Пространство и время - формы существования движущейся материи
Пространство и время - формы существования движущейся материи
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.
В
данном реферате будет сделана попытка рассмотреть фундаментальные категории
физической реальности, каковыми являются пространство и время. Разговоры об
этих категориях ведутся постоянно, а вопросы географии, особенно связанная как
с самостоятельным развитием природы, так и с изменением природы под влиянием
человека и его хозяйственной деятельности, сосредоточены вокруг них.
Важнейшее
значение пространства и времени, а также их взаимосвязи, в географии станет уже
ясно при рассмотрении связи древнейших наук на земле, а именно географии и
философии, которая осуществляется прежде всего через соотношение предметов их
исследований. Большую группу философских вопросов географии составляют ее
теоретические проблемы, связанные с конкретизацией таких философских категорий,
как ”материя”, ”движение”, ”пространство”, ”время”, ”отражение” и т.п.
Также
будет рассмотрена история взглядов на пространство и время в философии и науке.
Важно проследить то как с развитием наук менялось представление об этих
категориях и их взаимосвязи, и чем современное понимание этих вещей отличается
от представлений древних.
Основным
вопросом этой работы является значение пространства и времени в географии, т.е
географического пространства и времени, которому и будет уделено наибольшее
внимание. Будет рассмотрена хорологическая концепция А.Геттнера, возникшая в
начале ХХ в, когда география стала изучать тела и явления и в пространстве, и
во времени. В 1965 г. в журнале ”Природа” К.К.Марков опубликовал статью о
географическом пространстве и времени, в которой он показал серьезную
постановку вопроса о специфике географического пространства и времени. В наше
время также периодически появляются в печати статьи, посвященные проблеме
пространства и времени в географии, что ясно показывает что с развитием
географической науки не ослабевает интерес и к ее философским вопросам.
Основы концепций пространства и времени.
О том, что такое пространство и время, люди задумывались еще
в глубокой древности. В наиболее отчетливой форме представления о пространстве
и времени сложились в виде двух противоположных концепций, названных
впоследствии концепциями Демокрита-Ньютона и Аристотеля-Лейбница. Первая
концепция допускала существование пространства как некоторой пустоты, не
связанной с материальными предметами. При этом считалось также, что время
представляет собой самостоятельную сущность, не связанную с материей и
пространством. С точки зрения второй концепции, не мыслились пространство и
время, оторванные от вещей. В науке до конца XIX и начала ХХ в. господствовала
первая концепция. Древнегреческие философы Демокрит, Эпикур, Лукреций Кар и др.
пришли к пониманию пространства как пустоты исходя из своего атомистического
учения. Они считали, что для существования и движения атомов требуется пустота
- некое вместилище, где атомы, сочетаясь различным образом в движении, образуют
многообразие тел. С развитием классической физики идеи Демокрита о сущности
пространства и времени были развиты в трудах Бруно, Галилея, Декарта и др.
Особенно большой вклад в этом отношении был сделан Ньютоном, искавшим при
создании классической механики универсальную систему отсчета, относительно
которой происходит механическое движение тел. В качестве такой универсальной
системы Ньютон и выбрал пространство. По Ньютону, пространство суть пустое
абсолютное вместилище, в котором располагаются все тела как нечто внешнее по
отношению к нему. Все тела обладают протяженностью независимо от существования других
тел. Ньютон полагал, что пространство трехмерно, непрерывно, однородно и
изотропно. Его различные части ничем не отличаются друг от друга, и, значит,
пространственные отношения были всюду одними и теми же и описывались единой
геометрией - геометрией Евклида. Время суть чистая длительность, присущая
любому единичному явлению самому по себе. Оно также абсолютно. Абсолютность
пространства и времени Ньютоном понималась в двух различных, хотя и
взаимосвязанных, аспектах. Во-первых, "абсолютным пространством"
Ньютон называл пустое и неподвижное по отношению к материи пространство (некое
вместилище тел), с которым связывалась привилегированная система координат.
