Понятие пространства и времени в философии и науке

Современное понимание  пространства и времени было сформулировано в теории относительности А. Эйнштейна, по-новому интерпретировавшей реляционную концепцию пространства и времени и дав ей естественнонаучное обоснование.

Выводы: Если попытаться среди вышеперечисленных программ исследования феноменов пространства и времени вычленить наиболее общие и ключевые, то можно назвать следующие фундаментальные теоретические альтернативы:

- точечная концепция  пространства и времени;

- интервальная концепция  пространства и времени;

- субстанциальная концепция  пространства и времени, признающая  их независимый от вещей характер или даже превращающая их в порождающие начала бытия;

- реляционная концепция  пространства и времени, рассматривающая их как нечто производное от взаимодействия материальных вещей и процессов;

- субъективно-антропологическая концепция пространства и времени, связывающая их наличие только с бытием человека и его сознания;

- объективно-природная  концепция, постулирующая их укорененность  в объективном космическом бытии.

Все шесть программ (внутри каждой из них есть еще и свои собственные варианты) находятся между собой в достаточно сложных взаимоотношениях. Укажем лишь, что, например, в рамках субстанциальной концепции могут развиваться и точечные ( Бруно) и интервальные (Р. Декарт) взгляды на пространство и время, а объективно-природный подход к пространству и времени может быть как субстанциальным (И. Ньютон), так и реляционным (X Гюйгенс) и т.д.. Вышеназванные диалектические оппозиции, действительно, являются фундаментальными для понимания природы пространства и времени.

Смеем предположить, что  если когда-нибудь и будет создана  единая синтетическая научно-философская теория пространства и времени, то она должна будет диалектически синтезировать эти противоположности.

Глава 2. Реляционная и субстанциальная  концепции пространства и времени.

Фундаментальная оппозиция  «время и пространство как независимые начала» (субстанциальная концепция) и «время и пространство как нечто производное от взаимодействия движущихся тел» (реляционная концепция) получает свое всестороннее развитие и обоснование в последующие эпохи. Остановимся на ней подробнее, учитывая значимость этой дилеммы не только для философии, но и для науки.

Субстанциальная концепция. В научной модели мира, начиная с Ньютона и Галилея время и пространство рассматриваются как особого рода сущности, как некоторые не телесные субстанции, которые существуют сами по себе, независимо от других материальных объектов, но оказывают на них существенное влияние. Они представляют собой как бы вместилище тех материальных вещей, процессов и событий, которые происходят в мире. При этом время рассматривается как абсолютная длительность, а пространство — как абсолютная протяженность.

На данную трактовку  пространства и времени опирался Ньютон при создании своей механики. Данная концепция превалирует в физике вплоть до создания специальной теории относительности. В философии возможны как идеалистические варианты решения данной проблемы, когда, например, пространство трактовалось как особая субстанция, порожденная духом, так и материалистические, в которых пространство понималось как субстанция, существующая наряду с материей.

Реляционная концепция. Пространство и время в ней рассматриваются как особого рода отношения между объектами и процессами. Ряд философов в рамках данной концепции трактуют пространство и время как феноменальное обнаружение взаимодействия идеальных сущностей—монад (объективный идеализм Лейбница и Лосского), другие — как формы бытия и продукты взаимодействия материальных объектов и процессов (например, диалектический материализм).

Физика, вплоть до появления  теории Эйнштейна, базировалась на субстанциальной  концепции пространства и времени, хотя в философии присутствовали, как мы показали выше, и другие представления. Почему так произошло? Потому что на данном историческом отрезке именно субстанциальные представления можно было наполнить конкретным физическим содержанием. Поэтому речь идет не о том, какие представления являлись наиболее истинными, наиболее адекватными бытию, а о выборе тех представлений, которые по конкретным научным критериям могли быть включены в выбираемую научную модель. Уже это придает относительность не только ньютоновскому, но и вообще любому физическому описанию мира, делает несостоятельными претензии на универсальный и абсолютно объективный характер.

Фундаментом классической физики выступала механика. Мир представляется в ней системой взаимодействующих  частиц, или кирпичиков материи — атомов. Их движение подчиняется законам классической ньютоновской динамики. Основное свойство атомов — их материальность, или вещественность. Система взаимодействующих атомов и их конгломератов образует вещественное бытие в целом.

