КОНЦЕПЦИИ ПРОСТРАНСТВА-ВРЕМЕНИ

Основное содержание главы

Первичные ощущения пространства и времени даны человеку на биологическом уровне сознания, их логически строгое определение является проблемой. В решении этой проблемы естествознание прошло путь от первых геометрических построений античности к теории многомерного пространственно-временного континуума. В современном естествознании происходит геометризация физической картины мира, при которой действующие между телами силы становятся следствием искажений геометрии пространства и времени.

Античные и классические концепции пространства и времени

Никакая теория, в которой изначально принимается факт существования пространства и времени, не может объяснить эти понятия.

Джон А. Уилер, американский физик

Движение, пространство и время - самые общие понятия в естествознании и гуманитарной культуре. Мы пользуемся этими понятиями ежедневно, часто не давая себе отчета о их физической сути.

А если задуматься? Не попадем ли мы в положение сороконожки, которая задумалась, как же она ходит, и замерла?

Как следует из п. 2.1, биологическое эволюционное развитие аппарата восприятия объективной реальности опережает развитие понятийного (модельного) аппарата сознания. Поэтому человек нс всегда может зафиксировать возникающее ощущение как сознательное, т. е. как сравненное (идентифицированное) с уже имеющейся у него базой понятий. Тогда оно остается на уровне подсознания. Так, некоторые люди интуитивно предчувствуют надвигающееся землетрясение или иную опасность. Скорее всего, эти редкие индивиды способны воспринимать некоторые элементы реальности, недоступные (утрачена способность!) большинству. В современной массовой культуре подобных людей называют экстрасенсами, что неточно. Без какой-либо сенсорики (восприятие в ощущениях) никакая информация, даже на уровне подсознания, не появится.

Отчасти способность ощущать пространство и время заложена в человеке генетически. Установлено, что за ориентировку в пространстве и во времени ответственно то полушарие мозга, которое ведает образным мышлением. После рождения эта способность актуализируется, и в нашем сознании начинает формироваться образ пространства через движение рук, ног, головы и другие моторные реакции.

Можно сказать, что образы пространства и времени даны нам на уровне первичных биологических ощущений. Так как они исходные, то для их идентификации еще нет понятийного аппарата. Поэтому крайне трудно дать рациональное, логическое определение категориям движения, пространства и времени. Однако это не означает, что мы не можем договориться о способах измерения этих ощущений. Конечно, в физике (как основе классического естествознания) не принято было пользоваться методами, подобными современному методу прямого субъективного шкалирования (см. и. 2.1). Вместо этого для определения интервала пространства использовали такие условные меры, как пядь, локоть, фут, стадия. Но что это, как не продолжение первичных движений рук и ног?

Первое знакомство с пространством, первое ощущение его мы получаем в раннем детстве, когда хотим все потрогать вокруг себя. (И себя самого - это Я). И убеждаемся, что есть что-то бестелесное, что потрогать никак не удается, но что отделяет одни предметы от других. Примем эту фразу за определение пространства!

Выработка рационального понятия пространства идет по цепочке, которую мы привели ранее в п. 2.1.

Сначала

опыт:

движение рук позволяет почувствовать пространство как протяженность, затем подключается зрение.

Осознание:

близкое - далекое - перспектива.

Понятие:

интервал пространства как расстояние.

Обобщение:

пространство, в котором находится все.

Правое полушарие нашего мозга вырабатывает понятие интервала пространства, которое чувственно, которое можно измерить в единицах ощущения или в условных, но понятных, мерах (локоть или метр). Левое (рациональное) полушарие вырабатывает логическое понятие абстрактного Пространства как категории философской, математической и физической.

Классическая концепция пространства - это пространство математическое, идеальное. Его истоки лежат в античной натурфилософии. У Демокрита вещество делится на нсразрсзасмые атомы, но пустота

(пространство) на какие-либо части не делится. Атомы движутся в пустоте, они вечны, и время не имеет ни начала, ни конца.

