Пространство и время. Современные научные представления о пространстве и времени.

Материя

Объективная сфера бытия, объективная реальность отражена в философии в категории «материя». В истории философии можно выделить условно три основных подхода в определении данной категории.

Первый подход, натурфилософский, для которого материальным основанием всего многообразного мира считались некоторые природные процессы или первовещества (вода, земля, воздух, огонь, эфир и др.). Фалес основой всего считал воду, Гераклит – огонь, Аристотель полагал, что основой мира природы являются пять стихий: вода, земля, воздух, огонь и эфир.

Однако уже в античной философии поняли, что невозможно вывести всё многообразие мира из нескольких природных веществ, а тем более из одного. В поисках первоматерии мысль философы двигалась от чувственно воспринимаемых природных явлений к умопостигаемым материальным сущностям, единообразным первопричинам бытия. Это, например, «корни» Эмпедокла, «семена» Анаксагора и т.д. для данного подхода характерно непризнание каких-либо существенных различий между философским и специально-научным исследованием природы.

При всей кажущейся наивности древних, их взгляды в модернизированном виде просуществовали до ХIХ-ХХ веков. Так, взгляды Фалеса в XVII веке развивал Бойль, а в ХIХ веке – Л.Н.Мечников, автор «океанической концепции». Лавуазье в XVIII веке вслед за Анаксименом называл субстанцией воздух (кислород) и т.д.

Второй подход – атомистический, в рамках которого утверждалось, что мир состоит из атомов и пустот. Атом – материальная первооснова бытия, мельчайшая неделимая частица. Многообразие явлений мира объясняется различием форм атомов, а также разнообразием связей между ними.

Атомизм позже вошел в науку как концепция дискретного строения материи. В естествознании Нового времени атомизм из натурфилософской гипотезы превращается в естественнонаучную теорию. Атом рассматривается как синоним химического элемента, как носитель его химических свойств. В философии Нового времени материальная субстанция наделяется некоторыми неизменными свойствами: атомарная структура, протяженность, тяжесть, механическое движение. Материя сводится к веществу.

Атомизм как принцип объяснения объективной сферы бытия, как философская и естественнонаучная концепция материи, просуществовал более двух тысяч лет. Однако стремление философии к поиску простейших базовых форм бытия противоречит новых исследованиям более глубокой сущности мира. Развитие естествознания (электромагнитная теория, термодинамика, открытие поля, делимости атома, прерывности движения, непостоянства массы и т.п.) со всей очевидностью показало, что претензии философии свести материю к веществу или частице обречены на провал. Эту ситуацию в науке назвали кризисом в физике конца ХIХ – начала ХХ века. В поисках выхода из этого кризиса в философии начал разрабатываться новый подход к определению материи, который можно обозначить как диалектико-материалистический.

Обнаружилась неправомерность сведения материи к неделимым атомам и веществу, а также отождествления материи с конкретными представлениями науки о её структуре, что приводит к исключению ещё неизвестных, но реально существующих объектов. «Ибо единственное «свойство» материи, с признанием которого связан философский материализм, есть свойство быть объективной реальностью, существовать вне нашего сознания».

В основе современных научных представлений о строении материи лежит идея её сложной системной организации. Все виды материи связаны между собой генетически, т.е. каждый из них развивается из другого. Строение материи можно представить как определённую иерархию этих уровней.

В структуре материи можно выделить три основных уровня: микромир, макромир и мегамир.

Глубинные структуры материального мира представлены объектами элементарного уровня. Это прежде всего элементарные частицы. За исключением электрона, исследования которого начались ещё в ХIХ веке, все остальные были обнаружены в прошлом столетии. Элементарные частицы обладают одновременно и корпускулярными и волновыми свойствами, а закономерности их движения, изучаемые квантовой физикой, существенно отличаются от закономерностей движения макротел, описываемых в классической физике.

Элементарный уровень организации материи включает наряду с элементарными частицами и такой физический объект как вакуум. Физический вакуум – не пустота, а особое состояние материи. В вакуум погружены все частицы и физические тела.

Из элементарных частиц стоятся атомы, которые являются качественно специфическим видом материи. В результате взаимодействия атомов формируется следующий уровень организации материи – молекулы. На определённом этапе развития в рамках некоторых планетных систем создаются условия для формирования из молекул неживой природы материальных носителей жизни. Как и неживая природа, жизнь имеет ряд уровней своей материальной организации. Системы доклеточного уровня – нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биоорганизации; многоклеточные организации (растения, животные).

Особые уровни организации живой материи образуют популяции – сообщества особей одного вида, которые связаны между собой общим генофондом. Кроме популяций к уровням живой материи относятся виды и биоценозы. Последние образуются в результате взаимодействия некоторого множества популяций между собой и с окружающей средой. Так, лес – это биоценоз, в котором популяции живущих в нём животных, а также растений, грибов, лишайников, микроорганизмов взаимодействуют между собой, образуя целостную систему.

