Блог ведет Владимир Цивин

Владимир Цивин Владимир
Цивин

Пространство, время, топохрон

7 апреля в 22:20
Глава 8. Физика пространства-времени  

Рассматриваются актуальные проблемы понимания, изучения и формализованного представления понятия физических и исторических пространства-времени как основы движения, развития и взаимодействия материи. Обсуждаются диалектика кинематика и динамика этого понятия в контексте его взаимосвязи с основными физическими понятиями, в том числе с понятием мышления.
 
Построение такой геометрии пространства и времени, из которой вытекали бы не только законы тяготения и электромагнитного поля, но и квантовые законы,- вот величайшая задача, которая когда-либо стояла перед физикой.
                                                                                М.П. Бронштейн
 
8.1. Введение  

Развитие есть «борьба» противоположностей. Две основные (или две возможные? или две в истории наблюдающиеся?) концепции развития (эволюции) суть: развитие как уменьшение и увеличение, как повторение, и развитие как единство противоположностей (раздвоение единого на взаимоисключающие противоположности и взаимоотношение между ними). При первой концепции движения остается в тени самодвижение, его двигательная сила, его источник, его мотив (или сей источник переносится во вне — бог, субъект etc.). При второй концепции главное внимание устремляется именно на познание источника «само» движения. Первая концепция мертва, бледна, суха. Вторая — жизненна. Только вторая дает ключ к «самодвижению» всего сущего; только она дает ключ к «скачкам», к «перерыву постепенности», к «превращению в противоположность», к уничтожению старого и возникновению нового. Единство (совпадение, тождество, равнодействие) противоположностей условно, временно, преходяще, релятивно. Борьба взаимоисключающих противоположностей абсолютна, как абсолютно развитие, движение.
                                                                                      В.И. Ленин

8.1.1. Отношение, движение, развитие  

В истинно прекрасном произведении искусства все должно зависеть от формы и ничего – от содержания, ибо только форма действует на всего человека в целом, содержание же – лишь на отдельные силы. Содержание, как бы ни было оно возвышенно и всеобъемлюще, всегда действует на дух ограничивающим образом, и истинной эстетической свободы можно ожидать лишь от формы.
                                                                                 Ф. Шиллер
 
В этом высказывании Ф. Шиллера важно заметить, что, с одной стороны, действительно только форма позволяет обобщать различные содержания друг с другом, а значит как бы освобождаться от содержания в его конкретности, что и служит основой научного подхода. Но, с другой стороны, чем более абстрактным становится содержание, тем больше оно влияет на форму и тем сильнее проявляется необходимость соответствия между формой и содержанием. А значит, как и в любой диаде, они оказываются лишь единством ортогональных друг другу противоположностей. Отсюда естественно предположить, что существует такая же взаимосвязь пространства и времени. Следовательно, точно так же как в искусстве и науке форма бессмысленна без содержания, и наоборот, можно сказать, что в физике пространство бессмысленно без времени, и наоборот. Иначе говоря, перефразируя известные слова В. Маяковского, можно сказать, что в физике мы говорим пространство, а подразумеваем время, и наоборот. Точно так же, например, как мы говорим внешнее, а подразумеваем внутреннее, и наоборот.
И действительно, так же как материя немыслима без движения, движение немыслимо без пространства и времени. Или, иначе говоря, диады <материя, движение> и <пространство, время> взаимосвязаны, поэтому точно также как материя переходит в движение (развитие) и наоборот, пространство переходит во время и наоборот. Ибо, по словам Г. Гегеля: «Пространство и время положены в длительности с неравным значением, или, иначе говоря, их единство представлено лишь как движение перехода одного в другое». А значит, в классической физике, по его словам: «В законе движения, например, необходимо, чтобы движение разделялось на время и пространство, или затем также на расстояние и скорость. Будучи только отношением названных моментов, движение, т.е. всеобщее, здесь, конечно, разделено в себе самом; но эти части, время и пространство или расстояние и скорость не выражают собою это происхождение из «одного»; они равнодушны друг к другу; пространство представляется возможным без времени, время - без пространства, а расстояние - по крайней мере без скорости, - точно так же и их величины равнодушны друг к другу... Таким образом, необходимость разделения здесь, конечно, налицо, но не необходимость долей как таковых друг для друга». Это высказывание, по сути, предвосхищает теорию относительности Эйнштейна, тем более, что, по словам Гегеля: «Истиной пространства и времени является материя. Точно так же, как нет движения без материи, так не существует материи без движения... Материяпредставляет собою первую реальность». Ведь именно А. Эйнштейн, сделал понятие пустого пространства одновременно и несуществующим в реальности и в то же время основой всего физического. Так, по его словам: «Электромагнитные поля надо рассматривать не как состояния материи, а как колебательные состояния пустого пространства», и так же гравитацию не как силу, а «каккривизну пространства», ибо«Первичную роль играет пространство, материя же должна быть получена из пространства».
В формальной логике положение о тождестве (или противоречии) утверждает, что нет ничего такого, что было бы в одно и то же время А и не-А, а положение об ислюченном третьем утверждает, что нет ничего такого, что не было бы ни А,  ни не-А. В синтезе же этих положений получается, что есть только А или не-А, которые могут быть связаны друг с другом лишь внешним образом. Иначе говоря, в триаде <тождество, противоречие, основание>, во главу угла ставится тождество. Гегель же, наоборот, ставит во главу угла противоречие: «Противоречие есть корень всякого движения и жизненности; лишь  поскольку  нечто имеет в самом себе  противоречие, оно движется, имеет побуждение и деятельно». В отношении пространства и времени, первое характерно, скорее, для Ньютона, а второе для Эйнштейна. Но, на самом деле, ясно, что движение невозможно не только без противоречия, но и без тождества (ибо тогда бы не было основания для движения, в соответствие с триадой <тождество, противоречие, основание> или <положительное, отрицательное, основание> = <+А, -А, А>). Откуда следует необходимость синтеза обоих этих теорий, ибо из противоположности пространства и времени следует, что пространство одновременно и время, а время одновременно и пространство. И это справедливо для любых подобных понятий.
Однако, похоже, что в физике до сих пор не осознано вполне, что физическое движение как отношение переменных пространства и времени есть лишь одна из наиболее обобщенных форм любого движения как отношения друг к другу переменных величин противоположностей.  Например, для орбитального движения это отношения переменных сил притяжения и отталкивания, действия и противодействия, центростремительной и центробежной сил. И, что пространственно-временная форма движения сама является лишь промежуточной между движением как постоянным отношением (связью) и движением как постоянным (историческим) развитием, в соответствие с триадой <отношение, движение, развитие>. Не случайно, по словам В.И. Ленина: «Условие познания всех процессов мира в их «самодвижении», в их спонтанейном развитии, в их живой жизни, есть познание их, как единства», что соответствует принципу ортофизичности.
