Пространство и время

Введение 

 
В обыденной жизни мы постоянно  сталкиваемся с понятием пространства и времени, для нас это нечто  привычное, известное и даже к  какой-то мере очевидное. Однако в истории  философии и естествознания напряженно обсуждались сложные вопросы, которые  возникали вместе с попытками понять значение этих понятий.  
Прошло более 2500 лет с той поры, как было положено начало осмыслению времени и пространства, тем не менее, и интерес к проблеме и споры философов, физиков и представителей других наук вокруг определения природы пространства и времени нисколько не снижаются. Значительный интерес к проблеме пространства и времени естественен и закономерен, влияния данных факторов на все аспекты деятельности человека нельзя переоценить. Понятие пространства - времени является важнейшим и самым загадочным свойством Природы или, по крайней мере, человеческой природы. Представление о пространстве времени подавляет наше воображение. Недаром попытки философов античности, схоластов средневековья и современных ученых, владеющих знанием наук и опытом их истории, понять сущность времени – пространства не дали однозначных ответов на поставленные вопросы.  
Наряду с интерпретацией времени – пространства философией физики существуют многочисленные теории философов, придерживающихся идеалистических взглядов, так Анри Бергсон утверждал, что время может быть познано только нерациональной интуицией, а научные концепции, представляющие время, как имеющее какое-либо направление, неверно интерпретируют реальность.  
Основной целью работы является изучение понятий «время» и «пространство»: значение, развитие, научная значимость. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Значение понятий  пространства и времени для научного познания. 

 
Пространство и время  являются весьма сложными естественнонаучными  и философскими категориями.  
Пространство и время есть понятия для отображения объективно существующих свойств материальных тел либо их связей. Свойства предметов материального Мира весьма в общем случае индивидуальны, разнообразны, они относительно устойчивы. Между тем понятия пространство и время универсальны как для отдельных предметов, так и для систем, включающих эти тела; эти понятия служат для отображения мгновений развития материальных тел. Все это заставляет нас остановиться на предположении, что понятия пространство и время отображают объективно существующие связи предметов действительного Мира.  
Действительный Мир, как некое целое представляет собой совокупность объектов, образующих бесконечную последовательность структур разного порядка малости (субмикромир, микромир, макротела, мегамир и др.).  
Пространство - это понятие, отражающее связь материальных объектов одного порядка малости.  
Пространство отображает связь между частями целого. Говоря о размерах, расстоянии предполагается, что эти величины изменчивы, в любой фиксированный момент развития они различны. Следовательно, пространство есть понятие для отображения момента развития материального объекта, оно отображает не длительные, устойчивые связи или взаимоотношения на некотором этапе развития, а отражают эти связи как момент развития.  
Установить закономерности взаимодействия тел, их движения можно лишь в том случае, когда используются соответствующие пространственные координаты. Пространство соответственно многомерно, и с учетом известных форм движения можно говорить о пространстве поступательного, вращательного, колебательного движений, пространстве крутильных колебаний.  
Пространство – это понятие для отображения мгновенных объективно существующих связей тел одного порядка малости в данной форме движения.  
Наиболее общая характеристика пространства — свойство объекта быть протяженным, занимать место среди других, граничить с другими объектами.  
Понятие время отражает связь тела с бесконечной последовательностью тел существовавших в прошлом, с теми, что есть в объективном мире сейчас, с теми телами, которые составляют бесконечную последовательность, уходящую в будущее. Когда мы говорим о времени, то мы имеем в виду, что некоторое фиксированное событие или объект есть лишь мгновение в последовательности сменяющих друг друга тел или событий, идущих из бесконечного прошлого и уходящих в бесконечное будущее. Но по законам диалектики эта бесконечная последовательность как некое снятое единство, есть нечто иное, есть некая новая единая сущность, частью которой является данный объект. Это новое единое целое есть объект высшего по размерам порядка. Следовательно, время – понятие для отображения объективно существующей связи данного предмета с материальным объектом большего по размерам порядка.  
Время одномерно и не зависит от выбора системы координат. Когда имеется в виду бесконечная последовательность тел, существовавших до настоящего момента, и последовательность, которая будет существовать потом, то полагается, что эта последовательность включает в себя все тела различного порядка малости, т.е. представляет собой бесконечный Мир как целое.  
Время – это понятие, служащее для отображения мгновенной объективно существующей связи между данным конечным телом и движущейся материей, т.е. бесконечным Миром как целым в самом его широком смысле.  
Материальный мир состоит из структурных объектов, которые находятся в движении и развитии, представляющие собой процессы, которые развертываются по определенным этапам.  
Категории пространства и времени выступают как формы бытия материи. Существует две концепции пространства и времени:  
- субстанциальная — рассматривает пространство и время как особые сущности, которые существуют сами по себе, независимо от материальных объектов (Демокрит, Эпикур, Ньютон);  
- реляционная — рассматривает пространство и время как особые отношения между объектами и процессами и вне их не существуют (Лейбниц).  
Различают метрические (т.е. связанные с измерениями) и топологические (например, связность, симметрия пространства и непрерывность, одномерность, необратимость времени) свойства пространства и времени.  
Топологические характеристики описывают: прерывность и непрерывность, размерность, священность, ориентируемость.  
Метрические характеристики: кривизну, конечность и бесконечность, изотропность, гомогенность.  
Теория относительности вывела глубокую связь между пространством и временем, показав, что в природе существует единое пространство — время, а отдельно пространство и отдельно время выступают как его своеобразные проекции, на которые оно по-разному расщепляется в зависимости от характера движения тел. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Развитие взглядов на пространство и время от античности до Ньютона. 