Во-вторых, термин абсолютности употребляется для характеристики инвариантности,
т.е. неизменности длин отрезков в любых системах отсчета. Аналогично понятие
"абсолютное время" характеризовало его, с одной стороны, как чистую
длительность, с другой стороны, как неизменность (инвариантность) временных
интервалов в любых системах отсчета. Это означало, что всюду в пространстве
существует единое "мировое" время, не зависящее от выбора системы
координат и взаимного движения тел. Ньютоновские представления о пространстве и
времени удовлетворяли потребностям классической физики, так как была найдена
универсальная система отсчета, относительно которой совершалось любое
механическое движение, - абсолютное пространство.
Далее рассмотрим кратко сущность второй концепции
пространства и времени. Аристотель, выступая против идеи атомистического
строения мира, отбросил вместе с ней и идею пустого пространства. С точки
зрения Аристотеля, пространство представляет собой совокупность мест занимаемых
телами. Иными словами, пространство - это порядок взаимного расположения
множества различных тел, а время - порядок сменяющих друг друга явлений и
состояний тел, т.е. время связывалось с движением, изменением тел. Дальнейшее
развитие вторая концепция получила в трудах Лейбница, Гюйгенса, Дидро и др.
Согласно Лейбницу, пространство и время не могут существовать вне материи и процессов,
происходящих в ней. Лейбниц выступал против Ньютоновского понимания чистой
протяженности и чистой длительности. С точки зрения диалектического
материализма пространство и время неразрывно связаны между собой и с движущейся
материей, формами существования которой они являются. По этой концепции бытие
вне времени есть такая же величайшая бессмыслица, как бытие вне пространства,
пространство и время без материи - пустые представления, абстракции,
существующие только в нашей голове. Конечно, в диалектико-материалистической
концепции раскрыта сущность пространства и времени в основном с общефилософских
позиций. Однако с развитием современной науки ее выводы получили
естественно-научное подтверждение. Научное определение пространства и времени,
и также более или менее полное раскрытие их свойств связано с развитием
современной науки, прежде всего физики и философии. В настоящее время, как мне
кажется, достаточно точно выражается сущность пространства и времени в
следующих определениях. "Пространство - это совокупность отношений
выражающих координацию материальных объектов, их расположение друг относительно
друга и относительную величину (расстояние и ориентацию). Пространство выражает
порядок расположения одновременно существующих объектов, их протяженность.
Время - совокупность отношений, выражающих координацию сменяющих друг друга
состояний (явлений), их последовательность и длительность". Приведенные
определения носят диалектико-материалистический характер. Они показывают
невозможность дать понятия пространства и времени в их отрыве от материи,
невозможность их рассмотрения как некоторых абсолютно самостоятельных
сущностей. Здесь пространство и время не мыслятся иначе, как определенные
свойства бесконечной совокупности материальных объектов. Только через существование
последних, благодаря тому, что они обладают протяженностью, размерами, взаимным
расположением друг относительно друга, последовательностью смены состояний и
длительностью их бытия, мы можем понять, что такое пространство и время.
Зависимость пространства и времени от материи определяет и все их основные
свойства. При этом следует подчеркнуть, что хотя они в равной степени есть
формы существования материи, однако между ними есть и различия. А поэтому они
имеют ряд свойств, как общих, так и отличающих их друг от друга.
Общим свойством, во-первых, является их объективность.
Поскольку материя не зависит от сознания людей, постольку пространство и время
также независимы от него. В этот вопрос идеалисты внесли путаницу. Так, Беркли
считал, что пространство есть не что иное, как сосуществование ощущений в духе,
субъекте; время - последовательность ощущений. По Канту, пространство и время
есть априорные (доопытные) формы чувственности. Накладываясь на хаос ощущений,
эти априорные формы упорядочивают их в пространстве и времени. Во-вторых, в
силу вечности существования материи, вечны пространство и время. Не может быть
такого положения, когда материя существовала бы или до того, как появились
пространство и время, как после того, как они уже исчезли. С попытками мыслить
пространство и время как имеющими начало или конец мы встречаемся у Гегеля,
Дюринга и др. У Гегеля природа развертывается сначала в пространстве, а затем
уже во времени. А следуя Дюрингу, необходимо вообще признать, что было время,
когда времени не было. Третьим свойством пространства и времени является их
бесконечность и безграничность. В применении к пространству безграничность
означает, что в какую бы сторону и на какое бы расстояние ни двигаться, нигде и
никогда мы не достигнем такой границы, которую можно считать пределом.
