5.3. Простір і час - форми буття матерії

Всі предмети, що нас оточують, мають певні розміри, про­тяжність у різних напрямках, переміщуються один відносно одного або разом з Землею - відносно космічних тіл. Так само всі об'єкти виникають і змінюються у часі. Простір і час є за­гальними формами буття всіх матеріальних систем і процесів. Не існує об'єкта, котрий перебував би поза простором і часом, як немає простору і часу самих по собі, поза матерією, Ідо рухаєть­ся. Абсолютного простору як нескінченної порожньої протяж­ності не існує. Всюди є матерія в тих чи інших формах (речови­на, поле), а простір виступає як загальна властивість (атрибут) матерії. Так само немає і абсолютного часу, час завжди нерозрив­но зв'язаний з рухом, розвитком матерії. Простір і час існують об'єктивно і незалежно від свідомості, але зовсім не від матерії.

Філософський зміст уявлень про простір зазнав тривалої і суперечливої еволюції. Деякі стародавні філософи розглядали простір як однорідну, нескінченну, нерухому порожнечу, запов­нену атомами, субстанціями (Демокріт, Епікур). У науці Ново­го часу простір уявляли однорідною і нескінченною протяжні­стю. Класична механіка Ньютона привела до відриву простору від матерії, руху і часу. В концепції Ньютона абсолютний простір тлумачиться як нескінченна протяжність, яка містить у собі всю матерію і не залежить від будь-яких матеріальних про­цесів, а абсолютний час - як плинна безвідносно до всяких змін рівномірна подовженість, у якій все виникає і зникає. У ньютоновській концепції простору і часу приписувались деякі субстанційні ознаки - абсолютна самостійність і самодостатність існування; в той же час простір і час розглядались як порож­нечі, субстанції, в котрих виникають всі тіла.

У релігійних і об'єктивно-ідеалістичннх концепціях простір і час трактувались як утворені разом з матерією Богом або аб­солютним духом. З погляду теології до Бога поняття простору і часу неприйнятні, оскільки він існує за межами простору і часу у вічності. У суб'єктивно-ідеалістичних концепціях висувались еклектичні і внутрішньо суперечливі тлумачення простору і часу як апріорних форм чуттєвого споглядання (Кант) або як форм упорядкування комплексів відчуттів і дослідних даних, встановлення між ними функціональних залежностей (Берклі, Мах, позитивізм).

Простір - це форма буття матерії, що характеризує її про­тяжність, структурність, співіснування і взаємодію елементів в усіх матеріальних системах. Поняття простору тісно пов'яза­но із структурністю матерії, її здатністю ділитися на частини. Дійсно, сама можливість виділити у будь-якому об'єкті складові частини дозволяє говорити про їх взаємне розташування, взає­мну координацію, тобто говорити про простір.

Саме визначення простору має на увазі нерозривний зв'я­зок його з матеріальними об'єктами, оскільки він визначається як властивість цих об'єктів. Наприклад, абсолютної порожнечі, «чистого вакууму» без будь-якої матерії існувати не може. Навіть якби ми в уявному експерименті з-під деякого ковпака викачали все повітря, вилучили всі молекули (що реально не­можливо), то й тоді там залишиться гравітаційне поле і так зва­не поле вакууму. Буде там також і «звичайне» електромагнітне поле, котре утворюється стінками ковпака, що має температу­ру, відмінну від абсолютного нуля (абсолютний нуль, як відо­мо, недосяжний). Ці поля не можна екранувати навіть Із уявно­му експерименті.

Час - форма буття матерії, що виявляє тривалість її існу­вання, послідовність зміни станів у розвитку всіх матеріальних систем. Поняття часу нерозривно пов'язане з рухом (змінюва­ністю) матерії. Дійсно, змінюваність є зміна одного стану на інший, а відтак саме ця зміна етапів і дозволяє стверджувати про час. Так, з у давніх часів порівняння циклічних станів, по­вторень - зміна дня і ночі - з усіма іншими станами, з якими мала справу людина, привело до поняття часу і винаходу при­ладдя для виміру його проміжків. Довго час уявлявся у вигляді якогось потоку, річки, що рівномірно пронизує весь світ, несе на собі усі події. Звідси вираз - ріка часу, потік часу. Сам же час не залежить від будь-яких матеріальних процесів. Таке тлу­мачення одержало назву «абсолютного часу».

