Физическая картина мира

уровне эмпирического познания материального мира понятия "пространства" и

"времени" ограничены чувствами  и свойствами познающей личности, а не

объективными признаками реальности как таковой. Поэтому они выступают в

качестве относительного времени и пространства.

Ньютоновское понимание пространства и времени вызвало неоднозначную  реакцию со

стороны его современников —  естествоиспытателей и философов. С критикой

ньютоновских представлений о  пространстве и времени выступил немецкий ученый

Г.В. Лейбниц. Он развивал реляционную концепцию пространства и

времени, отрицающую существование  пространства и времени как абсолютных

сущностей.

Указывая на чисто относительный (реляционный) характер пространства и  времени,

Лейбниц пишет: "Считаю пространство так же, как и время, чем-то чисто

относительным: пространство — порядком сосуществовании, а время —

порядком последовательностей".

Предвосхищая положения теории относительности Эйнштейна о неразрывной связи

пространства и времени с  материей, Лейбниц считал, что пространство и время

не могут рассматриваться в "отвлечении" от самих вещей. "Мгновения в отрыве

от вещей ничто, — писал он, — и они имеют свое существование в

последовательном порядке самих  вещей".

Однако данные представления Лейбница не оказали заметного влияния на

развитие физики, так как реляционная  концепция пространства и времени была

недостаточна для того, чтобы  служить основой принципа инерции  и законов

движения, обоснованных в классической механике Ньютона. Впоследствии это

было отмечено и А. Эйнштейном.

Успехи ньютоновской системы (поразительная  точность и кажущаяся ясность)

привели к тому, что многие критические  соображения в ее адрес обходились

молчанием. А ньютоновская концепция пространства и времени, на основе

которой строилась физическая картина  мира, оказалась господствующей вплоть до

конца XIX в.

Основные положения этой картины  мира, связанные с пространством и временем,

заключаются в следующем.

     - Пространство считалось бесконечным, плоским, "прямолинейным",

евклидовым. Его метрические свойства описывались геометрией Евклида. Оно

рассматривалось как абсолютное, пустое, однородное и изотропное (нет

выделенных точек и направлений) и выступало в качестве "вместилища"

материальных тел, как независимая от них инерциальная система.

- Время понималось абсолютным, однородным, равномерно текущим. Оно идет

сразу и везде во всей Вселенной "единообразно и синхронно" и  выступает как

независимых материальных объектов процесс  длительности, Фактически классическая

механика сводила время к  длительности, фиксируя определяющее свойство времени

"показывать последовательность  события”. Значение указаний времени  в

классической механике считалось  абсолютным, не зависящим от состояния  движения

тела отсчета.

- Абсолютное время и пространство  служили основой для преобразований

Галилея-Ньютона, посредством которых  осуществлялся переход к инерциальным

системам. Эти системы выступали в качестве избранной системы координат в

классической механике.

- Принятие абсолютного времени  и постулирование абсолютной  и универсальной

одновременности во всей Вселенной  явилось основой для теории

дальнодействия. В качестве дальнодействующей силы выступало тяготение,

которое с 6есконечной скоростью, мгновенно  и прямолинейно распространяло силы

на бесконечные расстояния. Эти  мгновенные, вневременные взаимодействия

объектов служили физическим каркасом для обоснования абсолютного пространства,

существующего независимо от времени.

До XIX в. физика была в основном физикой вещества, т. е. она

рассматривала поведение материальных объектов с конечным числом степеней

свободы и обладающих конечной массой покоя. Изучение электромагнитных явлений  в

XIX в. выявило ряд существенных  отличий их свойств по сравнению  с механическими

свойствами тел.

Если в механике Ньютона силы зависят от расстояний между телами и направлены по

прямым, то в электродинамике (теории электромагнитных процессов), созданной  в

XIX в. английскими физиками М. Фарадеем и Дж. К. Максвеллом, силы

зависят от расстояний и скоростей  и не направлены по прямым, соединяющим тела.

А распространение сил происходит не мгновенно, а с конечной скоростью. Как

отмечал Эйнштейн, с развитием электродинамики  и оптики становилось все

очевиднее, что "недостаточно одной  классической механики для полного  описания

явлений природы". Из теории Максвелла вытекал вывод о конечной скорости

распространения электромагнитных взаимодействий и существовании

электромагнитных волн. Свет, магнетизм, электричество стали рассматриваться

как проявление единого электромагнитного  поля. Таким образом, Максвеллу удалось

подтвердить действие законов сохранения и принципа близкодействия благодаря

введению понятия электромагнитного поля.

Итак, в физике XIX в. появляется новое  понятие — "поля", что, по словам

Эйнштейна, явилось "самым важным достижением со времени Ньютона". Открытие

существования поля в пространстве между зарядами и частицами было очень

существенно для описания физических свойств пространства и времени.

Структура электромагнитного поля описывается с помощью четырех  уравнений

Максвелла, устанавливающих связь  величин, характеризующих электрические и

магнитные поля с распределением в пространстве зарядов и токов. Как заметил

Эйнштейн, теория относительности возникает из проблемы поля.

Специального объяснения в рамках существовавшей в конце XIX в. физической

картины мира требовал и отрицательный  результат по обнаружению мирового эфира,

полученный американским физиком А. Майкельсоном. Его опыт доказал

независимость скорости света от движения Земли. С точки зрения классической

механики, результаты опыта Майкельсона  не поддавались объяснению. Некоторые

физики пытались истолковать их как указывающие на реальное сокращение размеров

всех тел, включая и Землю, в  направлении движения под действием возникающих

при этом электромагнитных сил.

