Реферат: Простір і час форми руху матерії

Релятивну концепцію простору та часу розвивав сучасник Ньютона В. Лейбніц, який вважав, що треба це питан­ня пов'язувати з буттям монад—живих, рухомих одиниць, які відтворюють у собі весь всесвіт. Сприймаючи нескінчен­ність зв'язків, монади діють синхронно, в єдиній координаті часу. Ньютонівська концепція «далекодії» у Лейбніца за­мінюється наперед установленою «гармонією», яка забез­печує досконалість світу. Взаємодія цих монад, за Лейбні-цем, і породжує властивості простору й часу. Простір—це порядок існування, час — порядок послідовностей. Релятив­на концепція часу та простору Лейбніца не дістала такого поширення, як концепція Ньютона. Водночас вона показала можливості релятивного підходу до часу та простору, які більш детально розкрила вже сучасна наука.

Значним етапом у вивченні властивостей простору й ча­су в історії філософії була концепція І. Канта, який вклю­чив категорії часу та простору до апріорного механізму пі­знавального процесу. Кант вважав, що свідомість не від­ображає світу, а створює світ явищ. При цьому простір і час постають формами свідомості, які «організовують» чут­тєве споглядання й «підводять» його під поняття та суд­ження. Час у Канта постає порожньою формою, як і в Нью­тона. але Кант «розміщує» його (час) немовби всередині свідомості й виявляє через нього зовсім інші функції, ніж англійський учений.

Передусім, простір і час у концепції Канта—форми сві­домості, завдяки яким остання через свою активність «кон­струює», створює світ явищ. Згідно з Кантом, «простір є не­обхідним апріорним уявленням, яке знаходиться в основі всіх зовнішніх споглядань... є... формою всіх виявлень зов­нішніх почуттів, тобто суб'єктивною формою чуттєвості, за якої лише й можливі для нас зовнішні споглядання»⁸ . Час, у свою чергу, є «формою внутрішнього почуття, тобто спо­гляданням нас самих і нашого внутрішнього світу... Час є апріорною умовою всіх явищ взагалі»⁹ . Визначення функ­цій простору й часу з'являється тому, що зовнішній світ ого­лошується «річчю-в-собі», таким, що не піддається пізнан­ню. Тому свідомість і «створює» світ явищ, згідно із своїми «механізмами діяльності».

Концепція Канта — це спроба «змоделювати» функції простору й часу, виходячи з людської діяльності як такої. Проте абсолютизація діяльності призводить до відриву лю­дини від зовнішнього середовища. Кант розпізнав, що люди­на живе безпосередньо не в світі природи, а в «світі» діяль­ності. Однак він не збагнув, що це життя є суспільним і має практичну основу. Разом з тим заслуговує на увагу прагнення Канта виявити роль часу у визначенні дійсності.

Справді, опосередковуючи зв'язок між чуттєвістю та ро­зумом, час, згідно з Кантом, лежить в основі так званих «схем», завдяки яким виникає предметність світу через різ­ні судження. Так, «схема є нічим іншим, як апріорним ви­значенням часу, підпорядкованим правилам» ¹⁰ . Схема кіль­кості є породженням (синтезом) самого часу в послідовно­му охопленні предмета; схема якості є «наповненням» часу як синтезу відчуттів і уявлення часу. Так створюється світ досвіду, який ми пізнаємо.

У філософії Канта, згідно з В. Ф. Асмусом, «розум вно­сить за допомогою «схематизму часу» й відповідно до пра­вил категоріального синтезу єдність у різноманітність чут­тєвих споглядань і таким чином немовби породжує приро­ду — щоправда, тільки як предмет знання. Але він породжує не природу як таку, а лише форму знання про приро­ду — оскільки це знання загальне й необхідне. Зміст цього знання, проте, є наслідком для нас «речей-у-собі», суть яких нібито назавжди залишається недоступною для нашого пі­знання» ^п . Кант, таким чином, зробив важливий крок до вивчення ролі часу й простору в діяльності (практиці) лю­дини, суспільства.

