ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ
всеобщие формы
существования материи. П. и в. не существуют вне материи и независимо
от неё.
Пространственными характеристиками являются
положения относительно др. тел (координаты тел), расстояния между ними,
углы между различными пространств. направлениями (отд. объекты характеризуются
протяжённостью и формой, к-рые определяются расстояниями между частями
объекта и их ориентацией). Временные характеристики-"моменты", в к-рые
происходят явления, продолжительности (длительности) процессов. Отношения
между этими пространств. и временными величинами наз. метрическими. Существуют
также и топологич. характеристики П. и в. -"соприкосновение" различных
объектов, число направлений. С чисто пространственными отношениями имеют
дело лишь в том случае, когда можно отвлечься от свойств и движения тел
и их частей; с чисто временными - в случае, когда можно отвлечься от многообразия
сосуществующих объектов.
Однако в реальной действительности пространственные
и временные отношения связаны друг с другом. Их непосредств. единство выступает
в движении материи; простейшая форма движения - перемещение - характеризуется
величинами, к-рые представляют собой различные отношения П. и в. (скорость,
ускорение) и изучаются кинематикой. Совр. физика обнаружила более
глубокое единство П. и в. (см. Относительности теория), выражающееся
в совместном закономерном изменении пространственно-временных характеристик
систем в зависимости от движения последних, а также в зависимости этих
характеристик от концентрации масс в окружающей среде.
Для измерения пространств. и врем. величин
пользуются системами отсчёта.
По мере углубления знаний о материи и движении
углубляются
и изменяются науч. представления о П. и в. Поэтому понять физич. смысл
и значение вновь открываемых закономерностей П. и в. можно только путём
установления их связей с общими закономерностями взаимодействия и движения
материи.
Понятия П. и в. являются необходимой составной
частью картины мира в целом, поэтому входят в предмет философии. Учение
о П. и в. углубляется и развивается вместе с развитием естествознания
и
прежде всего физики. Из остальных наук о природе значит. роль в
прогрессе учения о П. и в. сыграла астрономия и в особенности
космология.
Развитие физики, геометрии и астрономии
в 20 в. подтвердило правильность положений диалектич. материализма о П.
и в. В свою очередь диалектико-материалистич. концепция П. и в. позволяет
дать правильную интерпретацию совр. физ. теории П. и в., вскрыть неудовлетворительность
как субъективистского её понимания, так и попыток "развить" её, отрывая
П. и в. от материи.
Пространственно-временные отношения подчиняются
не только общим закономерностям, но и специфическим, характерным для объектов
того или иного класса, поскольку эти отношения определяются структурой
материального объекта и его внутр. взаимодействиями. Поэтому такие характеристики,
как размеры объекта и его форма, время жизни, ритмы процессов, типы
симметрии, являются существ. параметрами объекта данного типа, зависящими
также от условий, в к-рых он существует. Особенно специфичны пространственные
и временные отношения в таких сложных развивающихся объектах, как организм
или общество. В этом смысле можно говорить об индивидуальных П. и в. таких
объектов (напр., о биологич. или социальном времени).
Основные концепции пространства и времени.
Важнейшие
филос. проблемы, относящиеся к П. и в.,- это вопросы о сущности П. и в.,
об отношении этих форм бытия к материи, об объективности пространственно-временных
отношений и закономерностей.
На протяжении почти всей истории естествознания
и философии существовали 2 осн. концепции П. и в. Одна из них идёт от древних
атомистов - Демокрита, Эпикура, Лукреция, к-рые ввели понятие пустого
пространства и рассматривали его как однородное (одинаковое во всех точках)
и бесконечное (Эпикур полагал, что оно не изотропно, т. е. неодинаково
по всем направлениям); понятие времени тогда было разработано крайне слабо
и рассматривалось как субъективное ощущение действительности. В новое время
в связи с разработкой основ динамики эту концепцию развил И. Ньютон,
к-рый
очистил её от антропоморфизма. По Ньютону, П. и в. суть особые начала,
существующие независимо от материи и друг от друга. Пространство само по
себе (абсолютное пространство) есть пустое "вместилище тел", абсолютно
неподвижное, непрерывное, однородное и изотропное, проницаемое - не воздействующее
на материю и не подвергающееся её воздействиям, бесконечное; оно обладает
3 измерениями. От абсолютного пространства Ньютон отличал протяжённость
тел - их осн. свойство, благодаря к-рому они занимают определённые места
в абс. пространстве, совпадают с этими местами. Протяжённость, по Ньютону,
если говорить о простейших частицах (атомах), есть начальное, первичное
свойство, не требующее объяснения. Абс. пространство вследствие неразличимости
своих частей неизмеримо и непознаваемо. Положения тел и расстояния между
ними можно определять только по отношению к др. телам. Др. словами, наука
и практика имеют дело только с относительным пространством. Время в концепции
Ньютона само по себе есть нечто абсолютное и ни от чего не зависящее, чистая
длительность, как таковая, равномерно текущая от прошлого к будущему. Оно
является пустым "вместилищем событий", к-рые могут его заполнять, но могут
и не заполнять; ход событий не влияет на течение времени. Время универсально,
одномерно, непрерывно, бесконечно, однородно (везде одинаково). От абс.