Історично склались два підходи до простору і часу. Перший може бути названий субстанціональною концепцією. Простір і час тлумачаться тут як щось самостійно існуюче поряд з ма­терією, як її порожня місткість. Простір - це чиста протяжність, а час - чиста тривалість, у які ніби то «занурені», «розміщені» матеріальні об'єкти. Таким чином, простір і час уявлялись як арена; на якій відбуваються різні події. Першим цей погляд висловив Демокріт, підкреслюючи, що існують атоми і порож­неча, а свій розвиток і завершення субстанціальна концепція одержала у Ньютона і у класичній фізиці в цілому.

Другий підхід можна назвати реляційною (від лат. relativus -відносний) концепцією простору і часу. Намітки її можна вия­вити ще у Арістотеля, але вперше з усією чіткістю вона сфор­мульована Лейбніцем. З точки зору реляційної концепції, простір і час - не особливі субстанціальні сутності, а форми існування матеріальних об'єктів. Простір виявляє співіснуван­ня об'єктів, час - послідовність їх станів. Реляційна концепція у філософському плані була сприйнята і розвинена діалектич­ним матеріалізмом, а в природничо-науковому плані - реляти­вістською фізикою і в наш час найбільш повно відповідає рівню розвитку природознавства.

Існують дві концепції часу динамічна і статична. Згідно з динамічною концепцією, існують події тільки теперішнього часу, минулого буття немає, воно лише залишило свої сліди в тепер­ішньому і пішло в небуття. Майбутні події не існують взагалі, є тільки їхні передумови. Тому є минуле, теперішнє і майбутнє. Згідно зі статичною концепцією не існує поділу на минуле, теперішнє, майбутнє. Всі вони існують реально одночасно.

Різниця між ними обумовлена не об'єктивними характеристи­ками, а властивостями нашої свідомості, що рухається по світовій лінії.

До загальних властивостей простору і часу належать: об'єктивність і незалежність від свідомості людини; їх абсо­лютність як атрибутів матерії; нерозривний зв'язок часу і просто­ру між собою, а також з рухом матерії; залежність від структур­них відносин і процесів розвитку у матеріальних системах; єдність перервного і неперервного у їх структурі; кількісна і якісна нескінченність. Крім того, розрізняють метричні (тобто пов'язані з вимірюваннями) і топологічні (наприклад, зв'язність, симетрія простору і неперервність, одномірність, незворотність часу) властивості простору і часу.

Поряд з єдиними характеристиками, притаманними як про­стору, так і часу, для них характерні деякі особливості. До за­гальних властивостей простору належать перш за все про­тяжність, що означає рядопокладання і співіснування різних елементів (крапок, відрізків, об'ємів тощо), можливість додаван­ня до кожного даного елементу деякого наступного елементу або можливість зменшення числа елементів. Простору прита­манна також зв'язність і неперервність, що виявляється як у характері переміщення тіл, так і у розповсюдженні фізичних впливів через різні поля (електромагнітне, гравітаційне, ядер­не) у вигляді близькодії у передачі матерії і енергії.

Загальною властивістю простору є тривимірність, що орган­ічно пов'язана зі структурністю систем та їх рухом. Всі матері­альні процеси і взаємодії реалізуються лише у просторі трьох вимірів. В одномірному або двомірному просторі (лінія, площи­на) не могли б відбуватися взаємодії речовини і поля. Абст­рактні (концептуальні) багатомірні просторії у сучасній мате­матиці і фізиці утворюються шляхом додавання до трьох просторових координат і інших параметрів, врахування взаєм­ного зв'язку і змін яких необхідне для досконалого досліджен­ня процесів. Однак не варто ототожнювати ці концептуальні простори, що вводяться як засіб опису систем, з реальним про­стором, що завжди тривимірний і характеризує протяжність і структурність матерії, співіснування і взаємодію елементів у різних системах.

