Реферат: Пространство и время

Московский физико-техническийинститутЧуприкН.В.

Пространство и время

(реферативное исследование)

Долгопрудный 2000

1. Начало

Решениенаписать реферат, в котором бы подробно анализировались категории пространстваи времени, связано с тем, что это действительно мне интересно. Этот интересдавний и искренний. Подтверждением тому моя научная работа в областитеоретической физики – я занимаюсь квантовыми черными дырами. Длянепосвященного, возможно, не ясно, как это касается пространства и времени, но,надеюсь, в этой работе я смогу объяснить это. Конечно, есть риск превратитьреферат по философии в научно-популярную статью по физике, но, коль скоро мызаговорили о пространстве и времени, без экскурса в современную физику нашеобсуждение будет существенно неполным.

Кроме того, ни один изкрупных философов от древности до ХХ века не обходил вниманием понятияпространства и времени, поэтому недостатка в реферируемом нет, и этонемаловажно. Вопрос, что же есть пространство и время, тем не менее, каккажется мне, еще далек от своего полного разрешения. Физика уходящего столетиязаставила несколько раз поменять взгляды на столь фундаментальные понятия ивыявила несостоятельность большинства философских концепций. Наверное, сейчас редкийфилософ рискнет обсуждать этот вопрос, отдав его на откуп физикам, что еще раз подтверждает мое право не толькоцитировать классиков, но и принять посильное участие в дискуссии.Здесь можно привести шутливое высказывание замечательногоамериканского физика-теоретика Ричарда Фейнмана: «… когда будут открыты всефизические законы, придет время философов, которые до этого стояли рядом иподавали глупые советы»[1].Ввиду отсутствия ясного взгляда на пространство и время и даже, быть может, ихчеткого определения, нам остается рассмотреть историю вопроса, котораяоткрывается греческой философией и проходит практически через все основныефилософские учения. В реферате сознательно обойдем слишком экзотическиеконцепции, такие как теория Бергсона, и это вовсе не значит, что они былисовсем упущены из вида. Дело в том, что их ценность для современности ибудущего науки представляется сомнительной.

Все многообразие взглядовможно разделить на две основные категории. 1) пространство и время субъективны;2) они объективны. Пожалуй, нумерацию лучше поменять, т. к. я являюсьпоследовательным сторонником первой точки зрения. В разные времена люди ставилиразные вопросы касательно природы и свойств пространства и времени, но один изних, по крайней мере, прослеживается издревле: существует ли «пустоепространство»? Позже к нему примкнул другой: можно ли говорить о времени, если«ничего не происходит». Не буду интриговать читателя и скажу, что на этивопросы в середине ХХ века, наконец-то, получен строгий однозначный ответ –нет. А вот почему? С объяснением придется подождать. Необходимые комментарии ипояснения из области физики будет даны по ходу обсуждения.

Действительно, категориипространства и времени являются, пожалую, одними из самых сложных в философии.Человек желает раскрыть истинный смысл и природу вещей и явлений, егоокружающих. Если с объяснением материальных объектов (назовем их так) дело обстоит более менее неплохо,то с пространством и временем вопрос темный. Как мне представляется, причинасостоит в том, что большинство материальных объектов человек может «повертеть вруках», рассмотреть их, поэкспериментировать с ними и, поразмыслив, составитьпредставление об их природе. Ставить опыты со временем и пространствомчеловечество еще не научилось, и на долю ученых остается лишь их мысленноесозерцание. Мы до сих пор подобны греческим философам, которые строили своиметафизические теории без активного вмешательства в природу, ограничиваясьслучайными, и, в общем-то, неупорядоченными наблюдениями. Понятно, что при этомтрудно рассчитывать на глубокое и правильное понимание вопроса. Видимо придетсяждать нового Галилея, который сможет ставить опыты со временем и пространством.Если верить обещаниям американских физиков и инженеров, то ждать осталосьнедолго. В скором времени мы станем свидетелями первого в истории человечестваэксперимента с пространством и временем – возможным наблюдением гравитационных волн[1]

в рамках американского проекта LIGO.Первая установка требуемой точности вступит в строй, как обещано, в 2001 году вКалифорнии (США).2. Греки