Бесконечность пространства проявляется в том, что как бы велики не были размеры
системы, всегда найдется такая система большего порядка, которая будет включать
в себя первую систему в качестве одного из своих элементов. Относительно
времени безграничность и бесконечность проявляются в отсутствии событий, после
которых уже не будет никакой длительности, не будет неисчислимого количества
процессов, следующих один за другим. В-четвертых, пространство и время обладают
свойствами абсолютности и относительности. Причем абсолютность здесь мыслится
не в ньютоновском смысле. Она проявляется в том, что, независимо от смены
явлений, от любых изменений в материальных телах, пространство и время
объективно существуют. Иначе говоря, ни один материальный объект, какими бы он
свойствами ни обладал, не может оказаться вне времени и пространства. Вместе с
тем свойства пространства и времени могут изменяться с изменением свойств
материи. Например, в зависимости от материальных условий может изменяться
кривизна пространства (что нашло отразилось в создании неевклидовых геометрий).
Эйнштейн показал, что в разных инерциальных системах отсчета длины отрезков и
промежутки времени различны. Эти примеры свидетельствуют об относительности
пространства и времени. Важным свойством является то, что пространство и время
непрерывны и вместе с тем прерывны (дискретны). Непрерывность пространства и
времени выражается в том, что между любыми двумя элементами пространственной
протяженности всегда существует такой элемент протяженности, который соединяет
оба первых в единую пространственную протяженность. Точно так же между двумя
любыми временными интервалами всегда найдется третий, соединяющий их в единую
временную длительность. Прерывность пространства и времени заключается в том,
что они включают элементы, различающиеся по своим внутренним свойствам, по
структуре, т.е. по своим качественным характеристикам.
Отметим еще одно общее свойство пространства и времени. Этим
свойством является их внутренняя противоречивость. Предыдущие два свойства
являются примерами ее проявления. Бесконечность пространства и времени
складывается соответственно из конечных длительностей отдельных процессов.
Какие же свойства отличают пространство и время друг от друга? Частным свойством
пространства является его трехмерность. Она выражается, во-первых, в том, что
тело в пространстве сможет перемещаться в любом направлении: вверх, вниз,
вправо, влево, вперед, назад. Во-вторых, все материальные тела обладают
трехмерной пространственной формой - протяженностью в длину, ширину и глубину.
Математически трехмерность пространства выражается во взаимооднозначном
соответствии между его точками и тройками чисел – их координатами в заданной
произвольной системе координат. Время, в отличие от пространства, одномерно.
Это означает, что если задано начало отсчета во времени, то начало или конец
какого-либо процесса, длина временного промежутка будут описаны одним числом.
Кроме того, время обладает свойством необратимости. Во времени невозможно движение
вспять. Оно течет всегда и всюду в одном и том же направлении: от прошлого к
настоящему, от настоящего к будущему. Отсюда, заметим попутно, следует
необратимость во времени причинно-следственных связей. Из вышеуказанных свойств
пространства и времени вытекает то, что пространство обладает свойствами
симметрии, а время - асимметрично. Симметричность пространства выражается в
том, что объекты, расположенные в одной части пространства, могут являться
зеркальным отражением материальных объектов в другой части пространства
относительно определенной линии. Имеет место и симметрия пространства
относительно оси вращения его около произвольной точки. Симметрия пространства
проявляется в симметричной конфигурации различных материальных тел. Например, в
форме кристаллов, строения бабочек. В классической физике и специальной теории
относительности господствующее значение имеют постулаты об однородности и
изотропии пространства и однородности времени, вытекающие из их свойств.
