Как формы существования материи

Многообразие взглядов на пространство и время можно разделить на две группы вопросов. Во-первых, пространство и время существуют объективно или субъективно? Во-вторых, пространство и время субстанциональны или являются атрибутами субстанции?

Для идеализма свойственно отрицание объективного и всеобщего характера пространства и времени, так как они являются порождением внепространственной и вневременной духовной субстанции. Например, согласно Г.Гегелю (1770-1831) пространство и время возникают на определенном этапе развития абсолютной идеи. Вообще, для идеализма пространственно-временной характер материального мира есть свидетельство его неподлинности.

Согласно субъективному идеализму пространство и время являются формами восприятия субъекта. Для Д.Юма (1711-1776) они отражают привычные связи в восприятии человека. Дуалист И.Кант (1724-1804) субъективно-идеалистически утверждал, что данные нам пространство и время являются априорными (доопытными) формами чувственного созерцания действительности. Они характеризуют врожденную способность человека приводить в порядок явления. Кант исходил из того, что можно представить только одно пространство. Основой его выводов являлась единственность геометрии Евклида (IV-нач.IIIв. до н.э.). Открытие неевклидовых пространств (различных размерностей и кривизны) показало беспочвенность признания априорности восприятия пространства. Геометрию пространства должен определить опыт.

Некоторые идеалисты признавали объективный характер пространства, но отрицали объективность времени. А.Блаженный (345-430) считал, что времени как физической реальности нет: оно есть имя для обозначения изменения вообще.

В философии и науке сложились две основные концепции пространства и времени – субстанциональная (метафизическая) и реляционная (диалектическая). Они не связаны однозначно с материализмом или идеализмом. Здесь возможны любые сочетания. Основоположником субстанциональной концепции является Демокрит (460-370), а реляционной – Аристотель (384-322). Выделяют также субъективно-реляционную концепцию.

Согласно субстанциональной концепции пространство и время – особого рода сущности, субстанции, которые существуют сами по себе, независимо друг от друга и от материи. Эта концепция порождает плюралистический подход к объяснению мира. Согласно реляционной концепции, сформулированной Г.Лейбницем (1646-1716), пространство и время характеризуют систему отношений взаимодействующих объектов. Эта концепция нацеливает науку на поиски зависимости между определенными свойствами пространства и времени и соответствующими материальными процессами, которые их определяют. Обе эти концепции совместимы как с идеализмом, так и с материализмом.

В метафизическом подходе пространство неподвижно и неизменно – это пустота, вместилище тел. Время – вместилище событий - также носит абсолютный характер. Это равномерная и непрерывная длительность, где ничего не происходит, формально фиксирующая порядок следования и продолжительность процессов (мировые часы).

В классической физике существования абсолютных пространства и времени требовал принцип относительности Г.Галилея (1564-1642): справедливость законов механики для всех инерциальных систем отсчета. Их существование подразумевала гипотеза эфира, который якобы заполняет пространство и является носителем световых волн. Также сильным аргументом в пользу субстанциональной концепции был факт единственности евклидовой геометрии, в силу этого понимающейся как теория пространства.

Диалектическое понимание сводится к следующему. Пространство и время – это объективные и всеобщие формы существования движущейся материи. В.И.Ленин (1870-1924) писал: «В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени».

Пространство – форма существования материи, характеризующая протяженность и порядок расположения одновременно существующих объектов.

Специфическими свойствами пространства являются протяженность, однородность (отсутствие выделенных точек), изотропность (равноправность всех направлений) и трехмерность. Пространство характеризуется наличием у материальных объектов высоты, длины, ширины, углов, формы, объема.

Фундаментальным, эмпирически констатируемым свойством пространства является трехмерность: положение любого объекта можно определить с помощью трех независимых величин. Австрийский физик П.Эренфест показал, что устойчивые системы из двух тел, например атом или планетная система, могут существовать только в трехмерном пространстве. В пространстве более трех измерений не существовало бы замкнутых орбит.

Факт трехмерности реального пространства не противоречит существованию в науке понятия многомерного пространства, которое является чисто математическим, использующимся для описания взаимосвязи различного рода физических величин. Для фиксации события в реальном пространстве достаточно трех измерений.

Время – форма существования материи, характеризующая длительность и последовательность существования событий.

Специфическими его свойствами являются длительность, однородность, необратимость и одномерность. «Однонаправленность времени обусловлена асимметрией причинно-следственных отношений, общей необратимостью процесса развития материальных систем, невозможностью абсолютно полного повторения пройденных состояний и циклов изменения систем» [Мелюхин С.Т. Время // ФЭС, 1989. С.101].