Итак, начнем с греков.Большинство из философов того далекого прошлого не интересовались пространствомв чистом виде, обсуждение подобных проблем носило вспомогательный характер прианализе покоя и движения и вообще в метафизике. А это в свою очередь для грековнеизбежно сводилось к вопросу о существовании пустоты или, мы бы сказали,«пустого пространства», не заполненного никакими телами. Причем люди уже тогдахорошо понимали, что воздух не есть настоящая пустота – это тоже тело (среда).Доводы сторонников существования пустоты в природе сводились к аргументу, чтоесли бы в мире все места были заполнены, то тела не смогли бы двигаться, и этопротиворечит истинному положению дел. Этот довод был очень сильным и греки, вобщем-то, ничего не смогли противопоставить ему по существу. Вывод, сделанныйпоследователями Парменида, был неожиданным ипарадоксальным, – движения нет. Не будем обсуждать мировоззрение и философию,следующее отсюда, сосредоточимся на самом утверждении. «Конечно, можновозразить, и, вероятно, это будет основательно, что движение никогда не можетвозникнуть в заполненном пространстве, но нельзя обоснованно утверждать, чтооно там вовсе не может происходить» [2].

Очень замечательны в этомотношении апории Зенона, ученика Парменида. Мы вполне можем утверждать, что эти парадоксыкасаются непосредственно свойств пространства и времени. Они настолько широкоизвестны, что приводить их здесь смыслы не имеет, перейдем сразу же к анализу.Зенон старался показать при их помощи парадоксальность движения. Но для насочень важно то, что пространственный отрезок Зенон считал возможным делить добесконечности также как и рассматривать бесконечно близкие моменты времени.Таким образом, можно утверждать, что в античности пространство и времямыслились непрерывными, это один из важнейших для нас моментов, запомним это.

Современники Зенона былинастолько поражены апориями, что конечно же старались найти какие-тообъяснения. Здесь я упомяну интересное разрешение этих парадоксов, данное Демокритом. Вообще последовательная позиция этого атомистазаслуживает уважения, ведь он считал «зернистым» не только вещество, но ивремя, и пространством. Довод Демокрита состоял в том, что пространство дискретно, и длятела возможно лишь определенное счетное множество положений. Поясняя эту мысль,скажу, что пространство представлялось ему как бы разлинованным на клеточки, иатомы могут находиться только в определенных клетках, а с одного место всоседние перемещаться скачкообразно. Долгое время казавшаяся оригинальной, ноне имеющей никакого отношения к действительности, эта точка зрения вновьпривлекла к себе внимание лишь сейчас в связи с гипотезами относительнотеории квантовой гравитации. Недавнонекоторые авторы, к которым относится и известный советский физик Блохинцев [4], делали попыткипроанализировать модель дискретного пространства-времени. Квант пространствапри этом равнялся невообразимо малой величине 10-33 см, а квантвремени 10-43 сек. Хотя и нельзя сказать, что такой подход сейчассчитается перспективным, но столь неожиданные параллели между античными идеямии современными физическими парадигмами весьма замечательны. Во избежаниенедоразумений поясню, что сейчас уже речь, конечно, не идет о преодоленииклассических апорий, причина введения дискретного пространства состоит вдругом.

Позже греки отчетливоразделяли материю и пространство, как вместилище всех вещей, наиболее четкотакая позиция сформулирована у Аристотеля: «Утверждающие существование пустотыназывают ее местом; в этом смысле пустота была бы местом, лишенным тела» [3]. Кстати, у Аристотелядвижение возможно только благодаря веществу. Брошенное тело высвобождает позадисебя место, куда устремляется воздух, подталкивая тело вперед. Далее следуетразвитие этой мысли, что в более разреженной среде сопротивление движениюслабее и тело движется быстрее. Так в пустоте движение стало бы настолькобыстрым, что тело приобрело свойство вездесущности.Этот вывод говорит о весьма оригинальном понимании Аристотелем пространства иего свойств. Несмотря на кажуюся наивность такойточки зрения, здесь содержится весьма глубокое умозаключение, что в пустомпространстве все положения (точки) равноправны, хотя стагирит,видимо, не понимает это утверждения в подобном свете. Эти идеи Аристотеляпредставляются мне этаким античным аналогом теоремы Эммы Нетер[2]

,сформулированной в прошлом веке.