Наступний значний крок у розробці даної проблеми на­лежить Гегелю, який вийшов на рівень розуміння історич­ного процесу як наслідку духовної діяльності самих людей (хоч і пов'язував це з розвитком «абсолютної ідеї»). Безпо­середньо про час і простір Гегель розмірковує у «Філософії природи», де природу він розглядає як існуючу в просторі, а не в часі. Протиставлення природи та історії він здійснює шляхом розмежування простору та часу. Історія взагалі, на думку Гогеля, є проявом духу в часі, подібно до того, як ідея (і природа) виявляється в просторі. Цим протиставлен­ням він підкреслює, що природу не можна вимірювати одна­ковим з історією часом, що е цілком правильним тверджен­ням. Далі, Гегель підходить до думки, що найважливішою формою розвитку історичного процесу є час, а не простір.

Заслугою Гегеля є також розвиток діалектичної концеп­ції простору та часу. «Не в часі все виникає й минає,— під­креслював він,—а сам час є цим становленням, виникнен­ням та зникненням» ¹² . Час, щільно зв'язаний з простором, взаємодіє з ним (всупереч концепції Ньютона). Минулим і майбутнім часом, на думку Гегеля, є простір, тому що він є часом, який підлягає запереченню, як і навпаки, знятий простір, розвинутий для себе, є часом. Таким чином, Гегель «угадав» взаємодію простору й часу як власних форм прак­тики, праці: час відповідає руху, «процесу» праці, простір — її «матеріалізації» в предметах.

Матеріалістичне розуміння історичного процесу, органіч­не взаємопроникнення матеріалізму й діалектики стали ви­рішальною умовою для філософських узагальнень матеріа­льної єдності світу, розрізнення філософського й конкретно-наукового вивчення властивостей матерії, руху, простору та часу. Насамперед діалектико-матеріалістична філософія на­полягає на об'єктивності простору та часу як форм розвит­ку матерії. «Визнаючи існування об'єктивної реальності, тобто рухомої матерії, незалежно від нашої свідомості,— писав В. І. Ленін,—матеріалізм неминуче повинен визна­вати також об'єктивну реальність часу і простору» ¹³ . Як і матерія, простір і час нескінченні. «Саме тому,— підкреслю­вав Ф. Енгельс,—що безконечність є суперечність, вона яв­ляє собою безконечний процес, який без кінця розгортаєть­ся в часі і просторі» ¹⁴ .

До загальних властивостей простору й часу відноситься також їх абсолютність як атрибутів матерії; нерозривний зв'язок їх один з одним та з рухом матерії; залежність від структурних відношень і процесів розвитку в матеріальних системах; єдність в них перервного й неперервного. Простір і час мають також властивості, притаманні тільки їм. Час— виявляє себе як тривалість, послідовність існування та зміни стану різних систем; одномірність, асиметричність (рух від минулого до майбутнього), необоротність, єдність загально­го та особливого, неперервності та дискретності. Для прос­тору — це протяжність (як співіснування й рядоустаїювле-ність різних елементів змісту), зв'язність та неперервність разом з відносною псрервністю, тримірність, симетричність, взаємодія загального й особливого. Цілком природно, що як простір зв'язаний із часом і рухом матерії, так і час — з простором.

Отже, простір І час є іманентними формами матерії, що рухається, «формами координації матеріальних процесів та об'єктів. Простір—форма координації співіснуючих мате­ріальних об'єктів, їх рядоустановленості, зв'язку одного з іншими. Час—форма координації матеріальних процесів, яка полягає в зміні їх стану, тривалості, переході від одних етапів їх розвитку до інших. Інакше кажучи, простір харак­теризує структурність матерії, стає формою вираження цієї структурності; час характеризує матерію як процес» ¹⁵ . Та­ким чином, «співіснування» як ознака простору має свою ос­нову в однопорядковості елементів, з яких він складається в часі. З іншого боку, час виражає «різнопорядковість» прос­тору, тобто існування тут не тільки дійсного, але й можли­вого.

