Философское содержание категорий пространства и времени через призму теории относительности

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 125

Дальневосточный федеральный университет

ФИЛОСОФСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ КАТЕГОРИЙ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ ЧЕРЕЗ ПРИЗМУ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Кадеева Оксана Евгеньевна

Ковешников Евгений Валериевич

Пространство-время Г. Минковского представляет собой лишь теоретический образ, физико-математическое понятие и, соответственно, не обладающее свойством объективной реальности. Так называемая геометрия реального пространства и времени (то есть метрические и топологические свойства реального пространства и времени) определяется свойствами движения материи, материальными взаимодействиями. Так как движение есть сущность времени и пространства, то различные виды движений и материальных взаимодействий определяют соответствующие свойства пространства-времени [6, с. 76]. Таким образом, пространствовремя Минковского отражает в теории метрические свойства пространства и времени, обусловленные электромагнитными взаимодействиями.

Пространство-время специальной теории относительности представляется как псевдоевклидово многообразие. Это обстоятельство выражает качественное отличие временной координаты от пространственных. Пространственно-временная метрика инвариантна по отношению к преобразованиям Лоренца (в двумерном пространстве-времени). Из них непосредственно вытекают кинематические эффекты специальной теории относительности: относительность протяжённости и длительности, а также относительность одновременности.

Важное свойство пространства-времени - его однородность и изотропность. Преобразования пространственных и временных координат, не изменяющие функционала действия, указывают на симметрию пространства и времени. Если функционал действия не меняется при повороте системы, то можно говорить о равноправности всех направлений в пространстве, то есть об изотропии пространства. Если функционал действия не меняется с течением времени, то можно говорить о равноправности всех моментов времени, то есть об однородности времени [1, с. 75]. Под однородностью здесь понимается инвариантность пространственновременного интервала по отношению к группе трансляций в пространстве-времени, а под изотропностью - его инвариантность по отношению к группе вращений. Геометрические свойства - это геометрические инварианты некоторой группы, без всякой ссылки на физические законы [10, c. 18-20].

Получается, что понятие инвариантности тесно связано с понятием физической относительности. Последняя, как в форме классического принципа относительности Г. Галилея, так и в форме специального (релятивистского) принципа относительности А. Эйнштейна, выражает единство однородности пространства-времени и эквивалентности инерциальных систем отсчёта.

Фактически специальная теория относительности установила относительный характер пространственновременных свойств, выявляемых в физическом исследовании. Философско-мировоззренческий смысл этой относительности может быть интерпретирован как зависимость пространственно-временных свойств от характера движения и взаимодействий соответствующих природных процессов [7, с. 105].

Э. Тейлор и Дж. Уилер провели соответствующие рассуждения о пространственно-временных интервалах, опираясь на сложившееся философское мировоззрение. Интервал, вычисленный по данным измерений одного наблюдателя, в точности равен интервалу, вычисленному по данным измерений другого наблюдателя, даже если фигурирующие в этих вычислениях координаты по отдельности не равны друг другу. Два наблюдателя припишут пространственным и временным координатам событий относительно одного и того же опорного события разные значения, но, вычислив эйнштейновские интервалы между этими событиями, они обнаружат, что соответствующие величины совпадают. Эта инвариантность интервала (его независимость от выбора системы отсчёта) вынуждает признать, что время невозможно отделить от пространства. Событие характеризуется не только местом, но и моментом времени, в который оно произошло. За положение события в пространстве принимается положение часов, ближайших к этому событию. Его положение во времени принимается равным времени, которое при этом показывают часы, ближайшие к событию. Итак, координаты события - это набор четырёх чисел: три из них характеризуют положение в пространстве часов, ближайших к этому событию, а четвёртое равно времени (в метрах), когда по этим часам произошло это событие [12, c. 14, 30-32].

