Современные представления о материи, пространстве и времени

На рубеже XIX и XX вв. в физике произошел кризис, он был связан с новыми данными опыта, которые невозможно было объяснить с помощью законов классической механики и философии. Кризис и последовавшая за ним научная революция^[1] привели к тому, что классическую физику, построенную на принципах механики Ньютона, сменила новая фундаментальная теория – специальная теория относительности Альберта Эйнштейна, которая и объяснила все противоречия. Эйнштейн пришел к выводу, что противоречия в основаниях классической механики вытекают из неверного представления о пространстве и времени как абсолютных и неизменных.

В 1905 г. Альберт Эйнштейн опубликовал работу "К электродинамике движущихся тел", в которой изложил основные положения специальной теории относительности. Выводы Эйнштейна оказались неожиданными. Он доказал, что если две системы движутся одна относительно другой, то события, одновременные в одной системе, не будут одновременными в другой, а длина тел, которая измеряется наблюдателями, движущимися относительно друг друга с разными скоростями, должна быть разной. То же самое относится и ко времени: время будет различным, если измерять его часами, движущимися с разными скоростями. Оказалось также, что при приближении к скорости света все процессы замедляются, а размеры тел сокращаются, если наблюдать за ними, находясь за пределами самой движущейся системы. Таким образом, в специальной теории относительности размеры тел и время процессов оказались зависимыми от системы отсчета, в которой происходит измерение. Эта новая концепция пространства и времени была названа реляционной.

Намеки на реляционные представления о пространстве и времени появились уже в эпоху Нового времени, т.е. во времена господства классической механики и философии. Так, Готфрид Лейбниц считал, что пространство и время – это особые отношения между объектами и процессами и независимо от них существовать не могут. Пространство – порядок взаиморасположения тел, а время – порядок сменяющих друг друга событий. Несколько позже Георг Гегель^[2] указывал, что движущаяся материя, пространство и время связаны друг с другом, а с изменением скорости протекания процессов меняются и пространственно-временные характеристики. Гегель утверждал, что невозможно обнаружить никакого пространства, которое было бы самостоятельным, пространство всегда наполнено и существует вместе со своим "наполнением", т.е. материей. По в законченном виде реляционная концепция пространства и времени сложилась только после объяснений Альберта Эйнштейна.

Общая теория относительности (или гравитационная теория) была создана Эйнштейном через 11 лет после специальной теории относительности. Ее главным выводом стало утверждение о том, что свойства пространства и времени зависят от гравитационных взаимодействий, т.е. от поля тяготения, которое создается веществом. В зависимости от этого поля время замедляется или ускоряется, а пространство искривляется. Чуть позже, в 1919 г., во время солнечного затмения ученые смогли наблюдать отклонение луча света вблизи поверхности Солнца, что и подтвердило на опыте предположение об искривлении пространства. Солнце более тяжелое, чем Земля, поэтому гравитационный потенциал на его поверхности более высокий. Эти наблюдения и теоретические заключения Эйнштейна подтвердили, что свойства пространства и времени, которые прежде считались абсолютными, на саном деле относительны, т.е. длина объектов и временной интервал между явлениями зависят от материальных процессов. Эйнштейн сформулировал эту идею так: вместе с вещами исчезают пространство и время.

Итак, свойства пространства и времени могут отклоняться от тех, что задает геометрия Евклида. В евклидовой геометрии утверждается, что сумма углов треугольника составляет 180°. Сумма же углов треугольника, изображенного на поверхности сферы, больше 180°, а на поверхности седла – меньше 180°. Поверхность сферы называется поверхностью положительной кривизны, а поверхность седла – отрицательной кривизны. Идею искривленного пространства положительной кривизны предложил немецкий математик Георг Фридрих Бернхард Риман, а пространства отрицательной кривизны – русский математик Николай Иванович Лобачевский. Еще в 1829 г. Лобачевский в своей работе "Начала геометрии" показал, что возможна геометрия, отличающаяся от евклидовой. Ученый утверждал, что свойства пространства зависят от свойств движущейся материи. Немного позже, в 1867 г., вышла в свет работа Римана "О гипотезах, лежащих в основании геометрии", в которой он также высказывал идею о зависимости свойств пространства от материальных тел. Риман говорил о том, что физическое пространство может быть искривлено, однако искривлено ли оно па самом деле, должен решить эксперимент.

Выводы общей и специальной теории относительности и неевклидовой геометрии полностью дискредитировали понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Оказалось, что классические представления не универсальны и не окончательны.

В современной науке и философии утверждается, что пространство и время объективны, т.е. существуют независимо от сознания. Кроме того, они всеобщи, потому что материя не может существовать иначе, как в пространстве и во времени. Помимо этого пространству приписываются протяженность, однородность и трехмерность. Протяженность пространства означает, что у каждого материального объекта есть определенное местоположение. Однородность пространства означает, что в нем нет никаких выделенных фрагментов, где свойства объектов менялись бы. Трехмерность пространства означает, что положение любого объекта в пространстве может быть определено с помощью трех независимых величин. Что касается многомерного пространства, то пока это только математические гипотезы, которые не удается проверить.