У Платона пространство и материн являются фактически синонимами. Пространству свойственно принимать любые оттиски тел, вмещать всякое рождение тел, причем само оно остается лишенным формы. Чтобы полностью вместить все виды тел, пространство должно быть субстратом, субстанцией, совершенно лишенным качества тел, быть бестелесным. Аристотель (ученик Платона), признавая пространство, отвергает существования пустоты. Все пространство у него сплошь занято телами, и они могут двигаться, «уступая место» друг другу.

Понятие «место» играет у Аристотеля весьма важную и самостоятельную роль. Место объемлет предмет, но оно не есть сам предмет и его форма, поскольку оно отделимо от предмета. Важным свойством «места» является наличие у него верха и низа, причем абсолютного верха и низа. В мире существует абсолютный верх и абсолютный низ. Абсолютный верх - это то, куда движется огонь, абсолютный низ - центр Земли. Легкие тела движутся в свойственное им место вверх, тяжелые - вниз. Такова причина «естественного» движения в наблюдаемом мире. Все остальные движения носят насильственный характер, никакого самодвижения видимых тел Аристотель не допускает. Таким образом, место наделено у Аристотеля как бы некоторой силой и служит системой координат [1].

В своем объяснении движения Аристотель столкнулся с явлением сохранения движения тел после воздействия на них какой-либо силы. Что является двигателем камня, летящего горизонтально? Аристотель утверждает, что промежуточным двигателем здесь является воздух, который в момент броска тоже приводится в движение и какое-то время способен двигать камень.

Данное явление он объяснял также принципом «боязни пустоты». По Аристотелю, позади камня образуется пустое пространство, а природа боится пустоты, поэтому воздух стремится туда, где может образоваться пустота, и подталкивает некоторое время камень вперед. Эти положения стали наиболее уязвимыми в системе Аристотеля и были подвергнуты жестокой критике.

Пространство в классической физике Ньютона понятие математическое - это абсолютная пустота, в которой возможно движение тел по инерции, равномерное и прямолинейное. В любом месте пространства можно выбрать систему координат, причем естественного абсолютного верха или низа в пространстве Ньютона нет.

Отметим, что современное понимание пространства более физическое, чем у Ньютона. Идеальный, абсолютный вакуум отсутствует в природе. Даже без стабильного вещества в физическом вакууме непрерывно рождаются и исчезают (аннигилируют) виртуальные микрочастицы. Этот вечный процесс называют виртуальным рождением пар «античастица - частица». Образно говоря, физический вакуум «кипит», «бурлит» микрочастицами. Но на макроуровне флуктуации сглаживаются и непосредственно не ощущаются. Такое понимание ближе к субстанциональной концепции, трактующей пространство как некую «субстанцию» (или среду), вещественную или полевую.

Дать логическое определение времени - задача еще более трудная. Время тоже бестелесно и ощущается на биологическом уровне всем организмом человека, у него нет специального «органа времени». По этому поводу ранее упомянутый религиозный авторитет Августин Аврелий (см. рис. 7) писал: «Я знаю, что такое время, пока пе начинаю думать о нем».

Время ощущается на первичном биологическом уровне, знание о нем - интуитивно. Оно связано с опытом: чувственное восприятие вращения Земли, восход и закат Солнца, смена освещенности, температуры и так далее. Как писал Гераклит, «все течет, все изменяется...».

Аллегория времени

Рис. 41. Аллегория времени

Вновь движение, только теперь не рук, а внешних объектов, задает первичный образ времени. В гуманитарной культуре можно найти иллюстрацию характерных свойств времени в виде свернутой в кольцо змеи, кусающей свой хвост, и песочных часов, символизирующих течение времени (рис. 41).

Субъективное восприятие времени зависит от эмоционального состояния человека: то оно тянется мучительно долго в ожидании чего-либо, то пролетает незаметно в интересном занятии. Эффект дис- горсии времени особенно часто наблюдается для критических ситуаций катастрофы (смертельной опасности).

В конечном счете вырабатывается устойчивый стереотип мышления: «вчера» - было, «сегодня» - наступило и «завтра» - будет обязательно. Происходит осознание: «теперь» или «сейчас» отделяется от «прошлого» и «будущего». Мысленно мы можем переноситься в прошлое, пытаемся зримо представить себе будущее. В нашем сознании, как на видеопленке, последовательно зафиксированы события нашей жизни.

