Пространство и время — формы существования материи
Исторически сложились два подхода в толковании
пространства и времени - субстанциональный и ре-
ляционный. Первый из них связан с пониманием про-
странства и времени как самостоятельных сущностей на-
ряду с материей. Пространство сводилось к бесконечной
пустоте, вмещающей все тела, время - к "чистой" дли-
тельности. Эта идея, в общем виде сформулированная
еще Демокритом, получила свое логическое завершение в
концепции абсолютного пространства и времени Ньюто-
на. Согласно этой концепции существует абсолютно пус-
тое 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 фило-
софии XVII-XVIII вв. доминирующее значение. Идея аб-
солютного пространства и времени хорошо вписывалась в
обыденное понимание вещей и событий: наличие меха-
нического движения казалось неопровержимым доказа-
тельством существования неподвижного абсолютного
пространства.
Реляционный подход, который наметился еще у Ари-
стотеля, 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, под-
черкивая относительный характер пространства и време-
ни, называет пространство "порядком существований", а
время - "порядком последовательностей".
Субстанциональная и реляционная концепция не
связаны однозначно с материалистическим или идеали-
стическим толкованием мира, обе развивались на той и
другой основе. Диалектико-материалистическая концеп-
ция пространства и времени была сформулирована в кон-
тексте реляционного подхода.
Пространство и время являются всеобщими объек-
тивными формами координации материальных систем и
их состояний. Они не самостоятельные сущности, а уни-
версальные структуры отношений вещей и процессов.
Пространство есть форма бытия, характеризующая поря-
док сосуществования и рядоположенность материальных
образований, их структурность и протяженность. Время -
форма бытия материи, характеризующая взаимодействие
объектов и смену их состояний, последовательность про-
цессов и их длительность.
Как форма статической связи тел пространство опре-
деляет их взаимное положение, протяженность и направ-
ление сил взаимодействия. Как форма кинематической
связи время отражает направление изменений, очеред-
ность и длительность существования тел, процессов, со-
стояний. Как форма динамической связи пространство и
время в их единстве выражают организацию, структуру
движения и сосуществования всех подразделений беско-
нечного мира. Именно эта упорядоченность движения
является структурной и пространственно-временной ос-
новой техники, ее универсальной матрицей. В самом де-
ле, любая машина, любая техническая система строится
на основе указанных связей. Эти связи выражаются через
пространственные и временные отношения частей и дей-
ствий. Все детали и движения системы четко распределе-
ны в пространстве и времени. Малейший сдвиг в такой
структуре может привести к серьезным нарушениям. По-
этому рациональное использование пространства и вре-
мени, равно как и рациональное применение материалов
и энергии, - одно из необходимых условий технического
прогресса.
Следует различать реальное, перцептуальное и кон-
цептуальное пространство; реальное, перцептуальное и
концептуальное время. Реальное пространство и вре-
мя - 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 кажет-
ся необычным, бесплотным, вне времени и пространства.
Психические образы не представляют исключения. И все-
таки можно говорить о протяженности зрительного пред-
ставления. Она зависит от поля зрения, перспективы и
умственной установки. Если большой предмет (например,
здание) находится недалеко от глаз, то в голове наблюда-
теля возникает не целостный образ предмета, а лишь его
фрагмент, отражающий часть объекта. Отдельные части
нам кажутся гораздо меньшими, чем такие же располо-
женные вблизи. Зрительный образ, подобно фотографии,
может представлять один и тот же предмет в крупном и
уменьшенном плане. Пространственное соотношение
психических образов зависит от объективных пространст-
венных отношений самих предметов, обусловливается
ими. Если бы это было иначе, то человек не смог бы пра-
вильно 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 нетер-
пением ожидаем долгожданное или, наоборот, нежелае-
мое событие, то время зачастую как бы растягивается, за
медляется. 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 соответст-
вует реальному, порядок смены ощущений определяется
порядком реальных событий.
Концептуальное время и пространство - это спо-
соб описания реальных пространства и времени, их раз-
личные теоретические модели. Примерами концептуальных
пространств являются трехмерное евклидово пространство,
четырехмерное пространство-время теории относительно-
сти, /7-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:
Реальное пространство и время обладают метриче-
скими и топологическими свойствами. Первые выража-
ют пространственную и временную протяженность, они
связаны с измерением и характеризуют их количествен-
ный аспект. Метрическими свойствами пространства яв-
ляются гомогенность, изотропность, кривизна; времени -
однородность. Топологические свойства выражают
пространственную и временную упорядочность, качест-
венный аспект пространства и времени. Топологическими
свойствами пространства являются трехмерность, непре-
рывность; времени - одномерность.
Можно сказать, что пространство и время характе-
ризуют свойства разномерности бытия. Их фиксация свя-
зана с макроскопическим опытом человека.
Трехмерность пространства, начиная со времен
Птолемея, традиционно считалась универсальным свойст-
вом и стала важнейшим элементом концептуальной
структуры физического описания мира. Принятый за ак-
сиому опытный факт трехмерности пространства получил
теоретические подтверждения. Так, И. Кант показал, что
законы обратных квадратов для гравитационной и элек-
тростатической сил связаны с трехмерностью нашего про-
странства. В 1920 г. П. Эренфест в статье "Какую роль
трехмерность пространства играет в фундаментальных за-
конах физики?" показал, что в масштабах от атомов до
планетных систем устойчивость этих систем определяется
трехмерностью пространства. Атомная структура невоз-
можна в пространстве более или менее трех измерений,
так как электроны в таком случае тут же бы "упали" на
протоны ядра. Трехмерность обеспечивает само существо-
вание объектов на атомном, молекулярном, макроскопи-
ческом уровнях (что верно, однако, лишь тогда, когда во
Вселенной все системы строятся из известных нам эле-
ментарных частиц). Во всяком случае - для обозримой
нами части Мира - вывод о трехмерности пространствен-
ных отношений, согласно которому каждое место в нем
может быть определено тремя независимыми признаками,
верен.
Вопрос об л-мерных пространствах (меньших или
больших трех измерений) связан с математическим описа-
нием состояний систем. Можно себе представить, напри-
мер, некую двухмерную систему (плоскость) или рассуж-
дать о плоском атоме или электроне, выражать функции
изменения при помощи двух переменных (угловая ско-
рость), но представить работу, скажем, электромотора,
трансформатора или телевизора в двухмерном мире про-
сто невозможно.
Представления об и-мерных пространствах, впервые
возникшие в математике, следует рассматривать как ме-
тод, позволяющий описать структуры абстрактного про-
странства, где координатами выступают различные пара-
метры взаимодействующих систем.