Ці абстрактні властивості простору та часу — найбільшзагальні. Так чи інакше вони виявляються в усіх формах руху. Проте якщо в нижчих формах — механічному, фізич­ному—вони вбачаються безпосередньо, то в складних— біологічному, особливо соціальному—через значні модифі­кації. Тут час немовби набуває властивостей простору, а ос­танній розгортається через «координати» часу.

Виокремлення форм руху матерії забезпечує розуміння історичної логіки пізнання простору та часу: від більш прос­тих (механічного руху) до більш складних — простору й часу живих організмів та суспільних систем. Це збігається із загальним напрямом процесу пізнання — від явищ до сутності, від зовнішнього та безпосереднього — до внутріш­нього й опосередкованого, від простого до складного.

Зупинимося на тих конкретних рисах, які мають час та простір у світі фізичних, біологічних та соціальних явищ. Саме ці форми руху відкривають щільний зв'язок часу та простору із змістом зазначених форм руху, виявляють їхні функції в розгортанні якісно відмінних процесів у природі та суспільстві.

Розвиток уявлень про час і простір у сучасній фізиці йшов одночасно з ломкою механічної картини світу, тобто із спростуванням концепції Ньютона про «порожні» час і простір як єдино можливі форми руху в природі. Так, уже в 1821 р. О. Фрснель ввів поняття «ефіру» як носія світлових коливань, припускаючи, що ефір — це не «порожнеча», але й не речовина. Більш грунтовно теорія електромагнітного поля досліджена в теорії англійського фізика Д. Максвел-ла. Тут ставиться таке питання: чи рухається ефір? Як уз­годити його властивості із властивостями електромагнітно­го поля? Після кількох десятиліть суперечок експеримент Майкельсона—Морлі, де була поставлена мета виявити рух ефіру відносно Землі, так і не дав якихось певних, значу­щих результатів.

Досліджуючи ці проблеми, А. Ейнштейн у 1905 р. сфор­мулював свою спеціальну теорію відносності, де відмовляв­ся від поняття абсолютного спокою, що означало поширен­ня принципу відносності на закони електромагнітних явищ і призводило до суперечності з головним постулатом — при­пущенням сталості швидкості світла у «порожньому» прос­торі. Власне цю суперечність і розв'язала концепція Ейн­штейна. Він відкрив, що в класичній механіці неадекватно приймався принцип одночасності різних подій як наслідок принципу «далекодії» (поширення подій з миттєвою швид­кістю)—головного принципу теорії Ньютона. Але припу­щення кінцевої швидкості електромагнітних явищ не узгод­жувалося з традиційним поняттям одночасності.

Ейнштейн почав досліджувати значення синхронності хо­ду годинників, розміщених у різних точках простору та не­рухомих один відносно інших, на основі принципу близько-дії, який випливає з концепції відносності швидкостей і ру­хів (в залежності від конкретної системи відліку). Вчений отримав результати, які доводили відносність протяжності та тривалості (тобто скорочення довжини та «уповільнен­ня» часу). Якщо швидкість частки зростає у величинах, які наближаються до швидкості світла, її власний час уповіль­нюється, а просторова протяжність скорочується: простір і час, отже, безпосередньо «включаються» в зміст частки, ста­ють немовби її властивостями. Простір і час розкрили свою змістовність, необхідність вивчати їх разом із рухом.

Досліджуючи далі отримані результати, Ейнштейн роз­робляє загальну теорію відносності, яка поширювала прин­цип відносності на будь-які системи, що рухаються. Відкри­лися нові властивості простору, передусім його «кривизна», під впливом сильних гравітаційних полів (цей простір опи­сує геометрія Рімана та Мінковського). Отримані результа­ти підштовхнули до нових досліджень Всесвіту. Як пишуть сучасні дослідники, «просторово-часовий світ ЗТВ (загаль­ної теорії відносності.—М. Б.} є неоднорідним та анізотроп­ним, що наочно свідчить про вплив поля тяжіння на метри­ку простору-часу... В ЗТВ тяжіння ототожнюється зі викрив­ленням простору-часу, а закон всесвітнього тяжіння фактично виражає нерозривну єдність матерії та простору-часу».

