається в спільній закономірній зміні просторово-часових характеристик систем залежно від руху останніх, а також в залежності цих характеристик від концентрації мас в довкіллі.

  Для виміру просторових і тимчасових величин користуються системами відліку .

  У міру поглиблення знань про матерію і русі заглиблюються і змінюються наукові представлення о П. і ст Тому зрозуміти фізичний сенс і значення закономірностей, що знов відкриваються, П. і ст можна лише дорогою встановлення їх зв'язків із загальними закономірностями взаємодії і руху матерії.

  Поняття П. і ст є необхідною складовою частиною картини світу в цілому, тому входять в предмет філософії. Учення о П. і ст заглиблюється і розвивається разом з розвитком природознавства і перш за все фізики . З останніх наук про природу значну роль в прогресі учення о П. і ст зіграла астрономія і особливо космологія .

  Розвиток фізики, геометрії і астрономії в 20 ст підтвердило правильність положень діалектичного матеріалізму о П. і ст У свою чергу діалектико-матеріалістична концепція П. і ст дозволяє дати правильну інтерпретацію сучасної фізичної теорії П. і ст, розкрити незадовільність як суб'єктивістського її розуміння, так і спроб «розвинути» її, відриваючи П. і ст від матерії.

  Просторово-часові стосунки підкоряються не лише загальним закономірностям, але і специфічним, характерним для об'єктів того або іншого класу, оскільки ці стосунки визначаються структурою матеріального об'єкту і його внутрішніми взаємодіями. Тому такі характеристики, як розміри об'єкту і його форма, час життя, ритми процесів, типи симетрії, є істотними параметрами об'єкту даного типа, залежними також від умов, в яких він існує. Особливо специфічні просторові і тимчасові стосунки в таких складних об'єктах, що розвиваються, як організм або суспільство. У цьому сенсі можна говорити про індивідуальний П. і ст таких об'єктів (наприклад, про біологічному або соціальному часі).

  Основні концепції простору і часу. Найважливіші філософські проблеми, що відносяться до П. і ст, — це питання про суть П. і ст, про відношення цих форм буття до матерії, про об'єктивність просторово-часових стосунків і закономірностей.

  Впродовж майже всієї історії природознавства і філософії існували 2 основних концепції П. і ст Одна з них йде від древніх атомістов — Демокріта, Епікура, Лукреция, які ввели поняття порожнього простору і розглядали його як однорідне (однакове в усіх точках) і безконечне (Епікур вважав, що воно не ізотропне, тобто неоднаково по всіх напрямах); поняття часу тоді було розроблено украй слабо і розглядалося як суб'єктивне відчуття дійсності. У новий час у зв'язку з розробкою основ динаміки цю концепцію розвинув І. Ньютон, який очистив її від антропоморфізму . По Ньютону, П. і ст суть особливі початки, що існують незалежно від матерії і один від одного. Простір само по собі (абсолютний простір) є порожнє «вмістище тіл», абсолютно нерухоме, безперервне, однорідне і ізотропне, проникне, — що не впливає на матерію і не піддається її діям, безконечне; воно володіє 3 вимірами. Від абсолютного простору Ньютон відрізняв протяжність тіл — їх основну властивість, завдяки якій вони займають певні місця в абсолютному просторі, збігаються з цими місцями. Протяжність, по Ньютону, якщо говорити про прості частки (атомах), є початкова, первинна властивість, що не вимагає пояснення. Абсолютний простір унаслідок непомітності своїх частин невимірний і непізнавано. Положення тіл і відстані між ними можна визначати лише по відношенню до ін. тілам. Ін.(Древн) словами, наука і практика мають справу лише з відносним простором. Час в концепції Ньютона само по собі є щось абсолютне і ні від чого не залежне, чиста тривалість, як така, рівномірно поточна від минулого до майбутнього. Воно є порожнім «вмістищем подій», які можуть його заповнювати, але можуть і не заповнювати; хід подій не впливає на перебіг часу. Час універсальний, одновимірно, безперервно, нескінченно, однорідно (скрізь однаково). Від абсолютного часу, також невимірного, Ньютон відрізняв відносний час. Вимір часу здійснюється за допомогою годинника, тобто рухів, які є періодичними. П. і ст в концепції Ньютона незалежні один від одного. Незалежність П. і ст виявляється перш за все в тому, що відстань між 2 даними точками простору і проміжок часу між 2 подіями зберігають свої значення незалежно один від одного в будь-якій системі відліку, а стосунки цих величин (швидкості тіл) можуть бути будь-якими.

