Пространство и время - основные формы существования материи

     Из  преобразований Галилея вытекает также, что пространственный промежуток в  разных инерциальных системах отсчета  – это также величина абсолютная. Пусть длина тела в неподвижной  системе равна l=x₂- x₁, в движущейся – l¹= x₂- x₁. Сделав переход от движущейся системы к неподвижной с помощью преобразований Галилея, мы увидим, что длина тела не изменится: x₂- x₁= x₂-vt-( x₁-vt)= x₂- x_1, т.е. l¹=l . И это справедливо для всех инерциальных систем.

     Не  удовлетворившись преобразованиями классической физики, считая их применение пригодным  лишь для частного случая, при небольших  скоростях движения системы, Эйнштейн создал новую теорию преобразования времени и пространства. В чем  же суть этой теории и как она  характеризует время и пространство, опираясь на законы электродинамики? Распространив  принцип относительности на электромагнитные явления, Эйнштейн нашел преобразования, которые делают законы электродинамики  ковариантными во всех инерциальных системах координат (уравнения Максвелла  не были такими относительно преобразований Галилея). Конечный их результат таков: 

      ;  y¹=y;   z¹=z;       (1) 
 
 

     где v – скорость инерциальной системы, с – скорость света.

     Эти преобразования были названы Эйнштейном в честь Лоренца, который первым получил их, лоренцовыми. Правда, Лоренц, находясь в плен ньютоновского представления об абсолютном времени и пространстве, не понял физического смысла этих уравнений. В частности, формулу преобразования для времени он считал фиктивной, так как она не согласовывалась с ньютоновским учением о времени.

     Уже первое знакомство с математическим выражением специальной теории относительности  наглядно раскрывает физический смысл  времен и пространства, следовательно, подчеркивает огромное философское  значение теории Эйнштейна в разрешении вопроса об атрибутах материи. Преобразования Лоренца после истолкования их Эйнштейном стали служить теоретической  основой для утверждения нового подхода к атрибутам материи. Во-первых, они указали на существование  глубокой объективной связи между  временем и пространством. Это видно  хотя бы из того, что в формулах (1), характеризующих переход от одной  инерциальной системы к другой, пространственные координаты зависят от временной  и, наоборот, временная – от пространственных. Во-вторых, из преобразований Лоренца  вытекает, что пространство и время  связаны с движением. Об этом свидетельствует  также зависимость пространственных и временной координат от относительной  скорости движения инерциальной системы. В-третьих, анализ формулы преобразования времени в разных системах координат приводит к выводу о несостоятельности метафизического представления о времени в классической физике. Согласно теории относительности, время теряет свой абсолютный характер. В каждой системе координат существует собственное время, которое зависит от изменений скорости движения системы.

     На  диалектическую взаимосвязь времени, пространства и движения указывает  также количественный анализ эйнштейновского  понимания относительности хода времени и пространственных расстояний. Из теории относительности вытекает изменение пространственных размеров тела в зависимости от скорости его  движения в разных системах координат. Длину движущегося тела можно  выразить следующим образом: . Отсюда пространственное расстояние тела не является абсолютной величиной. Оно изменяется в зависимости от скорости движения тела. Наибольшую длину тело будет иметь в неподвижном состоянии, наименьшую – приближаясь к скорости света. Пространственная деформация иначе называется релятивистским эффектом.

     Таким же образом можно показать относительность  хода времени. Применив преобразования теории относительности для сравнения  какого-либо промежутка времени в  неподвижной и подвижной системах, мы получим формулу , (где и – соответственно временной промежуток в движущейся и неподвижной системе). Временной промежуток здесь – величина переменная и изменяется в зависимости от скорости движения тела. Временной ритм замедляется в раз с возрастанием скорости движения тела. Наиболее быстро оно течет в неподвижной системе.

     Специальная теория относительности Эйнштейна  подорвала ньютоновское метафизическое представление о времени и  пространстве. Если раньше утверждалось, что вещи существуют во времени и  пространстве, то теория относительности  доказала, что изменение скорости движения вещи влечет изменение ее пространственно-временных характеристик. Теория относительности указала  на диалектическое единство атрибутов  материи и уже этим подтвердила  марксистское учение о единстве мира.

     Одна  из величайших заслуг Эйнштейна состоит  также в том, что он не ограничился  выводами специальной теории относительности, а наряду с открытием связи  между атрибутами материи методом  физики еще раз убедительно подтвердил диалектико-материалистическое учение о времени и пространстве как  формах существования материи, а  также вскрыл их более глубокую связь. Эта задача выполнена им в общей  теории относительности. 
 

     Общая теория относительности. 

     Логическое  развитие специальной теории относительности, а также некоторые опытные  данные, не получившие удовлетворительной интерпретации, привели Эйнштейна  к созданию общей теории относительности. Опытными данными явилось равенство инертных и тяжелых масс. Эта известная истина констатировалась, но не истолковывалась. Интерпретация равенства инертной и гравитационной масс привела Эйнштейна к выводу о невозможности отличить поле тяготения от поля, создаваемого ускоренным движением, т.е. оказалось, что ускоренное движение равнозначно наличию поля тяготения. Это служило сильным аргументом Эйнштейну для доказательства обобщенного постулата относительности, служившего предпосылкой для дальнейшего изучения свойств времени и пространства.

