Свойства пространства и времени с точки зрения современной науки

     Важным  свойством пространства является его трехмерность. Положение любого предмета может быть точно определено только с помощью трех независимых величин — координат. В прямоугольной декартовой системе координат это — X, У, Z., называемые длиной, шириной и высотой. В сферической системе координат — радиус-вектор r и углы a и b (3. В цилиндрической системе — высота г, радиус-вектор и угол а.

     В науке используется понятие многомерного пространства (и-мерного). Это понятие математической абстракции играет важную роль. К реальному пространству оно не имеет отношения. Каждая координата, например, 6-мерного пространства может указывать на какое-то любое свойство рассматриваемой физической реальности: температуру, плотность, скорость, массу и т. д. В последнее время была выдвинута гипотеза о реальных 11 измерениях в области микромира в первые моменты рождения нашей Вселенной: 10 — пространственных и одно — временное. Затем из них возникает 4-мерный континуум {лат. сопйпишп — непрерывное, сплошное).

     В отличие от пространства, в каждую точку которого можно снова и  снова возвращаться (и в этом отношении  оно является как бы обратимым), время  — необратимо и одномерно. Оно течет из прошлого через настоящее к будущему. Нельзя возвратиться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо временной промежуток в будущее. Отсюда следует, что время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей. Некоторые утверждают, что необратимость времени и его направленность определяются причинной связью, так как причина всегда предшествует следствию. Однако очевидно, что понятие предшествования уже предполагает время. Более прав поэтому Г. Рейхенбах, который пишет: "Не только временной порядок, но и объединенный пространственно-временной порядок раскрываются как упорядочивающая схема, управляющая причинными цепями, и, таким образом, как выражение каузальной структуры вселенной".

     Необратимость времени в макроскопических процессах  находит свое воплощение в законе возрастания энтропии. В обратимых процессах энтропия (мера внутренней неупорядоченности системы) остается постоянной, в необратимых — возрастает. Реальные же процессы всегда необратимы. В замкнутой системе максимально возможная энтропия соответствует наступлению в ней теплового равновесия: разности температур в отдельных частях системы исчезают и макроскопические процессы становятся невозможными. Вся присущая системе энергия превращается в энергию неупорядоченного, хаотического движения микрочастиц, и обратный переход тепла в работу невозможен.

     Писатель-фантаст  Р. Брэдбери в одной из своих повестей иллюстрирует свойство необратимости и однонаправленности времени на примере эксперимента, который, якобы, проводят существа, обитающие в четвертом измерении, над землянами. Они ставят над небольшим городком колпак, представляющий собой слой воздуха, в котором время на одну секунду отстает от течения времени в городке. Машины, идущие в город или из города, самолеты, взлетающие в воздух, обнаруживают вдруг невидимое препятствие и вынуждены возвращаться обратно. И в самом деле, невозможно вернуться во времени на любую долю секунды, и этот колпак является самым прочным препятствием для тех, кто мог бы проникнуть в город или выйти из него.

     Пространство  обладает свойством однородности и изотропности, а время — однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность — в равноправии всех направлений. Во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчета, любую можно принимать за начальную.

     Указанные свойства пространства и времени  связаны с главными законами физики — законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это — одно из существенных выражений симметрии в мире. Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига (однородности пространства) — закон сохранения импульса; симметрии по отношению поворота координатных осей (изотропности пространства) — закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем системам отсчета.

     В современной науке используются также понятия биологического, психологического и социального пространства и времени.

     Биологическое пространство и время характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи: биологическое бытие человеческого индивида, смену видов растительных и животных организмов.

     Психологическое пространство и время характеризуют основные перцептивные структуры пространства и времени, связанные с восприятиями. Перцептивные поля — поля вкусовые, визуальные и т. д. Выявлены неоднородность перцептивного пространства, его асимметрия, а также эффект обратимости времени в бессознательных и транспсихических процессах. Существует также синхронизм психических процессов, состоящий в одновременном параллельном проявлении идентичных психических переживаний у двоих или нескольких личностей.

     Социальное  пространство и время характеризуют особенности протяженности и пространственности социальных объектов. Неоднородность структурных связей в социальных системах определяется распределением социальных групп и величиной их социального потенциала, а также локальными метрическими свойствами объектов. Коммуникативные и интерактивные взаимодействия социальных структур фиксируют особенности параметров времени в ретрансляции социального опыта и одновременность в протекании социальных событий.

     2.  Межнаучный характер пространственно-временных представлений в современной науке 

     Так что же это такое – пространство и время? Когда идет речь о самых  общих, фундаментальных свойствах  природы – описание должно быть очень общим, абстрактным. Можно  думать, что в своем глубинном  значении пространство – это то, что выражает устойчивость существования  различных явлений и объектов в мире, а время – то, что  характеризует их взаимодвижение, изменяемость. Кратко говоря – пространство и время – это структура сосуществования и изменения всего материального в мире. Это предельно общие понятия, более общих уже не придумать. Такие предельные понятия изучаются философией, которая как раз и является наукой о самых общих законах природы. Понятия пространства и времени являются необходимой составной частью картины мира в целом, поэтому входят в предмет философии. Для философского осмысления трудным и интересным оказывается вопрос о соотношении времени и вечности. Касаясь этого вопроса, Н.А.Бердяев отмечал следующее: «Время разбивается на прошлое, настоящее и будущее, и если мы подумаем об этих трех частях, то придем к странному выводу о том, что их нет. Настоящее есть лишь какое-то бесконечно мало продолжающееся мгновение, когда прошлого уже нет, а будущего еще нет, но которое само по себе представляет некую отвлеченную точку, не обладающую реальностью. Прошлое призрачно потому, что его уже нет. Будущее призрачно потому, что его еще нет. Нить во времени разорвана на три части, нет реального времени.  Будущее пожирает прошлое для того, чтобы потом превратиться в такое же прошлое, которое в свою очередь будет пожираемо последующим будущим». С точки зрения Н.А.Бердяева, исторический  процесс имеет двойственную природу: он что-то истребляет, но, с другой стороны, сохраняет. В мире действует истинное время, в котором нет разрыва между прошлым, настоящим и будущим, время ноуменальное, а не феноменальное.  К слову сказать, в настоящее время в Москве, в МГУ уже много лет действует семинар по изучению феномена времени, и один из вопросов, который решается на семинаре, как раз этот: время – феномен (то есть природное явление), или ноумен (то есть то, что мы придумали на основе наших знаний и представлений).

     Учение  о пространстве и времени углубляется  и развивается вместе с развитием  естествознания, прежде всего физики.

     Основные  свойства пространства и времени (однородность времени и изотропность пространства) связаны с главными законами физики - законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это – одно из существенных выражений симметрии в мире. Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига (однородности пространства) – закон сохранения импульса; симметрии по отношению поворота координатных осей (изотропности пространства) – закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем система отсчета.

     Представления о пространстве и времени, формулирующиеся  в теории относительности Эйнштейна, на сегодняшний день являются наиболее последовательными. Но они являются макроскопическими, так как опираются  на опыт исследования макроскопических объектов, больших расстояний  и  больших промежутков времени.

     В квантовой физике была поставлена важная проблема о необходимости пересмотра пространственно-временных представлений  классической физики. В физике элементарных частиц представления о пространстве и времени столкнулись с большими трудностями. На субатомном уровне структурной  организации материи определяющую роль играют сильные взаимодействия элементарных частиц. На повестку дня  встает вопрос о  зеркальной симметрии – симметрии левого и правого. Как ни странно, часть объектов и событий в микромире просто не имеют зеркального отражения. В микромире не у каждого «правого» есть «левое». Таких взаимно полярных, обязательных свойств не существует – так уж «устроено» расстояние на очень малых расстояниях. Спустя какое-то время после обнаружения этого факта физикам пришла в голову мысль: а что если в микромире нельзя противопоставлять не только правое левому, но и будущее прошлому? Результаты научных экспериментов произвели огромное впечатление на физиков и показали, что при определенных условиях в природе могут нарушаться, казалось бы, самые фундаментальные свойства пространства и времени. Эти свойства не абсолютны, а изменяются в зависимости от конкретных условий. В макромире они одни, а в микромире могут быть совсем другими.

     Такое фундаментальное свойство времени  как причинность также было поставлено под сомнение. Советскому академику  Н.Н.Боголюбову после ряда экспериментов  удалось доказать, что никаких  отклонений причинности в микромире  не было обнаружено. По крайней мере, до расстояний, которые в несколько  сотен раз меньше размеров протона. Можно ожидать отклонений на меньших  расстояниях – там, где теряется симметрия прошлого и будущего и  где, возможно, существуют микрочастицы, движущиеся быстрее света.

     К проблемам пространства и времени  относится вопрос о числе измерений. Предполагается, что у нашего пространства может быть, например, дополнительная размерность. Сейчас известны четыре измерения  – пространство плюс время. Но может  быть и пятая, и шестая размерность, которые настолько малы, что мы их в обычной жизни не замечаем. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырех, которые предполагают существование  «суперсимметрии», например, теория струн. Ученые пытаются получить доказательства существования дополнительных измерений в ходе эксперимента по запуску Большого адронного коллайдера – ускорителя протонов и тяжелых ионов. В случае удачи этого эксперимента предполагается, что ход времени может быть замедлен или повернут вспять, а также создана теория, объединяющая теорию относительности и квантовую теорию поля, которые до сих пор считались несовместимыми друг с другом.

     Как видим,  вся наука, все отрасли  научного познания направлены на изучение проблем пространства и времени. В конечном счете, для того, чтобы  решить одну из важнейших задач современности -  понять, как же устроен наш  мир.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3.  Значение понятий  пространства и  времени для

     современных естественных и гуманитарных наук 

     Фактом  современной познавательной ситуации является то, что категории пространства и времени широко используются не только в естествознании, но и гуманитарных науках, а также во вненаучных типах знания.

     Ряд ученых специально анализируют биологическое  время, психологическое время, социальное пространство-время и другие виды времени и пространств. Эти понятия  используются в связи с особенностями  проявления пространственно-временных  свойств нефизических объектов. Сторонники данной теории отмечают, что метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства пространства и времени в таких объектах могут быть существенно отличны. Так, биологическое пространство и время характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи: биологическое бытие человеческого индивида.