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

  Концепція П. і ст, розроблена Ньютоном, була пануючою в природознавстві впродовж 17—19 вв.(століття), т.к. она відповідала науці того часу — евклідової геометрії, класичній механіці і класичній теорії тяжіння. Закони ньютонової механіки справедливі лише в інерціальних системах відліку . Ета виделенность інерціальних систем пояснювалася тим, що вони рухаються поступально, рівномірно і прямолінійно саме по відношенню до абсолютного П. і ст і щонайкраще відповідають останнім.

  Згідно ньютонової теорії тяжіння, дії від одних часток речовини до Інших передаються миттєво через те, що розділяє їх порожній простір. Ньютонового концепція П. і ст, т. о., відповідала всій фізичній картині світу тієї епохи, зокрема уявленню про матерію як спочатку протяжною і за природою своєю незмінною. Істотним протиріччям концепції Ньютона було те, що абсолютне П. і ст залишалися в ній непізнаваними шляхом досвіду. Згідно з принципом відносності класичної механіки, всі інерціальні системи відліку равноправни і неможливо відрізнити, чи рухається система по відношенню до абсолютного П. і ст або покоїться. Це протиріччя служило аргументом для прибічників протилежної концепції П. і ст, вихідні положення якої сходять ще до Арістотеля; це представлення о П. і ст було розроблено Р. Лейбніцом, що спирався також на деякі ідеї Декарта. Особливість лейбніцевой концепції П. і ст полягає в тому, що в ній відкидається представлення о П. і ст як про самостійні початки буття, що існують поряд з матерією і незалежно від неї. По Лейбніцу, простір — це порядок взаємного розташування безлічі тіл, що існують поза один одним, час — порядок явищ, що змінюють один одного, або станів тіл. При цьому Лейбніц надалі включав в поняття порядку також і поняття відносної величини. Уявлення про протяжність окремого тіла, що розглядається безвідносно до інших, по концепції Лейбніца, не має сенсу. Простір є відношення («порядок»), застосовне лише до багатьом тілам, до «ряду» тіл. Можна говорити лише про відносний розмір даного тіла порівняно з розмірами інших тіл. То ж можна сказати і про тривалість: поняття тривалості застосовне до окремого явища постільки, поскільки воно розглядається як ланка в єдиному ланцюзі подій. Протяжність будь-якого об'єкту, по Лейбніцу, не є первинна властивість, а обумовлено силами, що діють усередині об'єкту; внутрішні і зовнішні взаємодії визначають і тривалість стану; що ж стосується самої природи часу як порядку явищ, що змінялися, то воно відображає їх причинно-наслідковий зв'язок. Логічно концепція Лейбніца пов'язана зі всією його філософською системою в цілому.

  Проте лейбніцева концепція П. і ст не грала істотної ролі в природознавстві 17—19 вв.(століття), т.к. она не могла дати відповіді на питання, поставлені наукою тієї епохи. Раніше всього переконання Лейбніца на простір здавалися такими, що перечать існуванню вакууму (лише після відкриття фізичного поля в 19 ст проблема вакууму з'явилася в новому світлі); крім того, вони явно перечили загальному переконанню в єдиності і універсальності евклідової геометрії; нарешті, концепція Лейбніца представлялася непримиренною з класичною механікою, оскільки здавалося, що визнання чистої відносності руху не дає пояснення переважної ролі інерціальних систем відліку. Т. о., сучасне Лейбніцу природознавство виявилося в протиріччі з його концепцією П. і ст, яка будувалася на набагато ширшій філософській основі. Лише два століття опісля почалися накопичення наукових фактів, що показали обмеженість представлень о П, що панували у той час. і ст

