2.2. Эволюция представлений о пространстве и времени

Понимание пространства и времени как инвариантных самостоятельных сущностей. Первоначально представления о пространстве и времени у древнегреческих натурфилософов сводились к отождествлению пространства с пустотой, оно рассматривалось как пустое вместилище тел в отрыве от времени и движения, как нечто абсолютное, независимое от материи.

В «Началах» Евклида (III в. до н.э.) пространственные характеристики объектов впервые обрели строгую математическую форму. В это время зародились геометрические представления об однородном, плоском и бесконечном пространстве.

Абсолютное пространство, по И. Ньютону, бесконечное, пустое, однородное и изотропное, большой черный ящик, «вместилище» материальных тел. Если тела исчезнут, пространство останется, т.к. абсолютное пространство остается в силу своей природы безотносительным к какому-либо внешнему предмету. Существенная характеристика ньютоновского мира – трехмерное пространство евклидовой геометрии, которое абсолютно постоянно и всегда пребывает в покое.

Абсолютное, истинное, математическое время течет само по себе и в силу своей природы равномерно, безотносительно к какому-либо внешнему предмету. Оно идет сразу и везде во всей Вселенной «единообразно и синхронно» и выступает как независимый от материальных объектов процесс длительности. Значение указаний времени считалось абсолютным, не зависящим от состояния движения тела отсчета.

Ньютоновская концепция пространства и времени, на основе которой строилась физическая картина мира, оказалась господствующей вплоть до конца XIX в.

Концепция мирового эфира. В конце XIX в. ученые считали, что вплотную подошли к исчерпывающему описанию Вселенной. По их представлениям, пространство было заполнено непрерывной средой – «эфиром». Лучи света и радиосигналы рассматривались как волны эфира, подобно тому, как звук представлял собой чередование плотности воздуха.

К концу столетия концепция всепроникающего эфира начала испытывать трудности. Ожидалось, что свет должен распространяться по эфиру с фиксированной скоростью. Но если вы сами движетесь сквозь эфир в том же направлении, что и свет, скорость света должна казаться меньше, а если вы движетесь в противоположном направлении, скорость света окажется больше.

Однако в ряде экспериментов эти представления не удалось подтвердить. Наиболее точный из них осуществили в 1887 г. американские ученые А. Майкельсон (1852-1931) и Э. Морли (1839-1923).

Они сравнивали скорость света в двух лучах, идущих под прямым углом друг к другу. Поскольку Земля вращается вокруг своей оси и обращается вокруг Солнца, скорость и направление движения аппаратуры сквозь эфир меняется. Но А. Майкельсон и Э. Морли не обнаружили ни суточных, ни годичных различий в скорости света в двух лучах (рис. 4). Получается, будто свет всегда движется относительно вас с одной и той же скоростью, независимо от того, как быстро и в каком направлении перемещаетесь вы сами.

Основываясь на эксперименте Майкельсона-Морли, ирландский физик Д. Фитцджералд (1815-1901) и голландский физик Х. Лоренц (1853-1928) предположили, что тела, движущиеся сквозь эфир, должны сжиматься, а часы – замедляться. Это сжатие и замедление таковы, что люди всегда будут получать при измерениях одинаковую скорость света независимо от того, как они движутся относительно эфира (Д. Фитцджералд и Х. Лоренц по-прежнему считали эфир реальной субстанцией). Однако в статье в 1905 г. А. Эйнштейн отметил, что если никто не может определить, движется он сквозь эфир или нет, то само понятие эфира становится лишним. Вместо этого он начал с постулата, что законы физики должны быть одинаковыми для всех свободно движущихся наблюдателей, т.е., измеряя скорость света, ученые должны получать одну и ту же величину, с какой бы скоростью не двигались сами, поэтому скорость света остается независимой от их движений и одинаковой во всех направлениях (рис. 5).

Рис. 4. Теория неподвижного эфира

(если бы свет был волной в упругом веществе, называемом эфиром,

его скорость казалась бы выше тому,

кто движется на космическом корабле ему навстречу и ниже – тому,

кто движется в том же направлении, что и свет)

Отказ от идеи абсолютных пространства и времени, мирового эфира и других выделенных систем отсчета. Признание тесной взаимосвязи между пространством, временем, материей и ее движением.

Опыт А. Майкельсона доказал независимость скорости света от движения Земли. С точки зрения классической механики эти результаты не поддавались объяснению. Х. Лоренц вывел математические уравнения для вычисления реальных сокращений движущихся тел и промежутков времени между событиями, происходящими на них, в зависимости от скорости движения.

