Философские представления о пространстве и времени

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Оглавление

Введение

1. Представление о пространстве и времени

2. Детерминистическая и вероятностная концепции

3. Специальная теория относительности

4. Общая теория относительности

5. Вклад А. Эйнштейна в развитие современной научной картины мира

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Еще в античном мире мыслители задумывались над природой и сущностью пространства и времени. Так, одни из философов отрицали возможность существования пустого пространства, или, по их выражению, небытия, а другие утверждали, что пустота существует, как материи и атомы, и необходима для перемещений и соединений атомов.

С годами мысли философов о пространстве и времени объединялись и сформировали два понятия (теории) пространства и времени, к которым, в последствии, присоединялись физики. Так и просуществовали эти два представления, имея одинаковое влияние на умы людей до момента создания А. Эйнштейном Специальной, а за ней и Общей теории относительности.

1. Представления о пространстве и времени

Философские категории пространства и времени являются абстракциями высокого уровня и характеризуют особенности структурной организации материи. Пространство и время - формы бытия, по словам Л. Фейербаха, коренные условия бытия, не существующие независимо от него. Верно и другое, материя невозможна вне пространства и времени.

В истории философии можно выделить два способа интерпретации проблемы пространства и времени. Первый - субъективистский, рассматривает пространство и время как внутренние способности человека. Сторонники второго - объективистского подхода считают пространство и время объективными формами бытия, независящими от сознания человека.

Наиболее ранней версией субъективистской концепции времени были идеи философа V века Августина Аврелия. Блаженный Августин считал, что время - это человеческий способ обозначения изменения, и поэтому в объективном смысле не существует.

Самая известная субъективистская концепция пространства и времени принадлежит И. Канту. Пространство и время, по мысли И. Канта, это априорные формы чувственности, с помощью которых познающий субъект упорядочивает хаос чувственных впечатлений. Познающий субъект не может воспринимать мир вне пространства и вне времени. Пространство - это априорная форма внешнего чувства, позволяющая систематизировать внешние ощущения. Время - это априорная форма внутреннего чувства, систематизирующая внутренние ощущения. Пространство и время - это формы чувственной познавательной способности субъекта и независимо от субъекта не существуют.

Еще один пример субъективистского подхода - концепция длительности А. Бергсона. А. Бергсон принципиально различал время и длительность. Длительность, по его мнению, составляет подлинную сущность жизни. Переживая длительность, человек приобщается к жизни, участвует в ней, постигает ее. Время - лишь опространствленная длительность, умерщвленная длительность, которая к сущности жизни не имеет никакого отношения и есть всего лишь удобный способ рассудочного измерения ограниченного числа процессов физического мира.

В рамках объективистской парадигмы исторически первой стала субстанциональная концепция пространства и времени. Уже в атомизме Демокрита есть представления о пустоте, в которой движутся атомы. Пустота объективна, однородна и бесконечна. По сути дела, словом "пустота" Демокрит обозначает пространство. Пространство в атомизме это вместилище атомов, время - вместилище событий.

В окончательном виде субстанциональная концепция сформировалась в Новое время. Ее основой стали онтологические представления философов XVII века и механика И. Ньютона. Пространство в механике И. Ньютона- это пустое вместилище для вещества - материи. Оно однородно, неподвижно и трехмерно. Время - совокупность равномерных моментов, следующих одно за другим в направлении от прошлого к будущему. В субстанциональной концепции пространство и время рассматриваются как объективные самостоятельные сущности, независящие друг от друга, а также от характера протекающих в них материальных процессов.

Субстанциональная концепция пространства и времени адекватно вписывалась в механистическую картину мира, предлагаемую классической рационалистической философией, и соответствовала уровню развития науки XVII века.

Но уже в эпоху Нового времени появляются первые идеи, которые совершенно иначе характеризуют пространство и время. Так, Г. Лейбниц считал, что пространство и время - это особые отношения между объектами и процессами и независимо от них не существуют [Лейбниц Г., М., 1998]. Пространство - порядок взаиморасположения тел, а время - порядок сменяющих друг друга событий. Несколько позже Г. Гегель указывал на то, что движущаяся материя, пространство и время связаны друг с другом, а с изменением скорости протекания процессов меняются и пространственно-временные характеристики. Г. Гегель в частности утверждал, что мы не можем обнаружить никакого пространства, которое было бы самостоятельным пространством, любое пространство - это всегда наполненное пространство.

Первые идеи о пространстве, которые можно характеризовать как реляционные, связаны с именем Аристотеля. Аристотель критиковал Демокрита и отрицал существование пустоты. Пространство, по его мнению, есть система естественных мест, занимаемых материальными объектами.

