Пространство и время. Понятия пространства и времени

Понятия пространства и времени. Все тела имеют определенную протяженность —длину, ширину, высоту. Они различным образом расположены друг относительно друга, составляют части той или иной системы. Пространство есть форма координации сосуществующих объектов, состояний материи. Оно заключается в том, что объекты расположены вне друг друга (рядом, сбоку, внизу, вверху, внутри, сзади, спереди и т.д.) и находятся в определенных количественных отношениях. Порядок сосуществования этих объектов и их состояний образует структуру пространства.

Явления характеризуются длительностью существования, последовательностью этапов развития. Процессы совершаются либо одновременно, либо один раньше или позже другого; таковы, например, взаимоотношения между днем и ночью, зимой и весной, летом и осенью. Все это означает, что тела существуют и движутся во времени. Время — это форма координации сменяющихся объектов и их состояний. Оно заключается в том, что каждое состояние представляет собой последовательное звено процесса и находится в определенных количественных отношениях с другими состояниями. Порядок смены этих объектов и состояний образует структуру времени.

Пространство и время — это всеобщие формы существования, координации объектов. Всеобщность этих форм бытия заключается в том, что они — формы бытия всех предметов и процессов, которые были, есть и будут в бесконечном мире. Не только события внешнего мира, но и все чувства, мысли происходят в пространстве и во времени. В мире все простирается и длится. Пространство и время обладают своими особенностями. Пространство имеет три измерения: длину, ширину и высоту, а время лишь одно — направление от прошлого через настоящее к будущему. Оно неотвратимо, неповторимо и необратимо.

Правильное понимание сущности пространства и времени тесно связано с научной картиной мира в целом. В мире все дифференцировано, расчленено на относительно устойчивые внеположные образования. Процессы, которые происходят в них и обусловливают их сохранение (воспроизведение), а вместе с тем и их изменение, тоже дифференцированы — они составляют последовательность сменяющих друг друга состояний объекта. Таким образом, в целостной картине мира каждый объект является лишь относительно выделенной частью более общей системы, а каждое явление — относительно выделенным звеном более общего процесса. Пространство и время существуют объективно, вне и независимо от сознания. Их свойства и закономерности также объективны, не являются порождением мысли. Чувствуя, как в своем неумолимом потоке уносит нас время, мы не можем ни остановить его, ни задержать, не можем вернуть ни одного прожитого мига. Течение времени находится вне нашего контроля. Мы столь же бессильны перед ним, как щепка перед речным потоком.

Единство материи, движения, пространства и времени. Существовало воззрение, согласно которому пространство — это как бы грандиозное вместилище, куда помещена материя. Время мыслилось наподобие потока, все увлекающего за собой и все поглощающего. Считалось, что мировое пространство заполнено абсолютно неподвижным эфиром, а в движущемся теле ощущается “эфирный ветер”, подобный ветру, который овевает бегущего человека. Так сначала пространство отрывается от протяженных вещей, а время — от реальных процессов, а затем говорится об их абсолютном бытии. Согласно Ньютону, пространство неизменно, неподвижно, его свойства не зависят ни от чего, в том числе и от времени; они не зависят ни от материальных тел, ни от их движения. Из пространства можно убрать все тела, и все же пространство останется и свойства его сохранятся. Такие же взгляды были у Ньютона и на время. Он считал, что время течет одинаково во всей Вселенной и это течение не зависит ни от чего, а поэтому время абсолютно.

Идея абсолютного пространства и времени соответствовала определенной физической картине мира, а именно: системе взглядов на материю как на совокупность отграниченных друг от друга атомов, обладающих неизменными объемом и инертностью (массой) и действующих друг на друга мгновенно либо на расстоянии, либо при соприкосновении. Изменение физической картины мира изменило и воззрения на пространство и время. Открытие электромагнитного поля и выяснение несводимости поля к состояниям механической среды — мирового эфира — вскрыли несостоятельность классической картины мира. Оказалось, что материя не может быть представлена как совокупность отдельных, строго отграниченных друг от друга элементов. В действительности частицы вещества связаны друг с другом в единые системы полем, действие которого передается с конечной скоростью, одинаковой в любой замкнутой системе (со скоростью света в вакууме).

