Пространство и время как формы бытия материи

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра философии

Пространство и время как формы бытия материи

Выполнила: Бельская Е.С.

Группа: ЭП-1-08

Институт (факультет): ИЭЭ

Лектор потока: Нанаенко В.Г.

Проверил: Нанаенко В.Г.

Казань 2010

Содержание

Введение

1. Развитие представлений о пространстве-времени до начала XX века

2. Современные представления о природе пространства и времени

3. Пространство и время на уровне микромира

4. Свойства пространства и времени

5. Вопрос о соотношении времени и вечности

6. Бесконечность пространства и времени

Заключение

Литература

Введение

Важнейшими формами бытия материи являются пространство и время:

пространство есть категория для обозначения протяженности и структурности всех материальных объектов;

время есть категория для обозначения длительности существования и последовательности смены состояний всех материальных объектов.

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. Понятие пространства - времени является важнейшим и самым загадочным свойством Природы или, по крайней мере, человеческой природы.

В истории философии существовали две точки зрения об отношении пространства и времени к материи. Первую из них можно условно назвать субстанциальной концепцией. В ней пространство и время трактовали как самостоятельные сущности, существующие наряду с материей и независимо от нее. Соответственно отношение между пространством, временем и материей представлялось как отношение между двумя видами самостоятельных субстанций. Это вело к выводу о независимости свойств пространства и времени от характера протекающих в них материальных процессов. Данной концепции придерживались представители диалектического материализма и представители классической физики. В диалектическом материализме пространство и время выступали в качестве фундаментальных форм существования материи. Классическая физика рассматривала пространственно - временной континуум как универсальную арену динамики физических объектов.

Вторую концепцию можно именовать реляционной (от слова relatio -- отношение). Она начала развиваться в XIX веке. Ее сторонники (а именно, представители неклассической физики - физики элементарных частиц, квантовой физики и др.) понимали пространство и время не как самостоятельные сущности, а как системы отношений, образуемых взаимодействующими материальными объектами. Вне этой системы взаимодействий пространство и время считались несуществующими. В этой концепции пространство и время выступали как общие формы координации материальных объектов и их состояний.

Некоторое время шли споры о том, какой из концепций отдать предпочтение. Но с созданием теории относительности А. Эйнштейна споры прекратились сами собой. Стало очевидным, что пространство и время - это неразрывно связанные между собой категории.

1. Развитие представлений о пространстве-времени до начала XX века

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. Рациональные идеи, согласующиеся с сегодняшними представлениями о времени - пространстве можно найти в учениях почти всех античных мыслителей. Так уже в учении Гераклита центральное место занимает идея всеобщего изменения - «Нельзя дважды вступить в одну и ту же реку. На входящего во второй раз текут уже новые воды».

В анализе античных доктрин о пространстве и времени остановимся на двух наиболее полно исследовавших данный вопрос: атомизме Демокрита и системе Аристотеля.

Согласно атомизму, 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.

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.

Измерить время и выбрать единицы его измерения можно с помощью любого периодического движения, но, для того чтобы полученная величина была универсальной, необходимо использовать движение с максимальной скоростью. В современной физике это скорость света, в античной и средневековой философии - скорость движения небесной сферы.

Пространство для Аристотеля выступает в качестве некоего отношения предметов материального мира, оно понимается как объективная категория, как свойство природных вещей. Космос у него был разделен на два уровня: земной и небесный. Земной уровень состоял из четырёх стихий - земли, воды, воздуха и огня; небесный - из эфирных тел, пребывающих в бесконеч-ном круговом движении. Аристотелю удалось создать самую совершенную, для своего времени, модель пространства - времени, просуществовавшую более двух тысячелетий.

Следующим значительным шагом в развитии представлений о природе пространства и времени были работы представителей классической физики.

Была сформулирована концепция абсолютного пространства и времени, получившая свою наиболее отчетливую формулировку в работе И. Ньютона “Математические начала натуральной философии”. Раскрывая сущность пространства и времени, Ньютон предлагает различать два вида понятий: абсолютные (истинные, материалистические) и относительные (кажущиеся, обыденные).