Говоря об античномвоззрении на пространство и время, никак нельзя обойти геометрию Евклида. Это,наверное, первая строгая и последовательная научная теория, построеннаяиндуктивным способом на основе аксиом, которых в элементарной геометрии пять.Эти постулаты казались совершенно естественными и неколебимыми для математиковвплоть до Лобачевского, Бойяи и Римана (см. ниже).Аксиомы Евклида произошли исключительно из опыта, т.е. согласно Кантупредставляют собой синтетические высказывания, однако, тот же немецкий философзамечает, что даны они человеку априори. Что важно для нас в античнойгеометрии. Наверное, стоит отметить то, что люди научились теоретическиобращаться с идеальными объектами на плоскости – точками, прямыми и т. д.,греки смогли абстрагироваться от реальных объектов и рассматривать отдельноформу. Можно сказать, что во временаЕвклида, появились абстрактные представления о пространстве. Это знаменуеткачественной скачек в сознании, с пространством, оказывается, можнооперировать, отвлекаясь от наполняющего его вещества.

3. От Исаака до Альберта

Вкратце познакомившись смнением античных философов относительно пространства и времени, так как ихточка зрения представляет скорее исторический интерес, двинемся дальше. Примемк сведению их порой оригинальные теории, но не станем спорить с классиками.Гораздо важнее для нас Декарт, «… доводы которого точно совпадают с положениямиранних греческих философов, сказал, что протяженность является сущностьюматерии, а, следовательно, материя имеется повсюду. У него протяженность –прилагательное, а не существительное, ее существительное – материя, и безсвоего существительного протяженность не может существовать. Для него пустоепространство также абсурдно, как счастье без чувствующего существа, котороесчастливо» [4]. Можноконстатировать, что для Декарта пространство, коль скоро они есть, заполненоматерией, средой. И такую особенную среду Декарт изобрел, назвав ее «тонкойматерией». Для физиков второй половину прошлого века такой «тонкой материей»был эфир – некая среда, наполняющая пространство, относительно которойраспространяются электромагнитные волны. Видимо, использовав такую аналогию, яне сильно искажаю понятие «тонкой материи» Декарта (за исключением,естественно, всего сказанного об колебаниях электромагнитного поля).Пространство надо было заполнить такой протяженной материей, причем эта материяпрактически не проявляется в нашем мире. Мне представляется, что тогда «токаяматерия» фактически ничем не отличается от пустоты.

Декарт, похоже, все жеочень хотел исследовать пространство как таковое без вещества. Не удивительно,что прогресс в этой области был достигнут рационалистом, ведь возможностьисследования пространства эмпирическими методами представляется на тот моментнесколько сомнительной. Декарту принадлежит изобретение координатной плоскости.Это уже следующая степень абстракции после Евклида. За счет введения системыкоординат удалось свести геометрию к чисто аналитической дисциплине, не говоряо том, что сам метод координат играет решающую роль в современнойрелятивистской физике. Декартовы координаты, будучи определены при помощитройки действительных чисел, совершенно четко показывают непрерывностьпространства и его трехмерность. Выражаясь языкомсовременной математики, после Декарта пространство стало многообразием, т.е.таким множеством элементов (точек), которое можно параметризоватьпри помощи набора действительных чисел. Утверждение о том, что пространствоесть многообразие, является важнейшим положением современной физики.

Следующий принципиальныйшаг был сделан с появлением механики Исаака Ньютона. Чтобы сформулироватьзаконы динамики Ньютону пришлось обратиться к принципиальному вопросу, что естьпространство и время? Ему было необходимо просто-напросто дать определение этимпонятиям, раз уж он строил аксиоматическую теорию наподобие евклидовойгеометрии. На этом моменте следует остановиться подробнее, потому что, мне кажется,сами того не осознавая, большинство наших современников, изучавших в школефизику, но не занимающиеся ею профессионально, придерживаются именно ньютоновского взгляда на пространство и время. В нашейкритике Исаака Ньютона будем следовать Эрнсту Маху [6], давшему, на мой взгляд, самуюосновательную оценку трудоввеликогоангличанина.

Обратимся к первоисточнику [8]. «В изложенном вышеимелось в виду объяснить, в каком смысле употребляются в дальнейшем менееизвестные названия. Время, пространство, место и движение составляют понятияобщеизвестные. Однако необходимо заметить, что эти понятия обыкновенноотносятся к тому, что постигается нашими чувствами. Отсюда происходят некоторыенеправильные сужения, для устранения которых необходимо вышеприведенные понятияразделить на абсолютные и относительные, истинные и кажущиеся, математические иобыденные.

Абсолютное. Истинное иматематическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякогоотношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называетсядлительностью.

Относительное, кажущеесяили обыденное время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами,внешняя, совершаемая при посредстве какого-либо движения мерапродолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математическоговремени, как-то: час, день, месяц, год…». Этим определением Ньютонабсолютизирует время, как текущее вне зависимости от любых реальных процессов вприроде. Далее в этом же тексте Ньютон говорит, что может не существоватьточного стандарта времени на основе физических или астрономических явлений,из-за их несовершенства (в смысле точной неповторимости). «Создаетсявпечатление, – пишет Мах [6], – что … Ньютон находитсяеще под влиянием средневековой философии, как будто бы он изменил своему намерениюисследовать только фактическое», время становится чем-то абстрактным,независящем от всякого измерения.

Что же касаетсяпространства, то Ньютон пишет: «Абсолютное пространство по самой своейсущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, останется всегдаодинаковым и неподвижным. Относительное есть его мера или какая-либоограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами поположению его относительно некоторых тел и которое в обыденной жизнипринимается за пространство неподвижное…». Здесь представляется излишнимкомментировать это положение Ньютона, оно весьма аналогично его суждению овремени. Важно, что в «Началах …» различается абсолютное и относительноедвижения, причем это обсуждается автором очень тщательно.

Наверное Ньютон находилсяпод влиянием Декарта, но выкинув «тонкую материю», оставляет для своей механикитолько абстрактную жесткую и неподвижную систему координат, считая однако еевполне реальной сущностью. Разделяя абсолютное и относительное движение, Ньютондаже сделал шаг назад по сравнению с Декартом, который еще раньше вполнеправильно понимал относительность всякого движения. Возможно философскиемоменты довольно непоследовательны и искусственны, но не будем забывать, чтозадача Ньютона была совсем в другом – научиться описывать динамику тел. Успехмеханики был столь велик, что «судить победителя» научное сообщество взялосьтолько два столетия спустя, когда началось внимательное осмыслениефундаментальных положений теории Исаака Ньютона такими учеными как Ланге и Мах. Их идеи логично будет поместить здесь, т.к. вомногом они вытекают из критики Ньютона.

Махпридерживался той точки зрения,что нелепо говорить о движении телабезотносительно других тел, измеряя движение лишь в абсолютном пространстве.Весь наш опыт ведь сводится к измерению лишь расстояний между отдельнымипредметами. Мах приводит парадокс. Предположим, что тело помещено в абсолютнопустое пространство, которое лишено даже сильно удаленных звезд, тогда нельзяпонять находится ли наше тело в покое или к примеру вращается вокругсобственной оси кроме, как измерив центростремительное ускорение. Такой выводстрого следует из представлений об абсолютном пространстве у Ньютона, и можновыделить «абсолютно невращающуюся» систему отсчета в пустоте, что Мах как позицивист принять не мог.

Выход, который предлагаетМах следующий. Давайте сформулируем закон инерции (который собственно иопределяет, что есть инерциальная система отсчета) иначе. «Вместо того, чтоотносить движущееся тело к пространству (к какой-нибудь инерциальной системе),будем рассматривать непосредственно его отношение к телам мира, посредствомкоторых только и можно определить систему координат». Очень далекие друг отдруга тела движутся с постоянными по величине и направлению (относительными)скоростями. Близкие тела, находящиеся «в более сложном отношении» или, мы бысказали, взаимодействующие друг с другом и движутся уже с непостояннойотносительной скоростью. Теперь «вместо того, чтобы говорить: расстояние искорость массы в пространстве остаются постоянными, можно употреблятьвыражение, что среднее ускорение массы <…> относительно <всех других масс…> равно нулю» [6]. При этом ненулевое ускорение относительно ближайших тел будет скомпенсировано большим вкладоммассивных удаленных объектов (звезд), которые с исследуемым телом невзаимодействуют. Поясним, что наше тело на самом деле свободно, а ускорениеотносительно соседей может быть из-за того эти самые соседние тела могут бытьпо каким-то причинам подвержены действию сил, и, тем самым, ускорены они.Удаленные массы во Вселенной «задают» инереицальн(ую/ые) системы отсчета.

Такая трактовка законаинерции Махом по истине относительная. Однако подразумевает некоторуюкосмологию, хотя и не важно какую именно. На это Эрнст Мах отвечает, что бытьможет и не существует локальных законов типа ньтоновских,и, чтобы описывать даже движение тел в небольшом объеме, «невозможно отвлечьсяот остального мира.» Он далее замечает[6], «Природа не начинает с элементов, как вынуждены начинать сних мы. Впрочем, для нас счастье, если нам удается на некоторое время отвестивзор от огромного целого и сосредоточиться на его отдельных частях.» Такимобразом Мах исправляет идейные основания классической механики, констатируя,что в обыденности мы можем пользоваться законами Ньютона, понимая однакопо-другому, что есть инерциальная система отсчета.

Оставим пока Маха ивернемся чуть назад во времени. (Мне очень трудно придерживаться хронологии и вто же время не разрывать логически изложение эволюции той или иной концепции.)Чтобы завершить разговор о пространстве и времени, как его представляли людиначала XIX столетия,надо обсудить некоторые субъективистские парадигмы. Наверное, во времена Юмавозникло также новое причинное понимание времени, которое, упрощенно говоря,состоит в том, что время воспринимает нами как «параметр», по которомуупорядочиваются причина и производимое ею следствие. Вообще в это время мывидим, как наряду с вопросом о времени появляется вопрос причинности, но этоуже лежит за пределами определенного мной реферата.

Следующий на ком мыостановим свой пристальный взгляд – Лейбниц. Но тут мы сталкиваемся с новойсубъективной теорией пространства, которая нашла свое завершение в философии Иммануила Канта. Основываясь на своем учении о монадах. Лейбницсчитает, что «пространства – как оно является чувствам, и как его рассматриваетфизика, – не существует, но оно имеет реального двойника, а именно расположениемонад в трехмерном порядке соответственно точки зрения, с которой они отражаютмир. Каждая монада видит мир в определенной перспективе присущей только ей; вэтом смысле мы можем несколько произвольно говорить о монадах как имеющихпространственное положение». Я лично не могу принять такую позицию, но всю своюкритику я обрушу на Лейбница и Канта вместе, а пока надо прейти к теориипространства и времени последнего, что дать пищу нашему обсуждению.

Кант утверждает, что нашиощущения имеют причины, которые он называет «вещами в себе». Наше восприятие,называемое «феноменом», состоит из «ощущения» (объективная составляющая) и«формы» явления. Форма не есть само ощущение, это субъективный аппарат,устанавливающий определенные отношения явлений и их порядок. Форма не зависитот среды и априорна, она всегда присутствует в нас и не связана с опытом. У«чистой формы» есть две составляющие – пространство и время. При этомпространство «ответственно» за внешние ощущения, а время – за внутренние. Дляобоснования своей позиции Кант выдвигает несколько доказательств, чтопространство и время являются априорными формами.

«Пространство не естьэмпирическое понятие, отвлекаемое от внешнего опыта, В самом деле,представление пространства должно уже лежать в основе для того, чтобы известныеощущения были относимы к чему-то вне меня (то есть к чему-то в другом местепространства, чем то, где я нахожусь), а также для того, чтобы я могпредставлять их как находящиеся вне друг друга, следовательно, не только какразличные, но и как находящиеся в различных местах»[3]

«Пространство есть недискурсивное, или, как говорят, общее, понятие об отношениях вещей вообще, ачисто наглядное представление. В самом деле, можно представить себе только одноединственное пространство, и если говорят о многих пространствах, то под нимиподразумевают лишь части одного и того же единого пространства, к тому же этичасти не могут предшествовать единому всеохватывающему пространству как егосоставные элементы (из которых возможно было бы сложение), но могут бытьмыслимы только как находящиеся в нем. Пространство существенно едино;многообразное в нем, а, следовательно, также общее понятие о пространствахвообще основывается исключительно на ограничениях».

Другие аргументы Кантасостоят в том, что поскольку мы не можем вообразить, что не существуетпространство, то это понятие априорное, кроме того пространство – бесконечноданная величина. Последние заключения не состоятельны, т.к. являются сугубосубъективными, и другой человек может воображать все совершенно иначе.Серьезный аргумент не может быть основан на том, что можно или нельзя представить.Против утверждения из первой цитаты можно сказать, что раз пространственноерасположение вещей завит от субъекта, расставляющего их (чтобы расширить нашукритику и на Лейбница тоже вместо слова«субъект» можно ставить слово «монада»). Но нельзя же игнорировать физическиезакономерности, которые определяют движение тел в пространстве. Получается, посовпадению для разных субъектов эти законы одинаковы, в то время, какрасполагать предметы они могут по соей воле.

В принципе выводы, которыеделает Кант, еще можно было стерпеть в конце XVIII века во время торжества ньютоновскоймеханики, но с появлением общей теории относительности они становятся сочевидностью ошибочными. Поясню свою мысль. Дело в том, что в эйнштейновскойтеории гравитации искривление самого пространства ведет к вполне определеннымрегистрируемым эффектам. Если стоять на позиции Канта, то получатся, что моесубъективное восприятие мира («вид» пространства) приводит к объективнымощущениям (физическим явлениям).

Второе доказательство Иммануила Канта, касающееся единства пространства иневозможности воображения «других» пространств», с релятивистской точки зренияопровергается тем, что пространство или пространства не являются субстанциями(так считает Бертран Рассел). Я же могу добавить, что если понимать«пространство» в математическом смысле слова, т.е. допустить существованиепространств различных размерностей, сигнатур и топологий, то они никак не могутявляться частями одного (плоского трехмерного) пространства. Мне кажет, чтоздесь я достаточно показал несостоятельность теории Канта с точки зрениясовременной науки, поэтому не будем углублять критику, а лучше обратимся кболее важным и реалистичным парадигмам, тем более, что нас ждет новая эпоха –время релятивизма.

4. Относительно относительности

Сложно оценить насколькогромадный вклад в учение о пространстве внес немецкий математик Риман. Егомысли были столь прогрессивны, что полностью не исчерпаны даже в современнойфизике. Эйнштейн многое взял у Римана, от части развенчивая первого, можно дажесказать, что идеология ОТО заложена еще в работах Римана середины прошлого(позапрошлого[4]

)века.Взгляды Римана наиболеекомпактно изложены в лекции [9],прочитанной 10 июня 1854 года (опубликовано в 1868 г.

Риман вводит понятие n-протяженной величины, чтона более понятном нам языке означает многомерное пространство. Естественнопредставить его можно только аналитически, а ни как не вообразить себе егонаглядно. Математика того времени, как раз начала уже оперировать со стольабстрактными объектами, не даваемыми нам повседневным опытом. Предвидявозможные возражения и непонимание у современников, Риман долго в своей работеразъясняет понятие многомерности. Сейчасмножественность пространственно-временных измерений встречается в физикедовольно часто, но тогда такое обобщение многим казалось необоснованным.Некоторые предостережения давали позитивисты того времени, в том числе и Мах [7], но, впрочем, они разделялипозицию Римана. Возник новый вопрос:«Почему пространство трехмерно?»

Первымприменениеммногомерности можно назвать четырехмерноепространство Минковского, где наряду с ординарнымипространственными измерениями фигурирует время. Не вдаваясь в математическиепояснения, скажу, что, однако, у нового измерения есть некоторые замечательныеособенности, и как следствие метрика такого пространства оказывается индефинитной[5]

.Вообще говоря мало ввести еще одно число, как измерение, например температуруданной точки. Новая координата должна быть «однородной» с остальными, должнысуществовать преобразования «связывающие» друг с другом различные измерения (вслучае с температурой их нет). Для четырехмерного пространства-времени Минковского такими преобразованиями являются преобразованияЛоренца, имеющими, как показал Эйнштейн, физический смысл.

Вот мы плавно и перешли кобсуждению специальной теории относительности (СТО). Эйнштейн ввел постулат оразличимости физических процессов и об одинаковости скорости света в разныхинерциальных системах отсчета. Далее математическими выкладками не сложно получитьвсе «чудеса» СТО такие как замедление времени движущихся часов, сокращениедлины и проч. Но на мой взгляд важнее все именно констатация четырехмерности нашего пространства. Повороты, или такназываемые бусты, в пространстве Минковскогоэквивалентны переходу в движущуюся систему отсчета, где уже будут несколькодругими временные и пространственные координаты, что и приводит к перечисленнымрелятивистским эффектам.

Но стоит заметить, это моемнение, хотя в нем я и не до конца тверд, что пространство-время в СТО все жеабсолютно(!), вопреки распространенному обратному мнению. За исключениемчетвертого измерения, оно вполне аналогично ньтоновскому(см. выше), т.е. положение и скорость тел измеряется по отношению ккоординатной системе, а не относительно других тел. Определение же этой самойинерциальной системы координат умалчивается. Все те же постулаты Ньютона опространстве можно переложить и для пространства-времени с небольшимиизменениями. Слово же «относительность» в названии теории связанно с неразличимостьюфизики в различных, опять таки выделенных априори, инерциальных системах. Всякритика Маха в такой же степени применима к Эйнштейну как и к Ньютону.

Конечно, СТО новая колоссальная веха, впонимании сущности пространства и времени, того что пространство и время едины,что они есть проявления единой сущности. Однако и СТО не лишена недостатков. Насей день я не вижу ни одной теории, которая преодолела трудности предъявленныеМахом, и хотя эти проблемы носят принципиальный характер, но все же являютсяпонятийными, на полезности теории и ее адекватности эксперименту они никак несказываются, и в конечном счете носят схоластический характер. Теперь перейдемк истории общей теории относительности (ОТО). Несмотря на похожесть названий,это совершенно разные теории. ОТО – это теории гравитации.

До начала XIX века все теории пространстваподразумевали, так или иначе, справедливость в нашем мире евклидовой геометрии.Но математика здесь внесла свои коррективы, что в течение прошлого векасущественно изменила и философские взгляды на категории пространства, а затем ивремени. Я говорю об открытии Лобачевского, Бойяи,Римана неевклидовой геометрии, которую сейчас принято называть дифференциальнойили римановой геометрией. Дело в том, что если отбросить одну из аксиомЕвклида, говорящую о том, что параллельные прямые на плоскости не пересекаются,то теория обобщается на неплоские (искривленные) пространства. Первым этозаметил Лобачевский, который первоначально надеялся получить противоречие, что,если отбросить пятую аксиому Евклида о параллельных, чтобы доказать еенеобходимость включение в ряд постулатов.

Риман развил аппараткриволинейной геометрии и задался вопросом о применимости новой геометрии кнашему миру. Сформулировать проблему можно так: «А действительно ли нашепространство плоское?». Если же объединить представление о пространстве Минковского и неевклидову геометрию, то можно прийти кискривленному четырехмерному пространству-времени. Это и есть основаэйнштейновской ОТО. Оказывается, что искривление пространства и временипроявляет себя как поле тяготения. Кривизна в свою очередь обусловленаналичием материи, т. е. вещественныетела и энергия являются вызывают искривление пространсва-времени.Эту связь устанавливает уравнение Эйнштейна (уравнение гравитационного поля) –центральное в ОТО. Не стану перечислять успехи ОТО и многочисленные предсказания, такие как черные дыры ирасширение Вселенной – все это очень интересно, но довольно трудно дляизложения не специалистам, и без привлечения сложнейшей математики.

ОТО коренным образом ломаетнаши представления о геометрии мира. Проблему усмотрел еще сам Риман,процитируем по указанной работе [9].«… речь идет о распространении эмпирического опыта за пределы непосредственнонаблюдаемого – за пределами неизмеримо большого или неизмеримо малого: запределами непосредственно наблюдаемого метрические отношения становятся всеменее точными, чего нельзя сказать об отношениях протяженности. <…> Если допустим, чтотела существуют независимо от места их нахождения, так что мера кривизны вездепостоянна, то из астрономических наблюдений следует, что <кривизна> не может быть отлична от нуля; илиесли она отлична от нуля, то по меньшей мере можно сказать, что частьВселенной, доступная телескопам, ничтожна по сравнению со сферой той жекривизны. Если же такого рода независимости тел от места их нахождения неотвечает действительности, то из метрических отношений в большом нельзязаключать о метрических отношениях в бесконечно малом: в таком случае в каждойточке мера кривизны может <…>иметь какие угодно значения, лишь бы в целом кривизна доступныхизмерению частей пространства заметно не отличалось от нуля. »

Единственная разница втрактовки проблемы Риманом и современным понимание состоит в том, что Риманвезде разумеет трехмерное пространство, в то время как ОТО имеет дело вискривленным четырехмерным пространством-временем. Вопрос о геометрии вбесконечно большом приводит нас к современной космологии. Кривизну Вселеннойможно заметить их астрономических наблюдений, однако не так как имел в видуРиман (измерение параллакса далекихзвезд). В 1929 году ам

еще рефераты

Еще работы по философии

Реферат по философии

Еволюція поняття науки

Что такое свобода личности и в чем смысл жизни?

13 Июля 2015

Реферат по философии

Новаторская философия Иммануила Канта

13 Июля 2015