Современная наука о единстве материи, движения, пространства и времени

Трехмерность макроскопического  пространства обусловлена(Это было выяснено “докритическим” И.Кантом) кулоновым характером господствующего в нем взаимодействия. Действительно, пусть мы имеем материальную точку (заряд) m1, порождающую центрально-симметричное силовое поле, m2 в котором находится материальная точка (заряд) m2. R Очевидно (при допущении однородности и изотропности пространства), что F - , где F - сила взаимо- m1 S

действия частиц, а S - величина геометрического места  точек, равно-

удаленных с m2 от m1 - центра поля. В двумерном, например, пространстве, поскольку S = 2 R, мы имели бы F - . Но по закону Кулона

F --. Этому соответствует  S R2, что имеет место только  в трехмерном пространстве. Отметим,  что только в последнем, как  показано современной теоретической  физикой, возможно устойчивое  существование атомов и планетных  систем.

Поскольку размерность пространства определяется конкретным характером взаимодействия материальных объектов, нет оснований считать трехмерность пространства его универсальным свойством. В условиях, где доминируют взаимодействия, отличные от кулоновых (микрои мегамир), должна отличаться от трех и размерность пространства.

Очень важна и для  философии, и для частнонаучного знания проблема пространственной бесконечности  и вечности материального мира. Эта  проблема очень сложна. Так, рассмотрение на современном уровне бесконечности пространства требует выделения его метрических и топологических свойств, анализа их обусловленности и так далее. Поэтому совсем кратко выделим следующее. Поскольку абсолютно изолированных объектов не существует (существовать - значит взаимодействовать), постольку всякий материальный объект - это элемент некоторой материальной системы. Но наряду с материей как единой и единственной субстанциальной основой мира вещей не существует ничего, что в каком-либо смысле могло ее ограничивать... Неисчерпаемость материи означает, подчеркнем, что пространственную бесконечность материального мира нельзя понимать как его “дурную” бесконечность. Что касается вечности материального мира, то решающим аргументом здесь является указание на несотворимость и неуничтожимость движущейся материи (нечто не возникает из ничего и не превращается в ничто).

В пользу тезиса (в) свидетельствует  вся история познания пространства и времени. Рассмотрим кратко основные этапы этого процесса.

Изучение механического  движения макротел (с нерелятивистскими скоростями) привело к созданию механики Ньютона, в рамках которой пространство - однородно и изотропно (ибо при любом переносе, пововороте в нем изолированной системы как целого ее механические свойства не меняются);

• бесконечно (тело сколь угодно долго сохраняет состояние равномерного движения при отсутствии взаимодействий);
• время - однородно (ибо закон сохранения энергии означает, что течение времени не меняет энергии изолированной системы);
• пространство и время не связаны друг с другом (ибо в механике Ньютона допускается существование бесконечной скорости передачи импульса, т.е. допускается существование вневременных процессов в пространстве).

Таким образом, рассмотрение движения как механического обусловило субстанциальное понимание пространства и времени как неких не связанных друг с другом и с движением материи ее вместилищ, “ящиков без стенок”. В рамках С-концепции пространства и времени, отметим, неразрешимы два, как минимум, вопроса: (1) что означает протяженность пустоты? (2) если пространство и время - условия всякого бытия, то каковы же тогда условия их собственного бытия?

Что касается механики Ньютона, то в ней была и специфическая  трудность: закон тяготения необходимо (ввиду отсутствия понятия поля) совмещался с идеей дальнодействия, но почему же тогда сила тяготения зависит от расстояния, если между телами - пустота?

Тем не менее ньютоново  понимание пространства и времени  было основным в науке вплоть до создания теории относительности. Ведь без признания существования  абсолютной пустоты, казалось, нельзя объяснить, в частности, отсутствие торможения в движении планет вокруг Солнца. Кроме того, понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, не связанных с материей, играли важную роль в концептуальном каркасе классической механики. Дело в том, что законы Ньютона справедливы лишь для инерциальных систем отсчета. Но существуют ли такие системы? Ясно, что вполне инерциальной может быть лишь система отсчета, не подверженная возмущающему влиянию со стороны материальных объектов, т.е. система отсчета, связанная с чем-то, что существует независимо от материи. Функцию строго инерциальной системы отсчета и выполняли в механике Ньютона субстанциально понимаемые абсолютное пространство и абсолютное время.