  Поняття простору і часу у філософії і природознавстві 18—19 вв.(століття) філософи-матеріалісти 18—19 вв.(століття) вирішували проблему П. і ст в основному у дусі концепції Ньютона або Лейбніца, хоча, як правило, повністю не приймали яку-небудь з них. Більшість філософів-матеріалістів виступали проти ньютонівського порожнього простору. Ще Дж. Толанд вказував, що уявлення про порожнечу пов'язане з поглядом на матерію як на інертну, бездіяльну. Таких же переконань дотримувався і Д. Дідро . Ближче до концепції Лейбніца стояв Р. Гегель . В концепціях суб'єктивних ідеалістів і агностиків проблеми П. і ст зводилися головним чином до питання про відношення П. і ст до свідомості, сприйняття. Дж. Берклі відкидав ньютонівське абсолютне П. і ст, але розглядав просторові і тимчасові стосунки суб'ектівістськи, як порядок сприйнять; у нього не було і мови про об'єктивні геометричні і механічні закони. Тому беркліанськая точка зору не зіграла істотної ролі в розвитку наукових представлень о П. і ст Інакше йшла справа з переконаннями І. Канта, який спочатку примикав до концепції Лейбніца. Протиріччя цих вистав і природничонаукових поглядів того часу привело Канта до прийняття ньютонової концепції г и к прагненню філософськи обгрунтувати її. Головним тут було оголошення П. і ст апріорними формами людського споглядання, тобто обгрунтування їх абсолютизації. Погляди Канта на П. і ст знайшли немало прибічників в кінці 18 — 1-ій половині 19 вв.(століття) Їх неспроможність була доведена лише після створення і прийняття нєєвклідової геометрія, яка по суті перечила ньютоновому розумінню простору. Відкинувши його, Н. І. Лобачевський і Б. Ріман затверджували, що геометричні властивості простору, будучи найбільш загальними фізичними властивостями, визначаються загальною природою сил, що формують тіла.

  Переконання діалектичного матеріалізму на П. і ст були сформульовані Ф. Енгельсом. По Енгельсу, знаходитися в просторі — означає бути у формі розташування одного біля іншого, існувати в часі — означає бути у формі послідовності одного після іншого. Енгельс підкреслював, що «... обидві ці форми існування матерії без матерії суть ніщо, порожні вистави, абстракції, що існують лише в нашій голові» (Маркс До. і Енгельс Ф., Соч., 2 видавництва, т. 20, с. 550).

  Криза механістичного природознавства на рубежі 19—20 вв.(століття) привів до відродження на новій основі суб'єктивістських поглядів на П. і ст Критикуючи концепцію Ньютона і правильно помічаючи її слабкі сторони, Е. Мах знову розвинув погляд на П. і ст як на «порядок сприйнять», підкреслюючи дослідне походження аксіом геометрії. Але досвід розумівся Махом суб'ектівістськи, тому і геометрія Евкліда, і геометрія Лобачевського і Рімана розглядалася ним як різні способи описи одних і тих же просторових співвідношень. Критика суб'єктивістських поглядів Маху на П. і ст була дана В. І. Леніним в книга «Матеріалізм і емпіріокритицизм».

  Розвиток уявлень про простір і час в 20 ст В кінці 19 — початку 20 вв.(століття) сталася глибока зміна наукових вистав об матерії і, відповідно, радикальну зміну понять П. і ст До фізичної картини світу увійшла концепція поля (див. Поля фізичні ) як форми матеріального зв'язку між частками речовини, як особливої форми матерії. Всі тіла, т. о., є системи заряджених часток, зв'язаних полемо, передавальним дії від одних часток до інших з кінцевою швидкістю — швидкістю світла. Вважали, що поле — це стан ефіру, абсолютно нерухомою середовища, що заповнює світовий абсолютний простір. Пізніше було встановлено (Х. Лоренц і ін.), що при русі тіл з дуже великими швидкостями, близькими до швидкості світла, відбувається зміна поля, що приводить до зміни просторових і тимчасових властивостей тіл; при цьому Лоренц вважав, що довжина тіл у напрямі їх руху скорочується, а ритм фізичних процесів, що відбуваються в них, сповільнюється, причому просторові і тимчасові величини змінюються погоджено.

