Простір і час - форми буття матерії
Міністерство освіти і науки України
Вінницький державний педагогічний університет ім. М. Коцюбинського
Інститут історії, етнології і права
Повідомлення на тему:
Простір і час - форми
буття матерії
Виконав
Студент
групи 2-В
Рудь
В.С.
Вінниця 2007
Усі предмети, що нас оточують, мають певні
розміри, протяжність у різних напрямках, переміщуються один відносно одного або
разом з Землею - відносно космічних тіл. Так само всі об'єкти виникають і
змінюються у часі.
Простір і час є загальними формами буття всіх
матеріальних систем і процесів. Не існує об'єкта, який перебував би поза
простором і часом, як немає простору і часу самих по собі, поза матерією, що
рухається. Абсолютного простору як нескінченої порожньої протяжності не існує.
Всюди є матерія в тих чи інших формах (речовина, поле), а простір виступає як
загальна властивість (атрибут) матерії. Так само немає і абсолютного часу, час
завжди нерозривно зв'язаний з рухом, розвитком матерії. Простір і час існують
об'єктивно і незалежно від свідомості, але зовсім не від матерії.
Поняття простору і часу є фундаментальними
поняттями людської культури. Бони настільки фундаментальні, що на певному
ступені розвитку людського пізнання (або незнання) їх розглядали як абсолютну
субстанцію світу. Таким є у ранньому зороастризмі, хаос у давньогрецькій
міфології, акаша і кала у давньоіндійських системах. Простір і час вважалися
основами Всесвіту і в античній натурфілософії або у християнській картині
світу. Для просторово-часових уявлень тих часів характерне неймовірне різномаїття
концепцій і моделей простору і часу: субстанційні, реляційні, дискретні,
циклічні, кінцеві тощо.
Зовсім: інший напрям розвитку уявлень про простір
і час започатковується у працях Галілея, Декарта та Ньютона: створення
класичної механіки ознаменувало народження нового фізичного підходу до пізнання
простору і часу. Було створено низку фундаментальних фізичних теорій
(спеціальна і загальна теорія відносності, релятивістська космологія, квантова
геометродинаміка та ін.), у руслі яких оригінальні, більш ускладнені метричні,
топологічні і інші структури простору і часу.
Сучасні вчені у пошуках нових ідей починають
свідомо звертатись до найбагатшої концептуальної комори міфологічного
моделювання світу. Це особливо виявилося у фізиці мікросвіту, де деякі
дослідники почали залучати конструкцію восьмирічного шляху Будди для
систематики елементарних частинок або притчу про перлинне намисто їндри як
основу парадигми бутстралної моделі. Сучасні вчені запозичують з давньої
міфології такі концепції, структури і моделі, про існування котрих самі творці
цієї міфології не тільки не знали, але й принципово не могли знати. Таке
реконструкційне запозичення виявляється важливою формою новаторства.
У самому загальному вигляді динаміку
міфологічного світу можна охарактеризувати як перехід від Хаосу до Космосу. У
більш розвинутих системах вода трансформувалась у деякі персоніфіковані
божественні образи (Намму у Шумері, Нун у Єгипті, Апсу у Вавилоні, Асат у Індії
та ін.). Вода - Іде невизначений першопочаток, який у процесі організації (за
допомогою тотемних тварин, предків, Дике, нуса, ідеї, Бога та ін.)
трансформується у Космос, упорядкований у просторі й часі. Все природне і
соціальне виступало, як єдине ціле, а тому ділення племені на групи визначало
розподіл простору, а порядок обрядової церемонії пов'язаний з напрямком у
просторі. Весь міфологічний пейзаж виявляється втіленим міфом. Тотемні центри
племені - це осередок «містичної енергії», під охороною духів предків
знаходиться територія племені, а весь простір за цими межами злий і жахливий.
Розвиток зв'язків призвів до ідеї розмноження оазисів упорядкованого буття. Простір
існує «у малому» і у «великому», він неперервний, багатозв'язковин, а пізніше
усвідомлюється як багатослоїстний (верхній рівень - світ сакральних персонажів,
середній - світ людей, нижчий - світ мертвих).
Відповідно до уявлень про простір розвивались і
ідеї часу. Оскільки Всесвіт слоїстний, то дута шамана гониться за злим духом у
сатфальному часі, який перебільшує вік життя людини. Для міфу характерна також
спрямованість у минуле: міфічний світ існує тоді, коли ще не було часу. Хоча
час і віднесений до минулого, ній виступає і як сучасне, і як майбутнє
(циклічна моделі, часу), як коливання між життям і смертю, днем і піччю.
Ставлення людей до простору на перших етапах
людської історії було обумовлене не. тільки специфікою життєдіяльності
(збирання, полювання, хліборобство), а й містичними і релігійними уявленнями,
особливо про смерть. Жахлива не сама по собі смерть, а смерть на чужині.