Рівняння тяжіння, які розробив Ейнштейн, розкривають сталу, статичну «модель» Всесвіту, тотожну саму собі. Про­те радянський вчений А. А. Фрідман сформулював «динаміч­ну» модель Всесвіту, де речовина рухається під впливом гравітаційних сил. Дійсно, спостереження ефекту «черво­ного зміщення» кольорового спектра, який вказує на «роз-бігання» галактик, підтверджує правильність наведених положень ФрІдмана. Проте в сучасній космології розгляда­ються й варіанти нерухомого Всесвіту, хоча більшість астро­фізиків і космологів додержуються концепції «великого ви­буху»—припущення, що близько 16—18 млрд років тому виникла спостережувана частина Всесвіту, який продовжує «розбігатися» від якогось вірогідного «центру».

Можливість просторової «замкненості» Всесвіту спону­кає замислитися над змістом поняття «нескінченність Все­світу». Йдеться тут не про масштаби простору, а про неви­черпність матерії, яка породжує в своєму розвиткові нові властивості та якості. Ця проблема є однією з тих, що збли­жує дослідження мікросвіту із дослідженням Всесвіту. Якзауважив В. С. Барашенков, «чим далі ми намагаємося за­зирнути у Всесвіт, тим глибше застрягаємо в проблемах мік­росвіту».

Дійсно, сучасна фізика елементарних часток виявляє ме­жі своїх досліджень через «кванти» простору та часу — від­стань приблизно 7Х10-¹⁷ см та інтервал часу приблизно 2Х10~²⁷ сек. Дальше заглиблення в мікросвіт відкриває зо­ну загального «кипіння», де зникає різниця між часом та простором. Так, на відстані 10-³³ см у вакуумі відбуваються такі бурхливі процеси спонтанного народження й перетво­рення речовини у випромінювання, що простір стає якимось «кипінням» пор-бульб, які утворюються та миттєво зникають. Інтервали 10""³³ см—це сьогодні у фізиці найменші «кван­ти» простору.

Величезна роль «мікропростору» та «мікрочасу» для ви­вчення елементарних часток, структури атома тощо. Приб­лизно з початку 60-х років було доведено, що врахування координат простору-часу дає важливу інформацію про внут­рішню структуру часток і зони їхньої взаємодії. Фізики спро­бували також обгрунтувати твердження про те, що простір матеріальних взаємодій є тримірним. «Виявляється,—пи­ше А. М. Мостепанснко,—що лише у тримірному просторі можливе вирішення хвильового рівняння у вигляді сферич­ної хвилі. У п'ятивимірному або семивимірному уявному світі сферичні хвилі неодмінно викривлювалися в процесі їх поширення і лише в тривимірному просторі можлива їх до­кладна передача» ¹⁸ . Тобто, лише тримірний простір за­безпечує передачу інформації без викривлення, що було ду­же важливим, насамперед для розвитку живих організмів. Так властивості часу та простору входять у наше знання про Всесвіт та мікросвіт.

Які ж уявлення про час і простір існують у сучасній біо­логії? Одним з перших специфіку біологічного часу та прос­тору відзначив В. І. Вернадський, який вивчав специфіку просторової симетрії живого. Саме на це звертав увагу і М. І. Вавілов, який підкреслював, що без досліджень прос­торових та часових зв'язків неможливе пізнання ні суті, ні специфіки тварин та рослин. Сучасна біологія всебічно до­сліджує роль часу та простору в розвитку живої природи. Так, тримірним є розміщення атомів у молекулі; як тримір­на гратка виявляється кристалографічна структура кліти­ни. Тримірною є також об'ємна модель ДНК, яку запропо­нували Д. Уотсон та Ф. Крік.

