Простір і час - форми буття матерії

Міністерство освіти і науки України

Вінницький державний педагогічний університетім. 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.

Довго час уявлявся у вигляді якогось потоку, річки, яка рівномірно пронизує весь світ, несе на собі усі події. Звідси вираз - ріка часу, потік часу. Самий же час не залежить від будь-яких матеріальних процесів. Таке тлумачення одержало назву «абсолютного часу».

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 XXст. 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.