Лекция 4. Пространство, время, симметрия.
Представления о пространстве и времени. Специальная теория относительности. Общая теория относительности. Принципы симметрии. Законы сохранения.
Понятия пространства и времени
Можно сказать, что каждый объект характеризуется функциональной структурой входящих в него элементов, их расположением друг относительно друга, что делает любые объекты протяженными. Кроме того, каждый объект занимает какое-то место среди других объектов, граничит с ними. Эти общие свойства, выражают характеристики пространства.
Пространство есть форма бытия материи, характеризующая ее протяженность, структурность, сосуществование и взаимодействие элементов во всех материальных системах.
Все структурно разделенные объекты материального мира находятся в движении и развитии, представляют собой процессы, которые развертываются по определенным этапам, в них можно выявить сменяющие друг друга стадии. Смена этих стадий может характеризоваться определенной повторяемостью. Одна стадия может наступать быстрее, чем другая, т.е. характеризоваться понятием длительности. Сравнение различных длительностей может стать основой для количественных мер, выражающих скорость развертывания процессов, их темп и ритм. Если рассмотреть отношения длительностей как некоторые самостоятельные признаки процессов, то получим представление о времени как таковом. Время характеризует последовательность смены состояний и длительность бытия любых объектов и процессов, внутреннюю связь изменяющихся и сохраняющихся состояний.
Представление о времени и само понятие времени имеют смысл лишь постольку, поскольку мир находится в состоянии движения и развития. Если бы материя была бы вне движения, понятие времени не имело бы смысла.
Пространство и время относятся к числу важнейших форм бытия материи или ее атрибутов, без которых невозможно существование материи. В мире нет материи, не обладающей пространственно-временными свойствами, как не существует пространства и времени самих по себе вне материи или независимо от нее.
Развитие представлений о времени и пространстве
Для обыденного сознания характерно традиционное представление о пространстве и времени как о каких-то внешних условиях бытия, в которые помещена материя и которые сохранились бы, даже если бы эта материя исчезла. Такой взгляд приводил в прошлом к концепции абсолютного пространства и времени, получившей наиболее отчетливую формулировку в труде Ньютона «Математические начала натуральной философии». Здесь пространство и время определялись как две самодовлеющие сущности, существующие вне и независимо от каких-либо материальных процессов.
Лукреций в своей поэме «О природе вещей» говорил, что не существует времени самого по себе, вне движения и покоя тел. Первоначально понятие пространства как бесконечной пустоты и условия для движения тел, фигурировавшее в атомистике Демокрита, постепенно вытеснялось пониманием пространства как протяженности вещества и эфира. Гипотеза эфира как всепроникающей небесной субстанции использовалась еще Аристотелем, но в физике Нового времени стала исходным принципом волновой природы света и учения об электричестве. Эйнштейн говорил: «Пустого пространства, т.е. пространства без поля, не существует. Пространство и время существуют не сами по себе, а как структурное свойство поля».
Специальная теория относительности (СТО) показала ошибочность представления о существовании абсолютного пространства и абсолютного времени. Общая теория относительности (ОТО) выявила, что геометрия пространства-времени — не Евклидова, а Риманова.
Общие свойства пространства и времени
Из свойств материи быть объективной реальностью следует:
1. объективность пространства и времени; Пространство и время существуют независимо от сознания человека, т.е. они объективны.
2. абсолютность; Свойство абсолютности вытекает из признания тезиса о том, что бытие вне времени есть такая же бессмыслица, как и бытие вне пространства.
3. бесконечность, вытекающая из признания бесконечности материального мира.
4. относительность; представления о пространстве и времени относительны. Из этих относительных представлений складывается абсолютная истина, эти относительные представления, развиваясь, идут по линии абсолютной истины, приближаясь к ней.
Прерывность и непрерывность.
Длительность бытия объектов во времени выступает как единство прерывного и непрерывного. Предшествующие состояния непрерывно переходят в последующие. Прежде чем какое-то явление произойдет в будущем, должны осуществиться все предшествующие ему изменения, которые его вызывают. Но время как форма бытия материи складывается из множества последовательностей и длительностей существования конкретных объектов, каждый из которых существует конечный период. Поэтому и время характеризуется прерывностью бытия конкретных качественных состояний. Между всеми сменяющими друг друга качествами имеются внутренняя связь и непрерывный переход.
Вечность времени
Вечность времени вытекает из незыблемости законов сохранения материи и ее атрибутов, а также из закона причинности. Вечность времени означает бесконечную последовательность любых интервалов бытия в прошлом и будущем: столетий, тысячелетий и т.д. Вечность присуща лишь материи в целом, конечность проявляется в том, что любой конкретный предмет или система существует конечный промежуток времени, т.е. ограниченное время, и является преходящим.
Прошлое превращается в ходе изменений в последующие состояния материи, которые могут быть качественно отличны от предшествующих. В этом случае прошлого уже реально не существует, а имеется только настоящее в виде реально существующих и взаимодействующих объектов и материальных систем. Будущего тоже физически не существует, но оно должно возникнуть за счет трансформации в него современного состояния материи. Но в реально существующих системах имеются некоторые возможности будущих состояний и событий, вытекающие из законов их движения и развития. Однако не все возможности будущих систем присутствуют в настоящем, ибо сами возможности тоже возникают в процессе развития, а нереализованные исчезают, сменяясь новыми. Однозначной детерминации будущего прошлым нет, детерминация имеет вероятностный характер.
Необратимость времени
Всеобщим свойством времени, а точнее, временных отношений в материальных системах, является необратимость времени, означающая однонаправленное изменение от прошлого к будущему. Прошлое порождает настоящее и будущее и переходит в них. К прошлому относятся все те события, которые уже осуществились и превратились в последующие. Настоящее охватывает все те процессы, объекты, системы, которые реально существуют и способны к взаимодействию между собой. На прошлое нельзя воздействовать физически. Можно только изменить представления о прошлом в сознании реально существующих людей. Понятие настоящего многозначно, так как охватывает различный временной интервал.
Будущие события или материальные системы — это те, которые возникнут из настоящего и прошлого, из непосредственно предшествующих им событий и систем. На отдаленные будущие события также нельзя воздействовать, пока они не возникнут, так как реально они еще не существуют. Воздействовать можно на события настоящего и ближайшего будущего, которые из них непосредственно вытекают. Для объектов существующих систем настоящее время охватывает тот временной интервал, в течение которого они могут взаимодействовать между собой путем обмена энергией и информацией.
Одномерность времени
Из весьма общих свойств времени следует упомянуть одномерность, проявляющуюся в линейной последовательности событий, генетически связанных между собой. Если бы время имело не одно, а несколько, например, два или три измерения, то это означало бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с ним миры-двойники.