Развитие представлений о пространстве и времени – субстанциальная и реляционная концепции
Основными атрибутами материи являются пространство и время. Это настолько фундаментальные категории, что дать определение этим категориям не представляется возможным. Понятие пространства позволяет описывать протяженность расстояний, а понятие времени – длительность процессов.
В истории науки известны два основных подхода к пониманию пространства и времени – субстанциальный и реляционный.
В рамках субстанциального подхода (от «субстанция») пространство и время понимаются как независимые от материальных тел сущности, обладающие собственным бытием.
В рамках реляционногоподхода (от лат. relatio – отношение) пространство и время понимаются как система отношений (дальше-ближе, до-после) между материальными телами и происходящими с ними событиями.
Первыми приверженцами субстанциального подхода были древнегреческие атомисты Левкипп и Демокрит, которые заявили, что наряду с атомами, составляющими все тела, необходимым началом мироздания является пустота. Большинство же современных им философов полагали, что пустота суть небытие, которое не может обладать существованием по определению.
Сторонником реляционного подхода был Аристотель, полагавший, что понятие места (координат) можно определить только указанием материальных тел, заключающих это место между собой, а понятие времени может возникнуть, когда имеется ряд событий, упорядоченных в определённой последовательности. Существование пустоты Аристотель отрицал. Пустота – это однородное пространство, все точки которого равноправны. Поэтому в пустоте движение, начавшись, не могло бы прекратиться.
В механической картине мира господствует субстанциальное понимание пространства и времени, возрожденное в науке Ньютоном. Абсолютное пространство и Абсолютное время Ньютона бесконечны, однородны, находятся вне материальных тел и не зависят от них. Абсолютное пространство - некое вместилище для материальных тел, Абсолютное время – безотносительная к материи длительность.
Однако эти представления и следствия из них входят в противоречие с теоретическими соображениями и экспериментальными данными.
В электромагнитной картине мира после создания Эйнштейном специальной теории относительности (СТО) принят реляционный подход к описанию пространства-времени. СТО – новая система физических представлений о свойствах пространства и времени. В СТО пространство и время рассматриваются как система отношений между материальными телами. Непротиворечивость причинно-следственных связей в нашем мире обеспечивается невозможностью перемещения со сверхсветовыми скоростями. Отсюда вытекает относительность одновременности, пространственных и временных промежутков.
В СТО пространство и время оказываются симметричными сторонами единого четырехмерного пространственно-временного континуума, называемым миром Минковского. В нем пространственные промежутки могут трансформироваться во временные, и наоборот. При этом инвариантной (неизменной) величиной является интервал – псевдоевклидовое расстояние в четырехмерном пространственно-временном континууме. Отсюда вытекают естественные связи между энергией и импульсом, массой и энергией, электрическим и магнитными полями.
В современной картине мира дальнейшее углубление научных представлений о пространстве-времени связано с развитием общей теории относительности (ОТО). В ОТО устанавливается физическая эквивалентность материального объекта – гравитационного поля – определённым геометрическим свойствам пространства-времени. Таким образом, размывается грань между реляционным и субстанциальным подходами. Связь между материей и пространством-временем оказалась более тесной и взаимной, чем обычная связь между объектом и его свойствами. Сам факт присутствия и движения материальных тел искривляет пространство и изменяет темп течения времени; и наоборот, искривление пространства-времени определяет характер движения тел. С развитием квантовой теории в современной картине мира тенденция к признанию пространства-времени полноправным, активным, сложно устроенным структурным элементом Вселенной получила дальнейшее развитие, особенно благодаря пониманию вакуума как особой формы материи.