До специфічних (локальних) властивостей простору нале­жать симетрія і асиметрія, конкретна форма і розміри, місце, відстань між тілами, просторовий розподіл речовини і поля, межі кожної системи. Простір кожної матеріальної системи принципово незамкнений, безперервно переходить у простір іншої системи, що може відрізнятися за метричними і іншими локальними властивостями. Звідси походить багатозв'язність реального простору, його невичерпність у кількісному і якісно­му відношеннях.

До загальних властивостей часу належать: об'єктивність; нерозривний зв'язок з матерією, а також з простором, рухом і іншими атрибутами матерії; тривалість, що виявляє по­слідовність існування і зміни стану тіл. Тривалість утво­рюється з моментів або інтервалів часу, що виникають один за одним і складають у сукупності весь період існування тіла від його виникнення до переходу у якісно інші форми. Час існування кожного конкретного об'єкту скінченний і пере­рвний, оскільки кожний предмет, явище має початок і кінець існування. Однак матерія, з котрої складається тіло, при цьо­му не виникає з нічого і не знищується, а тільки змінює фор­ми свого буття. Завдяки загальному збереженню матерії і руху час її існування безперервний, ця неперервність абсо­лютна, тоді як перервність відносна. Неперервність часу то­тожна його зв'язності, відсутності «розривів» між його момен­тами і інтервалами.

Час одномірний, асиметричний, незворотний і спрямований завжди до майбутнього. Конкретними фізичними факторами, що характеризують незворотність часу, є зростання ентропії у різних системах, зміни кількісних законів руху тіл.

Специфічними властивостями часу є конкретні періоди існування тіл з моменту їх виникнення до переходу у якісно інші форми, одночасність подій, котра завжди відносна, ритм процесів, швидкість зміни станів, темпи розвитку, часові відно­сини між різними циклами у структурі систем.

Розвиток науки у XX ст. розкрив нові аспекти залежності простору і часу від матеріальних процесів. Спеціальна теорія відносності (1905) показала, що простір і час не можна розгля­дати як незалежні від рухомої матерії самостійні сутності. Про­сторові і часові проміжки відносні, оскільки змінюються залеж­но від руху об'єктів, тобто від їх швидкостей. Час у рухомій системі уповільнюється порівняно з нерухомою, а всі просто­рові розміри скорочуються у напрямку руху. Простір і час вия­вились не абсолютними величинами, а відносними, оскільки вони мають сенс тільки за умов урахування того, відносно яких матеріальних тіл (систем числення) вони змінюються. Простір і час мають однаковий сенс що, наприклад, і швидкість тіла, яка не абсолютна, а відносна. Таким чином, спеціальна теорія відносності виявила нерозривний зв'язок простору і часу від руху матеріальних об'єктів.

Загальна теорія відносності (1916) глибше виявила зв'язок простору, часу і матерії. А. Ейнштейн довів, що у разі знищен­ня всіх матеріальних речей зникли би простір і час. Загальна теорія відносності виявила фізичний зв'язок між розподілен­ням матеріальних мас, простору і часу - поблизу великих мас час уповільнюється, а просторові розміри у напрямку на центр маси скорочуються. Ця теорія виявила фізичний сенс неевклідових геометрій. Вона показала, що наявність гравітації відрізняє геометрію простору від евклідової геометрії. Отже, у Всесвіті в залежно від розподілу мас, можуть реалізовуватися різні геометрії простору.

Таким чином, загальна теорія відносності блискуче підтвер­дила тезу: простір і час - не самостійні сутності, а форми існу­вання матерії. З теорії відносності і експериментальних фактів сучасної фізики виходить, що із збільшенням швидкості руху тіл і наближенням її до швидкості світла зростає маса, відносно скорочуються лінійні розміри у напрямку руху, уповільнюють­ся усі процеси порівняно зі станом відносного спокою тіл.