Существует два основных метода измерения времени: один состоит в подсчёте периодических процессов, а другой - в измерении пространственных расстояний. Будем различать два понятия одновременности: одновременность в одном и том же локальном месте и одновременность пространственно разделённых событий. Стечение событий в одном и том же месте и в одно и то же время называется совпадением. Проблему сравнения смежных событий можно свести к проблеме совпадения и ограничиться сравнением удалённых событий. Будем считать события удалёнными, если расстояние между ними велико в сравнении с размерами человеческого тела. Временное сравнение удалённых событий возможно только потому, что сигнал, посланный из одного места в другое, представляет собой причинную цепь. Этот процесс ведёт к совпадению, то есть к сравнению смежных событий. Временная метрика зависит от трёх координатных дефиниций. Первая имеет дело с единицей времени и определяет числовую величину временного интервала. Вторая касается равномерности и относится к сравнению последовательных интервалов времени. Третья связана с одновременностью и сравнением интервалов времени, которые параллельны друг другу и протекают в различных точках пространства. Точкой пространственновременного многообразия является точка - событие, то есть некоторое событие, определённое тремя пространственными координатами и одной временной. Интервал является метрическим понятием, которое соответствует длине, но не протяжённости, и определяется своими двумя конечными точками.

Пространство-время обладает также свойством связности. Топологическое пространство называется связным в том случае, если его нельзя разбить на две топологические несвязные части, то есть на такие части, ни одна из которых не содержит элемента бесконечно близкого к другой части. Всякое множество с заданной топологической структурой называется топологическим пространством (топологический - непрерывный) [3, c. 20]. философский пространство бытие материя

В. С. Готт с философской стороны объединил физическое и методологическое назначения пространствавремени, указав на то, что такие конкретные свойства пространства и времени, установленные теорией относительности, как зависимость от наличия гравитирующих масс, относительность одновременности, относительность протяжённости и рядоположённости, длительности и последовательности моментов времени, инвариантность пространственно-временного интервала, относительность его разделения на пространственные и временные части и так далее, раскрывают и конкретизируют такие универсальные свойства пространства и времени, как их объективность, абсолютность, относительность, единство, различие, взаимозависимость, специфичность пространственных форм, как форм, отражающих в своей сущности и свойствах закономерности связи явлений, порождаемых движущейся материей [4, c. 51].

Одно из основных свойств времени - его способность изменяться только в одном направлении. Отсюда вытекает неизотропность четырёхмерного пространства: выделенный характер положительного направления вдоль оси времени. Каждому положению материальной точки в некоторый момент времени будет соответствовать точка в четырёхмерном пространстве. Совокупность таких мировых точек, соответствующих различным положениям материальных точек для различных моментов времени, определяет некоторую кривую в четырёхмерном пространстве, называемую мировой линией этой материальной точки.

Специальная теория относительности установила взаимную связь между пространством и временем (формами существования материи), но не рассматривает зависимость геометрии пространства-времени от распределения и движения материи. Общая теория относительности есть теория зависимости пространствавремени от движения и распределения материи [11, c. 95]. Теория относительности была изложена с помощью четырёхмерной геометрии. В окружающем обычном трёхмерном пространстве положение каждой точки определяется тремя числами. Если присоединить к ним четвёртое число - время, то получим геометрическое представление события-пребывания математической частицы в данной точке в данный момент [8, c. 11].

Пространство и время и в философии рассматриваются как основные формы существования материи, ответственные за расположение, структурность и протяжённость отдельных элементов материи относительно друг друга и за закономерную координацию сменяющих друг друга явлений.

В действительности свойства пространства и времени, с одной стороны, и пространственно-временные свойства движущейся материи, - с другой, находятся в тесной взаимосвязи, которая в определённом контексте проявляется как «дополнительность» физики, позволяющая оставлять неизменными свойства пространства и времени, преобразуя все изменения к пространственно-временным свойствам движущихся объектов [2, с. 85].

Такие свойства пространства, времени и пространства-времени Л. Н. Любинская подразделила на два больших класса: топологические (выражающие пространственно-временной порядок) и метрические (выражающие пространственно-временную протяжённость). Таким образом, дополнительность пространства и времени разбивается на дополнительность метрических и топологических свойств. К первым относятся: неоднородность или однородность (гомогенность), изотропность, кривизна, скорость течения (равномерность или неравномерность); ко вторым, - размерность (мерность), непрерывность или дискретность, связность, направленность (времени) [9].

Необратимость, в самом общем понимании, это невозможность для любой динамической системы после возникновения и развития точно попасть, вернуться в пространственно-временную точку пройденной траектории. Необратимость пространства-времени, возникающая при создании, рождении объектов, процессов, порождает их начальный объём в пространстве-времени. Необратимость, возникающая в момент разрушения объекта или процесса, зафиксирует конечный объём в пространстве-времени.

Также пространство-время обладает свойством синкретичности (от греческого ? соединение). Это есть пространственно-временная неразделённость, характеризующая в физике и философии тот момент, что единство пространства-времени ещё не раскрыто полностью, но утверждающая, что пространство не может существовать отдельно от времени и наоборот.