Пізніше розподіл праці, товарне виробництво, розквіт міст спонукали нові ідеї,
пов'язані з простором (нездоровий інтерес до чужих територій, тобто
експансіонізм, спроби створення об'єднаних імперій). В умовах панування
уявлення про нерозривний зв'язок простору і Бога як кару розглядали просторову
трансформацію, тобто переселення повсталого народу або, навпаки, території (переселення
самого Бога). Так були покарані Ксерксом повстанці-вавилоняни: зруйнували
головний храм, а статую бога Мардука завезли до Персії. Такі просторові
трансформації сприяли розвиткові уявлень людей про простір і час і оточуючий
світ. В уявленнях про богів відбулось абстрагування від їх родової належності -
це вже не майбутня «рідня», а володарі території і всього, що живе на ній. Деякі-стародавні
філософи розглядали простір як однорідну, нескінчену, нерухому порожнечу,
заповнену атомами, субстанціями (Демокріт, Епікур). У науці Нового часу простір
уявляли однорідною і нескінченою протяжністю. Класична механіка Ньютона привела
до відриву простору від матерії, руху і часу. В концепції Ньютона абсолютний
простір тлумачиться як нескінчена протяжність, яка містить у собі всю матерію і
не залежить від будь-яких матеріальних процесів, а абсолютний час - як плинна
безвідносно до всяких змін рівномірна подовженість, у якій все виникає і
зникає. У ньютоновській концепції простору і часу приписувались деякі субстанцій
ні ознаки - абсолютна самостійність і самодостатність існування; в той же час
простір і час розглядались як порожнечі, субстанції, в котрих виникають всі
тіла.
Простір - це форма буття матерії, яка
характеризує її протяжність, структурність, співіснування і взаємодію елементів
в усіх матеріальних системах. Поняття простору тісно пов'язано із структурністю
матерії, її здатністю ділитися на частини. Дійсно, сама можливість виділити у
будь-якому об'єкті складові частини дозволяє говорити про їх взаємне розташування,
взаємну координацію, тобто говорити про простір.
Саме визначення простору має на увазі нерозривний
зв'язок його з матеріальними об'єктами, оскільки він визначається як
властивість цих об'єктів. Наприклад, абсолютної порожнечі, «чистого вакууму»
без будь-якої матерії існувати не може. Навіть якби ми в уявному експерименті
з-під деякого ковпака викачали все повітря, вилучили всі молекули (що реально
неможливо), то й тоді там залишиться гравітаційне поле і так зване поле
вакууму. Буде там також і «звичайне» електромагнітне поле, котре утворюється
стінками ковпака, який має температуру, відмінну від абсолютного нуля
(абсолютний нуль, як відомо, недосяжний). Ці поля не можна екранувати навіть в
уявному експерименті.
Час - форма буття матерії, яка виявляє тривалість
її існування, послідовність зміни станів у розвитку всіх матеріальних систем.
Поняття часу нерозривно пов'язане з рухом (змінюваністю) матерії. Дійсно,
змінюваність є зміна одного стану іншим, але саме ця зміна станів і дозволяє
говорити про час. Так, уже у давні часи порівняння циклічних станів, повторень
- зміна дня і ночі - з усіма іншими станами, з якими мала справу людина,
привело до поняття часу і винаходу приладдя для виміру його проміжків.
Історично склались два підходи до простору і
часу. Перший може бути названий субстанціональною концепцією. Простір і час
тлумачаться тут як щось самостійно існуюче поряд з матерією, як її порожня
місткість. Простір - це чиста протяжність, а час - чиста тривалість, у які ніби
то «занурені», «розміщені» матеріальні об'єкти. Таким чином, простір і час
уявлялись як арена, на якій відбуваються різні події. Першим цей погляд
висловив Демокріт, підкреслюючи, що існують атоми і порожнеча, а свій розвиток
і завершення субстанціальна концепція одержала у Ньютона і у класичній фізиці в
цілому.
Другий підхід можна назвати реляційною концепцією
простору і часу. Намітки її можна виявити ще у Арістотеля, але вперше з усією
чіткістю вона сформульована Г. Лейбніцем. З точки зору реляційної концепції,
простір і час - не особливі субстанціальні сутності, а форми існування
матеріальних об'єктів. Простір виявляє співіснування об'єктів, час -
послідовність їх станів. Реляційна концепція у філософському плані була
сприйнята і розвинута діалектичним матеріалізмом, а у природничо-науковому
плані - релятивістською фізикою і у наш час найбільш повно відповідає рівню
розвитку природознавства.
Існують дві концепції часу: динамічна і статична.
Згідно з динамічною концепцією, існують події тільки теперішнього часу,
минулого буття немає, воно лише залишило свої сліди в теперішньому і пішло в
небуття. Майбутні події не існують взагалі, є тільки їхні передумови. Тому є
минуле, теперішнє і майбутнє.
Згідно зі статичною концепцією, не існує поділу
на минуле, теперішнє, майбутнє. Всі вони існують реально одночасно. Різниця між
ними обумовлена не об'єктивними характеристиками, а властивостями нашої
свідомості, яка рухається по світовій лінії.