Вырабатывается понятие «интервал времени», измеряемый сутками и производными мерами: месяц, год, в физике - секунда. И наконец, мы можем сделать обобщение: абстрактное время - как непрерывность и последовательность, как поток или лента, на которой события оставляют метки (распределяют информацию). Эту последовательность чего-то бестелесного, что отделяет в последовательности одни события от других и существует независимо от нас, мы называем Временем.

Время разделяет события, которые могут происходить в одном и том же месте, в одной и той же точке пространства. Таким образом, в классическом естествознании время играет роль пространства, но в чем- то другом, в чем нельзя реально вернуться назад. Этим время принципиально отличается от пространства.

Важно отметить, что у Аристотеля время определяется через движение.

Время есть не что иное, как число движения по отношению к предыдущему и последующему. Таким образом, время не есть движение, а является им постольку, поскольку движение имеет число. Доказательством служит то, что большее или меньшее мы оцениваем числом, движение же большее или меньшее - временем, следовательно, время есть известное число [1]. Аристотель сомневался в самостоятельности существования времени, приводя следующие доводы.

Выберем какой-либо конкретный момент времени. По строгой логике рассуждений в любой данный момент бытия прошлого уже нет, а будущего еще нет. Как может нечто возникать из того, чего нет и переходить в то, чего нет?

Древнеримский философ и поэт Лукреций Кар писал:

Время не может существовать само по себе,

Лишь из движенья вещей получаем мы ощущение времени.

Никто не ощущает время само по себе,

Но знает о времени по движению всего прочего.

Августин Аврелий также утверждал: «Время создается изменением вещей». Понимание сути времени как естественного хода изменения всего окружающего мира является содержанием реляционной концепции времени. Явно или неявно признав реляцию (связь) понятия времени с ходом естественных процессов, мы можем использовать их для измерения интервалов времени.

Альтернативой этому пониманию вещей является субстанциональная концепция времени. Она выражает классическую модель идеального времени и пространства, которые не зависят от наблюдателя. Смысл концепции в представлении времени и пространства как неких сред

(субстанций), в которые тела погружены и где они движутся. При этом время и пространство не зависят друг от друга и не могут влиять друг на друга.

Направленность стрелы времени от прошлого к будущему является необходимым условием возникновения причинно-следственных связей между событиями. Если бы отсутствовала однонаправленность стрелы времени, то никакое структурирование из первоначального хаоса не было бы возможным. При этом следует помнить, что не всегда «позже» гарантирует «вследствие».

Перечислим свойства пространства и времени в соответствии с классической субстанциональной концепцией.

Высокая симметрия свойств пространства- срсды

  • • непрерывность
  • • однородность
  • • изотропность
  • • безграничность
  • • трехмерность

Симметрия свойств врсмсни-среды

  • • непрерывность
  • • однородность
  • • безграничность
  • • одномерность
  • • направленность

Свойство направленности выражает асимметрию времени.

Как показала теоретически Эми Нетер, из симметрии свойств пространства и времени в классической физике следуют законы сохранения энергии, импульса и момента импульса, сохраняющие свою роль фундаментальных законов природы и в современном естествознании.

Однородность времени (все моменты равноправны, возможен перенос начала отсчета времени)

Закон сохранения энергии

Однородность пространства (все точки пространства равноценны, возможен перенос системы координат)

Закон сохранения импульса

Изотропность пространства (равноценность направлений)

Закон сохранения момента импульса

Современное естествознание использует реляционную концепцию. В ней пространство и время существуют как атрибуты движения материального мира. Без материи нет ни пространства, ни времени, только в связи с движением материи пространство и время имеют смысл. Время создается движением материального мира, хотя нет какого-либо специфического «врсмяобразующсго» движения в его бытовом понимании. Термин «движение» в естествознании понимается как изменение состояния всего мира: нечто не существовавшее становится существующим, тогда как существовавшее переходит в другие формы и состояния или исчезает. Иными словами, от понимания времени как длительности (интервала между событиями) мы переходим к его пониманию как процесса непрерывного становления (от существующего к возникающему).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >