Какими свойствами характеризуется пространство

Пространство и время являются универсальными, всеобщими формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени.

Обычно выделяют всеобщие, общие и специфические свойства простран­ства и времени.

Всеобщие свойства пространства и времени: объективность и независимость от человеческого сознания; универсальность – проявляется на всех структурных уровнях ма­терии; неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей; бесконечность – нет места, где пространство и время отсутствовали бы.

Общие свойства пространства: протяженность – существование и связь различных элементов; единство прерывности и непрерывности. Непрерывность означает от­сутствие каких-либо «разрывов» в пространстве. Прерывность проявляется в раздельном существовании материальных объектов. Их единство – это характер перемещений тел от точки к точке; трехмерность – пространство трех измерений.

Общие свойства времени:длительность – последовательность смены состояний; необратимость – однонаправленность от прошлого к буду­щему; неповторяемость – невозможность повторения прошлых событий; одномерность – линейная последовательность событий, связанных друг с другом.

Специфические свойства пространства:конкретные формы и размеры тел; наличие у них внутренней симметрии или асимметрии; изотропность и неоднородность пространства. Изотропность означает отсутствие выделенных направлений (верх, низ и др.). Неоднородность озна­чает различные значения кривизны в зависимости от распределения тяго­теющих масс.

Специфические свойства времени:конкретная длительность существования систем; скорость протекания процессов.

В современной науке используется также понятие биологического и социального пространства и времени.

Специфическими пространственно-временными свойствами в биологических системах являются: асимметрия расположения атомов в молекулах белка и нуклеиновых кислот, собственные временные ритмы и темпы изменения внутриорганизменных и надорганизменных биосистем, взаимосвязь и синхронизация ритмов друг с другом, а также с вращением Земли вокруг своей оси и сменой времен года.

Социальное пространство и время характеризуют особенности протяженности и пространственности социальных объектов.

Социальное время характеризует длительность, пос­ледователь-ность этапов материальной и духовной дея­тельности человека. Главным фактором, определяющим ход социального времени, является деятельность челове­ка, направленная на преобразование среды и самого себя. Все известные единицы кален­дарного времени – секунды, минуты, часы, дни – могут быть достаточно точно измерены.

Совсем другое дело – исчисление длительности соци­альных процессов – это эпоха, эра, сессия, сезон, семестр и т. п. Все они не могут быть не только определены, но не образуют соотношений между собой. Размышляет так и Плиний Старший, римский писатель и ученый, автор афоризма«Не считать надо дни, а взвешивать». Очевидно, что значимые для человека и общества характеристики длительности должны стать компонентами социального времени.

С социальным временем связано и личное время человека. Можно встретить два типа людей, которые по-разному относятся к своему личному времени: одни им вполне самостоятельно распоряжаются, другие не зна­ют, как его провести, чем заполнить. Личностное вре­мя используется непосредственно при определении мно­гих ценностей человеческой жизни и, прежде всего, его деятельности. Леонардо да Винчи считал удавшейся не­зависимо от ее длительности всякую жизнь, прожитую хорошо и достойно.

Личностному времени присуще чувство ритма, так, например, в жизни каждого человека устанавливается оп­ределенная последовательность событий: детство, юность, получение образования, начало творческой деятельнос­ти, вступление в брак, рождение детей и т. д. Такая пос­ледовательность выражает ритмическую организацию индивидуальной жизни, но не всякая последовательность носит ритмический характер. Несовпадение важнейших этапов социальной зрелости человека с его календар­ным возрастом или общепринятым ритмом организа­ции общественной жизни является проявлением арит­мии личностного времени.

Необходимо отметить сложность и неоднозначность пространственно-временных отношений на уровне от­дельного человека. Личностные время и пространство обусловлены особенностями восприятия самого челове­ка. Именно с ними приходится соизмерять свои поступ­ки, строить планы. Научный подход в этом вопросе не­обходим для более целостного видения мира.

Во всех перечисленных и других системах проявляются всеобщие свойства пространства и времени.

Выводы:

– Фундамент СТО составляют два постулата.

– СТО изменила представление о характере взаимодействий. Скорость передачи взаимодействия не может превышать скорость света в вакууме.

– Релятивистские эффекты пространства и времени не иллюзорны, а действительны.