В законченном виде реляционная концепция пространства и времени сложилась после создания общей и специальной теорий относительности А. Эйнштейна и неевклидовой геометрии Н. Лобачевского, но об этом позже.

2. Детерминистическая и вероятностная концепции

Все явления и процессы в мире связаны между собой. Онтологический принцип детерминизма выражает эту взаимосвязь и отвечает на вопрос, существует ли в мире упорядоченность и обусловленность всех явлений, или же мир это неупорядоченный хаос. Детерминизм- учение о всеобщей обусловленности явлений и событий.

Термин "детерминизм" происходит от латинского слова "determinare" - "определять", "отделять". Первоначальные представления о связи между явлениями и событиями появились в силу особенностей практической деятельности человека. Повседневный опыт убеждал, что события и явления связаны друг с другом, и некоторые из них взаимно обусловливают друг друга. Это обыденное наблюдение выразилось в древней максиме: ничто не возникает из ничего и не превращается в ничто.

Совершенно верные и адекватные представления о взаимной связи всех явлений и событий в философии XVII-XVIII в.в. привели к неверному выводу о существовании в мире тотальной необходимости и об отсутствии случайности. Такая форма детерминизма получила название механистического.

Механистический детерминизм трактует все типы взаимосвязи и взаимодействий как механические и отрицает объективный характер случайности. Один из сторонников этого типа детерминизма Б. Спиноза считал, что случайным мы называем явление только по причине недостатка наших знаний о нем. А другой ученый XVII века П. Лаплас утверждал, что если бы мы были осведомлены обо всех явлениях, происходящих в данный момент в природе, то смогли бы логически вывести все события будущего. Одно из следствий механистического детерминизма фатализм- учение о всеобщей предопределенности явлений и событий, причем предопределенности не обязательно божественной.

Ограниченность механистического детерминизма ясно обнаружилась в связи с открытиями в квантовой физике. Оказалось, что закономерности взаимодействий в микромире невозможно описать с точки зрения принципов механистического детерминизма. Новые открытия в физике по началу привели к отказу от детерминизма, однако позже способствовали формированию нового содержания этого принципа. Механистический детерминизм перестал ассоциироваться с детерминизмом вообще. Как писал физик М. Борн, утверждение, что новейшая физика отбросила причинность, необоснованно. Действительно, новая физика отбросила или видоизменила многие традиционные идеи, но она перестала бы быть наукой, если бы прекратила поиски причин явлений. Новые открытия в физике вовсе не изгоняют причинность из науки, они лишь меняют представления о ней, а вследствие этого меняется и понимание принципа детерминизма.

Новые физические открытия и обращение философии XX века к проблемам человеческого бытия прояснили содержание принципа индетерминизма или как его еще называют вероятностный принцип (вероятностная концепция).

Индетерминизм - онтологический принцип, согласно которому между явлениями и событиями нет всеобщей и универсальной взаимосвязи. Индетерминизм отрицает всеобщий характер причинности. Согласно этому принципу, в мире существуют явления и события, появляющиеся без всяких причин, т.е. несвязанные с другими явлениями и событиями.

Нельзя говорить, что принцип индетерминизма был сформулирован лишь в постклассической философии. Противостояние детерминизма и индетерминизма проходит через всю историю философии. Например, в Новое время наряду с детерминизмом Б. Спинозы существовала индетерминистическая концепция Д. Юма, который сводил причинность к привычке человеческого ума связывать события определенным образом. Однако в классической философии ведущей позицией оставался все-таки детерминизм.

В философии XX столетия, обратившейся к проблемам человеческой свободы, к изучению бессознательной психики, и отказавшейся от отождествления личности только с интеллектом, разумом, мышлением, позиции индетерминизма заметно усилились. Индетерминизм стал крайней реакцией на механицизм и фатализм. Философия жизни и философия воли, экзистенциализм и прагматизм ограничили сферу детерминизма природой, для понимания событий и явлений в культуре предложили принцип индетерминизма.

3. Специальная теория относительности

Это третья, поистине замечательная работа Эйнштейна, опубликованная все в том же 1905 г. В то время большинство физиков полагало, что световые волны распространяются в эфире - загадочном веществе, которое, как принято, было думать, заполняет всю Вселенную. Однако обнаружить эфир экспериментально никому не удавалось. Поставленный в 1887 г. Альбертом А. Майкельсоном и Эдвардом Морли эксперимент по обнаружению различия в скорости света, распространяющегося в гипотетическом эфире вдоль и поперек направления движения Земли, дал отрицательный результат. Если бы эфир был носителем света, который распространяется по нему в виде возмущения, как звук по воздуху, то скорость эфира должна была бы прибавляться к наблюдаемой скорости света или вычитаться из нее. Подобно тому, как река влияет, с точки зрения стоящего на берегу наблюдателя, на скорость лодки, идущей на веслах по течению или против течения.