Огромный вклад в разработку научных представлений о связи пространства и времени с движущейся материей внес Н.И. Лобачевский. Им была выдвинута идея, согласно которой закономерности геометрии могут быть различными в разных масштабах. Лобачевский пришел к очень важному не только для геометрии, но и для философии выводу: свойства пространства не являются всегда и везде одинаковыми и неизменными[220]. Он создал неевклидову геометрию, которая является более общей и включает в себя евклидову геометрию как частный случай, отражающий пространственные отношения, воспринимаемые нами в повседневном опыте. В ней через точку, взятую вне прямой, можно провести не одну (как в геометрии Евклида), а бесчисленное множество прямых, не пересекающихся с данной. Сумма углов треугольника в этой геометрии не остается постоянной и равной 180°, а меняется в зависимости от изменения длины его сторон и при этом всегда оказывается меньше 180°. Б. Риман создал еще одну неевклидову геометрию. В ней через точку, взятую вне прямой, нельзя провести ни одной прямой, не пересекающей данную. Иначе говоря, в этой геометрии вообще нет параллельных прямых, а сумма углов треугольника больше 180°. Эти парадоксальные положения приобретают очевидный смысл, если геометрические фигуры нарисовать не на плоскости, а, например, на поверхности сферы. Здесь роль прямых играют кратчайшие дуги, например дуги меридианов на поверхности Земли, каждые два из которых непременно пересекутся. Значит, на поверхности сферы невозможно провести параллельные кратчайшие линии. У нарисованного на сфере треугольника сумма углов больше 180°. Идеи Лобачевского получили свое дальнейшее развитие и конкретизацию в современной физике. Великое научное открытие нашего века — теория относительности, созданная д. Эйнштейном, — вскрыло конкретные связи пространства и времени с движущейся материей и друг с другом, выразив эти связи строго математически в определенных законах[221].

Одним из выражений связи пространства и времени с движением материи является тот факт, обнаруженный теорией относительности, что одновременность событий не абсолютна, а относительна[222].

Наш ограниченный земной опыт приводит к иллюзии, будто два события, одновременные по отношению к одному телу, одновременны и по отношению к другим телам независимо от их относительного движения. Мы склонны полагать, что данное мгновение охватывает всю Вселенную. Эта кажимость могла бы иметь физический смысл, если бы воздействие на удаленное тело происходило с бесконечной скоростью. Но бесконечных скоростей взаимодействия тел нет. Каждое событие происходит через некоторое время после вызвавшего его другого события. Одного и того же мгновения для всего мира не может быть. В мире нет единственного “сейчас”, разделяющего все прошлые события и события будущего. Каждая система имеет свое “сейчас”, свое прошлое и будущее.

С этим фундаментальным положением связаны другие важные принципы теории относительности. Оказывается, расстояние между какими-либо телами, находящимися в пространстве на конечном удалении друг от друга, неодинаково в различных движущихся инерциальных системах. С возрастанием скорости длина тела сокращается. В мире нет единственной длины тела: она меняется в зависимости от системы отсчета. Подобно этому промежуток времени между какими-либо событиями различен в различных движущихся материальных системах — с возрастанием скорости он уменьшается[223]. Такое изменение протяженности тел и временных промежутков, связанное со скоростью движения, свидетельствует о внутреннем единстве пространства и времени. Итак, в мире все пространственно и временно. Пространство и время абсолютны. Но поскольку это формы движущейся материи, постольку они не безразличны к своему содержанию: перемещаясь, предмет не оставляет после себя свою пустую форму, пространство — это не “наемная квартира” для такого “жильца”, как материя, а время нельзя уподоблять чудовищу, которое грызет вещи и оставляет на них отпечатки своих зубов. Пространство и время обусловлены материей, как форма своим содержанием, и каждый уровень движения материи характеризуется своей пространственно-временной структурой. Так, особенными свойствами пространства и времени обладают живые клетки и организмы, где усложняется геометрия и изменяется ритм времени. Предполагают, что существует историческое время, единицей которого может быть смена одного поколения другим. Эта единица соответствует столетию. Возможно, что внеземные цивилизации исчисляют историческое время иными мерами.