Абсолютное пространство по своей сущности, не связано с объектами, помещенными в него, и безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Абсолютное пространство, по мнению И. Ньютона, - это ящик без стенок. Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая опреде-ляется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел, и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное. Время и пространство составляют как бы вместилища самих себя и всего существующего. Этот взгляд близок к субстанциональному пониманию пространства и времени, хотя у Ньютона они и не являются настоящими субстанциями, как материя. Они обладают лишь одним признаком субстанции - абсолютной самостоятельностью существования и независимостью от любых конкретных процессов. Но они не обладают другим важным качеством субстанции - способностью порождать различные тела, сохраняться в их основе при всех изменениях тел. Такую способность Ньютон признавал лишь за материей, которая рассматривалась как совокупность атомов. Правда, материя - тоже вторичная субстанция после Бога, который сотворил мир, пространство и время и привел их в движение.

2. Современные представления о природе пространства и времени

Современные представления о природе пространства и времени строятся на теории относительности, созданной А. Эйнштейном. Теорию относительности можно рассматривать как концепцию, нацеленную на раскрытие диалектических связей в природе.

Теория относительности включает в себя две генетически связанные теории: специальную теорию относительности (СТО), основные идеи которой были сформулированы А. Эйнштейном в 1905 г., и общую теорию относительности (ОТО), работу над которой А. Эйнштейн закончил в 1916 г.

СТО возникла как результат попыток А. Эйнштейна распространить действие физического принципа относительности, известного еще со времен Галилея, на законы электродинамики, которые рассматривались как противоречащие последнему. А. Эйнштейн справился с этой задачей, но цена, которую он был вынужден заплатить за обобщение принципа физической относительности и распространение его на все законы физики, заключалась в пересмотре ньютоновских пространственно-временных представлений. СТО показала, что многие пространственно-временные свойства, считавшиеся до сих пор неизменными, абсолютными, фактически являются релятивными. Так, в СТО утратили свой абсолютный характер такие пространственно-временные характеристики, как длина, временной интервал, понятие одновременности. Все эти характеристики оказываются зависящими от взаимного движения материальных объектов.

Новые подтверждения правильности реляционной концепции пространства и времени дала ОТО. Если в СТО принцип относительности был связан только с инерциальными системами отсчета, то общая теория относительности явилась результатом распространения действия принципа относительности и на неинерциальные системы отсчета. Это в свою очередь привело к установлению тесной зависимости метрических свойств пространства-времени от гравитационных взаимодействий между материальными объектами. В СТО было установлено, что геометрические свойства пространства-времени зависят от распределения в них гравитационных масс. Вблизи тяжелых объектов геометрические свойства пространства начинают отклоняться от эвклидовых, а темп течения времени замедляется. ОТО нанесла удар по субстанциальной концепции пространства и времени.

Основное философское значение теории относительности состоит в следующем:

1. Теория относительности исключала из науки понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, обнаружив тем самым несостоятельность субстанциальной трактовки пространства и времени как самостоятельных, независимых от материи форм бытия.

2. Она показала зависимость пространственно-временных свойств от характера движения и взаимодействия материальных систем, подтвердила правильность трактовки пространства и времени как основных форм существования материи, в качестве содержания которых выступает движущаяся материя.

3. Теория относительности нанесла удар субъективистским, априористским трактовкам сущности пространства и времени, которые противоречили ее выводам.

Говоря о том, что теория относительности подтвердила понимание пространства и времени как коренных форм существования материи, нельзя думать, что теория относительности положила конец философским спорам об истолковании пространства и времени. Решив одни проблемы, теория относительности поставила другие. Философские споры вокруг теории относительности возникли сразу же при ее создании и не утихают по настоящее время.

3. Пространство и время на уровне микромира

В квантовой механике была найдена принципиальная граница применимости классических физических представлений к атомным явлениям и процессам. Квантовая механика была положена в основу бурно развивающейся физики элементарных частиц, количество которых достигает нескольких сотен, но до настоящего времени ещё не создана обобщающая теория.

В физике элементарных частиц представления о пространстве и времени столкнулись с ещё большими трудностями. Оказалось, что микромир является многоуровневой системой, на каждом уровне которой господствуют специфические виды взаимодействий и специфические свойства пространственно - временных отношений. Область доступных в эксперименте микроскопических интервалов условно делится на четыре уровня:

1. уровень молекулярно - атомных явлений,

2. уровень релятивистских квантовоэлектродинамических процессов,

3. уровень элементарных частиц,

4. уровень ультрамалых масштабов, где пространственно - временные

отношения оказываются несколько иными, чем в физике макромира.

В этой области по-иному следует понимать природу пустоты - вакуум. На этом уровне вакуум рассматривают как особый вид материи - как поле в состоянии с минимально возможной энергией (Е= - 13,6 эВ). Специфике микромира не соответствуют обыденные представления о соотношении части и целого.

