Разрешение этого противоречия было осуществлено А. Эйнштейном в 19О5 г. созданием специальной теории относительности. Принципиально новым в теории Эйнштейна является утверждение относительности и пространства и времени, рассматриваемых в отдельности. Существенно иным стало понимание смысла одновременности двух событий. С точки зрения специальной теории относительности (СТО), два события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, будут неодновременными в другой системе, движущейся относительно первой. Мы можем с уверенностью говорить об одновременности двух событий лишь в том случае, если они произошли в одном и том же месте. Утрата абсолютности одновременности означает, что не может быть единого времени в различных системах отсчета. В каждой такой системе имеется «собственное» время. Длина также стала относительной. В самом деле, что такое измерить длину какого-либо отрезка? Это значит одновременно зафиксировать его начало и конец. Однако поскольку понятие одновременности утратило свой абсолютный смысл, в различных системах отсчета длина отрезка будет различной. Причем установление, что длина отрезка будет сокращаться в направлении движения, а промежутки времени увеличиваться, т.е. течение времени должно замедляться. Возникает вопрос: реальны ли подобные релятивистские эффекты? Теория утверждает их реальность. Причем дело не в том, что каждый отрезок в разных системах действительно короче другого. Просто наблюдатели в каждой системе отсчета при измерении найдут, что отрезок в другой системе короче отрезка в их системе (например, каждому из двух одного роста людей, стоящих по разные стороны двояковогнутой линзы другой будет казаться меньше, хотя это не значит, что каждый из них меньше другого). Реальной же причиной изменений будет взаимное относительное движение тел. Таким образом, о длине тела, в отличие от классической физики, можно говорить лишь в отношении его к той или иной системе отсчета. То же самое относится и к временным промежуткам. Аналогией этому является то, что мы не можем говорить о скорости тела вообще, безотносительно к какой-либо системе, ибо не существует скорости тела самой по себе. Также лишены смысла понятия «верх» и «низ», «право» и «лево», если не указано, относительно чего устанавливается ориентировка в пространстве. Развитие представлений о пространстве и времени показало, что как таковые пространство и время раздельно не существуют. Они являются сторонами единой сущности — четырехмерного «пространства-времени». Окружающий мир — это мир событий, которые характеризуются место и временем. СТО, показав относительность пространства и времени, ввела новый абсолют. Таким абсолютом является четырехмерное «пространство-время», где три координаты пространственные, а четвертая — временная. В целом философское значение специальной теории относительности состоит в том, что она открыла неразрывную связь, единство пространства и времени. Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени и их взаимосвязи с материей связано с возникновением общей теории относительности (ОТО). Одним из основных постулатов ОТО являются гравитационные уравнения Эйнштейна, в которых правая часть есть физическая величина, выражающая материю — энергию — импульс. А левая часть выражает геометрические свойства 4-х мерного пространства-времени. Таким образом, уравнения Эйнштейна описывают одновременно и гравитационное поле, и геометрию пространства-времени. Установление зависимости гравитационного поля, а через него о пространства-времени от распределения в нем материальных масс является важнейшим фактором не только в физическом, но и в общей философском плане. В этом смысле уравнения Эйнштейна следует рассматривать как математическое выражение диалектического принципа, утверждавшего, что пространство и время как формы существования материи должны быть неразрывно связаны с материей и ее свойствами. Это значит, что ОТО в решении проблемы пространства и времени отличается от классической физики. Таким образом, общая теория относительности является новым, чем специальная теория относительности, подтверждением диалектико-материалистического учения о неразрывной взаимосвязи пространства и времени с движущейся материей. Своеобразно в ОТО и проявление релятивистских эффектов. Согласно ей сокращение длин и замедление времени наблюдаются даже в рамках одной и той же системы отсчета, при переходе от одних точек системы к другим. Например, во всех точках, расположенных ближе к центру материальных масс, гравитационное поле будет интенсивнее и, следовательно, время будет течь медленнее, а длины отрезков короче, чем в точках, более удаленных от центра гравитации. В 1958 году немецкий физик Мисбауер открыл способ изготовления «ядерных часов», измеряющих время с громадной точностью. Опыты с применением эффекта Мисбауера показали, что у поверхности земли время течет медленнее, чем, положим, на крыше какого-либо здания.
Развитие квантовой физики, космологии и т.д. ставит перед наукой все новые и новые вопросы, решение которых во многом связано с дальнейшим развитием учения о материи и её свойствах. Существующие трудности с решением проблемы пространства и времени для некоторых областей знания позволяют предположить, что их решение , возможно, связано с созданием физической теории, более общей, чем теория относительности и квантовая теория поля. При этом я не исключаю возможность открытия какой-либо более общей формы существования материи. по отношению к которой пространственно-временная форма явится одной из ее разновидностей.
В заключение можно сказать, что развитие современной физики подтвердило правильность диалектико-материалистической концепции пространства и времени.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Движение не только не означает существование материи, а неизбежно предполагает. У материи нет иных способов существования, кроме движения, так как движение – единственный способ ее существования. Поэтому движение и существование материи оказываются одним и тем же. Движение и есть существование материи.