времени, также неизмеримого, Ньютон отличал относит. время. Измерение времени
осуществляется с помощью часов, т. е. движений, к-рые являются периодическими.
П. и в. в концепции Ньютона независимы друг от друга. Независимость П.
и в. проявляется прежде всего в том, что расстояние между 2 данными точками
пространства и промежуток времени между 2 событиями сохраняют свои значения
независимо друг от друга в любой системе отсчёта, а отношения этих величин
(скорости тел) могут быть любыми.
Ньютон подверг критике идею Р. Декарта
о
заполненном мировом пространстве, т. е. о тождестве протяжённой материи
и пространства.
Концепция П. и в., разработанная Ньютоном,
была господствующей в естествознании на протяжении 17-19 вв., т. к. она
соответствовала науке того времени - евклидовой геометрии, классич. механике
и классич. теории тяготения. Законы ньютоновой механики справедливы только
в инерциалъных системах отсчёта. Эта выделенность инерциальных систем
объяснялась тем, что они движутся поступательно, равномерно и прямолинейно
именно по отношению к абс. П. и в. и наилучшим образом соответствуют последним.
Согласно ньютоновой теории тяготения, действия
от одних частиц вещества к другим передаются мгновенно через разделяющее
их пустое пространство. Ньютонова концепция П. и в., т. о., соответствовала
всей физич. картине мира той эпохи, в частности представлению о материи
как изначально протяжённой и по природе своей неизменной. Существ. противоречием
концепции Ньютона было то, что абс. П. и в. оставались в ней непознаваемыми
путём опыта. Согласно принципу относительности классич. механики, все инерциальные
системы отсчёта равноправны и невозможно отличить, движется ли система
по отношению к абс. П. и в. или покоится. Это противоречие служило доводом
для сторонников противоположной концепции П. и в., исходные положения к-рой
восходят ещё к Аристотелю; это представление о П. и в. было разработано
Г. Лейбницем, опиравшимся также на некоторые идеи Декарта. Особенность
лейбницевой концепции П. и в. состоит в том, что в ней отвергается представление
о П. и в. как о самостоят. началах бытия, существующих наряду с материей
и независимо от неё. По Лейбницу, пространство - это порядок взаимного
расположения множества тел, существующих вне друг друга, время - порядок
сменяющих друг друга явлений или состояний тел. При этом Лейбниц в дальнейшем
включал в понятие порядка также и понятие относит. величины. Представление
о протяжённости отд. тела, рассматриваемого безотносительно к другим, по
концепции Лейбница, не имеет смысла. Пространство есть отношение ("порядок"),
применимое лишь ко многим телам, к "ряду" тел. Можно говорить только об
относит. размере данного тела в сравнении с размерами других тел. То же
можно сказать и о длительности: понятие длительности применимо к отд. явлению
постольку, поскольку оно рассматривается как звено в единой цепи событий.
Протяжённость любого объекта, по Лейбницу, не есть первичное свойство,
а обусловлено силами, действующими внутри объекта; внутр. и внеш. взаимодействия
определяют и длительность состояния; что же касается самой природы времени
как порядка сменяющихся явлений, то оно отражает их причинно-следственную
связь. Логически концепция Лейбница связана со всей его филос. системой
в целом.
Однако лейбницева концепция П. и в. не
играла существ. роли в естествознании 17-19 вв., т. к. она не могла дать
ответа на вопросы, поставленные наукой той эпохи. Прежде всего воззрения
Лейбница на пространство казались противоречащими существованию вакуума
(только после открытия физич. поля в 19 в. проблема вакуума предстала в
новом свете); кроме того, они явно противоречили всеобщему убеждению в
единственности и универсальности евклидовой геометрии; наконец, концепция
Лейбница представлялась непримиримой с классич. механикой, поскольку казалось,
что признание чистой относительности движения не даёт объяснения преимущественной
роли инерциальных систем отсчёта. Т. о., современное Лейбницу естествознание
оказалось в противоречии с его концепцией П. и в., к-рая строилась на гораздо
более широкой филос. основе. Только два века спустя началось накопление
науч. фактов, показавших ограниченность господствовавших в то время представлений
о П. и в.