В этих условиях были предприняты различные попытки принципиально нового истолкования пространства и времени. После создания теории относительности и квантовой механики учёные попытались объединить эти две фундаментальные теории. Первым достижением на этом пути явилось релятивистское волновое уравнение для электрона. Был получен неожиданный вывод о существовании антипода электрона - позитрона - частицы с противоположным электрическим зарядом. В настоящее время известно, что каждой частице в природе соответствует античастица.

Исторически первой квантовой теорией поля была квантовая электродинамика. Это пока единственная ветвь теории элементарных частиц, которая достигла высокого уровня развития и известной завершённости. В ней функционируют заимствованные понятия классической физики, основанные на концепции пространственно - временной непрерывности: точечность заряда, локальность поля, точечность взаимодействия и т. д.

Наличие этих понятий влечёт за собой существенные трудности, связанные с бесконечными значениями некоторых величин (масса, собственная энергия электрона, энергия нулевых колебаний поля и т.д. ). Эти трудности учёные пытались преодолеть путём введения в теорию понятий о дискретном пространстве и времени. Такой подход намечает выход из неопределённости бесконечности, так как содержит фундаментальную длину - основу атомистического пространства. К примеру, существуют сильные подозрения, что на глубинных этажах микромира пространство и время прерывны. Полагают, что они, как излучение, «квантованы», т.е. складываются из мельчайших неделимых «порций». Прогнозируемый «квант» пространства может иметь размер порядка 10^-33 см (планковская длина, демонстрирующая масштаб проявления квантовых свойств). Соотношение этой длины с размером ядра атома примерно того же порядка, что и соотношение размеров человека и диаметра нашей Галактики. Для времени аналогичная величина составляет 10 ^{- 43} сек. До реального проникновения в такие масштабы современной науке еще далеко. Но если эта гипотеза когда-либо подтвердится, то философы наконец вздохнут с облегчением: апории Зенона Элейского найдут в этом случае свое удовлетворительное разрешение. Конечный отрезок перестанет состоять из бесконечного количества частей.

4. Свойства пространства и времени

Общие свойства, характеризующие пространство и время, вытекают из их характеристик как основных, коренных форм существования материи. К свойствам пространства относятся протяженность, однородность и изотропность (изотропность - это идентичность физических свойств во всех направлениях), трехмерность. Время обычно характеризуется такими свойствами, как длительность, одномерность, необратимость, однородность.

Что касается таких свойств, как длительность времени и протяженность пространства, то их трудно называть свойствами, поскольку они совпадают с самой сущностью пространства и времени. Ведь протяженность и проявляется в способности тел существовать одно подле другого, а длительность в способности существовать одно после другого, что и выражает сущность пространства и времени как форм существования материи.

К наиболее характерным свойствам пространства относится его трехмерность. Положение любого объекта может быть определено с помощью трех независимых величин. Факт трехмерности реального физического пространства не противоречит существованию в науке понятия многомерного пространства с любым числом измерений (в теории супергравитации, например, использованы 11 измерений пространства-времени, из которых семь - скрытые). Понятие многомерного пространства является чисто математическим понятием, которое может быть использовано для описания взаимосвязи различного рода физических величин, характеризующих реальные процессы. Если же речь идет о фиксации события в реальном физическом пространстве, то при использовании любой системы координат трех измерений всегда будет достаточно. И хотя до сих пор вопрос об обосновании трехмерности пространства является открытым вопросом, решение его должно лежать в установлении связи трехмерности с фундаментальными физическими процессами.

Время одномерно, ибо для фиксации положения события во времени достаточно одной величины. Под заданием положения события, объекта в пространстве или времени имеется в виду определение его координат по отношению к другим событиям и объектам.

К универсальным свойствам пространства и времени относятся:

* объективность;

* неразрывная связь друг с другом;

* связь с движением материи;

* бесконечность.

К специфическим свойствам пространства относятся однородность и изотропность. Однородность пространства означает отсутствие в нем каких-либо выделенных точек, а изотропность -- равноправность всех возможных направлений. В отличие от пространства время обладает только свойством однородности, заключающимся в равноправии всех его моментов. Свойства однородности пространства и времени и изотропности пространства теснейшим образом связаны с фундаментальными физическими законами, и прежде всего с законами сохранения. Они и лежат в основании самого принципа физической относительности.

