О пространстве и времени в физике
Особенностью физики является то, что она оперирует понятиями, которым соответствуют измеримые, характеризуемые числом величины. Многие важные понятия обыденного языка (например, ум, справедливость), а также и белее утонченные философские категории не таковы.
Это существенное самоограничение, но благодаря ему физические высказывания приобретают четкий и однозначный смысл и, что не менее важно, могут быть подвергнуты экспериментальной проверке.
Измеримые величины называются наблюдаемыми, и утверждения относительно наблюдаемых величин проверяемы. Физика старается избегать высказываний, которые сами либо выводимые из них следствия не могут быть в принципе проверены и либо подтверждены, либо опровергнуты (важна именно принципиальная возможность проверки, независимо от того, осуществима ли она имеющимися в данный момент средствами).
Понятия «пространство» и «время» — это одновременно и понятия обыденного язык а, и важные философские категории, но также и исходные фундаментальные понятия физики. Окружающий нас мир — это множество событий, происходящих в пространстве и времени.
Понятие «пространство» связано с протяженными телами. Тела находятся в пространстве.
И это понятие наглядней и кажется более простым, чем «время», но и здесь есть свои трудности.
Простейшее изменение, происходящее в окружающем мире, — это движение, когда объект, оставаясь тождественным самому себе, перемещается из одного места в другое, и не случайно математическое описание реальности начиналось именно с описания движения. Когда мы говорим о движении, то подразумеваем движение в пространстве.
Понятие «движение» соединяет между собой понятия «пространство» и «время», и часто они и связанные с ними проблемы рассматривались вместе. В физике эти два понятия слились в одно — «пространство-время».
Мысленно легко абстрагироваться от предметов, заполняющих пространство, и представить себе «чистое» (абсолютное — по терминологии Ньютона) пространство, в котором нет ничего. Точно так же можно абстрагироваться от конкретных процессов, протекающих во времени, и сформировать представление о «чистом» времени, о времени «самом по себе». «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» — определение, данное Ньютоном в его знаменитом труде «Математические начала натуральной философии».
Пространство — это та арена, на которой происходят все явления окружающего нас мира, и они протекают во времени. Именно эти представления лежали в основе ньютоновской механики.
Но постепенно стало ясно, что такие абстракции, как «чистое пространство» и «чистое время», не могут быть предметом научного объяснения. Точки «чистого пространства» не наблюдаемы. Они неотличимы одна от другой.
Невозможно говорить о движении относительно абсолютного пространства, потому что утверждения о движении или покое непроверяемы.
С античных времен, однако, считали, что свойства «чистого» пространства правильно списываются специальной математической дисциплиной — евклидовой геометрией, которую до сих пор изучают в школе. Утверждения геометрии (теоремы) можно было непосредственно проверить.
Например, рассматривая конкретные прямоугольные треугольники и измеряя их стороны линейкой, можно убедиться в правильности теоремы Пифагора. Но главным достоинством теорем считали то, что они не нуждаются в экспериментальной проверке, потому что они «доказываются».
Геометрия создавала и поддерживала иллюзию того, «то могут быть осмысленные, содержательные и «правильные» (проверяемые) высказывания о некоторых свойствам реального мира, полученные чисто умозрительно, иллюзию, которая веками укрепляла философию и метафизику в их поисках умопостигаемых истин. Уверенность в том, что утверждения геометрии относятся к реальному пространству, была поколеблена лишь в середине XIX в., после создание неевклидовых геометрий (Лобачевский, Больяи и Гаусс).
И нелегко и не сразу пришло осознание того, что теоремы геометрии как математической дисциплины не есть утверждения о свойствах реального физического пространства, в котором мы живем. Его свойства — предмет изучения физики, а не математики.
Математик может работать с абстрактным пространством, потому что он сам наделяет его определенными свойствами. Физик имеет дело с миром, который существует сам по себе, и его свойства не могут быть установлены умозрительно.
