Взаимосвязь
пространства-времени
и движущейся материи
Достижения современной науки свидетельствуют о предпочти-
тельности реляционного материалистического подхода к понима-
нию пространства и времени. В этом плане в первую очередь
надо выделить достижения физики XX века. Создание теории
относительности было тем значительным шагом в понимании при-
роды пространства и времени, который позволяет углубить,
уточнить, конкретизировать философские представления о прост-
ранстве и времени.
В чем же состоят основные выводы теории относительности
по данному вопросу? Специальная теория относительности, по-
строение которой было завершено А. Эйнштейном в 1905 году,
Доказала, что в реальном физическом мире пространственные
и временные интервалы меняются при переходе от одной системы
отсчета к другой. Система отсчета в физике - это образ реальной
физической лаборатории, снабженной часами и линейками, то есть
инструментарием, с помощью которого можно измерять простран-
ственные и временные характеристики тел. Старая физика счита-
на, что если системы отсчета движутся равномерно и прямолинейно
Глава VI. Материя
относительно друг друга (такое движение называется инерциаль-
ным), то пространственные интервалы (расстояние между двумя
близлежащими точками), и временные интервалы (длительность
между двумя событиями) не меняются.
Теория относительности эти представления опровергла, вер-
нее, показала их ограниченную применимость. Оказалось, что
только тогда, когда скорости движения малы по отношению к
скорости света, можно приблизительно считать, что размеры тел
и ход времени остаются одними и теми же, но когда речь идет о
движениях со скоростями, близкими к скорости света, то измене-
ние пространственных и временных интервалов становится замет-
ным. При увеличении относительной скорости движения системы
отсчета пространственные интервалы сокращаются, а временные
растягиваются.
Это совершенно неожиданный для здравого смысла вывод.
Получается, что ракета, которая имела на старте некоторую фик-
сированную длину, при движении со скоростью, близкой к скорости
света, должна стать короче. Вместе с тем в этой же ракете замед-
лились бы и ход часов, и пульс космонавта, и его мозговые
ритмы, обмен веществ в клетках его тела, то есть время в такой
ракете течет медленнее, чем время у наблюдателя, оставшегося
на месте старта. Это, конечно, противоречит нашим обыденным
представлениям, которые формировались в опыте относительно
малых скоростей и поэтому недостаточны для понимания процес-
сов, которые развертываются с околосветовыми скоростями.
Теория относительности обнаружила еще одну существенную
сторону пространственно-временных отношений материального
мира. Она выявила глубокую связь между пространством и вре-
менем, показав, что в природе существует единое пространство-
время, а отдельно пространство и отдельно время выступают
как его своеобразные проекции, на которые оно по-разному рас-
щепляется в зависимости от характера движения тел.
Абстрагирующая способность человеческого мышления разде-
ляет пространство и время, полагая их отдельно друг от друга.
Но для описания и понимания мира необходима их совместность,
что легко установить, анализируя даже ситуации повседневной
жизни. В самом деле, чтобы описать какое-либо событие, недо-
статочно определить только место, где оно происходило, важно
еще указать время, когда оно происходило.
До создания теории относительности считалось, что объектив-
ность пространственно-временного описания гарантируется только
тогда, когда при переходе от одной системы отсчета к другой
сохраняются отдельно пространственные и отдельно временные
интервалы. Теория относительности обобщила это положение. В за-
висимости от характера движения систем отсчета друг относитель-
но друга происходят различные расщепления единого пространства-
времени на отдельно пространственный и отдельно временной
интервалы, но происходят таким образом, что изменение одного
как бы компенсирует изменение другого. Если, например, сокра-
тился пространственный интервал, то настолько же увеличился
временной, и наоборот. Наглядно это можно представить с по-
мощью схемы.
В теории относительности
пространство-время изображает-
ся как четырехмерный конти-
нуум, где три пространствен-
ные и временная координата вы-
ступают как одинаково изменяю-
щиеся при переходе от одной
системы отсчета к другой. На
данном чертеже для простоты
ваята только одна из трех про-
странственных координат X,
и временная координата 1. Одна
система отсчета представлена
координатными осями Х и 1,
а вторая -X и (,. Их движение
друг относительно Друга выра-
жено как поворот на некото-
рый угол в пространственно-вре-
менном континууме. Проекции
на оси Х и X простран-
ственно-временного интервала
(Х11 - Хг) задают отдельно
пространственный (ДХ и ДХ)
и отдельно временной интервалы
(Д1 и ДУ). Из чертежа видно,
что при переходе от одной си-
стемы отсчета к другой отдельно
ДХ и Д1 меняются, но при этом
сохраняется пространственно-
-временной интервал
МАТЕРИЯ
- Получается, что расщепление на пространство и время, которое
происходит по-разному при различных скоростях движения, осу-
ществляется так, что пространственно-временной интервал, то есть
совместное пространство-время (расстояние между двумя близлеЖащими точками пространства и времени), всегда сохраняется,
или, выражаясь научным языком, остается инвариантом. Объек-
ТИВНость пространственно-временного события не зависит от того,
из -какой системы отсчета и с какой скоростью двигаясь наблюда-
тель его характеризует. Пространственные и временные свойства
объектов порознь оказываются изменчивыми при изменении ско-
рости движения объектов, но пространственно-временные интервалы
остаются инвариантными. Тем самым специальная тео-
относительности раскрыла внутреннюю связь между собой
пространства и времени как форм бытия материи. С другой сторо-
ны, поскольку само изменение пространственных и временных
интервалов зависит от характера движения тела, то выяснилось,
что пространство и время определяются состояниями движущейся
материи. Они таковы, какова движущаяся материя.
Таким образом, философские выводы из специальной теории
относительности свидетельствуют в пользу материалистического
реляционного рассмотрения пространства и времени: хотя про-
странство и время объективны, их свойства зависят от характера
движения материи, связаны с движущейся материей.
Идеи специальной теории относительности получили дальней-
шее развитие и конкретизацию в общей теории относительности,
которая была создана Эйнштейном в 1916 году. В этой теории было
показано, что геометрия пространства-времени определяется ха-
рактером поля тяготения, которое, в свою очередь, определено
взаимным расположением тяготеющих масс. Вблизи больших тяго-
теющих масс происходит искривление пространства (его отклоне-
ние от евклидовой метрики) и замедление хода времени. Если мы
зададим геометрию пространства-времени, то тем самым авто-
матически задается характер поля тяготения, и наоборот:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200