Создатель электронной теории материи X. Лоренц вывел математические

уравнения (преобразования Лоренца) для  вычисления реальных сокращений

движущихся тел и промежутков  времени между событиями, происходящими  на них, в

зависимости от скорости движения.

Как показал позднее Эйнштейн, в  преобразованиях Лоренца отражаются не

реальные изменения размеров тел  при движении (что можно представить лишь в

абсолютном пространстве), а изменения результата измерения в зависимости от

движения системы отсчета.

Таким образом, относительными оказывались и "длина", и "промежуток

времени" между событиями, и даже "одновременность" событий. Иначе говоря, не

только всякое движение, но и пространство, и время.

                    3. Свойства пространства и времени                   

Какие же основные свойства пространства и времени мы можем указать? Прежде всего

пространство и время объективны и реальны, т. е. существуют независимо

от сознания людей и познания ими этой объективной реальности. Человек все более

и более углубляет свои знания о  ней. Однако в истории науки и философии

существовал и другой взгляд на пространство и время — как только субъективных

всеобщих форм нашего созерцания.

Согласно этой точке зрения, пространство и время не присущи самим вещам, а

зависят от познающего субъекта. В  данном случае преувеличивается

относительность нашего знания на каждом историческом этапе его развития. Эта

точка зрения отстаивается сторонниками философии И. Канта.

Пространство и время являются также универсальными, всеобщими формами бытия

материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне

пространства или вне времени. У Гегеля высшей реальностью является абсолютная

идея, или абсолютный дух, который  существует вне пространства и вне  времени.

Только производная от абсолютной идеи природа развертывается в пространстве.

Важным свойством пространства является его трехмерность. Положение

любого предмета может быть точно  определено только с помощью трех независимых

величин — координат. В прямоугольной  декартовой системе координат это  — X,

У, Z., называемые длиной, шириной и высотой. В сферической системе

координат — радиус-вектор r и углы a и b (3. В цилиндрической системе — высота

г, радиус-вектор и угол а.

В науке используется понятие многомерного пространства (и-мерного). Это понятие

математической абстракции играет важную роль. К реальному пространству оно не

имеет отношения. Каждая координата, например, 6-мерного пространства может

указывать на какое-то любое свойство рассматриваемой физической реальности:

температуру, плотность, скорость, массу и т. д. В последнее время была

выдвинута гипотеза о реальных 11 измерениях в области микромира в первые

моменты рождения нашей Вселенной: 10 — пространственных и одно —  временное.

Затем из них возникает 4-мерный континуум (с лат. — непрерывное,

сплошное).

В отличие от пространства, в каждую точку которого можно снова и  снова

возвращаться (и в этом отношении  оно является как бы обратимым), время  — 

необратимо и одномерно. Оно течет из прошлого через настоящее к будущему.

Нельзя возвратиться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить

через какой-либо временной промежуток в будущее. Отсюда следует, что время

составляет как бы рамки для  причинно-следственных связей. Некоторые

утверждают, что необратимость времени и его направленность определяются

причинной связью, так как причина всегда предшествует следствию. Однако

очевидно, что понятие предшествования  уже предполагает время. Более прав

поэтому Г. Рейхенбах, который пишет: "Не только временной порядок, но и

объединенный пространственно-временной порядок раскрываются как

упорядочивающая схема, управляющая  причинными цепями, и, таким образом, как

выражение каузальной структуры вселенной".

Необратимость времени в макроскопических процессах находит свое воплощение в

законе возрастания энтропии. В обратимых процессах энтропия (мера

внутренней неупорядоченности  системы) остается постоянной, в необратимых  —

возрастает. Реальные же процессы всегда необратимы. В замкнутой системе

максимально возможная энтропия соответствует  наступлению в ней теплового

равновесия: разности температур в  отдельных частях системы исчезают и

макроскопические процессы становятся невозможными. Вся присущая системе

энергия превращается в энергию неупорядоченного, хаотического движения

микрочастиц, и обратный переход тепла в работу невозможен.

Писатель-фантаст Р. Брэдбери в  одной из своих повестей иллюстрирует свойство

необратимости и однонаправленности времени на примере эксперимента, который,

якобы, проводят существа, обитающие  в четвертом измерении, над землянами. Они

ставят над небольшим городком колпак, представляющий собой слой воздуха, в

котором время на одну секунду отстает  от течения времени в городке. Машины,

идущие в город или из города, самолеты, взлетающие в воздух, обнаруживают

вдруг невидимое препятствие и  вынуждены возвращаться обратно. И в самом

деле, невозможно вернуться во времени  на любую долю секунды, и этот колпак

является самым прочным препятствием для тех, кто мог бы проникнуть в город

или выйти из него.

Пространство обладает свойством однородности и изотропности, а время —

однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его

точек, а изотропность — в равноправии  всех направлений. Во времени все  точки

равноправны, не существует преимущественной точки отсчета, любую можно

принимать за начальную.

Указанные свойства пространства и  времени связаны с главными законами физики —

законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования

переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это — одно из

существенных выражений симметрии в мире. Симметрии относительно сдвига

времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии;

симметрии относительно пространственного сдвига (однородности пространства) —

закон сохранения импульса; симметрии  по отношению поворота координатных осей

(изотропности пространства) —  закон сохранения момента импульса, или углового

момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного

интервала, его инвариантность и  абсолютность по отношению ко всем системам

отсчета.

В современной науке используются также понятия биологического,

психологического и социального  пространства и времени.

     Биологическое пространство и время характеризуют особенности

пространственно-временных параметров органической материи: биологическое  бытие

человеческого индивида, смену видов  растительных и животных организмов.

     Психологическое пространство и время характеризуют основные перцептивные