Конечное и бесконечное. Чье воображение не волновало таинственное ощущение бездны мироздания? Кого не поражала космическая экзотика при виде ночного неба, искрящегося мириадами звезд? Вспомним слова М.В. Ломоносова:

Открылась бездна, звезд полна;

звездам числа нет, бездне — дна...

В повседневной жизни, во всем, что нас окружает, мы сталкиваемся с конечными предметами, процессами. Под бесконечностью в повседневной практике мы понимаем все достаточно большое или достаточно малое в зависимости от условий рассматриваемой задачи. Например, миллиард в степени сто — практически бесконечная величина. Из любой точки пространства можно бросить копье, затем из достигнутой точки повторить это. И так все вновь и вновь, нигде не натыкаясь на границу[224]. Это дурная бесконечность. В отличие от дурной истинная бесконечность в процессе: это постоянный выход за пределы конечного. Вселенная не дана в готовом виде, она непрерывно создается. Это постоянно творящая себя действительность. Бесконечное проявляется в конечном и через конечное. Через конечное мы идем к познанию бесконечного. Конечное — это все время появляющийся и исчезающий момент бесконечного изменения сущего. Изменение вообще связано с выходом объекта за свои пространственные, временные, количественные и качественные границы. Сам факт взаимодействия вещей суть непрерывный выход за пределы конечного, индивидуального бытия. И в этом постоянном “выхождении вне себя” состоит бесконечная природа конечного. Отношений объекта к другим объектам бесконечное множество. Следовательно, объект обладает бесконечным множеством свойств. И в этом смысле бесконечность выступает как качественное многообразие. Следовательно, истинная бесконечность — это процесс, качественное многообразие, включающее в себя бесконечность пространства и времени, единство противоположностей, постоянный выход за пределы конечного, процесс его продолжения.

Следует отметить, что исследование конечного, ограниченного как момента бесконечного процесса изменения имеет большое методологическое значение для понимания строения Вселенной. Это прежде всего связано с современным толкованием гравитации. А. Эйнштейн рассматривал гравитационные поля различных тел как искривления пространства в областях, окружающих эти тела. Тела, находящиеся на поверхности Земли, вызывают незаметные искривления. Но имеет ли кривизну все мировое пространство? Кривизна пространства определяется искривлением световых лучей, проходящих мимо массивных тел. Понять суть общей кривизны пространства возможно по аналогии с общей кривизной такого, например, двумерного пространства, как поверхность Земли, на которой мы наблюдаем впадины, пригорки, горы, т.е. отдельные искривления. Наряду с ними имеется кривизна поверхности Земли в целом. Дороги на поверхности Земли поднимаются по холмам, и спускаются в долины; они приспосабливаются к местности. Если взять совокупность мировых линий всех тел природы, то эти линии сильнее искривляются вблизи центров тяготения. Планеты вызывают более слабое искривление, чем звезды. Тяготение незначительно в межгалактической области, где мировые линии выпрямляются. Если искривляются все мировые линии, мы можем говорить об общем искривлении пространства[225].

Некоторые склонны интерпретировать факт искривленности пространства как доказательство замкнутости и в этом смысле конечности мира, подобно конечности любой сферической поверхности. Отсутствие у пространства каких-либо границ не означает, что в нем имеется сколь угодно большое расстояние. Движение в таком пространстве в строго определенном направлении не обязательно будет удалять от исходной точки, но в силу внутренней кривизны пространства может завершиться возвращением в исходную точку с противоположной стороны. Эта проблема аналогична той, которая обсуждалась до кругосветного путешествия Магеллана можно ли, плывя в строго определенном направлении, скажем на запад, тем не менее оказаться в конце концов в исходной точке,, вернувшись в нее с востока, покрыв при этом конечное расстояние Безграничность пространства не означает его бесконечности[226].

Другие утверждают, что из искривленности пространства не вытекает с однозначной необходимостью его конечность. Замкнутость пространства — лишь частный и идеализированный (допуская равномерное распределение материи во Вселенной) случай кривизны пространства. Будучи искривленным, пространство остается бесконечным.

