Субстанциальная концепция пространства и времени
Понятия абсолютного времени и абсолютного пространства, которые ввел И. Ньютон, играли значительную роль в развитии классической механики. Эти понятия легли в основу субстанциальной концепции пространства и времени. согласно этой концепции, материя, абсолютное время и абсолютное пространство являются тремя независимыми друг от друга субстанциями, началами мира.
При этом абсолютное пространство представляется в виде чистого и неподвижного вместилища. Абсолютное время рассматривается как чистая длительность, является абсолютной равномерностью событий.
Ньютон не исключал возможности наличия мира, в котором существует только абсолютное пространство и нет ни абсолютного времени, ни материи. Либо допустимо существование мира, в котором есть пространство и время, но отсутствует материя.
Абсолютное пространство и абсолютное время, по мнению Ньютона, являются реальными физическими характеристиками мира, однако непосредственно органам чувств они не даны, и их свойства можно постичь лишь в абстракции. Предполагается, что в будущем наука сможет найти реальные системы, которые будут соответствовать абсолютному пространству и абсолютному времени. Однако в повседневной деятельности человек сталкивается с относительными движениями, при которых связывает системы отсчета с какими-либо конкретными предметами. Таким образом, человек сталкивается с относительным временем и относительным пространством.
Реляционная теория пространства и времени
На протяжении длительного времени физики придерживались субстанциальной концепции пространства и времени Ньютона, использовали данные им определения абсолютного пространства и абсолютного времени. Например, постоянный оппонент Ньютона, Г. В. Лейбниц выступил с докладом, в котором критиковал субстанциальную концепции и предлагал принципы реляционной теории пространства и времени. По мнению Лейбница, пространство и время являются чем-то относительным. Пространство он называл порядком существований. Время Лейбниц называл порядком последовательностей. Пространство отражает порядок одновременных вещей, что объясняется их совместным существованием, при этом не касаясь их специфического способа бытия.
Найти эксперта
Однако в то время критика концепции пространства и времени Ньютона осталась без внимания, а разработка реляционной теории времени и пространства не оказала какого-либо заметного воздействия на физику.
Ученые и естествоиспытатели продолжали пользоваться субстанциальной концепцией Ньютона, различия составляли лишь признание либо непризнание существования пустого пространства.
Особой проблемой является проблема пространства, которая объединяет физику и геометрию. На протяжении длительного времени считалось, что свойства физического пространства одновременно являются и свойствами евклидового пространства. Это представлялось истиной, само собой разумеющейся. Эти взгляды отражались и в работах Канта. Он считал, что представления о времени и пространстве, выраженные в геометрии Евклида и механике Ньютона, являются единственно возможными.
Свойства пространства в неевклидовой геометрии
По-новому вопрос о свойствах пространства был озвучен в связи с открытием неевклидовой геометрии. Неудачи при попытке ряда ученых доказать пятый постулат Евклида вызвали мысль о невозможности его доказательства, а вместе с этим и возможность создания геометрии, которая основывается на других постулатах.
Первым к этой мысли пришел К. Ф. Гаусс. Он начал размышлять о создании неевклидовой геометрии еще в начале 19 века. Гаусс предположил, что представления о свойствах пространства не носят априорный характер, а имеют опытное происхождение. Однако свои идеи он скрывал от современников, так как не хотел принимать участие в острой дискуссии о возможности неевклидовой геометрии.
Родиной неевклидовой геометрии является Россия. В 1829 году Н. И. Лобачевский опубликовал работу «Начала геометрии», где доказал, что построение непротиворечивой геометрии, отличавшейся от геометрии Евклида, возможно. При этом Лобачевский отмечал, что вопрос о том, какой геометрии подчиняется реальное пространство, можно решить только опытным путем, и в первую очередь, при помощи астрономических наблюдений. По мнению Лобачевского, свойства пространства определяются свойствами материи и ее движения. Он считал возможным, что какие-то силы в природе подчиняются одной геометрии, другие – своей особой. Вопрос о выборе той или иной геометрии должен решить астрономический опыт.
В 1876 году была опубликована работа Б. Римана, в которой он высказал понимание бесконечности пространства. Он считал, что необходимо признать пространство неограниченным. Но если оно может иметь положительную постоянную кривизну, то бесконечным уже не является. Таким образом, появилось представление о разграничении бесконечности и безграничности пространства и времени.
Первое время идеи неевклидовых геометрий привлекли мало сторонников, так как представлялись противоречащими здравому смыслу и воззрениям, укрепившимся на протяжении многих столетий.
В 19 веке наступил переломный момент. В работах Э. Бельтрами, итальянского математика, были окончательно развеяны сомнения в логической верности неевклидовой геометрии, предложенной Лобачевским. Бельтрами, развивая идеи Гаусса в сфере дифференциальной геометрии, доказал, что на поверхностях псевдосферы – постоянной отрицательной кривизны – осуществляется как раз неевклидова геометрия.
Возник новый интерес к трудам Лобачевского. Стали проводиться многочисленные исследования в области неевклидовых геометрий.
Развитие теории неевклидовых пространств привело к задаче построения механики в этих пространствах. Возник вопрос, не противоречат ли принципам механики неевклидовы геометрии? А если построение механики в неевклидовом пространстве невозможно, значит невозможно и реальное неевклидово пространство. Однако дальнейшие исследования доказали, что построение механики в неевклидовом пространстве возможно.
Но при этом появление неевклидовой геометрии, а позже и неевклидовой механики на первых этапах не оказало существенного влияния на физику. Пространство в классической физике продолжало оставаться евклидовым, и необходимости рассматривать физические явления в неевклидовом пространстве физики не видели.
Найти эксперта