Характерным специфическим свойством времени является его необратимость, которая проявляется в невозможности возврата в прошлое. Время течет от прошлого через настоящее к будущему, и обратное течение его невозможно. Необратимость времени связана с необратимостью протекания фундаментальных материальных процессов. Некоторые философы усматривают связь необратимости времени с необратимостью термодинамических процессов и с действием закона возрастания энтропии. В микрофизике необратимость времени связывается с характером законов квантовой механики. Существуют также космологические подходы к обоснованию необратимости времени. Наиболее широкое распространение получила причинная концепция времени; ее сторонники считают, что при обратном течении времени причинная связь оказывалась бы невозможной.

Специфично проявление времени и пространства в микромире, живой природе, в социальной действительности, в связи с чем специально анализируется биологическое время, психологическое время, социальное пространство-время и другие виды времени и пространств.

Психологическое (перцептуальное) время связано с восприятием и переживанием времени индивидом: время то «бежит», то «замедляется», что зависит от тех или иных конкретных ситуаций (одно дело, когда мы кого-то с нетерпением ожидаемой другое, когда заняты чем-то интересным); в детстве нам кажется, что время течет медленно, а в зрелом возрасте -- что оно ускорило свой бег. Это субъективное чувство времени, и оно лишь в целом соответствует реально-физическому времени. Психологическое время своеобразно в сравнении с физическим временем, хотя по многим направлениям и определяется им.

5. Вопрос о соотношении времени и вечности

время пространство философский

Для философского осмысления трудным и интересным оказывается вопрос о соотношении времени и вечности. Касаясь этого вопроса, Н.А. Бердяев отмечал следующее. Время разбивается на прошлое, настоящее и будущее, и если мы подумаем об этих трех частях, то придем к странному выводу о том, что их нет. Настоящее есть лишь какое-то бесконечно мало продолжающееся мгновение, когда прошлого уже нет, а будущего еще нет, но которое само по себе представляет некую отвлеченную точку, не обладающую реальностью. Прошлое призрачно потому, что его уже нет. Будущее призрачно потому, что его еще нет. Нить во времени разорвана на три части, нет реального времени. Это поедание одной части времени другой приводит к какому-то исчезновению всякой реальности и всякого бытия во времени. Во времени обнаруживается злое начало, смертоносное и истребляющее. Будущее есть убийца прошлого и настоящего. Будущее пожирает прошлое для того, чтобы потом превратиться в такое же прошлое, которое в свою очередь будет пожираемо последующим будущим.

Такое рассуждение, полагает Н.А. Бердяев, должно быть включено в более широкую концепцию, в которой выявляется разрыв конечного с выходом в вечность. Философия истории, пишет он, должна признать прочность исторического, признать, что историческая действительность, та действительность, которую мы считаем прошлым, есть действительность подлинная и пребывающая, не умершая, а вошедшая в какую-то вечную действительность; она является внутренним моментом этой вечной действительности. Имеется целостная жизнь, которая совмещает прошлое, настоящее и будущее в едином целостном всеединстве, поэтому действительность, отошедшая в прошлое, не есть умершая историческая действительность; не менее реальна она, чем та, которая свершается в данное мгновение или та, которая будет свершаться в будущем. Каждый может быть приобщен к истории постольку, поскольку он существует в этом зоне мировой действительности. Христианское учение открывает эту вечность. С этой точки зрения, по Н.А. Бердяеву, исторический процесс имеет двойственную природу: он что-то истребляет, но, с другой стороны, сохраняет. В мире действует истинное время, в котором нет разрыва между прошлым, настоящим и будущим, время ноуменальное, а не феноменальное. Настоящая философия истории выявляет единство времени .

6. Бесконечность пространства и времени

К числу универсальных свойств пространства и времени относится их бесконечность. Чисто формально всеобщность этого свойства можно подтвердить лишь ссылкой на категорию материи: если материя несотворима и неуничтожима (что доказывается всеми законами сохранения), то она существует вечно, т.е. в бесконечности любых интервалов времени. Однако логическая строгость такого доказательства небезупречна: вывод о бесконечности чего бы то ни было, в том числе и пространства-времени, всегда с самого начала предполагает существование чего-то бесконечного, т.е. получается круг в доказательстве. Так что, строго дедуктивно бесконечность вывести нельзя, а уж индуктивно -- тем более, поскольку в реальном конечном опыте она недостижима в принципе. Поэтому утверждение о бесконечности пространства-времени следует признать аксиоматическим, постулативным. Истинность его подтверждается как бы «от противного», т.е. тем, что содержащие постулат бесконечности философские и научные теории не противоречат наблюдаемой реальности.