Взаимодействие является первым, что выступает перед нами при рассмотрении движущейся материи. Мы наблюдаем ряд форм движения: механическое движение, теплоту, свет, электричество, магнетизм, химическое соединение и разложение, переходы агрегатных состояний, органическую жизнь, которые все (если исключить пока органическую жизнь) переходят друг в друга, обуславливают взаимно друг друга, причем общая сумма движения, при всех изменениях формы, остается одной и той же. Механическое движение превращается в теплоту, электричество, магнетизм, свет и т.д. Движущаяся материя полностью представлена ее движением, одной из сторон которого является взаимодействие. Познавая формы и стороны движения, мы познаем материю. Такова и есть точка зрения диалектического материализма.
Пространство и время – формы движения материи, т.е. формы ее изменения, формы связи и взаимодействия. Без материи они ничто. Пространство и время – это не материя, не движение, не изменение, не связь и не взаимодействие как таковые, а только направление, структура, организация, форма движения в отличие от самого движения материи как содержания. Пространство – это не взаимодействие тел и частиц, а его организация и структура; время не само изменение, а только направление, порядок изменения. Существуют не пространство и время сами по себе, а движение материи. Пространство и время – только характеристики, признаки этого движения.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1К. Маркс и Ф. Энгельс Соч., т.20 Анти-Дюринг — Диалектика природы, Госполитиздат, изд-е 2, 1961, с.550
2К. Маркс и Ф. Энгельс Соч., т.20 Анти-Дюринг — Диалектика природы, Госполитиздат, изд-е 2, 1961, стр.59
3К. Маркс и Ф. Энгельс Соч., т.20 Анти-Дюринг — Диалектика природы, Госполитиздат, изд-е 2, 1961, стр.563
4В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т.29 Философские тетради, изд-е 5, М.: Политиздат, 1973, стр.231
5В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т.18 Материализм и эмпириокритицизм, изд-е 5, М.: Политиздат, 1973, стр.284
6В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т.29 Философские тетради, изд-е 5, М.: Политиздат, 1973, стр.125
7К. Маркс и Ф. Энгельс Соч., т.20 Анти-Дюринг — Диалектика природы, Госполитиздат, изд-е 2, 1961, стр.71
9К. Маркс и Ф. Энгельс Соч., т.20 Анти-Дюринг — Диалектика природы, Госполитиздат, изд-е 2, 1961, стр.386
10К. Маркс и Ф. Энгельс Соч., т.20 Анти-Дюринг — Диалектика природы, Госполитиздат, изд-е 2, 1961, стр.563
12К. Маркс и Ф. Энгельс Соч., т.20 Анти-Дюринг — Диалектика природы, Госполитиздат, изд-е 2, 1961, стр.83
13Физический энциклопедический словарь, Москва, 1985, том 4, стр. 227
14Кандыбо Г.В., Страшников В.М. Материя, движение, техника, Минск, 1977, стр. 78
Рубрики : Наука, Последние статьи
Сегодня все мы привыкли слышать о том, что общая теория относительности описывает гравитацию как «искажение пространства» и что эта теория привела к ряду сенсационных открытий и объяснений – например, космологической гипотезы Большого Взрыва, черных дыр и замедления хода времени под влиянием гравитации.
Мы даже слышали об эффекте Лензе — Тирринга, предсказанном в 1918 году, согласно которому вращающиеся тела могут «стягивать» само пространство и вызывать удивительные, но очень слабые изменения поведения вращающихся гироскопов в гравитационном поле. Этот причудливый феномен был детально изучен спутником NASA Gravity Probe B.
Если вы хотите узнать больше об общей теории относительности, достаточно выйти в Интернет, где есть сотни ресурсов, рассказывающих о ней. Но, несмотря на её популярность и тот прогресс, толчком которого она стала, остаются весьма колючие детали, которые требуют разработки или непосредственного наблюдения.
ОСНОВНЫЕ ИДЕИ
Искажение пространства-времени, вызванное вращением Земли (Фото: NASA / GP-B)
Теория относительности базируется на идее, что пространство и время образуют единую физическую сущность под названием «пространство-время». Каждый раз, когда вы пытаетесь описать поведение чего-то, вам необходимо описывать его эффекты не только в связи с тремя измерениями пространства, но и четвертым временным измерением. Они тесно связаны друг с другом, особенно когда вы математически описываете физические процессы. Вы не можете просто путешествовать из одной точки в другую с определенной скоростью, вы должны учитывать, как это движение меняется с течением времени. Всё это элементарные вещи — написано множество статей о том, как «замедляется ход времени» и «объекты сжимаются по направлению движения». Но общая теория относительности добавляет ещё одну странную деталь к описанию четырехмерного пространства-времени.
