6.1. Пространство и время - формы существования материи
Исторически сложились два подхода в толковании пространства и времени — субстанциональный и реляционный. Первый из них связан с пониманием пространства и времени как самостоятельных сущностей наряду с материей.
Пространство сводилось к бесконечной пустоте, вмещающей все тела, время — к «чистой» длительности. Эта идея, в общем виде сформулированная еще Демокритом, получила свое логическое завершение в концепции абсолютного пространства и времени Ньютона. Согласно этой концепции существует абсолютно пустое пространство, вакуум, которое непрерывно по своей природе. Именно благодаря пустоте в пространстве может осуществляться движение дискретных материальных тел. Пространство и время составляют абсолютную систему отсчета, в которой определенным образом распределены тела (инертные материальные образования), движение которых может осуществляться благодаря внешнему, привнесенному действию. Субстанциональная концепция пространства и времени, сформулированная Ньютоном как физическая модель мира, приобрела в науке и философии XVII—XVIII веков доминирующее значение. Идея абсолютного пространства и времени хорошо вписывалась в обыденное понимание вещей и событий: наличие механического движения казалось неопровержимым доказательством существования неподвижного абсолютного пространства.Реляционный подход, который наметился еще у Аристотеля, развивали Р. Декарт, Г. Лейбниц, Дж. Толанд. Главное в этой концепции то, что пространство и время рассматриваются в ней не как особые субстанции, а как формы существования вещей. Лейбниц, например, подчеркивая относительный характер пространства и времени, называет пространство «порядком существований», а время — «порядком последовательностей».
Субстанциональная и реляционная концепция не связаны однозначно с материалистическим или идеалисти- ческим толкованием мира, обе развивались на той и другой основе.
Диалектико-материалистическая концепция пространства и времени была сформулирована в контексте реляционного подхода.Пространство и время являются всеобщими объективными формами координации материальных систем и их состояний. Они не самостоятельные сущности, а универсальные структуры отношений вещей и процессов. Про-странство есть форма бытия, характеризующая порядок сосуществования и рядоположенность материальных образований, их структурность и протяженность. Время — форма бытия материи, характеризующая взаимодействие объектов и смену их состояний, последовательность процессов и их длительность.
Как форма статической связи тел пространство определяет их взаимное положение, протяженность и направление сил взаимодействия. Как форма кинематической связи время отражает направление изменений, очеред-ность и длительность существования тел, процессов, состояний. Как форма динамической связи пространство и время в их единстве выражают организацию, структуру движения и сосуществования всех подразделений бесконечного мира. Именно эта упорядоченность движения является структурной и пространственно-временной основой техники, ее универсальной матрицей. В самом деле, любая машина, любая техническая система строится на основе указанных связей. Эти связи выражаются через пространственные и временные отношения частей и действий. Все детали и движения системы четко распределены в пространстве и времени. Малей-ший сдвиг в такой структуре может привести к серьезным нарушениям. Поэтому рациональное использование пространства и времени, равно как и рациональное применение материалов и энергии, — одно из необходимых условий технического прогресса.
Следует различать реальное, перцептуальное и концептуальное пространство; реальное, перцептуальное и концептуальное время. Реальное пространство и время — объективные формы бытия движущейся материи, всеобщие структуры сосуществования и изменения вещей в физическом мире. Перцептуальное пространство и время связаны с сосуществованием и последовательной сменой наших ощущений, т.е.
предстают как отражение реальных пространства и времени человеком.При рассмотрении психических объектов все кажется необычным, бесплотным, вне времени и пространства. Психические образы не представляют исключения. И все- таки можно говорить о протяженности зрительного представления. Она зависит от поля зрения, перспективы и умственной установки. Если большой предмет (например, здание) находится недалеко от глаз, то в голове наблюдателя возникает не целостный образ предмета, а лишь его фрагмент, отражающий часть объекта. Отдельные части нам кажутся гораздо меньшими, чем такие же, расположенные вблизи. Зрительный образ, подобно фотографии, может представлять один и тот же предмет в крупном и уменьшенном плане. Пространственное оотношение психических образов зависит от объективных пространственных отношений самих предметов, обусловливается ими. Если бы это было иначе, то человек не смог бы правильно ориентироваться в мире. То же можно сказать и о перцептуальном времени. Оно является отражением ре-ального времени, смены состояний реальных процессов, но вместе с тем зависит от состояния нашей нервной системы, нашего организма в целом. Когда мы с нетерпением ожидаем долгожданное или, наоборот, нежелаемое событие, то время зачастую как бы растягивается, замедляется. Иногда же нам, напротив, кажется, что время ускоряет свой бег, спрессовывается. В мыслях в течение мгновений мы можем «пролистать» события, многих лет жизни. Но, тем не менее, перцептуальное время соответствует реальному, порядок смены ощущений определяется порядком реальных событий.
Концептуальное время и пространство — это способ описания реальных пространства и времени, их различные теоретические модели. Примерами концептуальных пространств являются трехмерное евклидово пространство, четырехмерное пространство-время теории относительности, «-мерные математические пространства и др.
У пространства и времени как форм бытия материи выделяют ряд общих и специфических свойств, которые могут быть представлены следующим образом:
Объективность
Вечность
Безграничность
Абсолютность Относительность
Прерывность Непрерывность
-Пространство-
I
Время Трехмерность —> Симметричность Изотропность Одномерность —> Анизотропность Однонаправленность
Реальное пространство и время обладают метрическими и топологическими свойствами.
Первые выражают про-странственную и временную протяженность, они связаны с измерением и характеризуют их количественный аспект. Метрическими свойствами пространства являются гомогенность, изотропность, кривизна; времени — однородность. Топологические свойства выражают пространственную и временную упорядочность, качественный аспект пространства и времени. Топологическими свойствами пространства являются трехмерность, непрерывность; времени — одномерность.Можно сказать, что пространство и время характеризуют свойства разномерности бытия. Их фиксация связана с макроскопическим опытом человека.
Трехмерность пространства, начиная со времен Птолемея, традиционно считалась универсальным свойством и стала важнейшим элементом концептуальной структуры физического описания мира. Принятый за аксиому опытный факт трехмерности пространства получил теоретические подтверждения. Так, И. Кант показал, что законы обратных квадратов для гравитационной и электростатической сил связаны с трехмерностью нашего пространства. В 1920 г. П. Эренфест в статье «Какую роль трехмерность пространства играет в фундаментальных законах физики?» показал, что в масштабах от атомов до планетных систем устойчивость этих систем определяется трехмерностью пространства. Атомная структура невозможна в пространстве более или менее трех измерений, так как электроны в таком случае тут же бы «упали» на протоны ядра. Трехмерность обеспечивает само существование объектов на атомном, молекулярном, макроскопическом уровнях (что верно, однако, лишь тогда, когда во Вселенной все системы строятся из известных нам элементарных частиц). Во вся-
ком случае — для обозримой нами части Мира — вывод о трехмерности пространственных отношений, согласно которому каждое место в нем может быть определено тремя независимыми признаками, верен.
Вопрос об «-мерных пространствах (меньших или больших трех измерений) связан с математическим описанием состояний систем. Можно себе представить, например, некую двухмерную систему (плоскость) или рассуждать о плос-ком атоме или электроне, выражать функции изменения при помощи двух переменных (угловая скорость), но представить работу, скажем, электромотора, трансформатора или телевизора в двухмерном мире просто невозможно.
Представления об я-мерных пространствах, впервые возникшие в математике, следует рассматривать как метод, позволяющий описать структуры абстрактного пространства, где координатами выступают различные параметры взаимодействующих систем.