  Спочатку здавалося, що таким дорогою можна буде визначити абсолютну швидкість тіла по відношенню до ефіру, а отже, по відношенню до абсолютного простору. Проте вся сукупність дослідів спростувала цей погляд. Було встановлено, що в будь-якій інерціальній системі відліку всі фізичні закони, включаючи закони електромагнітних (і взагалі польових) взаємодій, однакові. Спеціальна теорія відносності (див. Відносності теорія ) А. Ейнштейна, заснована на двох фундаментальних положеннях — про граничність швидкості світла і равноправності інерціальних систем відліку, з'явилася новою фізичною теорією П. і ст З неї виходить, що просторові і тимчасові стосунки — довжина тіла (взагалі відстань між двома матеріальними крапками) і тривалість (а також ритм) процесів, що відбуваються в нім, — є не абсолютними величинами, як стверджувала ньютонова механіка, а відносними. Частка (наприклад, нуклон) може проявляти себе повільно рухомою відносно її частці як сферична, а по відношенню до тієї, що налітає на неї з дуже великою швидкістю частці — як сплюснутий у напрямі руху диск. Відповідно, час життя повільний рухомого зарядженого p-мезона складає ~ 10 -8 сік , а швидко рухомого (з околосветової швидкістю) — у багато разів більше. Відносність просторово-часових характеристик тіл повністю підтверджена досвідом. Звідси витікає, що уявлення про абсолютний П. і ст неспроможні. П. і ст є саме загальними формами координації матеріальних явищ, а не самостійно існуючими (незалежно від матерії) початками буття. Теорія відносності виключає уявлення про порожній П. і ст, що мають власні розміри. Уявлення про порожній простір було знехтуване надалі і в квантовій теорії поля з його новим поняттям вакууму (див. Вакуум фізичний). Подальший розвиток теорії відносності (див. Тяжіння ) показав, що просторово-часові стосунки залежать також від концентрації мас. При переході до космічних масштабів геометрія П.-в. не є евклідової (або «плоскою», тобто не залежній від розмірів області П.-в.), а змінюється від однієї області космосу до іншої залежно від щільності мас в цих областях і їх руху (див. Космологія, де викладено також питання про кінцівку або нескінченність П. і ст). У масштабах метагалактики геометрія простору змінюється з часом унаслідок розширення метагалактики. Т. о., розвиток фізики і астрономії довело неспроможність як апріорізма Канта, тобто розуміння П. і ст як апріорних форм людського сприйняття, природа яких незмінна і незалежна від матерії, так і ньютонової догматичної концепції П. і ст

  Зв'язок П. і ст з матерією виражається не лише в залежності законів П. і ст від загальних закономірностей, що визначають взаємодії матеріальних об'єктів. Вона виявляється і в наявності характерного ритму існування матеріальних об'єктів і процесів — типових для кожного класу об'єктів середніх часів життя і середніх просторових розмірів.

  З викладеного виходить, що П. і ст властиві вельми загальні фізичні закономірності, що відносяться до всіх об'єктів і процесів. Це стосується і проблем, пов'язаних з топологічними властивостями П. і ст Проблема кордону (зіткнення) окремих об'єктів і процесів безпосередньо пов'язана з тим, що піднімався ще в старовині питанням про кінцеву або безконечну подільність П. і ст, їх дискретності або безперервності. У античній філософії це питання вирішувалося чисто умоглядно. Висловлювалися, наприклад, припущення про існування «атомів» часу (Зенон). У науці 17—19 вв.(століття) ідея атомізму П. і ст втратила яке-небудь значення. Ньютон вважав, що П. і ст реально розділені до безкінечності. Цей вивід виходив з його концепції порожнього П. і ст, найменшими елементами яких є геометрична крапка і момент часу («миті» в буквально сенсі слова). Лейбніц вважав, що хоча П. і ст ділимі необмежено, але реально не розділені на крапки — в природі немає об'єктів і явищ, позбавленого розміру і тривалості. З уявлення про необмежену подільність П. і ст виходить, що і кордони тіл і явищ абсолютні. Уявлення про безперервність П. і ст більш зміцнилося в 19 ст з відкриттям поля; у класичному розумінні поле є абсолютно безперервний об'єкт.