Значне місце в дослідженні біологічних часу та простору займає проблема симетрії та асиметрії. Як вважають учені, суперечність симетрії та асиметрії визначає (детермінує) розвиток усього живого. Головна причина змін у співвідно­шенні цих моментів — взаємодія організму та середовища, в процесі якого розвиваються й просторові особливості його існування (реагування на сигнали, розвиток органів чуттів тощо). Якщо перша форма симетрії (як форма кулі) з'яви­лася разом з першими елементами живого — краплями-кон-церватами, то ускладнення організмів супроводжувалося й ускладненнями зв'язків між симетрією та асиметрією в ор­ганізації більш складного простору буття цих видів живо­го. Дослідження свідчать, що симетрія та асиметрія прояв­ляються не тільки на рівні зовнішньої структури організмів, а й на рівні клітин. Так, явна асиметрія характерна для ор­ганізації білків і нуклеїнових кислот.

Виходячи з поняття симетрії біологічних систем, учені припускають наявність безлічі «співіснуючих» біологічних просторів, які поки що не здатна описати жодна з відомих геометрій (простір клітинних процесів, середовища й орга­нізму, історичний простір популяцій тощо).

Проблема біологічного часу є однією з найбільш акту­альних і в сучасній біології. Справді, часова організованість та упорядкованість, послідовність біологічних процесів є однією з корінних умов існування (живих організмів). Най­важливіша проблема—дослідження в організмах так зва­них «біологічних годинників». Як підкреслює В. П. Войтен-ко, «біологічний час виражає часові відношення подій, які мали місце в просторі біологічних годинників» ¹⁹ . Біоло-гічниі'ї годинник — це такий механізм, який керує реакціями організмів, їхньою функціональною поведінкою. Завдяки та­кому механізмові в організмі закріплюються ритми природ­ного середовища. На думку вчених, «власне через наявність внутрішньої ритмічності біофізичних та біохімічних проце­сів, їх узгодження за допомогою зворотного зв'язку із зов­нішньою ритмікою середовища, виникла можливість само­регулювання живих організмів, виробились активні відно­шення живих організмів до навколишньої дійсності».

Кожний організм має безліч «годинників» (починаючи з ритму клітин), але вони «синхронізуються» за допомогою ос­новного ритму часу як певної часової послідовності в роз­витку організму, який є «сукупністю» різних часів, починаю­чи від молекулярного рівня (від сотих часток секунди до години) й закінчуючи великими історичними періодами ево­люції видів.

Біологічний час незворотний. Це означає, що організм може лише зростати або старіти, але не навпаки. Навіть на­родження нових організмів є не повторенням часу кожного індивіда, а такими «спіралевидними» крапками в розвитку, де «повернення» відбувається на вищому й складнішому рів­ні взаємодії із середовищем. Біологічний час також не зав­жди адекватно фіксується в метриці фізичного часу. Напри­клад, тривалість життя метелика-одноденки та папуги в календарному часі різні — години й десятки років. Але в біо­логічному часі вони адекватні, бо фіксують однакові стадії розвитку організму—зростання, зрілість, старіння тощо. Біологія ще має виробити метрику власного часу та просто­ру. В цілому, біологічний час, як і фізичний, виявляє також щільний зв'язок з біологічним простором. Тобто, змістов­ність часу й простору тут зростає, як і їхня роль у форму­ванні біологічних процесів.

Найбільш складними виявляються соціальний час і прос­тір. Можливість дослідження їхніх властивостей випливає з доведеного філософією об'єктивного «протікання» суспіль­но-історичного процесу. Матеріально-виробнича практика, в ході якої створюються й змінюються суспільні відносини, їх носії (класи, соціальні групи, національні групи, націо­нальні та інші спільності) породжують і «свої» власні фор­ми — час і простір, де реалізується суспільно-історнчний процес.