Понятия пространства и времени в философии
и естествознании 18 - 19 вв. Философы-материалисты 18-19 вв. решали
проблему П. и в. в основном в духе концепции Ньютона или Лейбница, хотя,
как правило, полностью не принимали к.-л. из них. Большинство философов-материалистов
выступало против ньютоновского пустого пространства. Ещё Дж. Толанд
указывал,
что представление о пустоте связано со взглядом на материю как на инертную,
бездеятельную. Таких же воззрений придерживался и Д. Дидро.
Ближе
к концепции Лейбница стоял Г. Гегель. В концепциях субъективных
идеалистов и агностиков проблемы П. и в. сводились гл. обр. к вопросу об
отношении П. и в. к сознанию, восприятию. Дж. Беркли отвергал ньютоновское
абс. П. и в., но рассматривал пространственные и временные отношения субъективистски,
как порядок восприятий; у него не было и речи об объективных геометрич.
и механич. законах. Поэтому берклианская точка зрения не сыграла существ.
роли в развитии науч. представлений о П. и в. Иначе обстояло дело с воззрениями
И. Канта, к-рый сначала примыкал к концепции Лейбница. Противоречие
этих представлений и естественно-науч. взглядов того времени привело Канта
к принятию ньютоновой концепции и к стремлению философски обосновать её.
Главным здесь было объявление П. и в. априорными формами человеческого
созерцания, т. е. обоснование их абсолютизации. Взгляды Канта на П. и в.
нашли немало сторонников в кон. 18-1-й пол. 19 вв. Их несостоятельность
была доказана лишь после создания и принятия неевклидовой геометрии,
к-рая
по существу противоречила ньютоновому пониманию пространства. Отвергнув
его, Н. И. Лобачевский и Б. Риман утверждали, что геометрич.
свойства пространства, будучи наиболее общими физич. свойствами, определяются
общей природой сил, формирующих тела.
Воззрения диалектич. материализма на П.
и в. были сформулированы Ф. Энгельсом. По Энгельсу, находиться в пространстве
- значит быть в форме расположения одного возле другого, существовать во
времени - значит быть в форме последовательности одного после другого.
Энгельс подчёркивал, что "...обе эти формы существования материи без материи
суть ничто, пустые представления, абстракции, существующие только в нашей
голове" (Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20, с. 550).
Кризис механистич. естествознания на рубеже
19-20 вв. привёл к возрождению на новой основе субъективистских взглядов
на П. и в. Критикуя концепцию Ньютона и правильно подмечая её слабые стороны,
Э. Мах снова развил взгляд на П. и в. как на "порядок восприятий",
подчёркивая опытное происхождение аксиом геометрии. Но опыт понимался Махом
субъективистски, поэтому и геометрия Евклида, и геометрии Лобачевского
и Римана рассматривались им как различные способы описания одних и тех
же пространств. соотношений. Критика субъективистских взглядов Маха на
П. и в. была дана В. И. Лениным в кн. "Материализм и эмпириокритицизм".
Развитие представлений о пространстве и
времени в 20 в. В кон. 19 - нач. 20 вв. произошло глубокое изменение научных
представлений о материи и, соответственно, радикальное изменение понятий
П. и в. В физич. картину мира вошла концепция поля (см. Поля физические)
как
формы материальной связи между частицами вещества, как особой формы материи.
Все тела, т. о., представляют собой системы заряженных частиц, связанных
полем, передающим действия от одних частиц к другим с конечной скоростью
- скоростью света. Полагали, что поле - это состояние эфира,
абсолютно
неподвижной среды, заполняющей мировое абс. пространство. Позже было установлено
(X. Лоренц и др.), что при движении тел с очень большими скоростями,
близкими к скорости света, происходит изменение поля, приводящее к изменению
пространственных и временных свойств тел; при этом Лоренц считал, что длина
тел в направлении их движения сокращается, а ритм происходящих в них физич.
процессов замедляется, причём пространственные и временные величины изменяются
согласованно.