  Проблема реальної подільності П. і ст була поставлена лише в 20 ст у зв'язку з відкриттям в квантовій механіці неопределенностей співвідношення, згідно з яким для абсолютно точної локалізації мікрочастки необхідні нескінченно великі імпульси, що фізично не може бути здійснене. Більш того, сучасна фізика елементарних часток показує, що при дуже сильних діях на частку вона взагалі не зберігається, а відбувається навіть множинне народження часток. Насправді не існує реальних фізичних умов, при яких можна було б виміряти точне значення напряженностей поля в кожній крапці. Т. о., в сучасній фізиці встановлено, що неможлива не лише реальна розділеність П. і ст на крапки, але принципово неможливо здійснити процес їх реального безконечного розділення. Отже, геометричне поняття крапки, кривої, поверхні є абстракціями, що відображають просторові властивості матеріальних об'єктів лише приблизно. Насправді об'єкти відокремлені один від одного не абсолютно, а лише відносно. То ж справедливо і по відношенню до моментів часу. Саме такий погляд на «точечность» подій витікає з т.з. теорії нелокального поля (див. Нелокальна квантова теорія поля ) . Одночасно з ідеєю нелокальності взаємодії розробляється гіпотеза про квантування П. і ст, тобто про існування найменшої довжини і тривалості (див. Квантування простору-часу ) . Спочатку передбачали, що «квант» довжини — 10 -13 см (порядку класичного радіусу електрона або порядку «довжини» сильної взаємодії ) . Проте за допомогою сучасних прискорювачів заряджених часток досліджуються явища, пов'язані з довжинами 10 -14 —10 -15 см; тому значення кванта довжини стали відсовувати до все меншим значенням (10 -17 , «довжина» слабкого взаємодії, і навіть 10 -33 см ).

  Рішення питання про квантування П. і ст тісно пов'язане з проблемами структури елементарних часток . З'явилися дослідження, в яких взагалі заперечується застосовність до субмікроскопічного світу понять П. і ст Проте поняття П. і ст не повинні зводитися ні до метричних, ні до топологічних стосункам відомих типів.

  Тісний взаємозв'язок просторово-часових властивостей і природи взаємодії об'єктів виявляється також і при аналізі симетрії П. і ст Ще в 1918 (Е. Нетер ) було доведено, що однорідності простору відповідає закон збереження імпульсу, однорідності часу — закон збереження енергії, ізотропній простору — закон збереження моменту кількості рухи. Т. о., типи симетрії П. і ст як загальних форм координації об'єктів і процесів взаємозв'язані з найважливішими збереження законами . Симетрія простору при дзеркальному віддзеркаленні опинилася пов'язаною з істотною характеристикою мікрочасток — з їх парністю .

  Однією з важливих проблем П. і ст є питання про спрямованість перебігу часу. У ньютонової концепції це властивість часу вважалася само собою зрозумілою і не потребуючою обгрунтування. У Лейбніца безповоротність перебігу часу зв'язувалася з однозначною спрямованістю ланцюгів причин і наслідків. Сучасна фізика конкретизувала і розвинула це обгрунтування, пов'язавши його з сучасним розумінням причинності . Очевидно, спрямованість часу зв'язана з такою інтегральною характеристикою матеріальних процесів, як розвиток, що є принципово необоротним.

  До проблем П. і ст, що також обговорювалися ще в старовині, відноситься і питання про число вимірів П. і ст У ньютонової концепції це число вважалося початковим. Проте ще Арістотель обгрунтовував тривимірність простору числом можливих перетинів (ділень) тіла. Інтерес до цієї проблеми зріс в 20 ст з розвитком топології . Л. Брауер встановив, що розмірність простору є топологічний інваріант — число, що не змінюється при безперервних і взаємно однозначних перетвореннях простору. У ряді досліджень був показаний зв'язок між числом вимірів простору і структурою електромагнітного поля (Р. Вейль ), між тривимірністю простору і спіральністю елементарних часток. Все це показало, що число вимірів П. і ст нерозривно пов'язане з матеріальною структурою навколишнього нас світу.

  Літ.: Енгельс Ф., Діалектика природи, Маркс До., Енгельс Ф., Соч., 2 видавництва, т. 20; його ж, Анті-Дюрінг, там же; Ленін Ст І., Матеріалізм і емпіріокритицизм Повні збори соч.(вигадування), 5 видавництво, т. 18; Ейнштейн А., Основи теорії відносності, 2 видавництва, М. — Л., 1935; Ньютон І., Математичні початки натуральної філософії, М. — Л., 1936; М. Маркова А., Гіперони і до-мезони, М., 1958 § 34; Свідерський Ст І., Простір і час, М., 1958; Полеміка Г. Лейбніца і С. Кларка по питаннях філософії і природознавства (1715—1716 рр.), [Л.], 1960; Фок Ст А., Теорія простору, часу і тяжіння, 2 видавництва, М., 1961; Штейнман Р. Я., Простір і час, М., 1962; Грюнбаум А., Філософські проблеми простору і часу, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1969; Мостепаненко А. М., Простір і час в макро-, мега- і мікросвіті, М., 1974; Jammer М., Concepts of space, Camb., 1954.

  Р. Я. Штейнман.