Наличие у пространства и времени единого содержания – движущейся материи – указывает на взаимосвязь между ними. Диалектико-материалистическая концепция взаимосвязи материи, движения, пространства и времени подтверждается современной наукой. Физической теорией пространства и времени является теория относительности А.Эйнштейна (1879-1955), из которой следует, что абсолютные пространство и время не имеют физического смысла. Длина и временной промежуток перестают быть характеристиками объектов самих по себе, они становятся относительными, выражающими отношение объектов друг к другу. Релятивистское замедление времени и сокращение длины не иллюзия, а реально существующий эффект (для внешнего наблюдателя).

Специальная теория относительности (СТО, 1905) возникла как результат попыток Эйнштейна распространить действие физического принципа относительности Г.Галилея (1564-1642) на законы электродинамики, которые считались противоречащими ему. Это привело к пересмотру ньютоновских пространственно-временных представлений.

Согласно СТО пространственно-временные свойства объекта зависят от движения. С возрастанием скорости и приближением ее к скорости света в направлении движения объекты сокращаются по длине, а течение времени в них замедляется по сравнению с состоянием относительного покоя тел. Длина, временной интервал, понятие одновременности оказываются зависящими от взаимного расположения материальных объектов. Постулат постоянства скорости света, вытекающий из электромагнитной теории (1864) Максвелла (1831-1879), Эйнштейн подтвердил отказом от понятия абсолютного времени и пространства.

Если в СТО принцип относительности был связан только с инерциальными системами отсчета, то общая теория относительности (ОТО, 1916) явилась результатом распространения этого принципа и на неинерциальные системы отсчета. ОТО вскрыла зависимость пространственно-временных свойств от распределения гравитационных масс. Вблизи больших масс свойства пространства отклоняются от евклидовых (идеальных), а темп течения времени замедляется. При определенных условиях изменяются не только метрические, но и топологические (структурные) свойства пространства-времени.

Общая длительность процессов во Вселенной увеличивается. Кроме того, пространство Вселенной само движется подобно материальным объектам. Астрономические наблюдения показывают, что разбегание скоплений галактик во Вселенной происходит не столько за счет их собственного движения, сколько за счет расширения самого пространства (закон Хаббла, 1929). Согласно инфляционной космологии в первые мгновения ее существования скорость раздувания (инфляции) вакуума на порядки превосходила световую. Но это не противоречит теории относительности, так как расширение не было связано с установлением причинно-следственных связей в веществе (вещество и излучение к тому времени еще не образовались). Этот факт отвергает абсолютистские представления о неизменности пространства.

Следует отметить, что, во-первых, опытные предсказания ОТО (смещение перигелия орбиты Меркурия, отклонение световых лучей вблизи Солнца, красное смещение) объясняются также более 20 альтернативными теориями гравитации. Однако их эвристическое значение практически равно нулю. Во-вторых, ОТО дает наилучшее описание пространства-времени и гравитации. В-третьих, на основе ОТО были разработаны два фундаментальных направления современной физики – геометризированные единые теории поля и релятивистская космология. Выявилась связь этой теории с квантовой теорией на уровне астрофизических и космологических объектов, что является подтверждением теоретической и практической эффективности ОТО.

Ряд ученых попытались развить субъективистские концепции пространства и времени. Связь пространства-времени с тяготением была истолкована как их тождественность, что привело к попыткам геометризации материи. Подобно тому, как в концепции энергетизма исходным было движение, оторванное от материи, в геометрической картине мира субстанцией объявляется пространство-время. Материя трактуется либо как результат свертывания измерений абсолютного пространства, либо как его возбуждение (искривление). Сама ОТО не дает точного ответа – в ней геометризирована только гравитация.

Теория суперструн, новейшее направление в физике, продолжает обоснование физики геометрией. Колебанием и взаимодействием струн объясняется природа элементарных частиц, физических полей и структура пространства-времени. Теория предсказывает бесконечное число элементарных частиц, возможность существования новых фундаментальных взаимодействий и других Вселенных. Наша Вселенная предстает как результат развертывания трех из 9-10 пространственных измерений. В каждой ее точке находится 6-7 свернутых измерений. Теория находится в стадии становления и пока не имеет экспериментальных подтверждений [Найдыш, 2007, С.399-410]. Но речь здесь не идет о геометризации самой материи, так как начальным состоянием Вселенной является физический вакуум (вид материи).

Пространство-время – такая фундаментальная и общая форма бытия, качественное изменение которой возможно только при глубинной перестройке самой материи. Согласно инфляционной модели рождение пространственно-временных характеристик нашей Вселенной происходило в период так называемой квантовой космологии (от 10 в степени (-43) до 10 в степени (-34) сек).

Современная космология допускает, что Большая Вселенная состоит из множества миров со специфическими пространственно-временными свойствами и неизвестными нам материальными структурами.

Иногда выделяют биологическое, социальное, психологическое пространство-время. Однако в данных случаях речь идет не о качественно других пространство-временах, а о специфических свойствах биологических, социальных и психологических процессов, протекающих в макроскопическом пространстве-времени.