Наша мысль витала от масштабов Земли в просторы Космоса, в безначальное и бесконечное время — это экстенсивная бесконечность. Сами мы находимся как бы между бесконечной далью известных и неизвестных миров и столь же бесконечной глубиной мира мельчайших частиц материи — это интенсивная бесконечность. От областей в миллионы световых лет мысль проникла в области порядка триллионных долей сантиметра. Здесь свои свойства конечного и бесконечного[227]. Так, по мнению многих физиков, возможно наличие некоторой фундаментальной длины — кванта пространства. Рассматривать расстояния меньше этой длины так же бессмысленно, как говорить, например, о количестве золота менее одного его атома, ибо оно не будет уже данным химическом элементом. Таким образом, ученые допускают существование своего рода “пространства” атомов. Из этого следует признание и минимального времени, в пределах которого теряет смысл понятие фазы, т.е. различия состояния во времени.

Одной из попыток опровергнуть теорию бесконечности мира является концепция расширяющейся Вселенной, возникшая в связи с открытием явления “красного смещения” линий внегалактических туманностей (галактик). Если источник света приближается, спектральные линии смещаются в сторону более коротких волн, если удаляется — в сторону более длинных. Это явление называется эффектом Доплера. Оказалось, что у галактик (за исключением немногих, самых близких к нам) спектральные линии всегда смещены в длинноволновую часть спектра (“красное смещение” линий), причем смещение тем больше, чем более удалена от нас галактика. Это означает, что все галактики удаляются от нас, причем скорость этого “разлета” по мере удаления галактик растет[228]. Д. Джине, например, полагал, что во Вселенной не только количество вещества уменьшается, но и то, что осталось, непрерывно “разбегается” в пространстве с колоссальной и зловеще увеличивающейся скоростью. Однако для подобных выводов нет оснований. Метагалактика, в которой наблюдается “разбегание” галактик, несмотря на всю фантастическую для нас грандиозность ее размеров, лишь крохотная частица в бесконечной Вселенной, поэтому нельзя говорить о “расширении” всей Вселенной.

Далее. Нет оснований утверждать, что движение туманностей даже в наблюдаемой нами части Вселенной оставалось тем же самым во все времена. Современная космология исходит из признания анизотропной неоднородной Вселенной — неодинаковости свойств вещества по разным направлениям. Соответствующая современным данным теория анизотропной неоднородной Вселенной доказала возможность одновременного расширения одних областей метагалактики и сжатия других, смены сжатия расширением и наоборот. В сжимающихся метагалактиках направление течения времени является обратным. Следовательно, гравитация определяет не только метрику (шкалу, ритм) времени, но и такое глубокое топологическое его свойство, как ориентируемость. Таким собразом выявив эффективность гибкого метода мышления, данная теория преодолела односторонность, свойственную однородным изотропным моделям Вселенной.

Итак, в мире все предметы и процессы конечны. Но совокупность конечных вещей и процессов бесконечна. Мир безначален, бесконечен и неистощим. За отдаленнейшими звездными системами, куда нам позволили заглянуть современная наука и техника, располагаются все новые и новые гигантские небесные тела. И так до бесконечности: каждая познанная человеком система мира является частью все более и более обширной системы. Вселенная, по словам А. Пуанкаре, издана в одном экземпляре и охватывает все. Не существует границ, за которыми могло быть еще нечто, не охватываемое понятием объективной реальности. Понятие границы имеет смысл лишь применительно к конечному. И наше поглощаемое далью воображение, и космонавты будущего не могут встретить такое сверхъестественное препятствие, как небытие. Как бы много ни прошло времени до какого-либо события, время будет длиться и дальше. Каким бы давно прошедшим ни было событие, ему предшествовало неисчислимое множество других. Цепь событий нигде не оборвана. Звеньям ее нет числа. В мире, как целом, нет ни исходного, ни завершающего пункта: он одинаково открыт в обе стороны.

Понятие начала имеет смысл применительно не к миру в целом, а лишь к отдельным конкретным вещам и процессам, т.е. к конечному. Каждая вещь или фаза развития произошла от другой конечной вещи, возникла из предшествующей ступени развития. К миру в целом неприменимы “от” и “до”. Он кладет на них строгий запрет. Он не обладает возрастом. Он бесконечно стар и вечно молод. Мы не можем представить себе Вселенную прожившей свой век и печально прозябающей остаток вечности.