 
Понятие времени возникло на основе восприятия человеком смены событий, предоставленной смены состояний  предметов и круговорота различных процессов.  
Естественнонаучные представления о пространстве и времени прошли длинный путь становления и развития. Самые первые из них возникли из очевидного существования в природе и в первую очередь в макромире твердых физических тел, занимающих определенный объем. В анализе античных доктрин о пространстве и времени остановимся на двух наиболее полно исследовавших данный вопрос: атомизме Демокрита и системе Аристотеля.  
Атомистическая доктрина была развита материалистами Древней Греции Левкиппом и Демокритом и во многом предвосхитила фундаментальные открытия ученных прошлого века. Согласно, этой доктрины, всё природное многообразие состоит из мельчайших частичек материи (атомов), которые двигаются, сталкиваются и сочетаются в пустом пространстве. Атомы (бытие) и пустота (небытие) являются первоначалами мира. Атомы не возникают и не уничтожаются, их вечность проистекает из отсутствия начала у времени. Атомы двигаются в пустоте бесконечное время, которому соответствует бесконечное время. По Демокриту атомы физически неделимы в силу плотности и отсутствия в них пустоты. Сама же концепция была основана на атомах, которые в сочетании с пустотой образуют всё содержание реального мира. В основе этих атомов лежат амеры (пространственный минимум материи). Отсутствие у амеров частей служит критерием математической неделимости. Атомы не распадаются на амеры, а последние не существуют в свободном состоянии. Это совпадает с представлениями современной физики о кварках. Характеризуя систему Демокрита как теорию структурных уровней материи - физического (атомы и пустота) и математического (амеры), мы сталкиваемся с двумя пространствами: непрерывное физическое пространство как вместилище и математическое пространство, основанное на амерах как масштабных единицах протяжения материи. В соответствии с атомистической концепцией пространства у Демокрита сложились представления о природе времени и движения. В дальнейшем они были развиты Эпикуром в стройную систему. Эпикур рассматривал свойства механического движения исходя из дискретного характера пространства и времени. Например, свойство изотахии заключается в том, что все атомы движутся с одинаковой скоростью. На математическом уровне суть изотахии состоит в том, что в процессе перемещения атомы проходят один атом пространства за один атом времени. Аристотель начинает анализ с общего вопроса о существовании времени, затем трансформирует его в вопрос о существовании делимого времени. Дальнейший анализ времени ведётся Аристотелем уже на физическом уровне, где основное внимание он уделяет взаимосвязи времени и движения. Аристотель показывает, что время немыслимо, не существует без движения, но оно не есть и само движение. В такой модели времени впервые реализована реляционная концепция.  
Пространство для Аристотеля выступает в качестве некоего отношения предметов материального мира, оно понимается как объективная категория, как свойство природных вещей. Аристотелю удалось создать самую совершенную, для своего времени модель пространства-времени, просуществовавшую более двух тысячелетий.  
В доньютоновский период развитие представлений о пространстве и времени носило преимущественно стихийный и противоречивый характер. В это время зарождаются геометрические представления об однородном и бесконечном пространстве. Геоцентрическая система К. Птолемея представляла собой первую универсальную математическую модель мира, в которой время было бесконечным, а пространство конечным, включающим равномерное круговое движение небесных тел вокруг неподвижной Земли.  
Коренное изменение пространственной и всей физической картины произошло в гелиоцентрической системе мира, развитой Н. Коперником в работе «Об обращениях небесных сфер». Принципиальное отличие этой системы мира от прежних теорий состояло в том, что в ней концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела реальный эмпирический базис.  
Космологическая теория Д. Бруно связала воедино бесконечность Вселенной и пространства. Представляя Вселенную как «целое бесконечное», как «единое, безмерное пространство», Бруно делает вывод и о безграничности пространства, ибо оно не имеет края, предела и поверхности.  
Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени связано с рационалистической физикой Р. Декарта, который создал первую универсальную физико-космологическую картину мира. Декарт развил также представление о соотношении длительности и времени. Длительность, по его мнению, присуща материальному миру. Время же — присуще человеку и потому является модулем мышления.  
Таким образом, развитие представлений о пространстве и времени в доньютоновский период способствовало созданию концептуальной основы изучения физического пространства и времени. Эти представления подготовили математическое и экспериментальное обоснование свойств пространства и времени в рамках классической механики. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Познание пространства и времени в классической науке.  

