Физическая картина мира
способ, каким мы эту длительность мыслим... ".
Таким образом, развитие представлений о пространстве и времени в
доньютоновский период способствовало созданию концептуальной основы
изучения физического пространства и времени. Эти представления подготовили
математическое и экспериментальное обоснование свойств пространства и
времени в рамках классической механики.
Новая физическая гравитационная картина мира, опирающаяся на строгие
математические обоснования, представлена в классической механике И.
Ньютона. Ее вершиной стала теория тяготения, провозгласившая универсальный
закон природы — закон всемирного тяготения. Согласно этому закону сила
тяготения универсальна и проявляется между любыми материальными телами
независимо от их конкретных свойств. Она всегда пропорциональна
произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между
ними.
Распространив на всю Вселенную закон тяготения, Ньютон рассмотрел и
возможную ее структуру. Он пришел к выводу, что Вселенная является не
конечной, а бесконечной. Лишь в этом случае в ней может существовать
множество космических объектов — центров гравитации. Так, в рамках
ньютоновской гравитационной модели Вселенной утверждается представление о
бесконечном пространстве, в котором находятся космические объекты,
связанные между собой силой тяготения.
В 1687 г. вышел основополагающий труд Ньютона "Математические начала
натуральной философии". Этот труд более чем на два столетия определил
развитие всей естественнонаучной картины мира. В нем были сформулированы
основные законы движения и дано определение понятий пространства, времени,
места и движения.
Раскрывая сущность времени и пространства, Ньютон характеризует их как
"вместилища самих себя и всего существующего. Во времени все располагается
в смысле порядка последовательности, в пространстве — в смысле порядка
положения".
Он предлагает различать два типа понятий пространства и времени:
абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся,
обыденные) и дает им следующую типологическую характеристику:
- Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по своей
сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно
и иначе называется длительностью.
- Относительное, кажущееся, или обыденное, время есть или точная, или
изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя мера продолжительности,
употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени,
как-то: час, день, месяц, год.
- Абсолютное пространство по своей сущности, безотносительно к чему бы то
ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное
пространство есть мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая
определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и
которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное.
Из определений Ньютона следовало, что разграничение им понятий
абсолютного и относительного пространства и времени связано со спецификой
теоретического и эмпирического уровней их познания. На теоретическом уровне
классической механики представления об абсолютном пространстве и времени
играли существенную роль во всей причинной структуре описания мира. Оно
выступало в качестве универсальной инерциальной системы отсчета, так как
законы движения классической механики справедливы в инерциальных системах
отсчета. На уровне эмпирического познания материального мира понятия
"пространства" и "времени" ограничены чувствами и свойствами познающей
личности, а не объективными признаками реальности как таковой. Поэтому они
выступают в качестве относительного времени и пространства.
Ньютоновское понимание пространства и времени вызвало неоднозначную
реакцию со стороны его современников — естествоиспытателей и философов. С
критикой ньютоновских представлений о пространстве и времени выступил
немецкий ученый Г.В. Лейбниц. Он развивал реляционную концепцию
пространства и времени, отрицающую существование пространства и времени как
абсолютных сущностей.
Указывая на чисто относительный (реляционный) характер пространства и
времени, Лейбниц пишет: "Считаю пространство так же, как и время, чем-то
чисто относительным: пространство — порядком сосуществовании, а время —
порядком последовательностей".
Предвосхищая положения теории относительности Эйнштейна о неразрывной
связи пространства и времени с материей, Лейбниц считал, что пространство и
время не могут рассматриваться в "отвлечении" от самих вещей. "Мгновения в
отрыве от вещей ничто, — писал он, — и они имеют свое существование в
последовательном порядке самих вещей".
Однако данные представления Лейбница не оказали заметного влияния на
развитие физики, так как реляционная концепция пространства и времени была
недостаточна для того, чтобы служить основой принципа инерции и законов
движения, обоснованных в классической механике Ньютона. Впоследствии это
было отмечено и А. Эйнштейном.
