Концепции пространства и времени в философии и физике

Мир, будучи единым, выступает как неисчерпаемое многообразие материальных систем, он представляет собой единство в многообразии. Многообразие материи есть не только результат ее движения, но и результат ее пространственной и временной определенности. Это многообразие выражается в атрибутах пространства и времени.

Согласно современной материалистической философии, пространство как атрибут материи характеризует ее многообразие со стороны сосуществования, рядоположенности и выступает как форма статического многообразия.

Время характеризует многообразие мира со стороны следования и длительности и выступает как форма динамического многообразия.

Будучи атрибутами, способами существования материи, пространство и время обладает специфическими свойствами. К основным свойствам пространства относятся протяжённость, изотропность и трехмерность. Время характеризуется длительностью, одномерностью и необратимостью. К наиболее характерным свойствам пространства относится его трехмерность, которая выражается в том, что положение любого объекта может быть определено с помощью трех независимых величин. В этом отношении время одномерно, ибо для фиксации события во времени достаточно одной величины. Одномерность времени связано с его однонаправленностью и необратимостью, оно течет только в одном направлении от прошлого к настоящему и будущему. Пространство же, в отличие от времени, изотропно, то есть все направления в пространстве сами по себе равноценны, одинаковы.

Согласно геометрии Евклида пространство везде одно и то же. Геометрия Евклида исходила из пяти постулатов. Многих математиков не удовлетворял пятый постулат, который гласил, что из точки на плоскости можно провести только одну прямую, которая не будет пересекаться с данной, сколько бы ее не продолжали. Этот постулат не очевиден, так как никто не мог бы его экспериментально подтвердить даже в воображении – нельзя же линию продолжить в бесконечность.

Ряд известных математиков пытались доказать, что постулат на самом деле является теорией, то есть его можно вывести из четырех других. Но все их попытки оказались неудачными. И только К. Гаусс поставил под сомнение возможность такого доказательства, то есть признал, что постулат является аксиомой и, следовательно, его можно заменить другими аксиомами, построив новую геометрию.

Отбросив пятый постулат и заменив его на другие, Н.И. Лобачевский в России, Б. Риман в Германии и Я. Больяй в Венгрии построили новые геометрии. Риман заменил его на аксиому, что через точку, лежащую вне данной прямой на плоскости, нельзя провести ни одной параллельной прямой, все они будут пересекаться с данной. Лобачевский и Больяй допустили, что существует множество прямых, которые не пересекаются с данной. Евклидова геометрия реализуется на плоскости, геометрия Римана – на поверхности сферы. Геометрия Лобачевского осуществляется на так называемой псевдосфере. Так как пространство имеет три измерения, то для каждой геометрии вводится понятие кривизны пространства. В евклидовой геометрии кривизна нулевая, у Римана – положительная, у Лобачевского – Больяйя – отрицательная.

Поскольку постулат параллельности эквивалентен положению о сумме углов треугольника, то различие этих геометрий наглядно изображается на рисунке. В геометрии Евклида сумма углов треугольника равна 180º , у Римана – она больше, у Лобачевского – меньше.

Риман впоследствии показал единство и непротиворечивость всех неевклидовых геометрий, частным случаем которых является геометрия Евклида. Риман и Лобачевский считали, что только физические эксперименты могут показать нам, какова геометрия нашего мира.

Принципиальное значение для раскрытия природы пространства и времени имеет ответ на вопрос об отношении пространства и времени к материи. По этому вопросу в истории философии и естествознания существовали две точки зрения: субстанциальная и реляционная. Согласно субстанциальной концепции, пространство и время рассматриваются как самостоятельные сущности, существующие наряду с материей и независимо от нее. Родоначальником этой концепции является Демокрит, который полагал, что «в действительности существуют только атомы и пустота», то есть пространство у него наделялось самостоятельностью и мыслилось существующим наряду с атомами. Свое всестороннее развитие и завершение субстанциальная концепция пространства и времени нашла в теории Ньютона. «Пространство, - по Ньютону, - это беспредельная пустота, протяженность, в которой размещена движущаяся материя, а время – длительность, равномерное течение, независимое от материальных процессов, которые в нем происходят».

Реляционная концепция пространства и времени сложилась в философии. Согласно этой концепции, пространство и время не особые субстанциальные сущности, а формы существования материальных объектов. Соответственно в рамках этой концепции предполагалась и зависимость пространства и времени от характера взаимодействия материальных систем. Зачатки этой концепции можно обнаружить уже у Аристотеля, но наиболее четко реляционная концепция была сформулирована у Лейбница. Он считал, что пространство и время есть внутренний порядок, соотношение тел друг с другом. Пространство – это порядок сосуществования, а время – порядок последовательностей. По Лейбницу выходит, что пространство и время вне вещей и процессов не существуют.

Свыше 200 лет в науке безраздельно господствовала классическая механика Ньютона и связанные с ней представления об абсолютности пространства и времени. В то же время в философии развивалась реляционная концепция, рассматривающая пространство и время как формы существования материи. Но признание зависимости пространства и времени от свойств материи при этом, как правило, сопровождалось постулированием их субъективного характера. Например, время рассматривалось как способ мышления (И. Кант), как проявление способностей субъекта (Э. Мах) или как проявление абсолютной идеи (Г. Гегель). Видимо из–за этого реляционная концепция не пользовалась популярностью у естествоиспытателей. Но идеи реляционной концепции пробивались и там, например, в рамках неевклидовых геометрий Лобачевского и Римана.

Ф. Энгельс в период безраздельного господства в науке ньютоновских представлений о пространстве и времени, за 50 лет до создания теории относительности, которая коренным образом изменила эти взгляды, писал, что «пространство и время являются основными формами всякого бытия, что бытие вне времени есть такая же величайшая бессмыслица, как и бытие вне пространства». Эти положения реляционной концепции получили блестящее естественно-научное подтверждение в специальной и общей теории относительности А. Эйнштейна.