Нет оснований утверждать, что специальная теория относительности Эйнштейна была создана непосредственно под влиянием эксперимента Майкельсона-Морли, но в основу ее были положены два универсальных допущения, делавших излишней гипотезу о существовании эфира: все законы физики одинаково применимы для любых двух наблюдателей, независимо от того, как они движутся относительно друг друга. Свет всегда распространяется в свободном пространстве с одной и той же скоростью, независимо от движения его источника. Выводы, сделанные из этих допущений, изменили представления о пространстве и времени: ни один материальный объект не может двигаться быстрее света. С точки зрения стационарного наблюдателя, размеры движущегося объекта сокращаются в направлении движения, а масса объекта возрастает. Чтобы скорость света была одинаковой для движущегося и покоящегося наблюдателей, движущиеся часы должны идти медленнее. Даже понятие стационарности подлежит тщательному пересмотру. Движение или покой определяются всегда относительно некоего наблюдателя. Наблюдатель, едущий верхом на движущемся объекте, неподвижен относительно данного объекта, но может двигаться относительно какого-либо другого наблюдателя. Поскольку время становится такой же относительной переменной, как и пространственные координаты x, y и z, понятие одновременности также становится относительным. Два события, кажущихся одновременными одному наблюдателю, могут быть разделены во времени, с точки зрения другого. Из других выводов, к которым приводит специальная теория относительности, заслуживает внимание эквивалентность массы и энергии. Масса m представляет собой своего рода «замороженную» энергию E, с которой связана соотношением "E равняется эм-цэ-квадрат", где c - скорость света. Таким образом, испускание фотонов света происходит ценой уменьшения массы источника. Релятивистские эффекты, как правило, пренебрежимо малые при обычных скоростях, становятся значительными только при больших, характерных для атомных и субатомных частиц. Потеря массы, связанная с испусканием света, чрезвычайно мала и обычно не поддается измерению даже с помощью самых чувствительных химических весов. Однако специальная теория относительности позволила объяснить такие особенности процессов, происходящих в атомной и ядерной физике, которые до того оставались непонятными. Почти через сорок лет после создания теории относительности физики, работавшие над созданием атомной бомбы, сумели вычислить количество выделяющейся при ее взрыве энергии на основе дефекта (уменьшения) массы при расщеплении ядер урана.

4. Общая теория относительности

В 1915 г. Эйнштейну создает общую теорию относительности, выходившую далеко за рамки специальной теории, в которой движения должны быть равномерными, а относительные скорости постоянными. Общая теория относительности охватывала все возможные движения, в том числе и ускоренные (т.е. происходящие с переменной скоростью). Господствовавшая ранее механика, берущая начало из работ Исаака Ньютона (XVII в.), становилась частным случаем, удобным для описания движения при относительно малых скоростях. Эйнштейну пришлось заменить многие из введенных Ньютоном понятий. Такие аспекты ньютоновской механики, как, например, отождествление гравитационной и инертной масс, вызывали у него беспокойство. По Ньютону, тела притягивают друг друга, даже если их разделяют огромные расстояния, причем сила притяжения, или гравитация, распространяется мгновенно. Гравитационная масса служит мерой силы притяжения. Что же касается движения тела под действием этой силы, то оно определяется инерциальной массой тела, которая характеризует способность тела ускоряться под действием данной силы. Эйнштейна заинтересовало, почему эти две массы совпадают. Он произвел так называемый «мысленный эксперимент». Если бы человек в свободно падающей коробке, например в лифте, уронил ключи, то они не упали бы на пол: лифт, человек и ключи падали бы с одной и той же скоростью и сохранили бы свои положения относительно друг друга. Так происходило бы в некой воображаемой точке пространства вдали от всех источников гравитации. Один из друзей Эйнштейна заметил по поводу такой ситуации, что человек в лифте не мог бы отличить, находится ли он в гравитационном поле или движется с постоянным ускорением. Эйнштейновский принцип эквивалентности, утверждающий, что гравитационные и инерциальные эффекты неотличимы, объяснил совпадение гравитационной и инертной массы в механике Ньютона. Затем Эйнштейн расширил картину, распространив ее на свет. Если луч света пересекает кабину лифта «горизонтально», в то время как лифт падает, то выходное отверстие находится на большем расстоянии от пола, чем входное, так как за то время, которое требуется лучу, чтобы пройти от стенки к стенке, кабина лифта успевает продвинуться на какое-то расстояние. Наблюдатель в лифте увидел бы, что световой луч искривился. Для Эйнштейна это означало, что в реальном мире лучи света искривляются, когда проходят на достаточно малом расстоянии от массивного тела. Общая теория относительности Эйнштейна заменила ньютоновскую теорию гравитационного притяжения тел пространственно-временным математическим описанием того, как массивные тела влияют на характеристики пространства вокруг себя. Согласно этой точке зрения, тела не притягивают друг друга, а изменяют геометрию пространства-времени, которая и определяет движение проходящих через него тел. Как однажды заметил коллега Эйнштейна, американский физик Дж. А. Уилер, «пространство говорит материи, как ей двигаться, а материя говорит пространству, как ему искривляться».