Однородность пространства состоит в равноправии всех его точек, а изотропия - в
равноправии всех его направлений. Однородность времени предполагает равноправие
всех моментов времени. Это значит, что в каждой точке пространства, в любом
направлении и в любой момент времени законы физики действуют одинаково.
Изменение представлений о пространстве и времени, связанное с созданием
неевклидовых геометрий, открытием специальной теории относительности, вызвало
большой резонанс и в области философии. Ряд философов и физиков пришли к
выводу: поскольку наши представления о пространстве и времени меняются,
следовательно, они субъективны. Между тем абстрактные понятия пространства и
времени являются относительными, они могут изменяться, уточняться с развитием
науки, однако отсюда не следует, что изменяются в зависимости от этого,
приспосабливаясь к нашему опыту, объективные пространство и время. Изменчивость
представлений о пространстве и времени означает лишь, "что наш опыт"
и наше познание все более приспосабливаются к объективному пространству и времени,
все правильнее и глубже их отражая. Обоснование объективности пространства и
времени имеет актуальное значение для современной физики, встретившейся с их
новыми свойствами в области микромира. Открытие неевклидовых геометрий, наряду
с доказательством материальности электромагнитного поля, создали предпосылки
для коренного изменения представлений о пространстве и времени. С открытием
поля, по словам Эйнштейна, стала возможной победа над ньютоновским абсолютным
пространством, поскольку не стало отграниченных друг от друга предметов. Все
оказалось заполненным материей и не стало пустоты. Следующим важным моментом в
развитии физики было установление в 1881 г. американским физиком Майкельсоном
независимости скорости света относительно движущихся тел. В физике возникло
противоречие между законами классической физики и новыми открытиями.
Субстанциальная
и реляционная концепции пространства и времени.
Современное понимание пространства и
времени сложилось в итоге длительного исторического процесса познания,
содержанием которого, в частности, была борьба С- и Р-подходов к пониманию их
сущности.
Первая из указанных концепций
рассматривает пространство и время как самостоятельно (вне и независимо от
материи), предметно существующие, вторая - как не обладающие самостоятельным
бытием вне движения материальных объектов, как специфические отношения вещей,
явлений, процессов. В свете изложенного выше С-концепция представляется явно
несостоятельной. Дело, однако, в том, что приведенные выше определения
пространства и времени выражают, что очевидно, реляционную точку зрения и
потому лишь после ее обоснования могут служить основой для критики С-понимания
пространства и времени.
Исторически исходным (зародившимся
еще в донаучном мышлении) был Р-взгляд на пространство и время,- когда
пространственно-временные свойства вещей не отделялись от самих вещей. “Что
касается понятия пространства,- писал А.Эйнштейн,- то... ему предшествовало
психологически более простое понятие места. Место есть прежде всего (малая)
часть земной поверхности, которой присваивается какое-либо название. Вещь,
“место” которой определяется, есть “материальный предмет”... Простой анализ
показывает, что “место” является также группой материальных предметов”. С этой
точки зрения “пространство (или место) есть вид порядка материальных объектов”;
при этом, что ясно, “не имеет смысла говорить о пустом пространстве”. Таково
существо реляционной концепции пространства.
“Однако,- продолжал А.Эйнштейн,-
можно... мыслить иным образом. Мы можем поместить в какой-либо ящик определенное
количество зерен риса или вишен и т.п. Встает вопрос о свойстве материального
объекта, “ящика”, которое должно быть признано “реальным” в том же смысле, как
реален и сам ящик. Это свойство можно назвать “пространством” ящика. Могут
существовать и другие ящики, которые в этом смысле имеют “пространство”
различной величины. Понятие “пространство” приобретает смысл, который не
зависит от связи с отдельным материальным предметом. Таким образом, путем
естественного расширения понятия “пространство ящика” можно прийти к понятию
независимого (абсолютного) пространства, не ограниченного по протяженности, в
котором содержатся все материальные объекты. В этом случае материальный
предмет, не расположенный в пространстве, просто непонятен; с другой стороны, при
таком образовании понятия вполне мыслимо существование пустого пространства”.