Взаимодействие биоценозов образует глобальную систему жизни – биосферу. В этой системе различные биоценозы взаимодействуют с воздушной оболочкой, через которую идёт теплообмен Земли с космическим пространством, с водной средой, с горными породами. При нарушении этих взаимодействий меняется вся сфера жизни на Земле.

Человек – часть сферы жизни на Земле. Возникнув в результате процесса антропосоциогенеза 40 тысяч назад, он постоянно увеличивает производственное воздействие на окружающую среду. Этот процесс постепенно возрастает и может привести к нарушению динамики биосферы.

40 тысяч лет назад в рамках биосферы начинает развиваться особый тип материальной системы – человеческое общество. Как особый уровень организации материи, человеческое общество существует в качестве результата совместной деятельности людей. Взаимодействие с окружающей природой осуществляется человеком в практической деятельности, которая представляет собой не просто потребление вещества природы. Человек, в отличие от животного, не просто пассивно приспосабливается к среде, он её активно преобразует, создаёт «вторую природу».

Искусственно созданные предметы и процессы «второй природы» не могут самопроизвольно возникнуть в нашей Мегагалактике. Эволюция создаваемой человеком искусственной природной среды есть особая линия развития материи, возможная только в человеческом обществе. В человеческой жизнедеятельности сталкиваются две линии саморазвития материи: естественная эволюция неживой и живой природы, а также искусственная, только в обществе реализуемая, эволюция материи. История человечества в этом контексте предстаёт как особый этап саморазвития материи. Наука подтверждает взаимосвязь всех уровней организации материи, включая человека и человеческое общество.

Пространство и время. Современные научные представления о пространстве и времени.

О том, что такое пространство и время, люди задумывались ещё в глубокой древности. В наиболее отчетливой форме представления о пространстве и времени сложились в виде двух противоположных концепций, названных впоследствии концепциями Демокрита/Ньютона и Аристотеля/Лейбница, или субстанциональной и реляционной.

Первая концепция допускала существование пространства как некой пустоты, не связанной с материальными предметами. При этом считалось также, что время представляет собой самостоятельную сущность, не связанную с материей и пространством.

Наоборот, с точки зрения второй концепции, не мыслились пространство и время, оторванные от вещей. В науке до конца ХIХ и начала ХХ в. господствовала первая концепция.

Древнегреческие философы Демокрит, Эпикур, Лукреций Кар и другие 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.

С развитием классической физики идеи Демокрита о сущности пространства и времени были развиты в трудах Бруно, Галилея, Декарта и других. Особенно большой вклад в этом отношении был сделан Ньютоном, искавшим при создании классической механики универсальную систему отсчета, относительно которой происходит механическое движение тел. В качестве такой универсальной системы Ньютон и выбрал пространство.

По Ньютону, пространство суть 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. Его различные части ничем не отличаются друг от друга, и, значит, пространственные отношения были всюду одними и теми же и описывались единой геометрией – геометрией Эвклида. Время суть чистая длительность, присущая любому единичному явлению самому по себе. Оно также абсолютно.

Абсолютность пространства и времени Ньютоном понималась в двух различных, хотя и взаимосвязанных, аспектах. Во-первых, «абсолютным пространством» Ньютон называл пустое и неподвижное по отношению к материи пространство (некое вместилище тел), с которым связывалась привилегированная система координат. Во-вторых, термин абсолютности употребляется для характеристики инвариантности, т.е. неизменности длин отрезков в любых системах отсчёта.

Аналогично понятие «абсолютное время» характеризовало его, с одной стороны, как чистую длительность, с другой стороны, как неизменность (инвариантность) временных интервалов в любых системах отсчета. Это означало, что всюду в пространстве существует единое «мировое» время, не зависящее от выбора системы координат и взаимного движения тел.

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

Однако, с одной стороны, Ньютон считает пространство бесконечным, а с другой – приписывает пространству неподвижность, неизменность и, стало быть, определённость.

Ньютон разграничил абсолютное и относительное пространство, время, место и движение.

1. Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, безо 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, совершаемая при посредстве какого-либо движения мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как то: час, день, месяц, год.

2. Место есть часть пространства, занимаемая телом, и по отношению к пространству бывает или абсолютным, или относительным…

3. Абсолютное движение есть перемещение тела из одного абсолютного места в другое, относительное – из относительного в относительное же.

Если можно так выразиться, у Ньютона абсолютное пространство было синонимом присутствия, - но не присутствия материи, а присутствия чего-то высшего, некоторого метафизического (сверхфизического) начала, которое и делает возможным тяготение как действие на расстоянии.

Абсолютное пространство и время у Ньютона необходимы для определения важнейшего понятия его физики – понятия силы. Сила в научной программе Ньютона есть причина реального движения, а не движения, так сказать, математического. А реальное движение – это движение в абсолютном пространстве. Иными словами, ньютоново понятие силы не является функциональным, а остаётся, так сказать, субстанциональным. То тело, которое движется в абсолютном пространстве, т.е. для которого абсолютное пространство является системой координат, обладает абсолютным движением, и соответственно изменение состояния такого тела требует приложения силы. Ньютон писал, что «истинно абсолютное движение не может ни произойти, не измениться иначе, как от действия сил, приложенных непосредственно к самому движущемуся телу, когда как относительное движение тела может быть и произведено и изменено без приложения сил к этому телу; достаточно, чтобы силы были приложены к тем телам, по отношению к которым это движение определяется».