Пространство, которое  существует вне и независимо от сознания человека, — это невещественное бытие. «По своим свойствам оно  полностью противоположно веществу, или материи, являясь в то же время непременным условием ее бытия». Это некое вместилище, в котором происходит движение атомов. Время абсолютно, ибо «порядок событий во времени имеет раз и навсегда данный и абсолютный характер, этот порядок охватывает все физические события, которые когда-либо имели, имеют или будут иметь место во Вселенной». Поэтому с точки зрения ньютоновской физики пространство и время — предпосылки, которые сами по себе не должны анализироваться. При этом абсолютной и самодовлеющей сущностью выступает пространство, которое предшествует как веществу, так и времени.[4;130]

С философской точки  зрения это было очень сильное  огрубление бытия и распространение  на него свойств отдельной его  части. Ю.Б. Молчанов приводит такой пример. Атомы являются различными объектами, если они находятся в один и тот же момент времени в разных точках пространства. И наоборот, если они располагаются в одной точке пространства, то это один объект. Свойства локальной части экстраполировались здесь на весь мир. Предполагалось, что он так устроен везде. Рассуждение весьма типичное для ученых и сегодня.

Физика, безусловно, дает описание мира, но, как и любая  иная наука, опирается лишь нате знания и представления, которые она может обобщить на данном этапе. С философских позиций понятно, что этих данных всегда будет недостаточно, а значит, такая картина мира не может претендовать на полноту. Более того, данная картина мира весьма относительна и субъективна, так как очень часто базируется на введении сил и представлений, которые являются нечем иным, как некими умозрительными конструкциями, созданными именно для заполнения недостаточности физического обоснования. Они иногда даже не отвечают критериям научности, на которых строится сама данная концепция, и потому на определенном этапе развития науки просто отбрасываются как эфемерные.

Так, например, ньютоновская физика вводит понятие эфира в  качестве особой универсальной среды. Считалось, что эфир пронизывал все тела, и им было заполнено пространство. С помощью этого понятия, как казалось, удавалось объяснить все известные тогда явления в физическом мире. При этом физики долгое время просто игнорировали тот факт, что сам эфир оставался недосягаемым для физического эксперимента. Создалась парадоксальная ситуация, когда в основе экспериментальной физической науки лежало основание, которое эмпирически не было подтверждено, а значит, согласно критериям этой науки, было за рамками научного познания.

Понятие одновременности  в классической физике трактовалось также согласно субстанциальной концепции времени. Одновременными считались все те события, которые произошли в одно мгновение времени. С точки зрения здравого смысла это действительно так, и потому даже в голову никому не приходило, что это необходимо обосновывать. Однако позже оказалось, что это не так.

Во второй половине XIX в. научные  открытия заставляют ученых перейти  к реляционной трактовке пространства и времени. Развивается классическая электродинамика, которая базируется на отказе от принципа дальнодействия, т.е. мгновенного распространения света. Дело в том, что в классической физике свет распространялся в особой светоносной среде — эфире. Согласно единой теории электромагнитного поля, движение Земли относительно мирового эфира должно влиять на скорость распространения света. Начиная с 1881г. сначала один Майкельсон, а затем с 1887г. совместно с Морли ставит серию опытов с целью эмпирического подтверждения данной идеи (в истории науки данные опыты вошли под именем их авторов как «опыты Майкельсона—Морли»). Однако результат опытов оказался негативным, скорость при всех измерениях оставалась постоянной.

Лоренц и Фицджеральд объяснили  это «сокращением размеров движущихся тел и замедлением хода движущихся часов»[1;115], что являлось попыткой «спасти» классическую физику. И это было не случайно, так как в противном случае из результатов опыта вытекали следующие выводы, невозможные для ученых, придерживающихся классических физических представлений:

1. «Земля неподвижна», что явно  противоречило науке, которая экспериментально обосновала факт движения Земли.

2. «Эфира нет», что также противоречило  науке, так как с помощью понятия эфира был сделан ряд открытий и объяснено множество явлений, например, в рамках волновой теории света.