Успехи ньютоновской системы (поразительная точность и кажущаяся
ясность) привели к тому, что многие критические соображения в ее адрес
обходились молчанием. А ньютоновская концепция пространства и времени, на
основе которой строилась физическая картина мира, оказалась господствующей
вплоть до конца XIX в.
Основные положения этой картины мира, связанные с пространством и
временем, заключаются в следующем.
- Пространство считалось бесконечным, плоским, "прямолинейным",
евклидовым. Его метрические свойства описывались геометрией Евклида. Оно
рассматривалось как абсолютное, пустое, однородное и изотропное (нет
выделенных точек и направлений) и выступало в качестве "вместилища"
материальных тел, как независимая от них инерциальная система.
- Время понималось абсолютным, однородным, равномерно текущим. Оно идет
сразу и везде во всей Вселенной "единообразно и синхронно" и выступает как
независимых материальных объектов процесс длительности, Фактически
классическая механика сводила время к длительности, фиксируя определяющее
свойство времени "показывать последовательность события”. Значение указаний
времени в классической механике считалось абсолютным, не зависящим от
состояния движения тела отсчета.
- Абсолютное время и пространство служили основой для преобразований
Галилея-Ньютона, посредством которых осуществлялся переход к инерциальным
системам. Эти системы выступали в качестве избранной системы координат в
классической механике.
- Принятие абсолютного времени и постулирование абсолютной и
универсальной одновременности во всей Вселенной явилось основой для теории
дальнодействия. В качестве дальнодействующей силы выступало тяготение,
которое с 6есконечной скоростью, мгновенно и прямолинейно распространяло
силы на бесконечные расстояния. Эти мгновенные, вневременные взаимодействия
объектов служили физическим каркасом для обоснования абсолютного
пространства, существующего независимо от времени.
До XIX в. физика была в основном физикой вещества, т. е. она
рассматривала поведение материальных объектов с конечным числом степеней
свободы и обладающих конечной массой покоя. Изучение электромагнитных
явлений в XIX в. выявило ряд существенных отличий их свойств по сравнению с
механическими свойствами тел.
Если в механике Ньютона силы зависят от расстояний между телами и
направлены по прямым, то в электродинамике (теории электромагнитных
процессов), созданной в XIX в. английскими физиками М. Фарадеем и Дж. К.
Максвеллом, силы зависят от расстояний и скоростей и не направлены по
прямым, соединяющим тела. А распространение сил происходит не мгновенно, а
с конечной скоростью. Как отмечал Эйнштейн, с развитием электродинамики и
оптики становилось все очевиднее, что "недостаточно одной классической
механики для полного описания явлений природы". Из теории Максвелла вытекал
вывод о конечной скорости распространения электромагнитных взаимодействий и
существовании электромагнитных волн. Свет, магнетизм, электричество стали
рассматриваться как проявление единого электромагнитного поля. Таким
образом, Максвеллу удалось подтвердить действие законов сохранения и
принципа близкодействия благодаря введению понятия электромагнитного поля.
Итак, в физике XIX в. появляется новое понятие — "поля", что, по
словам Эйнштейна, явилось "самым важным достижением со времени Ньютона".
Открытие существования поля в пространстве между зарядами и частицами было
очень существенно для описания физических свойств пространства и времени.
Структура электромагнитного поля описывается с помощью четырех уравнений
Максвелла, устанавливающих связь величин, характеризующих электрические и
магнитные поля с распределением в пространстве зарядов и токов. Как заметил
Эйнштейн, теория относительности возникает из проблемы поля.
Специального объяснения в рамках существовавшей в конце XIX в.
физической картины мира требовал и отрицательный результат по обнаружению
мирового эфира, полученный американским физиком А. Майкельсоном. Его опыт
доказал независимость скорости света от движения Земли. С точки зрения
классической механики, результаты опыта Майкельсона не поддавались
объяснению. Некоторые физики
| |  скачать работу |
Физическая картина мира |
