Эволюция представлений о пространстве и времени

 

Материальные структуры (все, существующее во Вселенной, живое и неживое) определенным образом упорядочены. Существуют две формы описания упорядоченности материальных тел и процессов: пространственная и временная.

Сторонники субстанциональной концепции (Демокрит, Аристотель, Ньютон и др.) трактовали пространство и время как инвариантные самостоятельные сущности, существующие наряду с материей и независимо от нее. Поэтому, соотношение между пространством и временем, с одной стороны, и материей – с другой, представлялось как отношение между двумя самостоятельными субстанциями.

Демокрит: пространство ассоциируется с пустотой, в которой происходит вечное движение атомов, т.е. пространство – это «вместилище» тел

Аристотель, отрицая пустоту, делает вывод, что пространство – это совокупность мест, занимаемых телами; понятия «предыдущее» и «последующее» являются выражением изменения движения.

Таким образом, по Аристотелю:

- пространство определяется местом расположения тел

- время есть мера движения

Ньютон (механистическая картина мира) развил идеи Демокрита, Аристотеля и др. до четкого представления об абсолютном пространстве и абсолютном времени, независимых друг от друга и не связанных с материей. Пространство у него неизменно и неподвижно и, т.к. его свойства не зависят ни от чего, в том числе и от времени, то убрав из пространства все материальные тела, пространство останется и его свойства сохранятся. Время, по Ньютону, течет одинаково во всей Вселенной, и это течение не зависит ни от чего.

 

Ньютоновские представления о пространстве, времени и следствия из этих представлений:

- абсолютное пространство – это независимо существующее «вместилище» материальных тел

- абсолютное время – это независимое от материи «вместилище» событий

- относительное время задается последовательностью событий

- пространство однородное, изотропное, трехмерное и описывается геометрией Евклида

- пространственные размеры тел, в покоящихся и движущихся системах отсчета, остаются одинаковыми

- справедлив классический закон сложения скоростей (например: скорость человека, идущего по движущемуся вагону, для наблюдателя, находящегося на земле, складывается из скорости человека относительно вагона и скорости вагона относительно земли)

 

Концепция мирового эфира: вплоть до XX века в физике господствовало представление о невидимой субстанции («тонкой материи»), заполняющей мировое пространство – мировом эфире

 

Опыты Майкельсона – Морли, пытающихся обнаружить мировой эфир, заключались в измерении скорости света в направлениях по движению и перпендикулярно направлению движения Земли вокруг Солнца. Эти опыты показали:

- скорость света в различных направлениях есть величина постоянная (т.е. не зависит от движения источника света)

- нарушение классического закона сложения скоростей

- неверность гипотезы «мирового эфира». Эфира нет.

 

В современной картине мира понимание пространства и времени сформировано теорией относительности Эйнштейна:

- пространство и время неразрывно связаны между собой, т.е. составляют единое четырехмерное пространство-время (специальная теория относительности)

- вблизи тяготеющих масс (под действием сил гравитации) пространство-время «искривляется» и уже не является Евклидовым пространством (общая теория относительности)

- пространство и время имеют относительный характер: так результаты измерений длин объектов и интервалов времен зависит от того, в какой системе отсчета они измеряются

- отказ от идеи абсолютного пространства и времени, мирового эфира и других выделенных систем отсчета

- существует тесная взаимосвязь между пространством, временем, материей и ее движением

- убрав из пространства все материальные объекты – исчезает пространство и время.