В начале XX в. была создана теория относительности, которая заставила пересмотреть традиционные воззрения на пространство и время и отказаться от субстанциальной концепции. Теорию относительности можно рассматривать как концепцию, нацеленную на раскрытие диалектических связей в природе. Теория относительности включает в себя две генетически связанные теории: специальную теорию относительности (СТО), основные идеи которой были сформулированы А.Эйнштейном в 1905 г., и общую теорию относительности (ОТО), работу над которой А. Эйнштейн закончил в 1916г.  
Постулатами его теории являются следующие:

• специальный принцип относительности, по которому законы природы неизменны во всех инерциальных системах отсчета, т.е. в системах, находящихся в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения;
• принцип предельности. В природе не может быть взаимодействий, которые превышают скорость света.[2;196]

Изданной теории следовал целый ряд выводов, касавшихся понимания пространства и времени, которые уже существовали в философии в рамках реляционных представлений. Прежде всего, изменялся смысл категорий времени и пространства. Пространство и время предстали как относительные свойства бытия, зависящие от различных систем отсчета. Оказалось, что пространство и время имеют физический смысл только для определения порядка событий, связанных материальными взаимодействиями. Кроме того, пространство и время оказались имманентно взаимосвязанными друг с другом (знаменитое четырехмерное пространство А. Минковского), а все события в мире стало возможным трактовать как происходящие в пространственно-временном континууме.

Отсюда был сделан принципиальный вывод, что сами пространство и время  акциденциальны, т.е. производны от конкретных физических событий и взаимодействий. Пространство и время не являются независимыми онтологическими сущностями. Реально только физическое событие, которое можно описать в пространственно-временных характеристиках.

Соответственно, проблема установления одновременности событий есть лишь конвенция, соглашение путем синхронизации часов с помощью светового сигнала. «События, происходящие в разных точках пространства, могут быть одновременны в том смысле, что любому событию, происходящему в данной точке, поставлено в соответствие одно и только одно одновременное с ним событие, происходящее в другой».[2;203]

В философском плане  теория относительности вызвала  шквал субъективно-антропологических  интерпретаций в диапазоне от субъективного идеализма берклианского  толка до неокантианского трансценденталистского конструктивизма. Общий смысл интерпретаций эйнштейновских открытий сводился здесь к тому, что время и пространство не объективны, а есть лишь результат нашей конвенции. Однако сам Эйнштейн с такими субъективистскими трактовками не соглашался. Если, например, Мах говорил о том, что пространство и время — комплексы наших ощущений, то Эйнштейн оговаривался, что физический смысл пространству и времени придают реальные процессы, которые позволяют установить связь между различными точками пространства.

Таким образом, в философском  плане пространство и время предстали  как важнейшие атрибуты бытия, представляющие собой функцию физических отношений между объектами. Любопытно, что позже, в общей теории относительности, пространство и время получили у Эйнштейна несколько иную интерпретацию, которую ряд исследователей счел возвращением на новом уровне к субстанциальной модели. В этой теории все тела в Космосе, обладающие массой, предстали как результат искривления единой порождающей субстанции — пространства-времени. И по сию пору, ряд физиков последовательно развивает этот субстанциалистский подход, полагая в качестве основания фундаментальной физической теории не частицы и поля, а единое эйнштейновское пространство-время. Здесь произошел своеобразный возврат на новом уровне к платоновскому отождествлению пространства и материи в диалоге «Тимей».

В современной физике спор между субстанциальной и реляционной концепциями пространства и времени продолжается с переменным успехом. К примеру, сторонниками первой модели выступают разработчики различных концепций физического вакуума, а сторонниками второй — последователи теории физических структур, кладущие в основание физических теорий не вакуум, не физические поля и не пространство-время, а взаимодействие элементарных частиц.

Одной из наиболее обсуждаемых  проблем является проблема метрических  и топологических свойств пространства и времени. Метрические свойства – это свойства, связанные с характеристиками заданной в пространстве метрики (кривизна, конечность и бесконечность, изотропность, однородность), т. е. по большому счету связанные с определением понятия «расстояние» в данной модели пространства-времени. Топологические свойства «менее очевидны», они, например, описывают связность, симметрию и мерность пространства, непрерывность, одномерность и необратимость времени. Разведение этих свойств может быть чрезвычайно полезно в контексте анализа содержания физической и математической