Эволюция представлений о пространстве и времени

Материальные структуры (все, существующее во Вселенной, живое и неживое) определенным образом упорядочены. Существуют две формы описания упорядоченности материальных тел и процессов: пространственная и временная.

Сторонники субстанциональной концепции (Демокрит, Аристотель, Ньютон и др.) трактовали пространство и время как инвариантные самостоятельные сущности, существующие наряду с материей и независимо от нее. Поэтому, соотношение между пространством и временем, с одной стороны, и материей — с другой, представлялось как отношение между двумя самостоятельными субстанциями.

Демокрит: пространство ассоциируется с пустотой, в которой происходит вечное движение атомов, т. е. пространство — это «вместилище» тел Аристотель, отрицая пустоту, делает вывод, что пространство — это совокупность мест, занимаемых телами; понятия «предыдущее» и «последующее» являются выражением изменения движения.

Таким образом, по Аристотелю:

• — пространство определяется местом расположения тел
• — время есть мера движения

Ньютон (механистическая картина мира) развил идеи Демокрита, Аристотеля и др. до четкого представления об абсолютном пространстве и абсолютном времени, независимых друг от друга и не связанных с материей. Пространство у него неизменно и неподвижно и, т.к. его свойства не зависят ни от чего, в том числе и от времени, то убрав из пространства все материальные тела, пространство останется и его свойства сохранятся. Время, по Ньютону, течет одинаково во всей Вселенной, и это течение не зависит ни от чего.

Ньютоновские представления о пространстве, времени и следствия из этих представлений:

• — абсолютное пространство — это независимо существующее «вместилище» материальных тел
• — абсолютное время — это независимое от материи «вместилище» событий
• — относительное время задается последовательностью событий
• — пространство однородное, изотропное, трехмерное и описывается геометрией Евклида
• — пространственные размеры тел, в покоящихся и движущихся системах отсчета, остаются одинаковыми
• — справедлив классический закон сложения скоростей (например: скорость человека, идущего по движущемуся вагону, для наблюдателя, находящегося на земле, складывается из скорости человека относительно вагона и скорости вагона относительно земли)

Концепция мирового эфира: вплоть до XX века в физике господствовало представление о невидимой субстанции («тонкой материи»), заполняющей мировое пространство — мировом эфире Опыты Майкельсона — Морли, пытающихся обнаружить мировой эфир, заключались в измерении скорости света в направлениях по движению и перпендикулярно направлению движения Земли вокруг Солнца. Эти опыты показали:

• — скорость света в различных направлениях есть величина постоянная (т.е. не зависит от движения источника света)
• — нарушение классического закона сложения скоростей
• — неверность гипотезы «мирового эфира». Эфира нет.

В современной картине мира понимание пространства и времени сформировано теорией относительности Эйнштейна:

• — пространство и время неразрывно связаны между собой, т. е. составляют единое четырехмерное пространство-время (специальная теория относительности)
• — вблизи тяготеющих масс (под действием сил гравитации) пространство-время «искривляется» и уже не является Евклидовым пространством (общая теория относительности)
• — пространство и время имеют относительный характер: так результаты измерений длин объектов и интервалов времен зависит от того, в какой системе отсчета они измеряются
• — отказ от идеи абсолютного пространства и времени, мирового эфира и других выделенных систем отсчета
• — существует тесная взаимосвязь между пространством, временем, материей и ее движением
• — убрав из пространства все материальные объекты — исчезает пространство и время.