Отсюда очевидно, что мы не можем судить, какого рода движением наделено тело – абсолютным или относительным, ибо у нас нет средств определить, в каком пространстве оно движется: ведь абсолютное пространство мы чувственно воспринимать не можем. Однако тут, по убеждению Ньютона, есть одно исключение: вращательное движение, проявления которого позволяют судить о том, прилагается ли реальная сила к данному телу или нет. «Проявления, которыми различаются абсолютное и относительное движения, состоят в силах стремления удалиться от оси вращательного движения, ибо в чисто относительном вращательном движении эти силы равны нулю, в истинном же и абсолютном они больше и меньше, сообразно количеству движения». Для подтверждения своей мысли Ньютон приводит знаменитый пример с ведром, наполненным водой, которое подвешено на веревке и с её помощью приведено во вращательное движение.

Вначале, хотя ведро вращается вокруг своей оси, вода в нём сохраняет плоскую поверхность, и это означает, по Ньютону, что она движется относительно – в данном случае относительно стенок сосуда. Но затем постепенно поверхность воды принимает форму воронки, и в этот момент она начинает двигаться абсолютным движением, о чем свидетельствует стремление воды удалиться от оси вращения. В этот момент, подчеркивает Ньютон, вода устанавливается неподвижно в отношении стенок ведра, зато движется в абсолютном пространстве.

Однако нельзя не отметить одного существенного противоречия, связанного с понятием абсолютного пространства Ньютона. В самом деле, если это пространство бесконечно, то в нём не может быть центра: понятие центра предполагает как угодно большое, но конечное тело. Сам Ньютон не замечал этого противоречия, но, как можно видеть в его «Системе мира», изложенное в третьей части «Начал», он реально имеет дело не с бесконечно большим пространством, а с тем пространством, которое простирается вплоть до неподвижных звезд. Более того, космическая механика Ньютона, в сущности, есть динамика Солнечной системы, и именно в ней ищет Ньютон центр мира.

Создание новой научной картины мира в начале ХХ века изменило научные и философские представления о пространстве и времени. Были заложены научные принципы релятивистской теории пространства и времени. В общефилософском смысле эта проблема была решена ещё в немецкой философии ХIХ века. Но научное обоснование она получила только с открытием теории относительности, которая подтвердила неразрывную связь пространства и времени с движущейся материей. В реальном физическом мире пространство и время изменяются при переходе от одной системы отсчёта к другой. Только тогда, когда скорости движения малы по отношению к скорости света, можно приблизительно считать, что размеры тел и ход времени остаются одними и теми же. При увеличении относительной скорости движения системы отсчёта пространственные интервалы сокращаются, а временные растягиваются. Теория относительности выявила глубокую связь между пространством и временем. Пространство и время определяются состоянием движущейся материи.

На данном этапе развития философии физики проводится последовательно материалистический взгляд на основные формы существования материи – пространство и время. На основании достижений науки и практики доказано, что пространство и время это объективные формы бытия материи, существующие вне и независимо от человека и его сознания.

В отличие от механицистов, рассматривающих пространство как неподвижное, независимое от материи вместилище, диалектический материализм показывает зависимость свойств пространства и времени от движущейся материи. В науке эта идея связана с именем Н.И.Лобачевского. Он впервые в истории науки высказал мысль о существовании зависимости между геометрическими свойствами пространства и характером движения материальных объектов.

Современная наука и философия отвергают метафизическую трактовку пространства, согласно которой Вселенная характеризуется однотипными пространственно-временными отношениями. Единство мира не следует понимать как единообразие его строения. Напротив, единство мира предполагает его неисчерпаемость как в отношении пространственных и временных форм, так и в отношении законов движения материи.

Пространство и время обладают определёнными свойствами. К всеобщим свойствам пространства и времени относятся: объективность и независимость от сознания человека; абсолютность в качестве атрибутов материи; неразрывная связь друг с другом и с движением материи; зависимость от структурных отношений и процессов развития в материальных системах; единство прерывного и непрерывного в их структуре; количественная и качественная бесконечность.

Пространство и время по своей природе бесконечны и конечны. Бесконечность пространства складывается из конечных протяжённостей отдельных материальных объектов, а бесконечность времени – из конечной длительности отдельных материальных процессов.

Пространство и время представляют собой единство прерывности непрерывности. Противоречивость пространства связана с наличием его протяженности и структурности, а противоречивость времени – с бесконечной длительностью и сменой моментов. Философское понимание сущности пространства и времени заключается в признании того, что пространство и время являются основными объективно-реальными формами бытия движущейся материи и в то же время обладают своими специфическими свойствами.