5. Вклад А. Эйнштейна в развитие современной научной картины мира

Самый знаменитый из ученых XX в. и один из величайших ученых всех времен, Эйнштейн обогатил физику с присущей только ему силой прозрения и непревзойденной игрой воображения.

Основными достижениями Эйнштейна, его вкладом в развитие современной научной картины мира, являются:

1) Эйнштейн создал специальную и общую теорию относительности, коренным образом изменившие представления о пространстве, времени и материи. В 1905 году в статье "К электродинамике движущихся тел" разработал основы специальной теории относительности, изложив новые законы движения, которые обобщали ньютоновские и переходили в них в случае малых скоростей тел.

В основу своей теории положил два постулата: специальный принцип относительности, являющийся обобщением механического принципа относительности Галилея на любые физические явления в любых инерциальных системах все физические процессы - механические, электрические, тепловые, оптические и др. - протекают одинаково. И принцип постоянства скорости света в вакууме скорость света в вакууме не зависит от движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех направлениях, то есть, одинакова во всех инерциальных системах и равна 30000000000 см/с). Оба постулата и теория, построенная на их основе, привели к ломке многих установившихся классических понятий (абсолютное пространство, абсолютное время), заставили пересмотреть ряд основных положений классической физики Ньютона, установили новый взгляд на мир, новые пространственно-временные представления (относительность длины, времени, одновременности событий). Однако эта теория не отбросила совсем закономерностей, установленных классической механикой, а уточнила их в случае движения со скоростями, соизмеримыми со скоростью света в вакууме. Исходя из своей теории, Эйнштейн в том же 1905 году открыл закон взаимосвязи массы и энергии. Показал, что масса является мерой энергии, заключенной в телах. Это соотношение Эйнштейна лежит в основе расчета энергетического баланса ядерных реакций, в основе всей ядерной физики. Все положения и выводы специальной теории относительности ярко подтвердились в многочисленных опытах, она стала мощным инструментом в физических исследованиях, в частности в физике микромира.

2) Значительна роль Эйнштейна и в создании квантовой теории. Если М. Планк квантовал лишь энергию материального осциллятора, то Эйнштейн ввел в 1905 году представление о дискретной, квантовой структуре самого светового излучения, рассматривая последнее как поток квантов света, или фотонов (фотонная теория света). Таким образом, Эйнштейну принадлежит теоретическое открытие фотона, экспериментально обнаруженного в 1922 году А. Комптоном. Исходя из квантовой теории света, объяснил такие явления, как фотоэффект (закон Эйнштейна для фотоэффекта), правило Стокса для флюоресценции, фотоионизацию и др., которые не могла объяснить электромагнитная теория света. За эти исследования в 1921 году ученому была присуждена Нобелевская премия по физике. В 1907 году распространил идеи квантовой теории на физические процессы, непосредственно не связанные со светом. В частности, рассмотрев тепловые колебания атомов в твердом теле и использовав идеи квантовой теории, объяснил уменьшение теплоемкости твердых тел при понижении температуры, разработав первую квантовую теорию теплоемкости твердых тел.

3) В 1909 году впервые рассмотрел корпускулярно-волновой дуализм для излучения, а также флуктуации энергии равновесного излучения, получив формулу для флуктуаций энергии.

4) В 1912 году установил основной закон фотохимии: каждый поглощенный фотон вызывает одну элементарную фотореакцию (закон Эйнштейна).

5) Предсказал в 1916 году явление индуцированного излучения, ввел вероятности спонтанного и вынужденного излучений (коэффициенты Эйнштейна).