 
Вершиной классического естествознания стало творчество И. Ньютона. Именно он ввел господствовавшие в науке  до начала XX в. представления о пространстве и времени, известные как абсолютное пространство и абсолютное время. Это было сделано в его знаменитой книге «Математические начала натуральной философии». В ней Ньютон попытался объединить существующие в науке точки зрения на пространство и время.  
В своем описании, с одной стороны, он использовал представления о пространстве и времени как о внешних условиях бытия, в которые помещена материя и которые сохранились бы даже при исчезновении материи. С другой стороны, он сохранял понимание пространства и времени как протяженности и длительности материальных объектов, существующих во Вселенной.  
Раскрывая сущность пространства и времени, Ньютон предлагает различать два типа этих понятий: абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные) пространство и время.  
Разграничение абсолютного и относительного пространства и времени, произведенное Ньютоном, связано со спецификой человеческого познания, которое происходит на двух уровнях – эмпирическом и теоретическом. На эмпирическом уровне познания человек воспринимает пространство и время через свои органы чувств. Такое познание ограничено способностями познающей личности и не может адекватно передать реальность нашего мира. Лишь находясь на теоретическом уровне познания, человеческий разум способен представить пространство и время как абсолютные, универсальные и инерциальные системы отсчета.  
Абсолютное пространство и время Ньютона предстают перед нами в качестве самодовлеющих элементов бытия, существующих вне и независимо от каких-либо материальных процессов, как универсальные условия, в которые помещена материя. Это – «черный ящик». Правда, Ньютон считал, что как материя, так и пространство и время подвластны Богу, который является единственной подлинной реальностью.  
Бог, являясь существом непространственным и вневременным, неподвластен времени, в котором все изменчиво и преходяще. Он вечен в своем бесконечном совершенстве и всемогуществе и является подлинной сущностью всякого бытия. К нему не применима категория времени, Бог существует в вечности, которая является атрибутом Бога. Чтобы полнее реализовать свою бесконечную мудрость и могущество, он создал мир из ничего, творит материю, а вместе с ней пространство и время как условия бытия материи. Но когда-нибудь мир полностью осуществит заложенный в нем при творении божественный план развития и его существование прекратиться, а вместе с миром исчезнут пространство и время. И снова будет только вечность как атрибут Бога и его бесконечная вездесущность. Подобные взгляды выражались еще Платоном, Аврелием, Августином, Фомой Аквинским и их последователями.  
Проблема пространства и времени была тесно связана с концепциями близкодействия и дальнодействия. Дальнодействие мыслилось как мгновенное распространение гравитационных и электрических сил через пустое абсолютное пространство, в котором силы находят свою конечную цель благодаря божественному проведению. Концепция же близкодействия (Декарт, Гюйгенс, Френель, Фарадей) была связана с пониманием пространства как протяженности вещества и эфира, в котором свет распространяется с конечной скоростью в виде волн. Это привело в дальнейшем к понятию поля, от точки к точке которого и передавалось взаимодействие. Именно это понимание взаимодействия и пространства, развивавшееся в рамках классической физики, было унаследовано и развито далее в XX веке, после крушения гипотезы эфира, в рамках теории относительности и квантовой механики. Пространство и время вновь стали пониматься как атрибуты материи, определяющиеся ее связями и взаимодействиями.  
Современное понимание пространства и времени было сформулировано в теории относительности А. Эйнштейна, по-новому интерпретировавшей реляционную концепцию пространства и времени и давней ей естественнонаучное обоснование.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 
Проблема времени и пространства всегда интересовала человека. Пространство и время как всеобщие и необходимые формы бытия материи являются фундаментальными категориями в современной физике и других науках. Физические, химические и другие величины непосредственно или опосредованно связаны с измерением длин и длинностей, то есть пространственно-временных характеристик объектов. Поэтому расширение и углубление знаний о мире связано с соответствующими учениями о пространстве и времени.