Поэтому то же самое отношение, которое существует при движении между пространством и временем, существует и между следствием и причиной. Так, по словам Г. Гегеля: «Через движение определенного отношения причинности оказывается однако, что причина не только угасает в действии, а тем самым угасает и действие, как в формальной причинности, но что причина в своем угасании снова становится в действии, и что действие, исчезая в причине, равным образом снова становится в ней. Каждое из этих определений снимает себя в своем положении и полагает себя в своем снятии; это не внешний переход причинности от одного субстрата в другой, но это становление другого есть вместе с тем его собственное положение. Таким образом, причинность предполагает или обусловливает сама себя». На что В.И. Ленин дал следующий комментарий: «Движение отношения каузальности» = на деле: движение материи respective движение истории, улавливаемое, усвояемое в своей внутренней связи до той или иной степени широты или глубины…». И далее, по его словам: «Только «взаимодействие» = пустота. Требование посредства, {связи) вот о чем идет речь при применении отношения причинности». Опосредствованием же противоположностей по Гегелю всегда является нечто третье, стоящее на более высоком уровне, а именно понятие как основа обоих сторон противоречия. Так, например, если попытаться кратко обобщить сказанное выше, то можно заметить, что подобным же образом развивалась и сама физика, все более диалектизируя свои понятия.
1. В основание классической физики Ньютоном положены пять принципов. Принцип инерции, утверждающий постоянство скорости и массы свободного движения независимо от их величины, а значит, включая и нулевую скорость покоя. Принцип гравитации, утверждающий постоянство ускорения и массы свободного падения, независимо от их величины, а значит, включая и нулевое ускорение покоя. Откуда логически следуют принцип эквивалентности инерции и гравитации, утверждающий равенство инерционной и гравитационной масс, независимо от их величины и скорости движения, и принцип относительности, утверждающий эквивалентность механодинамических законов в инерциальных системах отсчета. А также принцип дальнодействия, утверждающий мгновенность распространения сил инерции и гравитации. Именно в соответствие с этими принципами сформулированы четыре постулата (закона) инерции и гравитации.
2. В основание релятивистской физики Эйнштейном положены обобщения принципов Ньютона путем их расширения и диалектического синтеза. Расширение принципа эквивалентности инерции и гравитации до их относительности и взаимного перехода друг в друга. А также расширение принципа относительности и путем включения в него (для всех свободных систем отсчета, как инерциальных, так и гравитациальных), электродинамических законов, в том числе скорости света, которая тем самым выведена за пределы механодинамических движений, сделавшись абсолютным инерциальным движением. Откуда логически следует диалектическая эквивалентность не только инерции и гравитации, но и пространства и времени, массы и энергии и т.п., что расширяет эти понятия, в том числе, за счет включения в них внутренней энергии покоя и движения тела. А также принцип близкодействия, утверждающий не мгновенность распространения силовых взаимодействий.
3. В основание квантовой физики Планком, Эйнштейном, Бором и Гейзенбергом положены дальнейшие обобщения принципов Ньютона, приведшие к диалектической эквивалентности положения и импульса, массы и скорости, дальнодействия и близкодействия, локальности и нелокальности, определенности и неопределенности и т.п. Так, например, принцип неопределенности, утверждающий постоянство неопределенности и ее минимальную величину, принцип нелокальности, утверждающий постоянство квантовой взаимосвязи независимо от препятствий в виде расстояния, времени и массы, и принцип дополнительности, утверждающий диалектическую эквивалентность частицы и волны.
Таким образом, в триаде <отношение, движение, развитие> взаимосвязь отношения и движения можно понять только через развитие, а взаимосвязь движения и развития только через отношение, ибо в орторяде справедливы оба противоположных направления, связывающих понятия. То же самое можно сказать и об отношении между пространством и временем. В наиболее же общем виде все понятия должны получить подобную логическую взаимосвязь друг с другом, ибо, по словам Г. Гегеля: «Вот, следовательно, высшая задача логики: она должна очистить категории, действующие сначала лишь инстинктообразно, как влечения, и осознаваемые духом порозненно, стало быть, как изменчивые и путающие друг друга, доставляющие ему таким образом порозненную и сомнительную действительность, и этим очищением возвысить его в них, поднять его к свободе и истине».
 