Исследование электромагнитых взаимодействий привело в конечном счете к созданию теории относительности (СТО), в рамках которой пространство и время неразрывно связаны друг с другом, ибо предельный характер скорости света, ограничивающей скорость передачи взаимодействий, указывает на невозможность процессов в пространстве, не требующих времени; с движением материи, ибо протяженность и длительность имеют смысл (определенное численное значение) лишь при указании системы отсчета, связываемой с телом отсчета.

Подчеркнем, что в СТО поле приобретает существенно новый статус, становясь важнейшим компонентом физической реальности .

Таким образом, в современной  науке нет места абсолютно  пустым пространству и времени, а  потому и С-пониманию их сущности. Отметим также, что в области  явлений, изучаемой СТО, идеализация абсолютно твердого тела уже не является оправданной, вследствие чего СТО отказывается от нее введением постулата ограниченности скорости передачи взаимодействий, что находит выражение во введении четырехмерного пространственно-временного многообразия (элементом которого является событие), описывающегося псевдоэвклидовой геометрией.

В этом контексте в  учебной (и не только) литературе иногда утверждается: “Теория относительности... выявила 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”.

Первая часть этого  утверждения бесспорна лишь в таком виде: на естественнонаучном уровне СТО “выявила глубокую связь между пространством и временем”. Ибо философия эту связь выявила и глубоко проанализировала задолго до СТО,- поэтому сводить дело к философским выводам из СТО (как в процитированном учебнике) неправомерно.Согласиться же с тем, что “в природе существует единое пространство-время, а отдельно пространство и отдельно время выступают как его своеобразные проекции”, нельзя. Эта идея Г.Минковского давно отвергнута современной наукой, как естествознанием (ее несостоятельность показал А.Эйнштейн), так и философией. Дело в том, что четырехмерное пространство-время - это концептуальное пространство- -время, на теоретическом уровне отражающее взаимоотношение реальных пространства и времени как качественно разных форм бытия материи. Исследование гравитационных взаимодействий привело к созданию общей теории относительности (ОТО), существенно обогатившей научные представления о движении материи и, соответственно, о пространстве и времени. ОТО доказала зависимость кривизны пространства от материи - источника гравитационного поля. Развитие космологии, в основе которого лежит главным образом ОТО, позволило поставить и в определенной мере решить ряд вопросов, касающихся структуры пространства и времени в наблюдаемой части Вселенной. Установлено, в частности, ее расширение. При этом для описания движения материальных объектов, изучаемого ОТО, потребовалось не только использовать геометрию Римана, но и учитывать ее изменение во времени. ОТО выявила также изменение временного ритма процессов в сильных полях тяготения.

Исследование движения микрообъектов (квантовая механика) привело к представлению о  дискретности пространства и времени. Дело в том, что при понимании  последних как непрерывных ряд наиболее содержательных физических величин (масса, заряд, энергия и др.), описывающих изучаемые квантовой механикой объекты, в ее уравнениях теряют физический смысл ввиду своей расходимости (бесконечности значений). Разрешить проблему удалось лишь введением “фундаментальной длины” - некоего минимального расстояния (Rmin), чем исключаются из рассмотрения взаимодействия на бесконечно малых расстояниях,- теория соответствует опыту лишь тогда, когда взаимодействия элементарных частиц учитываются в ней на расстояниях, не превышающих Rmin97. Дискретность пространства, ввиду существования предельной скорости передачи взаимодействий, влечет и дискретность времени.

Даже столь краткое  рассмотрение показывает: развитие пространственно-временных  представлений - результат углубления понимания движения, взаимодействия материальных объектов. Это свидетельствует в пользу тезиса “движение есть сущность времени и пространства”.