Земля вращается Лучи света, идущие под прямым Лучи света, идущие

с запада на восток углом к направлению под прямым углом

обращения Земли вокруг Солнца друг к другу,

поворачиваются вместе

с Землей, но не обнару-

живают никаких разли-

чий в скорости

Рис. 5. Теория неподвижного эфира

(не было обнаружено никаких различий между скоростью света

в направлении движения Земли по орбите в перпендикулярном направлении)

Таким образом, относительными оказывались не только всякое движение, но и пространство и время. Указанные опыты заложили фундамент теории относительности. Теория относительности А. Эйнштейна доказала, что не существует ни абсолютного пространства, ни абсолютного времени и окончательно утвердила представление об относительности пространства и времени и зависимость их от материи.

Современные представления о пространстве и времени

Любой предмет имеет ту или иную протяженность, объем, занимает определенное положение относительно других предметов. Если мы обратимся к формам движения материи, то убедимся, что они тесно связаны с пространством. Что такое пространство?

Пространство выражает порядок расположения существующих объектов природы относительно друг друга, их объемы и протяженность. Движение материи происходит не только в пространстве, но и во времени. Одни события совершаются раньше, другие позже. Пространство – это порядок, в котором сосуществуют различные объекты природы, а время показывает последовательность существования сменяющих друг друга явлений и событий. Основными свойствами пространства являются: протяженность, однородность, изотропность (равноправность всех возможных направлений), трехмерность. Специфические свойства времени: длительность, однородность (равноправие всех моментов), одномерность и необратимость (анизотропность), оно течет от прошлого через настоящее к будущему. Реальные процессы всегда необратимы. Пространство и время являются основными формами существования материи, они неотделимы от нее. Пространство, в котором мы живем трехмерно. Почему? Ответ на этот вопрос пока не выходит за рамки антропного принципа (прил. 10). Из него следует, что в пространстве другого числа измерений мы просто не могли бы существовать. Не было бы атомов, молекул, планетарных систем и живых организмов, следовательно, и человека, и вообще физический мир, если бы он существовал, при этом был бы совершенно иным (прил. 11).

Всеобщие свойства пространства и времени

- объективность и независимость от человеческого сознания;

- универсальность и реальность – это универсальные формы бытия материи, которые проявляются на всех структурных уровнях ее существования. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства и времени;

- неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей;

- единство прерывности и непрерывности в их структуре – наличие отдельных тел, фиксированных в пространстве при отсутствии каких-либо «разрывов» в самом пространстве;

-количественная и качественная бесконечность – невозможность найти место, где отсутствовали бы пространство и время;

- неисчерпаемость их свойств.

Своеобразие свойств биологического,

психологического и социального пространства и времени

Каждому структурному уровню материи соответствует специфическая форма пространства и времени.

Специфика биологического пространства и времени. Появление живой материи на Земле вызвало особое биологическое пространство и время. Это параметры состояния живого вещества. Биологическое время и пространство находятся в постоянном изменении – на смену одним клеткам приходят другие, сначала растет, затем стареет сам организм. Происходит смена видов растительных и животных организмов, их жизнь и смерть.

У биологического пространства и времени есть свои особенности. Пространственную организацию живых молекул характеризует ассиметрия «левого» и «правого» в группировке атомов. Основополагающими молекулами живой материи являются молекулы белка и нуклеиновых кислот. Все белки живой материи состоят из 20 аминокислот, группировка атомов в которых расположена либо влево, либо вправо. При этом форме с «правосторонней» группировкой соответствует зеркальная ей «левосторонняя» форма (рис. 6).

Рис. 6. Лево- и правосторонняя формы аминокислоты

Особенность пространства живой материи состоит в том, что в молекулах белка живых систем имеются только «левосторонние» формы аминокислот, а в нуклеиновых кислотах – только «правые» сахара. Главный биологический смысл этой ассиметрии в обеспечении молекулярно – пространственной комплементарности (соответствия) при взаимодействии молекул. Эта особенность пространственной асимметрии живого известна в науке под названием хиральности (от греч. heir - рука). В неживой природе пространство симметрично, нет различий между «левым» и «правым». Неравенство «правизны и левизны» проявляется не только на молекулярном уровне, но и на уровне организмов, выражаясь в их строении и динамике. Существует не только симметрия, но и ассиметрия в строении органов, в композиции частей тела сложных организмов. Эта особенность до сих пор не получила общепризнанного объяснения. Предполагают, что такое сочетание симметрии и асимметрии обеспечивает приспособительные реакции организмов, разнообразие движений и функций, необходимых для их выживания.