8.1.2. Пространство, время, топохрон 

Почка исчезает, когда распускается цветок, и можно было бы сказать, что она опровергается цветком; точно так же при появлении плода цветок признается ложным наличным бытием растения, а в качестве его истины вместо цветка выступает плод. Эти формы не только различаются между собой, но и вытесняют друг друга как несовместимые. Однако их текучая природа делает их  в то же время моментами органического единства, в котором они не только не противоречат друг другу, но один так же необходим, как и другой;  и только эта одинаковая необходимость и составляет жизнь целого.
                                                                                         Г. Гегель
 
Это высказывание Гегеля целиком относится, в том числе, и к пространству-времени как единому целому, в котором они точно также не только различаются и могут вытеснять друг друга, но и являются моментами органического целого. Именно потому, что пространство и время неслучайно взаимосвязаны друг с другом, физика, начавшись с введением в геометрию понятия времени, достигла классического вида после введения системы формальных постулатов Ньютона, подобных в этом смысле постулатам Эвклида. Так, по словам И. Ньютона: «Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным». Тем самым, наряду с относительными (или физическими) пространством и временем, Ньютон вводит абсолютные (или математические), что и служит основой формализации в его теории. При этом, однако, время остается отдельным (независимым) от пространства.
В теории же Эйнштейна физика еще ближе подошла к геометрии, сделав время одним из измерений, подобным трем пространственным измерениям. Так, по словам Эйнштейна: «Благодаря такому приему время потеряло свой абсолютный характер и стало рассматриваться как алгебраически подобное (почти) пространственным координатам. Абсолютный характер времени, и в частности одновременности, был опровергнут, и четырехмерное описание было введено как единственное адекватное». А, по словам Г. Минковского: «Отныне пространство само по себе и время само по себе должны обратиться в фикции, и лишь некоторый вид соединения обоих должен еще сохранить самостоятельность». Однако, на самом деле, как оказалось в дальнейшем, именно в таком определении времени, как раз во многом и состоит кризис современной физики. Ибо пространство и время должны оставаться противоположностями, в том числе, и в их синтезе. Отсюда следует проблема определения пространства-времени (для краткости можно назвать их синтез топохроном) как истинно физической, а не чисто геометрической, сущности (то же ведь можно сказать и о синтезе геометрии и физики). Иначе говоря, это подобно синтезу содержания и формы, поскольку, как бы красива ни была форма сама по себе, без определенного содержания она чисто абстрактна.
Тем не менее, заслуга Эйнштейна в том, что он подвел физику к пониманию того, что роль понятий пространства и времени как всеобщей формы физических явлений наиболее полно проявляется в принципе симметрии, утверждающим, что все законы природы инвариантны относительно операций переноса и поворота любого материального объекта в пространстве и времени. Иначе говоря, существуют такие выделенные движения, относительно которых все движения инвариантны, что и задает размерность множества всех физических движений. А отсюда уже можно логически перейти к понятию движения как пространства-времени. Добавив же еще и симметрию зеркальных отражений, получим обобщенный принцип относительности Эйнштейна.
Однако Эйнштейн (так же как Лейбниц и Лобачевский) видел синтез пространства и времени в понятии материи, так как, по его словам: «Мне кажется, что формирование понятия материального объекта должно предшествовать нашим понятиям времени и пространства». К чему, по сути, мы и пришли выше в основной триаде классической физики <m, s, t>. А в тетраде <m, s, t, E> пространство и время оказываются лишь связующим звеном между массой и энергией, делая их одновременно эквивалентными и ортогональными друг другу. В этом же смысле можно говорить и об эквивалентности диад <пространство, время> и <масса, энергия>. Но, если в первой диаде пространство играет роль абсолютной неподвижности, а время – абсолютной подвижности, то во второй диаде масса играет роль относительной подвижности, а энергия – относительной неподвижности. Именно поэтому эти понятия и образуют единый орторяд.
Но это индуктивный (исторический) подход к формированию понятий, логически же, естественнее поступать, наоборот, идя от абстрактного к конкретному. А значит, можно сказать, что физика пространства-времени это наука изучать движение материального объекта в том или ином месте, в то или иное время, без учета состояния той или иной среды и того или иного наблюдателя (абстрагируясь от них). Иначе говоря, в синтезе материи, пространства и времени, дающем в результате энергию. Между тем в теории Ньютона тело, движущееся в пространстве, остается неподвижным во времени, ибо не претерпевает внутренних изменений, а в теории Эйнштейна оно изменяется только количественно, изменяя при ускоренном движении свою массу и энергию.
Следовательно, необходимо находить такой синтез между пространством и временем, который бы в полной мере сохранял как их зависимость, так и независимость, а также связь с материей, чего не удалось достичь в полной мере ни физике Ньютона, ни физике Эйнштейна, и что можно достичь только в ортофизике. Ибо нельзя с помощью чисто абстрактных приемов (как абсолютности, так и относительности), опровергнуть противоположность и единство одновременности и одноместности физического, по своей сути независимого, как от среды, так и от наблюдателя. Так, например, достоинство гелиоцентрической системы мира ведь не только в том, что она изменила положение наблюдателя, а, главное, в том, что впервые абстрагировалась от его конкретности (подобно переходу от арифметики к алгебре, от эвклидовой геометрии к обобщенной геометрии Римана и т.п.).
Подобно этому, и с точки зрения философии, если сравнить гегелевскую диаду <бытие, ничто> с диадами <пространство, время> и <пространство, масса>, то, поскольку под понятием ничто естественно понимать пространство, то оказывается, что под понятием бытие нужно понимать время и массу. А это значит, что под гегелевским процессом становления, при котором бытие и ничто переходят друг в друга, можно понимать и процессы перехода, как пространства и времени, так и пространства и массы друг в друга. Более того, если Эйнштейн своим уравнением установил взаимодействие пространства-времени с массой-энергией, то в общем случае необходимо учитывать и взаимодействие внутри каждой из этих диад, когда не только время зависит от пространства, но и пространство от времени, так же как не только масса зависит от энергии, но и энергия от массы.
Таким образом, как бы ни выделялись на первый план форма или содержание, на самом деле, подобно тому как все сущее (материя) представляет собой единство содержания и формы, все физическое (материя и поле) представляет собой единство пространства и времени, которые являются формой и содержанием друг друга. Так, например, если считать, что в пространственной физике формой, предоставляющей свободу действий, является пространство, а содержанием, ограничивающим эту свободу, время, то получим форму как нечто внутреннее, а содержание как нечто внешнее. Хотя это противоположно тому, как обычно понимаются форма и содержание, но между тем в физике времени как раз все наоборот. Это говорит об относительности формы и содержания как и пространства и времени, откуда следует, что они могут меняться ролями. При этом, в любом случае, истина достигается лишь в их единстве и различии, т.е. в движении. Так, по словам В.И. Вернадского: «Время является для нас не только неотделимым от пространства, а как бы другим его выражением». Но, сделав время четвертой координатой, пространственно-ориентированная физика достигла, в этом смысле, своего апогея, после чего неизбежно должна появиться времени-ориентированная физика (физическая история).
 
Оставить комментарий
 
Вам нужно войти, чтобы оставлять комментарии



Комментарии (0)

    Пока никто не написал