     Обобщив принцип относительности на любые  системы отсчета (не только инерциальные), Эйнштейн тем самым указал на ковариантность законов природы в любых системах отсчета. Чтобы дать более общую  формулировку физических законов, он вынужден был пересмотреть представление  о времени и пространстве, раскрытое  им в специальной теории относительности, где они являлись однородными, а  геометрия – евклидовой. Пусть  мы имеем неинерциальную систему  К¹, например вращающийся с постоянной угловой скоростью диск. Ось этой системы совпадает с осью неподвижной системы К (инерциальной). Нам надо узнать законы, определяющие расположение твердых тел в системе К¹. Эйнштейн на примере со вращающимся диском убедился, что законы конфигурации твердых тел в неинерциальной системе не согласуются с теми законами конфигурации твердых тел, которые соответствуют евклидовой геометрии. Поэтому он сделал вывод, что евклидова геометрия имеет лишь частный характер. Нужна другая (неевклидова) геометрия. Такие геометрии, как я говорил, существовали. Эйнштейн, таким образом, провозгласив торжество неевклидовых геометрий, еще раз указал на несостоятельность ньютоновского учения о времени и пространстве.

     Эйнштейн  пришел к заключению, что пространство и время в неинерциальной системе  нельзя определить таким же образом, как это допускалось специальной  теорией относительности для  неинерциальных систем. Но так как, согласно принципу эквивалентности, ускоренное движение равнозначно наличию поля тяготения, т.е. неинерциальная система  может рассматриваться так же, как покоящаяся система, в которой  есть поля тяготения (а поле есть всюду), то, заключает Эйнштейн, «гравитационное  поле оказывает воздействие и  даже определяет метрические законы пространственно-временного континуума». Таким образом, в общей теории относительности метрика и гравитация оказываются в некотором смысле тождественными, они совпадают друг с другом и определяются в конечном итоге распределением масс. Существующее вокруг каждого космического тела поле тяготения влияет на пространство, как бы подвергает его деформации. Оказывается, что пространство вопреки мнению Ньютона неоднородно.

     Точно так же ритм времени оказался зависимым  от поля тяготения, а следовательно, от массы материального образования. На гигантских космических телах  ритм времени должен быть другой, чем  на менее массивных, так как материальные процессы будут протекать там  медленнее.

     В общей теории относительности идеи о времени и пространстве, таким  образом, получили свое дальнейшее научное  разрешение. Открытие того факта, что  масса тел определяет геометрическую структуру времени и пространства, указало на существование глубокой органической связи между временем, пространством и материей. Причем в специальной теории относительности  эта связь определялась лишь внешними материальными факторами – зависела от относительного расположения и движения материальных тел, то в общей теории относительности открыты более  глубокие внутренние связи, т.е. пространственно-временной  континуум оказался в полной зависимости  от такого свойства материи, как масса. 
 
 
 

     Заключение.

    В последние годы во все большем  круге смежных гуманитарных и  естественных наук, а также в науках о человеке появляется все возрастающее понимание решающего значения пространства и времени. На каком-то уровне довольно банально звучит утверждение, что все  существует в пространстве и времени, но на более продвинутом и содержательном уровне этот постулат превращается в  остро осязаемое ощущение ”временнóй пространственности”, которая раскрываясь, наиболее полно освящает взятую тему. Умозрительно все большее и большее  количество ученых приходят к выводу, что определенное место всегда определяется в более широком, зачастую многомерном  пространстве. В практическом плане  это означает, что любое перспективное  решение опосредовано не только временем (когда это будет), но и местом (где это будет), а это ”где”  всегда фиксируется в пространстве, структурированном весьма сложным  путем.

    Исследования  только тогда являются полными, когда  оперируя понятиями пространства и  времени, ученый может сказать, как  обстояли дела когда-то, и как все  пришло в то состояние, в котором  прибывает сейчас.

     По-видимому, дальнейшее развитие науки будет  происходить не только путем радикального изменения основных принципов и  понятий существующих теорий, но и  путем дальнейшего углубления и  развития наших представлений о причинности и о пространственно-временных отношениях движущейся материи. 
 

     Список  литературы. 

1. Архангельский М.М. Курс физики. Механика, М.: Просвещение,1975.–425с.
2. Вяльцев А.Н. Дискретное пространство-время, М.: Наука,1965.–400с.
3. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое, М.: Наука,1990.–400с.
4. Готт В.С. Пространство и время микромира, М.: Знание,1964.–40с.
5. Готт В.С. Удивительный неисчерпаемый познаваемый мир, М.: Знание,1974.–224с.
6. Грибанов Д.П. Материализм и диалектика в научном творчестве А.Эйнштейна, М.: Знание,1979.–64с.
7. Грибанов Д.П. Материальное единство мира в свете современной физики, М.: Мысль,1971.–142с.
8. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Механика.Том I, М.: Наука,1974.–520с.