Представления в научном знании, в теории реального существования пространственных границ, отделяющих друг от друга качественно различные пространственно-временные области объективного мира, качественно различные пространственно-временные области природы, описываются качественно различными физическими теориями. Но ими также являются пространственные границы, отделяющие друг от друга качественно различные пространственно-временные области объективного мира, качественно различные пространственно-временные области природы, в которых господствуют качественно различные взаимодействия в пределах квантового и классического миров. Такой, например, является пространственная граница, в которой господствуют электромагнитные взаимодействия, их проявлениями являются евклидовы метрические и топологические свойства пространства и времени (описываются классической физикой и специальной теорией относительности), что отличается от пространственно-временной области, в которой господствуют гравитационные взаимодействия, их проявлениями являются неевклидовы метрические и топологические свойства пространства и времени, описываемые общей теорией относительности [1, c. 118]. Согласно общей теории относительности, пространственно-временные свойства гравитационного поля и материальных объектов, присутствующих в нём, находятся в определённой связи со свойствами гравитационных взаимодействий.

Какое бы понятие пространственно-временной проблематики ни рассматривалось в общей теории относительности любой областью научной деятельности (в частности, физикой и философией), всегда пока остаётся неразрешённым вопрос единства пространства-времени, точнее понимание и восприятие данного понятия в науке. Так как научное знание не едино для всех наук, то для изучения четырёхмерного пространства-времени в объединении философии и физики, на первое место выходит вопрос изучения свойств как пространства и времени, так и пространства-времени. Выявление философского содержания категорий пространства и времени, выражающих всеобщие атрибутивные формы бытия материи, имеет важное методологическое значение. Оно служит основой исследования многообразных пространственно-временных свойств в различных областях действительности. Поэтому необходимо анализировать и выдвигать как концепт научного изучения свойства пространства-времени, которые непосредственно вытекают из свойств самих пространства и времени.

Список литературы

1. Аронов Р. А. Физическая реальность и познание. М.: КРАСАНД, 2011. 528 с.

2. Ахундов М. Д. Пространство и время в физическом познании. М.: Мысль, 1982. 256 с.

3. Горелик Г. Е. Почему пространство трёхмерно? М.: Наука, 1982. 168 с.

4. Готт В. С. Философские вопросы современной физики. Изд-е 2-е, испр. и доп. М.: Высшая школа, 1972. 416 с.

5. Кадеева О. Е. Несколько слов о свойствах пространства-времени // Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике: тезисы докладов. Владивосток: Изд-во ДВГУ, 2010. С. 18-19.

6. Князев В. Н. Концепция взаимодействия в современной физике. М.: Прометей, 1991. 127 с.

7. Князев В. Н. Проблемы методологии естественных наук. Философия физики: коллективная монография. М.: Прометей, 2004. 608 с.

8. Кузнецов Б. Г. Эйнштейн. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1962. 408 с.

9. Любинская Л. Н. Групповые свойства времени и их аксиоматизация // Вопросы философии. 1970. № 9. С. 64-74.

10. Мостепаненко А. М. Пространство-время и физическое познание. М.: Атомиздат, 1975. 216 с.

11. Петров А. З. Пространства Эйнштейна. М.: Гос. изд-во физ.-матем. лит-ры, 1961. 464 с.

Аннотация

В статье рассматривается выявление философского содержания категорий пространства и времени, выражающих всеобщие атрибутивные формы бытия материи. Авторы обосновывают методологическое значение проблемы, которое служит основой исследования многообразных пространственно-временных свойств в различных областях действительности. Пространственно-временная проблематика в любой области науки, понимание и формулирование многих понятий, связанных с общей теорией относительности, не совсем достаточно проанализированы и раскрыты.

Ключевые слова и фразы: пространство-время; инвариантность; топологическое пространство; изотропность; философия физики.

The article examines the revealing of the philosophical content of the categories of space and time expressing the general attributive forms of the existence of matter. The authors substantiate the methodological meaning of the problem, which serves as a basis for the study of diverse spatial-temporal features in various areas of reality. Spatial-temporal subject matter in any field of science, understanding and formulating many concepts connected with the general theory of relativity are not analyzed and revealed well enough.

Key words and phrases: space-time; invariance; topological space; isotropism; philosophy of physics.

Размещено на Allbest.ru