Живая материя имеет специфику и временной организации. Это «биологические часы». «Тиканье» и «отключение» таких часов означают запуск и отключение химических реакций, которые обеспечивают приспособление живых организмов. Медики открыли, что в разное время суток печень, почки, легкие, сердце работают с разной интенсивностью. У них свои ритмы. Система таких химических реакций предвосхищает наступление определенных состояний внешней среды, обеспечивает готовность организма к функционированию в условиях, которые должны наступить в будущем. Живой организм приспосабливается к будущим условиям, как бы обгоняя время, и живет настоящим и будущим одновременно.

Специфика психологического пространства и времени

В результате эволюции человека происходит становление человеческой психики. Одновременно идет формирование нового феномена – психологического пространства и времени. Психическая регуляция движений индивида и его предметных действий происходит не только на уровне отражения внешнего физического пространства, но и на основе собственной телесной биомеханики и собственного пространства.

Моторное поле психики индивида создается посредством поисковых движений, зондирующее внешнее пространство во всех направлениях. На основе этих движений в психике индивида и его психомоторике формируется обобщенный образ пространства. Этот образ включает совокупность особых метрических и топологических свойств: криволинейность, отсутствие жесткой привязки координат к координатам внешнего физического пространства, относительное безразличие к положению, преобладание топологии над метрикой, отсутствие право – левостронней симметрии. При этом поиск и опробование будущих предметных действий индивид осуществляет посредством идеальных образов, которые строятся на основе речевого общения с помощью таких психических процессов, как ощущение, восприятие, память, мышление.

Благодаря идеальным образам индивид обладает способностью выходить за рамки данного мгновения, перемещаться в прошлое и будущее, во времени и пространстве, как на осознаваемом уровне, так и на бессознательном – в сновидениях и галлюцинациях. Индивид, лишенный способности видеть сновидения, может впасть в безумие. В его психологическом пространстве произойдет кумулятивное накопление обрывочных мыслей, образов, впечатлений, способных подавлять осознаваемые мысли и память. З. Фрейд (1856 - 1939) выявил неоднородность психологического пространства сновидений, его асимметрию, символизм, смещение. Одна из особенностей психологического времени, на которую указывает З. Фрейд, - пропуск, модификация, перегруппировка материала сновидения, создающая эффект обратимости времени.

Особенности психологического пространства и времени проявляются на уровне коллективного бессознательного. В наибольшей степени специфика психологического пространства проявляется в феномене синхронизма психических процессов, который состоит в одновременном параллельном проявлении идентичных психических переживаний у двух или нескольких личностей.

Специфика социального пространства и времени

Становление человеческого индивида происходит в рамках социогенеза – становления человеческого общества, развития форм социальной организации и духовной жизни. Одновременно идет процесс формирования нового феномена – социального пространства и времени. Социальное пространство и время имеет свои особенности. В этом пространстве и времени воспроизводится человек и развивается как общественное существо.

Социальное пространство можно характеризовать как форму бытия социальной материи, в которой социальная энергия превращается в конкретные формы жизнедеятельности личностей и общества в целом. В этом плане оно обладает определенной субстанциальной реальностью. Специфическими свойствами такого пространства являются протяженность, упорядоченность, масштаб, интенсивность, насыщенность, плотность, определенная координация социальных процессов и явлений.

С возникновением общества в социальное пространство входит и отношение человека к предмету и месту своего обитания. Понятие «родина» характеризует не только определенную территорию, но и его отношение к этому месту. Специфика социального пространства связана со спецификой социального времени. Социальное время – это определенный по длительности период, каким располагает любой социальный объект и общество в целом. Это совокупное время существования и деятельности всех индивидов общества. На ранних стадиях общественного развития ритмы социальных процессов были замедленными, капиталистические отношения привели к резкому увеличению производительных сил и всей системы социальных процессов. В эту эпоху появилась секундная стрелка. Ускорение свойственно современной эпохе. В настоящее время выделяют три цикла социального времени: дневной, недельный, годовой.

Социальное время фиксирует особенности параметров времени в ретрансляции социального опыта и одновременность в протекании социальных событий.

Примером социального времени и пространства являются исторические эпохи. Например, можно говорить о «советском» социальном пространстве и социальном времени, в рамках которых прошли жизни миллионов советских людей. В то же время другая часть человечества жили вне советской реальности, в рамках другого социального времени и пространства.