– Согласно ОТО, тяготение – это не что иное, как искривленность пространственно-временного континуума.

Принципиально важным является ответ на вопрос о том, в каком отношении пространство и время находятся к материи. По этому вопросу в философии существуют 2 точки зрения.

Первую из них обычно называют субстанциональной концепцией пространства и времени.

В соответствии с этой концепцией пространство и время – самостоятельные сущности, существующие наряду с материей и независимо от нее Такое понимание пространства и времени вело к выводу о независимости их свойств от характера протекающих в них материальных процессов. Пространство, по Ньютону, неизменно, неподвижно, его свойства не зависят ни от чего, в том числе и от времени, они не зависят ни от материальных тел, ни от их движения. Можно убрать из пространства все тела, но пространство останется и свойства сохранятся. Получается, что пространство – это как бы грандиозное вместилище, напоминающее перевернутый вверх дном огромный ящик, в который помещена материя. Такие же взгляды у Ньютона и на время. Он считал, что время течет одинаково во Вселенной и это течение не зависит ни от чего, – а поэтому время абсолютно, ибо оно определяет порядок следования и длительность существования материальных систем. В данном случае и пространство, и время выступают как реальности, которые в определенном смысле являются высшими сущностями по отношению к материальному миру.

Вторую концепцию пространства и времени называют релятивистской. Согласно этой концепции пространство и время — не самостоятельные сущности, а системы отношений, образуемые взаимодействующими материальными объектами. Соответственно свойства пространства и времени зависят от характера взаимодействия материальных систем. Релятивистская концепция ведет свое начало от Аристотеля. Наиболее последовательно она проведена в неэвклидовой геометрии Лобачевского и Римана и в теории относительности А. Эйнштейна. Именно их теоретические положения исключили из науки понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, обнаружив тем самым несостоятельность субстанциональной трактовки пространства и времени, как самостоятельных, независимых от материи форм бытия. Именно эти учения, особенно общая и специальная теория относительности обосновали зависимость пространства и времени, их свойство от характера движения материальных систем.

Пространство и время как неразрывно связанные с материей всеобщие формы ее бытия обладают целым рядом как общих, так и специфических для каждой из этих форм свойств.

Общие свойства пространства – времени: их объективность, и всеобщность. Признание данных свойств практически сразу же противопоставляет материалистическую трактовку пространства и времени их идеалистическим трактовкам. Ведь согласно идеалистическим учениям пространство и время – это порождение сознания человека, а потому они объективно не существуют.

Основными свойствами пространства являются: протяженность, однородность, изотропность (равноправность всех возможных направлений), трехмерность, и специфические свойства времени: длительность, однородность.(равноправие всех моментов),, одномерность, необратимость.

Свойства пространства и времени проявляются всякий раз особым образом в микромире, макромире и мегамире, в живой природе и в социальной действительности.

Из свойств материи быть объективной реальностью следует объективность пространства и времени.

Второе свойство — абсолютность. Третье — относительность. Четвертое общее свойство пространства и времени — бесконечность, вытекающая из признания бесконечности материального мира. Пространство и время существуют вне и независимо от сознания человека, т.е. они объективны. Свойство абсолютности вытекает из признания тезиса о том, что бытие вне времени есть такая же бессмыслица, как и бытие вне пространства. Человеческие представления о пространстве и времени относительны. Из этих относительных представлений складывается абсолютная истина, эти относительные представления, развиваясь, идут по линии абсолютной истины, приближаясь к ней.

Так как существуют различные толкования понятия формы в отношении пространства и времени к движущейся материи, нет единодушия по поводу того, какие свойства пространства и времени имеют универсальный характер. Выяснение универсальных свойств пространства и времени связано с большими трудностями и предельными экстраполяциями всеобщих законов движения материи. Всякие суждения на этот счет отражают существующий уровень наших знаний и могут претерпевать существенные изменения в будущих теориях в соответствии с диалектикой абсолютного и относительного в научном познании. Познание развивается по линии преемственности объективных истин и интеграции достоверного содержания научных теорий. Многие современные теории об общих свойствах пространства и времени, проверенные и подтвержденные практикой и системой доказательств современной теории, сохранят свое значение и в будущей научной картине мира.

Пространство и время имеют не только общие характеристики, но и специфические свойства, которые относятся только к пространству или только ко времени, что позволяет рассматривать их как разные атрибуты материи.