6) В статистической физике развил в 1905 году молекулярно-статистическую теорию броуновского движения, в 1924-25 годах создал квантовую статистику частиц с целым спином (статистика Бозе-Эйнштейна).

7) В 1915 году предсказал и совместно с В. де Гаазом экспериментально обнаружил эффект изменения механического момента при намагничивании тела (эффект Эйнштейна-де Гааза).

8) В 1915 году завершил создание общей теории относительности, или современной релятивистской теории тяготения, установившей связь между пространством-временем и материей. К ее созданию Эйнштейна привел анализ известного факта, что отношение инертной массы тела к гравитационной одинаково для всех тел (принцип эквивалентности). Этот принцип вместе с принципом относительности лег в основу общей теории относительности, объяснившей сущность тяготения, состоящую в изменении геометрических свойств, искривлении четырехмерного пространства-времени вокруг тел, которые образуют поле (любая масса влияет на метрику окружающего пространства). Вывел уравнение, описывающее поле тяготения - уравнение Эйнштейна (в 1915 году общековариантные уравнения гравитационного поля получил также Д. Гильберт). Для проверки своей теории предложил три эффекта: искривление светового луча в поле тяготения Солнца, смещение перигелия Меркурия и гравитационное красное смещение. Эти эффекты, как показали последующие эксперименты, действительно действуют и количественно правильно предсказывались общей теорией относительности.

9) В 1916 году постулировал гравитационные волны и в 1918 году вывел формулу для мощности гравитационного излучения. Общая теория относительности обусловила бурное развитие космологии как науки. Исходя из этой теории, Эйнштейн в 1917 году предложил новую модель Вселенной, согласно которой Вселенная представляет замкнутое трехмерное пространство (трехмерную сферу) конечного объема и неизменна во времени. Однако эта модель не соответствует действительности, поскольку Вселенная не стационарна, она расширяется. Впервые это теоретически показал А.А. Фридман, а в 1929 году было подтверждено наблюдениями (явление разбегания галактик). Начиная с 1933 года, работы Эйнштейна были посвящены вопросам космологии и единой теории поля. Однако попытки построить такую теорию окончились неудачей. В работах Эйнштейна поднят ряд гносеологических проблем, но его философские взгляды не всегда последовательны.

Заключение

Пространство и время как всеобщие и необходимые формы бытия материи являются фундаментальными категориями в современной физике и других науках. Большинство физических понятий вводятся посредством операциональных правил, в которых используются расстояния в пространстве и время. В тоже время пространство и время относятся к фундаментальным понятиям культуры.

Физические, химические и другие величины, непосредственно и опосредовано, связаны с измерением длин и длительностей, т.е. пространственно-временных характеристик объектов. Поэтому расширение и углубления знаний о мире связано с соответствующими учениями о пространстве и времени.

Актуальность работы объясняется новыми веяниями в науке, новыми гипотезами и теориями о структуре пространства-времени.

Мы все привыкли к тому, что прошлого не вернуть, хотя порой очень хочется. Писатели-фантасты уже более века живописуют разного рода казусы, возникающие благодаря возможности путешествовать во времени и влиять на ход истории. Эта тема оказалась настолько животрепещущей, что в конце прошлого века даже далекие от сказок физики всерьез занялись поисками таких решений уравнений, описывающих наш мир, которые позволяли бы создавать машины времени и в мгновение ока преодолевать любые пространства и времена. Тоннели в пространстве, вполне серьезно, как гипотетически возможные, активно обсуждаются в статьях по теоретической физике, на страницах самых солидных научных изданий. Все эти гипотезы имеют вполне реальное научное обоснование.

В нынешнее время изучением пространства и времени заняты лучшие умы человечества. В опыты вкладываются колоссальные денежные средства. К чему это приведет, узнаем уже скоро.

пространство эйнштейн относительность время

Список используемой литературы

1. Философский энциклопедический словарь. - М., 1989.

2. Бердяев Н.А. Время и вечность // На переломе. Философские дискуссии 20-х годов. - М., 1990.

3. Пригожий И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. - М.: Прогресс, 1994.

4. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. - М.: Молодая гвардия, 1966.

5. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. - М.: Наука, 1983.

6. Гарднер М. Теория относительности для миллионов. - М.: Атомиздат, 1967.

7. Аженов Г.П. О причине времени // Вопросы философии. - 1996. - №1.

8. Ахундов М.Д. Концепции пространства и времени: истоки, эволюция, перспективы. - М.: Наука, 1982.

Размещено на Allbest.ru