До загальних відносяться: об'єктивність і
незалежність від свідомості людини; їх абсолютність як атрибутів матерії;
нерозривний зв'язок часу і простору між собою, а також з рухом матерії;
залежність від структурних відносин і процесів розвитку у матеріальних
системах; єдність перервного і неперервного у їх структурі; кількісна і якісна
нескінченність. Крім того, розрізняють метричні (тобто пов'язані з
вимірюваннями) і топологічні (наприклад, зв'язність, симетрія простору і
неперервність, одномірність. незворотність часу) властивості простору і часу.
Поряд з єдиними характеристиками, притаманними як
простору, так і часу, для них характерні деякі особливості. До загальних
властивостей простору відносяться перш за все протяжність, яка означає
рядопокладання і співіснування різних елементів (крапок, відрізків, об'ємів
тощо), можливість додавання до кожного даного елементу деякого наступного
елементу або можливість зменшення числа елементів. Протяжною можна вважати
будь-яку систему, у котрій можливі зміни характеру зв'язків і взаємодій
складових елементів, їх чисельності, взаємного розташування і якісних особливостей.
А тому саме протяжність тісно пов'язана зі структурністю.
Простору притаманна також, яка виявляється як у
характері переміщення тіл, так і у розповсюджені фізичних впливів через різні
поля (електромагнітне, гравітаційне, ядерне) у вигляді близькодії у передачі
матерії і енергії. Зв'язність означає відсутність якихось «розривів» у просторі
і порушення близькодії у розповсюдженні матеріальних впливів у полях. Разом з
тим простору притаманна відносна перервність, яка виявляється у розподільному
існуванні матеріальних об'єктів і систем, котрі мають певні розміри і межі, у
існуванні різних структурних рівнів матерії з різними просторовими відносинами.
Загальною властивістю простору є, яка органічно
пов'язана зі структурністю систем та їх рухом. Всі матеріальні процесії і
взаємодії реалізуються лише у просторі трьох вимірів. В одномірному або
двомірному просторі (лінія, площина) не могли б відбуватися взаємодії речовини
і поля. Абстрактні (концептуальні) багатомірні простори у сучасній математиці і
фізиці утворюються шляхом додавання до трьох просторових координат і інших
параметрів, врахування взаємного зв'язку і змін яких необхідне для досконалого
дослідження процесів. Однак не слід ототожнювати ці концептуальні простори, які
вводяться як засіб опису систем, з реальним простором, що завжди тривимірний і
характеризує протяжність і структурність матерії, співіснування і взаємодію
елементів у різних системах.
Специфічними властивостями часу є конкретні
періоди існування тіл з моменту їх виникнення до переходу у якісно інші форми,
одночасність подій, котра завжди відносна, ритм процесів, швидкість зміни
станів, темпи розвитку, часові відносини між різними циклами у структурі
систем.
Розвиток науки у XX ст. розкрив нові
аспекти залежності простору і часу від матеріальних процесів. Просторові і
часові проміжки відносні, оскільки змінюються в залежності від руху об'єктів,
тобто від їх швидкостей. Час у рухомій системі уповільнюється порівняно з
нерухомою, а всі просторові розміри скорочуються у напрямку руху. Простір і час
виявились не абсолютними величинами, а відносними, оскільки вони мають сенс
тільки за умов урахування того, відносно яких матеріальних тіл (систем
числення) вони змінюються. Простір і час мають той же сенс, що, наприклад, і
швидкість тіла, яка не абсолютна, а відносна. Таким чином, спеціальна теорія
відносності виявила нерозривний зв'язок простору і часу від руху матеріальних
об'єктів.
Загальна теорія більш глибоко виявила зв'язок
простору, часу і матерії. А Ейнштейн довів, що в разі знищення всіх
матеріальних речей зникли б простір і час. Загальна теорія відносності виявила
фізичний зв'язок між розподіленням матеріальних мас, простору і часу - поблизу
великих мас час уповільнюється, а просторові розміри у напрямку на центр маси
скорочуються. Ця теорія виявила фізичний сенс неевклідових геометрій. Вона
показала, що наявність гравітації відрізняє геометрію простору від евклідової
геометрії. Отже, у Всесвіті, залежно від розподілу мас, можуть реалізовуватися
різні геометрії простору.
Таким чином, загальна теорія відносності блискуче
підтвердила тезу: простір і час - не самостійні сутності, а форми існування
матерії. З теорії відносності і експериментальних фактів сучасної фізики
виходить, що із збільшенням швидкості руху тіл і наближенням її до швидкості
світла зростає маса, відносно скорочуються лінійні розміри у напрямку руху,
уповільнюються усі процеси порівняно зі станом відносного спокою тіл. Важливі
висновки одержані також у квантовій механіці. У галузі слабих взаємодій
виявлена просторова асиметрія розпаду деяких мезонів (незбереження парності).
Висувається гіпотеза квантування простору і часу, що викликало у певної частини
фізиків тенденції до заперечення загальності простору і часу. Насправді ж
зникають не простір і час, а певна межа наших знань про них. У зв'язку з
наступним проникненням у мікросвіт і о космос можна виявити нові незвичайні
властивості простору й часу.