Весьма важным для понимания законов природы является принцип инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени, т. е. параллельных переносов начала координат и начала отсчета времени. Он формулируется так: смещение во времени и в пространстве не влияет на протекание физических процессов.

Инвариантность непосредственно связана с симметрией, представляющей собой неизменность структуры материального объекта относительно его преобразований, т. е. изменения ряда физических условий.

В широком смысле симметрия означает инвариантность как неизменность свойств системы при некотором изменении (преобразовании) ее параметров. Наглядным примером пространственных симметрий физических систем является кристаллическая структура твердых тел. Симметрия кристаллов — закономерность атомного строения, внешней формы и физических свойств кристаллов, заключающаяся в том, что кристалл может быть совмещен с самим собой путем поворотов, отражений, параллельных переносов и других преобразований симметрии. Симметрия свойств кристалла обусловлена симметрией его строения. Например, как следует из математического моделирования, процесс взаимодействия свободного электрона с изотопами кристаллической решетки имеет симметричный характер.

Из сформулированного принципа инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени следует симметрия пространства и времени, называемая однородностью пространства и времени.

Однородность пространства заключается в том, что при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы тел как целого ее физические свойства и законы движения не изменяются, иными словами, не зависят от выбора положения начала координат инерциальной системы отсчета.

Из свойства симметрии пространства — его однородности следует закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени. Закон сохранения импульса справедлив не только в классической физике, хотя он и получен как следствие законов Ньютона. Эксперименты доказывают, что он выполняется и для замкнутых систем микрочастиц, подчиняющихся законам квантовой механики. Импульс сохраняется и для незамкнутой системы, если геометрическая сумма всех внешних сила равна нулю. Закон сохранения импульса носит универсальный характер и является фундаментальным законом природы.

Однородность времени означает инвариантность физических законов относительно выбора начала отсчета времени. Например, при свободном падении тела в поле силы тяжести его скорость и пройденный путь зависят лишь от начальной скорости и продолжительности свободного падения тела и не зависят от того, когда тело начало падать.

Изотропность пространства означает инвариантность физических законов относительно выбора направлений осей координат системы отсчета (относительно поворота замкнутой системы в пространстве на любой угол).

Из изотропности пространства следует фундаментальный закон природы — закон сохранения момента импульса: момент импульса замкнутой системы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. Стр. 106-107..

Наряду с вышеперечисленными свойствами, к наиболее общим свойствам пространства и времени относят:

• — структурность;
• — протяженность;
• — трехмерность пространства;
• — одномерность, однонаправленность и необратимость времени.

Однако единого мнения о действительности этих свойств у ученых нет, так как условия изучения пространства и времени иные, чем других понятий и нам знаком только единственный вид пространства — пространство трех измерений, в котором протекает наша жизнь, существуют наше тело, наша Земля, наша звездная система. Чем ограничено наше пространство и время и каков характер этого ограничения — на этот вопрос пока нет материала для ответа. Проблема была бы намного проще, если бы существовала только одна форма пространства и времени, как предполагали представители механистического материализма. Но диалектический подход к рассмотрению пространства и времени, основанный на достижениях современного естествознания, заставляет сомневаться в правильности такого взгляда и приводит к гипотезе существования многих форм пространства и времени. В этих условиях определение общих свойств пространства и времени превращается в сложную проблему. В представлениях пространства- времени еще очень много неясного, порождающего многочисленные дискуссии ученых:

Почему наше пространство имеет три измерения? Могут ли существовать многомерные миры? Может ли время течь в обратном направлении? Реально ли четырехмерное пространственно — временное многообразие теории относительности? Могут ли существовать материальные объекты вне пространства и времени?

Эти и многие подобные вопросы ставятся на повестку дня современного естествознания. Углубленное изучение этих вопросов показало, что они связаны с фундаментальными свойствами бытия и важны для нашего мировоззрения. Критерий неадекватности пространственно-временного описания создает целый комплекс проблем, связанный с поиском тех положений, которые могли бы быть выбраны и использованы как критерий выбора пространственно-временных моделей. В настоящее время во многих отраслях современного естествознания назревает необходимость нового изменения пространственно-временных представлений, столь же радикального, как и то, которое возникло после создания теории относительности.