Таково существо С-концепции.
Это понимание пространства было,
вспомним, важным элементом философии Демокрита. Именно существованием
абсолютной пустоты (пустого пространства) объяснялась в ней раздельность бытия
атомов(Атом Демокрита - абсолютно неделимая, не имеющая частей частица) и
состоящих из них вещей. Поэтому Демокрит и рассматривал пространство как
существующее в том же смысле, что и вещи. Его подход, что важно учитывать, был
обусловлен пониманием материи как однородной, однокачественной. В
естествознании С-концеп ция пространства и времени разрабатывалась прежде всего
И.Ньютоном как важный элемент его механики (далее мы остановимся на этом).
Поэтому атом неизменен, существуя вне
времени. Это означает, что в философии Демокрита содержится С-понимание
времени.
Если говорить о пространстве
(ситуация с временем аналогична), то очевидно, что выбор между его С- и
Р-пониманием зависит от ответа на вопрос: существует ли абсолютная пустота
(пустое пространство)? Современное естествознание отрицательно отвечает на этот
вопрос. В пользу этого имеются и философские соображения.
Еще Аристотель указывал, что в
пустоте не может быть различий - она, следовательно, бесструктурна и потому не
может обладать протяженностью, т.е. быть пространством. Это означает, что
пространство не обладает самостоятельным бытием, не существует без материальных
объектов, вещей. Но, вместе с тем, пространство - это не вещь.
В связи с этим утверждением рассмотрим
одно из рассуждений Зенона Элейского. Допустим, предлагал он, что тезис “все
существующее существует (находится) в пространстве” истинен. Тогда
пространство, как нечто существующее, должно существовать (находиться) в некоем
ином пространстве. Последнее, коль скоро оно существует, должно, в свою
очередь, существовать (находиться) уже в третьем пространстве, и т.д. до
бесконечности... Мысль Зенона можно представить (обозначив существующий объект
как О и пространство как П) так:
О <-- П (= О) <-- П1 (=
О) <-- П2 (= О) <-- ...
Это означает, что пространство либо
вовсе не существует, либо, если оно и существует, то непознаваемо...
Аристотель указал: исходный тезис
Зенона ложен, ибо отнюдь не все существующее существует (находится) в
пространстве. Где, в самом деле, существует (находится) кентавр, например, и
много ли места он там занимает?! - В пространстве существуют (находятся)
материальные вещи, но не, в частности, понятия. Истинен тезис “все вещи
существуют (находятся) в пространстве”. И “дурная” бесконечность возникает лишь
тогда, когда пространство рассматривается как вещь. Эту ситуацию можно
представить (обозначив вещь как В) так:
В <-- П (= В) <-- П1 (=
В) <-- П2 (= В) <-- ...
Но трудность, обнаруженная Зеноном,
исчезает, если не рассматривать пространство как вещь, не рассматривать его как
существующее в том же смысле, что вещи. Иначе говоря, Зенон доказал “лишь”
неприемлемость демокритовского (субстанциального) понимания пространства.
Итак, пространство - это не пустота и
не вещь. Поэтому Аристотель сделал вывод: пространство - это некие отношения
материальных вещей, начав разработку Р-концепции пространства (и времени).
Позднее выдающийся вклад в ее развитие внес Г.Лейбниц. Именно она является
основой понимания пространства и времени в фундаментальных теориях современного
естествознания (далее мы на этом остановимся).
Наконец, обратим внимание: при
диалектико-материалистическом понимании материи как неисчерпаемой излишне
понятие абсолютной пустоты, пустого пространства , и нет необходимости рассматривать
последнее как существующее в том же смысле, что и материальные объекты. Таким
образом, есть все основания для отказа от С-концепции, абсолютизирующей
известную самостоятельность пространства и времени и, соответственно, для
утверждения: пространство и время это всеобщие стороны, моменты движения
материи (Р-концепция).