В первую очередь ОТО утверждает, что пространство-время и гравитационные поля — одно и то же. Они описываются одним и тем же математическим символом в теории. Гравитация — это не сила вообще, а констатация того, как объекты движутся в пространстве-времени. Если они движутся по прямой, то не будет вообще никакой гравитационной силы. Вот что вы почувствовали бы в совершенно пустом пространстве. Но в присутствии материи (или энергии) пространство-время искажается геометрически, так что самые прямые линии из возможных в четырех измерениях становятся искаженными. Мы испытываем это искривление в четырех измерениях как изменение ускорения или гравитационную силу между этими объектами. Но что касается того, почему объекты (и энергия) могут искажать пространство-время, этот вопрос до сих пор остаётся без ответа.
В других ситуациях, как, например, с электромагнитной силой, мы имеем дело с полем, которое растягивается через пространство и расширяется со скоростью света из своего источника. Это силовое поле встраивается в пространство, подобно краске, оставшейся в мазке краски на вашей стене. Но общая теория относительности говорит, что гравитация совсем не такая. То, что мы называем пространством-временем, само по себе является гравитацией. В отличие от электромагнитного поля, гравитация не «окрашивает» поверхность пространства-времени. Чтобы понять в полной мере, что такое гравитация, вам нужно хорошо усвоить, что такое пространство и время как физические вещи, а не математические абстракции! Эйнштейн оставил две таких цитаты:
Пространство и время являются принципами нашего мышления, а не условиями, в которых мы живём.
…
Пространство-время не претендует на собственное существование как таковое, только на роль структурного качества поля.
НЕ ВСЕ СИЛЫ ОДИНАКОВЫ
Искаженное пространство вокруг скопления галактик CL0024 (Фото: Большой (синоптический обзорный телескоп Консорциум)
За последние 100 лет мы усвоили из многочисленных экспериментов, что гравитация принципиально отличается от других трёх сил. Эти три силы — электромагнетизм, сильное и слабое ядерное взаимодействие – всё, что нам нужно для описания природы материи и её взаимодействия. Это описание называется Стандартной моделью и является удивительно точной математической моделью, способной объяснить самые сложные эксперименты, проводимые в настоящее время на Большом адронном коллайдере в CERN.
Хотя физики пытались описать гравитацию (пространство-время) тем же математическим языком, что используется в Стандартной модели, это привело к массе технических проблем. Не потому, что математики недостаточно изобретательны (ведь в результате этих попыток у нас появилась теория струн и петлевой квантовой гравитации), а потому, что по-прежнему всё это не доказывает, что гравитация (пространство-время) является того же рода «квантовым полем», что и поля Стандартной модели. Лауреат Нобелевской премии Фримен Дайсон отмечал:
…Теории квантовой гравитации непроверяемы и научно бессмысленны. В таком случае классическая вселенная и квантовая вселенная могли бы сосуществовать тихо и мирно. Не было бы никакого несоответствия между двумя этими картинами. Обе картины вселенной могут быть верными, и поиск теории объединения может оказаться иллюзией.
Ричард Фейнман также отметил в 1962 году:
Крайняя слабость квантовых гравитационных эффектов в настоящее время представляет некоторые философские проблемы. Может быть, природа пытается сказать нам что-то новое, может, мы не должны пытаться квантовать гравитацию. Все еще возможно, что квантовая теория не гарантирует нам, что гравитация должна квантоваться.
Сегодня мы знаем о теории струн и других математических моделях пространства-времени и гравитации, но они не отражают картины того, как на самом деле может выглядеть гравитация или пространство-время. Так же, как схематические диаграммы, используемые для сборки радиоприемников, которые не описывают движение электронов через цепь компонентов, струны и петли просто могут быть нашими математическими инструментами, которые помогают делать определённые расчёты. Они также похожи на символические диаграммы Фейнмана, используемые для описания электромагнитных квантовых взаимодействий. Однако эти вычисления не востребованы на практике, поскольку в настоящее время нет данных, которые сообщали бы о необходимости «квантовать» гравитацию для объяснения известных наблюдаемых измерений.
Мы можем утверждать, что физика была бы проще, если бы пространство-время квантовалось, но нет никаких свидетельств того, что наша особая тяга к объединению действительно необходима реальному миру. Природа могла бы быть математически более красивой, если пространство-время оказалось бы полем, состоящим из гравитонов или других квантовых элементов, но эти требования подгоняются математическими интересами, а не очевидными или необходимыми потребностями физики. И всё же поиск стоит всех усилий, поскольку общая теория относительности в свои 100 лет продолжает задавать нам вопрос, как материя может «генерировать» пространство-время вокруг нас, или, наоборот, как пространство-время может генерировать вселенную и её физическое содержание. В теории Эйнштейна есть решения, в которых пространство-время не содержит материи вообще и, соответственно, вообще не требует его источника. Существуют также новейшие теории, которые и вовсе указывают на то, что информация более фундаментальна, чем само пространство-время.
Всё это сводится к одному: если мы не знаем, чем является пространство-время с точки зрения физического агента, как мы вообще можем пытаться понять гравитацию или манипулировать ей искусственно, не говоря уж о создании «варп-двигателей»?
Возможно, когда ОТО исполнится 200, мы всё это поймем. Или нет?..