Однако наука XX в. преподнесла философии малоприятный сюрприз. Установив в 20-х годах факт расширения Вселенной и экстраполировав этот процесс в прошлое, естествознание пришло к логичному выводу о том, что у наблюдаемого ныне процесса расширения Вселенной было начало. Появившаяся в 40-х годах идея «Большого взрыва» в последующие десятилетия оформилась в весьма стройную и достаточно надежно подтвержденную теорию. Ныне она считается фактически общепризнанной. По крайней мере серьезных конкурентов у нее на сегодня нет.

В соответствии с концепцией Большого взрыва наша Вселенная «родилась» 13,9 млрд. лет назад. «Неудобство» же этой теории для традиционных представлений заключается в том, что по ее замыслу пространство и время возникают в момент рождения Вселенной как ее свойства.

Это, кстати, не означает, что Вселенная возникла «ниоткуда» и из «ничего». Это означает лишь некий предел возможностей нашего языка в описании реальности. Ведь даже выражение «возникновение Вселенной», строго говоря, неверно, поскольку это Слово неявно содержит отсылку к некоей временной шкале: возникать можно только во времени.

Такая ситуация для науки не нова. Вспомните знаменитые споры о том, что такое электрон -- волна или частица? В действительности -- ни то и ни другое. Электрон -- это нечто третье, т.е. квантовомеханический объект, демонстрирующий и одном классе приборов волновые, а в другом -- корпускулярные свойства. Но в макромире, которому принадлежит наш язык, волновые и корпускулярные свойства «разведены» между разными классами объектов. И поэтому, описывая макропонятиями микромир, мы невольно запутываемся в противоречиях. В квантовой механике в конце концов нашли компромиссное решение: принцип дополнительности. Чего-то аналогичного следует ожидать и в космологии Большого взрыва. Однако даже, если такой компромисс найдется, проблема все равно останется.

Не лучше ситуация и с пространством. Концепция расширяющейся Вселенной содержит и такой вариант развития событий, при котором плотность вещества и излучения больше некоей критической величины, и, следовательно, силы гравитации превышают кинетическую энергию разлета вещества в результате Большого взрыва. В этом случае расширение Вселенной в какой-то момент сменится сжатием, а пространство такой Вселенной оказывается замкнутым (постоянной положительной кривизны), т.е. конечным.

Выход, который предлагает в этой противоречивой ситуации философия, сводится примерно к следующему. Бесконечность пространства-времени сегодня нельзя истолковывать чисто механически, т.е. как возможность бесконечного прибавления к какому-либо пространственному или временному отрезку любого количества других. Свойство бесконечности следует понимать качественно или структурно, т.е. как принципиальную неисчерпаемость самых разнообразных пространственно-временных форм и отношений.

Заключение

Проблема времени и пространства всегда интересовала человека не только на рациональном, но и на эмоциональном уровне. Люди не только сожалеют о прошлом, но и боятся будущего, не в последнюю очередь потому, что неотвратимый поток времени влечет к их смерти.

Человечество в лице своих выдающихся деятелей на протяжении всей своей сознательной истории задумывалось над проблемами пространства и времени, немногим из них удалось создать свои теории, описывающие данные фундаментальные атрибуты бытия. Пространство и время лежат в основе нашей картины мира.

Прошлый век - век бурного развития науки был наиболее плодотворным в плане познания времени и пространства. Появление в начале века сначала специальной, а потом и общей теории относительности заложило основу современного научного представления о мире, многие положения теории были подтверждены опытными данными. Тем не менее, вопрос познания пространства и времени, их природы, взаимосвязи и даже наличия во многом остается открытым. Представляется уместным привести высказывание основоположника современного представления о пространстве и времени А. Эйнштейна, - «пространство и время являются способом, которым мы мыслим, а не условиями, в которых мы живем», в котором во многом отразилась противоречивость и нерешенность проблемы.

Литература

1. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова Философия: Учебник. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во ЮНИТИ, 2010. - 397-405с.

2. Алексеев П.В., Панин А.В. Философия: Учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ТК Велби, Изд-во Проспект, 2003. -- 608 с.

3. Ахундов М. Пространство и время в физическом познании. - М., 1982 г.

Размещено на Allbest.ru