5.Современная  наука о единстве материи, движения, пространства и времени.

От философского понятия материи следует отличать естественнонаучные представления о конкретном строении материи, ее видах, свойствах, об отдельных материальных образованиях. Они ограничены уровнем, достигнутым наукой и практикой на данный момент, выражают исторически условные пределы в познании объективного мира. Категория же "материя" охватывает объективный мир как таковой, все, что существует вне и независимо от сознания.

Современная естественнонаучная картина мира конкретизирует и подтверждает основные принципы диалектического материализма о вечности, бесконечности, несотворимости и неуничтожимости материи, о ее структуре, фундаментальных свойствах и формах бытия.

Вооруженный электронным  микроскопом, спектроскопом, циклотроном, радиотелескопом и множеством других точнейших и сложнейших приборов, человек "увидел" то, что непостижимо зрению, услышал звуки, недоступные слуху живого существа. И здесь он столкнулся с необычными с точки зрения "здравого смысла" явлениями.

Современная наука доказала существование двух основных видов материи — вещества и поля. Они качественно отличаются друг от друга, но обладают общими признаками и свойствами, тесно связаны между собой и могут превращаться друг в друга.

Новейшая физика знает  три различных области материального  мира: макро-, микро - и мегамир. Они различны по своим масштабам и величине материальных объектов. Им присуще и качественное многообразие.

Макромир - воспринимаемый ощущениями человека мир. Этим диапазоном охватываются как мельчайшие частицы  вещества, образованные из молекул, как и огромные звездные системы — галактики. Движение тел в макромире подчиняется в основном законам Ньютона.

От макромира развитие познания пошло в двух противоположных  вправлениях: вглубь — в микромир и вширь — в мегамир.

Микромир — это "элементарные" частицы, ядра атомов, атомы.

Время протекания процессов  в микромире — миллиардные  доли секунды. Основной измеритель явлений  микромира — это квант действия, или постоянная Планка. Движение микрочастиц  описывается законами квантовой  механики, установленными М.Планком, Л. де Бройлем, Шрёдингером, В.Гейзенбергом, Дираком и другими учеными.

Вырисовываются уже  и контуры элементарного уровня микромира это мир праматерии, единого поля. Основными характеристиками явлений здесь наряду с квантом  действия и скоростью света выступает также элементарная длина - диаметр электрона. Физики В.Гейзенберг, П.Дирак, Д.Д.Иваненко, М.А.Марков и другие работают в направлении создания теории этой ступени развития материи. Здесь сегодня пока предел современных экспериментальных возможностей, предел, который непременно будет преодолен наукой.

"Вверх" от макромира,  бесконечно далеко, за пределами  доступной человеку части Вселенной,  простирается мегамир (от гр. мега  большой, в переносном смысле  — гигантский). Основные объекты  {учения этой области природы ~ сверхгалактики. Третий мир современной физики исследован еще чрезвычайно мало. Не создана стройная теория, охватывающая процессы и явления мегамира, и пока приходится иметь дело чаще всего с гипотезами.

Согласно одной из них в случае чрезвычайно больших расстояний жду телами, имеющих место в мегамире, закон всемирного тяготения Ньютона не действует. Американский ученый Цвикки даже указал расстояние, на котором кончается действие сил взаимного притяжения. Космические силы, разъединенные такими и большими расстояниями, двигаются в сопредельных просторах Вселенной, как бы не замечая друг друга. Их связь выражается другими сложными, еще не установленными закономерностями.

Другая гипотеза подчеркивает качественное своеобразие мегамира утверждает, что явление красного смещения, или расширения, Вселенной, наблюдаемое в его обозримой части, не имеет места. Объясняется это тем, что скорость разбегающихся галактик не может "взойти скорость света. Разбегание галактик в нашей области Вселенной являющейся частью мегамира, "компенсируется" их возможным сжатием в другой области. Причем эти процессы могут, происходит как одновременно, так и поочередно.