Вначале казалось, что таким путём можно
будет определить абс. скорость тела по отношению к эфиру, а следовательно,
по отношению к абс. пространству. Однако вся совокупность опытов опровергла
этот взгляд. Было установлено, что в любой инерциальной системе отсчёта
все физические законы, включая законы электромагнитных (и вообще полевых)
взаимодействий, одинаковы. Спец. теория относительности (см. Относительности
теория) А. Эйнштейна, основанная на двух фундаментальных положениях
- о предельности скорости света и равноправности инерциальных систем отсчёта,
явилась новой физич. теорией П. и в. Из неё следует, что пространственные
и временные отношения - длина тела (вообще расстояние между двумя материальными
точками) и длительность (а также ритм) происходящих в нём процессов - являются
не абс. величинами, как утверждала ньютонова механика, а относительными.
Частица (напр., нуклон) может проявлять себя по отношению к медленно движущейся
относительно неё частице как сферическая, а по отношению к налетающей на
неё с очень большой скоростью частице - как сплющенный в направлении движения
диск. Соответственно, время жизни медленно движущегося заряженного Пи-мезона
составляет 10-8 сек, а быстродвижущегося (с околосветовой
скоростью) - во много раз больше. Относительность пространственно-временных
характеристик тел полностью подтверждена опытом. Отсюда следует, что представления
об абс. П. и в. несостоятельны. П. и в. являются именно общими формами
координации материальных явлений, а не самостоятельно существующими (независимо
от материи) началами бытия. Теория относительности исключает представление
о пустых П. и в., имеющих собств. размеры. Представление о пустом пространстве
было отвергнуто в дальнейшем и в квантовой теории поля с его новым понятием
вакуума (см. Вакуум физический). Дальнейшее развитие теории относительности
(см. Тяготение) показало, что пространственно-временные отношения
зависят также от концентрации масс. При переходе к космич. масштабам геометрия
П.-в. не является евклидовой (или "плоской", т. е. не зависящей от размеров
области П.-в.), а изменяется от одной области космоса к другой в зависимости
от плотности масс в этих областях и их движения (см. Космология, где
изложен также вопрос о конечности или бесконечности П. и в.). В масштабах
метагалактики геометрия пространства изменяется со временем вследствие
расширения метагалактики. Т. о., развитие физики и астрономии доказало
несостоятельность как априоризма Канта, т. е. понимания П. и в. как априорных
форм человеч. восприятия, природа к-рых неизменна и независима от материи,
так и ньютоновой догматич. концепции П. и в.
Связь П. и в. с материей выражается не
только в зависимости законов П. и в. от общих закономерностей, определяющих
взаимодействия материальных объектов. Она проявляется и в наличии характерного
ритма существования материальных объектов и процессов - типичных для каждого
класса объектов средних времён жизни и средних пространств. размеров.
Из изложенного следует, что П. и в. присущи
весьма общие физич. закономерности, относящиеся ко всем объектам и процессам.
Это касается и проблем, связанных с топологич. свойствами П. и в. Проблема
границы (соприкосновения) отд. объектов и процессов непосредственно связана
с поднимавшимся ещё в древности вопросом о конечной или бесконечной делимости
П. и в., их дискретности или непрерывности. В античной философии этот вопрос
решался чисто умозрительно. Высказывались, напр., предположения о существовании
"атомов" времени (Зенон). В науке 17-19 вв. идея атомизма П. и в. потеряла
к.-л. значение. Ньютон считал, что П. и в. реально разделены до бесконечности.
Этот вывод следовал из его концепции пустых П. и в., наименьшими элементами
к-рых являются геометрич. точка и момент времени ("мгновения" в букв. смысле
слова). Лейбниц полагал, что хотя П. и в. делимы неограниченно, но реально
не разделены на точки - в природе нет объектов и явлений, лишённых размера
и длительности. Из представления о неограниченной делимости П. и в. следует,
что и границы тел и явлений абсолютны. Представление о непрерывности П.
и в. более укрепилось в 19 в. с открытием поля; в классич. понимании поле
есть абсолютно непрерывный объект.
Проблема реальной делимости П. и в. была
поставлена только в 20 в. в связи с открытием в квантовой механике неопределённостей
соотношения, согласно к-рому для абсолютно точной локализации микрочастицы
необходимы бесконечно большие импульсы, что физически не может быть осуществлено.
