Пространство и время в научной картине мира - Пространство и время в научной и религиозной картинах мира

В начале XX в. на смену Ньютоновской механике пришла теория относительности Эйнштейна, которая отказалась от понятий абсолютного пространства и времени. Для Эйнштейна время и пространство определяются свойствами и отношениями вещей и структурой Вселенной в целом.

Следует отметить, что в последние десятилетия XX в. наметился новый сдвиг в понимании времени и пространства. Он связан с тем, что современная наука все более переходит от изучения простых форм движения к исследованию эволюции сложных, открытых материальных систем.

Этот переход заставил ученых отказаться от господствовавшей в естествознании с XVII в. картины мира как гигантского механизма, части которого синхронизируются некоторыми едиными пространственно-временными соотношениями. Некоторые части Вселенной действительно могут действовать как механизмы. Но таковы только замкнутые системы, которые составляют лишь часть реальности.

Большинство же материальных систем являются открытыми - они обмениваются энергией, веществом с окружающей средой, в связи с чем их внутренняя организация постоянно меняется. К числу таких открытых систем принадлежат сложные физико-химические, биологические и социальные системы. Первый развернутый вариант модели естественного объединения пространства и времени, пространство Минковского, был создан Германом Минковским в 1908 году на основе специальной теории относительности Эйнштейна, а несколько ранее (в 1905 году), ключевое продвижение на этом пути сделал Анри Пуанкаре, заложивший основы четырехмерного пространственно-временного формализма.

Концепцию пространства-времени допускает и классическая механика, но в ней это объединение искусственно, так как пространство-время классической механики - прямое произведение пространства на время, то есть пространство и время независимы друг от друга.

Однако уже классическая электродинамика требует при смене системы отсчета преобразований координат, включающих время "наравне" с пространственными координатами (т. н. преобразований Лоренца), если желать, чтобы уравнения электродинамики имели одинаковый вид в любой инерциальной системе отсчета. Непосредственно наблюдаемые временные характеристики электромагнитных процессов (периоды колебаний, времена распространения электромагнитных волн и т. п.) уже в классической электродинамике оказываются зависящими от системы отсчета (или, иначе говоря, от относительного движения наблюдателя и объекта наблюдения), то есть оказываются не "абсолютными", а определенным образом связанными с пространственным движением и даже положением в пространстве системы отсчета, что и явилось первым толчком для формирования современной физической концепции единого пространства-времени. Ключевым математическим отличием пространства-времени (пространства Минковского, или, в случае общей теории относительности - четырехмерного многообразия с лоренцевой метрикой) от обычного евклидова 4-мерного пространства является то, что при вычислении расстояния (интервала) квадраты значений разностей времени и длин пространственных координат берутся с противоположными знаками (в обычном пространстве соответствующие значения равноправны для любой оси координат и имеют одинаковый знак).

Из этого вытекает следующее: прямая между двумя точками этого континуума (под прямой понимается движение по инерции) дает максимальную продолжительность собственного времени (интервала). Для пространственной же длины прямая - это минимальная, а не максимальная величина. В контексте теории относительности время неотделимо от трех пространственных измерений и зависит от скорости наблюдателя.

Концепция пространства-времени сыграла исторически ключевую роль в создании геометрической теории гравитации. В рамках общей теории относительности гравитационное поле сводится к проявлениям геометрии четырехмерного пространства-времени, которое в этой теории не является плоским (гравитационный потенциал в ней отождествлен с метрикой пространства-времени).

Количество измерений, необходимых для описания Вселенной, окончательно не определено. Теория струн (суперструн), например, требовала наличия 10 (считая время), а теперь даже 11 измерений (в рамках М-теории). Предполагается, что дополнительные (ненаблюдаемые) 6 или 7 измерений свернуты (компактифицированы) до планковских размеров, так что экспериментально они пока не могут быть обнаружены.

Ожидается, тем не менее, что эти измерения каким-то образом проявляют себя в макроскопическом масштабе. В самом старом - бозонном - варианте теория струн требует 26-мерного объемлющего пространства-времени, предполагается, что "лишние" измерения этой теории также должны или могут быть компактифицированы сперва до 10, сводясь таким образом к теории суперструн, а потом уже, как упомянуто здесь чуть выше, до 4 обычных измерений.

На уровне здравого смысла мы понимаем время как нечто, похожее на большую реку - на "реку времени".

Время предстает как поток, текущий с постоянной скоростью и только в одном направлении. Захваченные этим потоком вещи по мере движения изнашиваются, стареют и распадаются в предназначенные им сроки. Исток этой реки скрыт в глубине тысячелетий, неясно также куда течет эта наполненная событиями река и чем она может закончиться.

Пространство же мы обычно представляем себе как гигантский и неподвижный сосуд - вместилище, в котором движутся все вещи и происходят все события.

В научном познании были разработаны две основные концепции пространства и времени, которые получили название субстанциональной и реляционной.

Похожие статьи




Пространство и время в научной картине мира - Пространство и время в научной и религиозной картинах мира

Предыдущая | Следующая