Тема 11. Философское учение о материи

Философский смысл теории относительности
В классической механике считалось, что, если системы отсчета движутся инерциально, то пространственные и временные интервалы в них (расстояния между двумя точками пространства и двумя моментами времени соответственно) не меняются. Эйнштейн в СТО показал, что это верно только для случаев движения на относительно малых скоростях, если же речь идет о движении со скоростями, близкими к скорости света, то можно заметить изменения в интервалах: пространственные интервалы сокращаются (пространство сжимается), временные растягиваются (время замедляется). На этом эффекте построен эйнштейновский парадокс близнецов. При этом теория относительности показала глубокую связь между пространством и временем: пространство и время являются не независимыми переменными, а единым физическим объектом – четырехмерным пространственно-временным континуумом (к трем пространственным измерениям которого прибавляется четвертое измерение – пространство-временное).

В ОТО к объяснению взаимосвязи пространства и времени между собой добавилось обоснование связи пространства и времени с движущейся материей и такими ее характеристиками, как масса и гравитация. Так, согласно Эйнштейну, вблизи больших тяготеющих масс происходит искривление пространства (оно становится неевклидовым) и замедление хода времени. Таким образом, в теории относительности пространство, время, материя и движение оказались органично сплавленными между собой.
Свойства пространства и времени

К характерным свойствам пространства в макромире относятся:

1. 
   протяженность (способность материальных объектов занимать какую-то часть пространства);
   
2. 
   трехмерность (три координаты – длина, ширина, высота);
   
3. 
   непрерывность (в смысле отсутствия пустого пространства) и одновременно прерывистость (раздельное существование материальных тел, каждое из которых имеет свои границы);
   
4. 
   однородность (одинаковые свойства всех точек пространства) и изотропность (равенство всех направлений движения).
   

Время в макромире характеризуется:

1. 
   непрерывностью (его течение нельзя остановить);
   
2. 
   равномерностью (все моменты времени имеют одинаковые свойства);
   
3. 
   одномерностью (одной временной координатой);
   
4. 
   необратимостью, асимметричностью (время всегда направлено от прошлого через настоящее к будущему, его течение нельзя повернуть вспять).
   

Необратимость времени связана со Вторым началом термодинамики, гласящим, что энтропия (мера хаоса) может только возрастать, следовательно, существуют необратимые процессы. Поэтому, как шутят физики, из елки можно сделать палку, а наоборот – нет. Но в микромире закон возрастания энтропии не выполняется (например, ядерные реакции могут протекать в любом направлении). Там также невозможно введение понятия расстояния и, возможно, пространство и время там имеют иное число измерений, чем в макромире. Существует гипотеза о том, что пространство и время – сугубо макроскопические феномены, как, например, теплота и температура, и распространять их на микрообъекты вообще нельзя. В мегамире свойства пространства и времени так же полностью не изучены, особенно в связи с такими загадочными объектами, как черные дыры – космические объекты, специфика которых обусловлена их колоссальным гравитационным полем. По этой причине пространство возле них существенно искривляется, скорость приближающегося к дыре объекта стремится к скорости света, поэтому течение времени практически останавливается, линейные размеры объектов приближаются к нулю. В самой черной дыре из-за бесконечной гравитации никакое тело существовать не может, и неизвестно, что происходит со временем, возможно, оно распадается (происходит обрыв непрерывности).
Таким образом, можно сказать, что свойства пространства и времени по-разному проявляют себя на разных уровнях организации материи, что только показывает глубокую связь между пространством, временем и материей.