Более того, совр. физика элементарных частиц показывает, что при очень
сильных воздействиях на частицу она вообще не сохраняется, а происходит
даже множественное рождение частиц. В действительности не существует реальных
физич. условий, при к-рых можно было бы измерить точное значение напряжённостей
поля в каждой точке. Т. о., в совр. физике установлено, что невозможна
не только реальная разделённость П. и в. на точки, но принципиально невозможно
осуществить процесс их реального бесконечного разделения. Следовательно,
геометрич. понятия точки, кривой, поверхности являются абстракциями, отражающими
пространств. свойства материальных объектов лишь приближённо. В действительности
объекты отделены друг от друга не абсолютно, а лишь относительно. То же
справедливо и по отношению к моментам времени. Именно такой взгляд на "точечность"
событий вытекает из т. н. теории нелокального поля (см. Нелокальная
квантовая теория поля). Одновременно с идеей нелокальности взаимодействия
разрабатывается гипотеза о квантовании П. и в., т. е. о существовании наименьших
длины и длительности (см. Квантование пространства-времени). Сначала
предполагали, что "квант" длины - 10-13 см (порядка классич.
радиуса электрона или порядка "длины" сильного взаимодействия). Однако
с помощью совр. ускорителей заряженных частиц исследуются явления,
связанные с длинами 10-14-10-15 см; поэтому
значения кванта длины стали отодвигать ко всё меньшим значениям (10-17,
"длина" слабого взаимодействия, и даже 10-33 см).
Решение вопроса о квантовании П. и в. тесно
связано с проблемами структуры элементарных частиц. Появились исследования,
в к-рых вообще отрицается применимость к субмикроскопич. миру понятий П.
и в. Однако понятия П. и в. не должны сводиться ни к метрич., ни к топологич.
отношениям известных типов.
Тесная взаимосвязь пространственно-временных
свойств и природы взаимодействия объектов обнаруживается также и при анализе
симметрии П. и в. Ещё в 1918 (Э. Петер) было доказано, что однородности
пространства соответствует закон сохранения импульса, однородности времени
- закон сохранения энергии, изотропности пространства - закон сохранения
момента количества движения. Т. о., типы симметрии П. и в. как общих форм
координации объектов и процессов взаимосвязаны с важнейшими сохранения
законами. Симметрия пространства при зеркальном отражении оказалась
связанной с существенной характеристикой микрочастиц - с их чётностью.
Одной из важных проблем П. и в. является
вопрос о направленности течения времени. В ньютоновой концепции это свойство
времени считалось само собой разумеющимся и не нуждающимся в обосновании.
У Лейбница необратимость течения времени связывалась с однозначной направленностью
цепей причин и следствий. Совр. физика конкретизировала и развила это обоснование,
связав его с совр. пониманием причинности. По-видимому, направленность
времени связана с такой интегральной характеристикой материальных процессов,
как развитие, являющееся принципиально необратимым.
К проблемам П. и в., также обсуждавшимся
ещё в древности, относится и вопрос о числе измерений П. и в. В ньютоновой
концепции это число считалось изначальным. Однако ещё Аристотель обосновывал
трёхмерность пространства числом возможных сечений (делений) тела. Интерес
к этой проблеме возрос в 20 в. с развитием топологии. Л. Брауэр
установил,
что размерность
пространства есть топологии, инвариант
- число, не изменяющееся при непрерывных и взаимно однозначных преобразованиях
пространства. В ряде исследований была показана связь между числом измерений
пространства и структурой электромагнитного поля (Г. Вейль), между
трёхмерностью пространства и спиральностью элементарных частиц. Всё это
показало, что число измерений П. и в. неразрывно связано с материальной
структурой окружающего нас мира.
Лит.: Энгельс Ф., Диалектика природы,
Маркс К., Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20; его же, Анти-Дюринг, там же;
Ленин В. И., Материализм и эмпириокритицизм, Поли. собр. соч., 5 изд.,
т. 18; Эйнштейн А., Основы теории относительности, 2 изд., М.- Л., 1935;
Ньютон И., Математические начала натуральной философии, М.- Л., 1936; Марков
М. А., Гипероны и К-мезоны, М., 1958, § 34; Свидерский В. И., Пространство
и время, М., 1958; Полемика Г. Лейбница и С. Кларка по вопросам философии
и естествознания (1715 - 1716 гг.), [Л.], 1960; Фок В. А., Теория пространства,
времени и тяготения, 2 изд., М., 1961; Штейнман Р. Я., Пространство и время,
М., 1962; Грюнбаум А., Философские проблемы пространства и времени, пер.
с англ., М., 1969; Мостепаненко А. М., Пространство и время в макро-, мега-
и микромире, М., 1974; Jammеr М., Concepts of space, Camb., 1954. P. Я.
Штейнман.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я