Времени приписываются свойства необратимости, однородности и одномерности. Одномерность означает, что положение объекта во времени можно описать единственной величиной. Однородность времени свидетельствует, что в нем нет каких-то специальных фрагментов, где бы оно меняло свои свойства. Необратимость времени, т.е. его направленность только от прошлого через настоящее к будущему, скорее всего, связана с необратимостью протекания некоторых фундаментальных процессов и характером законов в квантовой механике. Кроме того, существует причинная концепция обоснования необратимости времени, согласно которой связь причин и следствий была бы невозможна, если бы время было обратимо.

Несмотря на убедительные доказательства в пользу общей теории относительности и ее всеобщее признание, в физике продолжаются попытки создать альтернативные теории тяготения и гравитации. Основание для этого дает сама теория Эйнштейна. Например, такие фундаментальные свойства нашего мира, как необратимость времени или трехмерность пространства, рассматриваются теорией относительности как данность, как аксиома, а их происхождение и причины не выясняются. Но возможно, эти аксиомы имеют границы своего применения так же, как имеет границы классическая механика. Кроме того, в основе теории относительности лежит предположение о том, что скорость света в вакууме является максимально возможной скоростью физических процессов и составляет 300 000 км/с. Но никаких доказательств, что это абсолютное правило, пока нет. Поэтому в современной физике рассматривается гипотеза тахионов – частиц, которые движутся со скоростью большей, чем скорость света. Гипотеза тахионов допускает, что эти частицы рождаются и умирают, не преодолевая световой барьер, т.е. всегда имея скорость больше скорости света. Существование подобных частиц с совершенно непривычными для нас свойствами меняет описание реальности, а их парадоксальность не является абсолютным аргументом в пользу их невозможности. Для науки важно то, что теоретически мыслимые свойства тахионов не противоречат законам, которые лежат в основе современной физики. Экспериментальные поиски сверхсветовых эффектов пока не увенчались успехом, поэтому вопрос о существовании тахионов открыт.

Биологическое пространство и время – это пространство и время в живой природе. Биологическое пространство характеризуется асимметрией правого и левого. Единство симметрии и асимметрии в живой природе позволяет организмам лучше приспосабливаться к среде. Что касается биологического времени, то его главной характеристикой является цикличность. Все живое существует, подчиняясь разного рода ритмам, что и определяет главную характеристику биологического времени. Кроме того, время живого неравномерно. Собственное "внутреннее" время живых организмов характеризуется разным темпом, имеет индивидуальную меру, может убыстряться или, напротив, замедляться в зависимости от состояния живого организма, времени и периода его жизни, взаимодействия с природой и т.п. С физической точки зрения совершенно одинаковые отрезки времени могут переживаться как более или менее длительные. На эту особенность биологического времени обратил внимание французский философ Анри Бергсон^[3].

Биологическое время применительно к человеку называют психологическим. Психологическому времени так же свойственна неравномерность, оно то бежит, то замедляется в зависимости от состояния человека или происходящих вокруг него событий. Темп и плотность психологического времени напрямую связаны с осознанием возраста и конечности жизни человека.

Социальное пространство и время не существуют вне деятельности человека. Социальное пространство – значимые для человека сферы общества и культуры, конечно, они находятся в трехмерном физическом пространстве, но их специфика в том, что это освоенные человеком сферы, наделенные особым культурным смыслом. Социальное пространство – это пространство смыслов, ценностей и идей, определяющих мировоззрение человека. Представления о социальном пространстве меняются в зависимости от эпохи и культуры. Например, для мифологического и религиозного сознания характерно представление о сакральном и профанном пространствах, а научному или философскому сознанию это не свойственно.

Социальное время также зависит от социальных процессов, которые отличаются от физических. Специфика социального времени тесно связана с особенностями эпохи и культуры, по отношению к которым определяется категория времени. Одни и те же социальные процессы могут по-разному протекать в разные культурные эпохи. Например, социальные процессы, характерные для Средневековья (отношения личной зависимости, натуральный тип хозяйствования, разделение общества на сословия), в России сохранялись вплоть до середины XIX в., а в Западной Европе Средневековье завершилось к XVI в. Темпоральность и направленность социального времени напрямую зависят от смыслов, которые человек приписывает реальности, и от того, как он оценивает ее. Например, социальное время Античности было циклическим. Греки считали, что космос и общество существуют циклически, т.е. рождаются, развиваются, гибнут, а затем появляются вновь. Так же мыслилась и личная жизнь человека. С появлением христианства социальное время стало представляться линейно, у него четко фиксировалось начало – грехопадение первых людей, и конец – второе пришествие Христа, Страшный суд и окончательное разделение людей на грешников и праведников.

Для современного человека характерно линейное представление о социальном времени. Мы мыслим историю как линию, которая имеет начало – происхождение человека и общества, и надеемся, что не имеет конца. Именно такое представление кажется нам естественным и поэтому единственно возможным, но при внимательном взгляде на историю и культуру оказывается, что это только одна из возможных интерпретаций.

"Скорость" социального времени измеряется плотностью, насыщенностью событиями. Общей тенденцией развития человеческого общества является ускорение и уплотнение социального времени. Так, время первобытных культур было очень медленным, изменения происходили веками и люди почти не замечали их. Медленным было и время Средневековья. Для современной цивилизации характерно невиданное прежде ускорение всех социальных процессов, изменения происходят настолько быстро, что люди едва успевают их оценить. Например, 30 лет назад не было Интернета, а за последние 10 лет он стал настолько важной технической, коммуникационной и смысловой реальностью, что сейчас без Всемирной сети немыслима ни работа профессионалов, ни повседневная жизнь людей.