Теория относительности эйнштейна с точки зрения философии. Философские проблемы теории относительности. Философское осмысление мира обычно начинается с разграничения материального и идеального. Но для более полной характеристики изучаемых объектов нужны и

Р Е Ф Е Р А Т

Философские аспекты теории относительности

Эйнштейна

Горинов Д.А.

Пермь 1998г.

Введение.

В конце XIX начале XX веков был сделан ряд крупнейших открытий, с которых началась революция в физике. Она привела к пересмотру практически всех классических теорий в физике. Возможно, одной из самых крупных по значимости и сыгравших наиболее важную роль в становлении современной физики наряду с квантовой теорией была теория относительности А.Эйнштейна.

Создание теории относительности позволило пересмотреть традиционные взгляды и представления о материальном мире. Такой пересмотр существовавших взглядов был необходим, так как в физике накопилось много проблем, которые не могли быть решены с помощью существовавших теорий.

Одной из таких проблем был вопрос о предельности скорости распространения света, которая с точки зрения господствовавшего тогда принципа относительности Галилея, основывавшегося на преобразованиях Галилея, исключалась. Наряду с этим существовало множество экспериментальных фактов в пользу представлений о постоянстве и предельности скорости света (универсальной постоянной). Примером здесь может служить осуществленный в 1887 г. опыт Майкельсона и Морли показавший, что скорость света в вакууме не зависит от движения источников света и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. А также наблюдения датского астронома Оле Ремера, определившего еще в 1675г. по запаздыванию затмений спутников Юпитера конечную величину скорости света.

Другая значимая проблема, возникшая в физике, была связана с представлениями о пространстве и времени. Существовавшие в физике представления о них основывались на законах классической механики, поскольку в физике господствовал взгляд, согласно которому всякое явление имеет, в конечном счете, механистическую природу, так как принцип относительности Галилея представлялся всеобщим, относящимся к любым законам, а не только к законам механики. Из принципа Галилея, основывавшегося на преобразованиях Галилея, следовало, что пространство не зависит от времени и наоборот время от пространства.

Пространство и время мыслились как заданные и независимые друг от друга формы, в них укладывались все делавшиеся в физике открытия. Но такое соответствие положений физики концепции пространства и времени существовало лишь до тех пор, пока не были сформулированы законы электродинамики, выраженные в уравнениях Максвелла, так как выяснилось, что уравнения Максвелла не инвариантны относительно преобразований Галилея.

Незадолго до создания теории относительности, Лоренцем были найдены преобразования, при которых уравнения Максвелла оставались инвариантными. В этих преобразованиях, в отличие от преобразований Галилея, время в различных системах отсчета не было одинаковым, но самым главным было то, что из этих преобразований уже не следовало, что пространство и время независимы друг от друга, так как при преобразовании координат участвовало время, а при преобразовании времени - координаты. И как следствие этого встал вопрос - как поступить? Существовало два решения, первое - считать, что электродинамика Максвелла ошибочна, или второе - предположить, что классическая механика с ее преобразованиями и принципом относительности Галилея является приближенной и не может описать всех физических явлений.

Таким образом, на этом этапе в физике проявились противоречия между классическим принципом относительности и положением об универсальной постоянной, а также между классической механикой и электродинамикой. Было много попыток дать другие формулировки законам электродинамики, но они не увенчались успехом. Все это сыграло роль предпосылок к созданию теории относительности.

Работы Эйнштейна наряду с громадным значением в физике имеют, также, большое философское значение. Очевидность этого следует из того, что теория относительности связана с такими понятиями как материя, пространство, время и движение, а они являются одними из фундаментальных философских понятий. Диалектический материализм нашел аргументацию своим представлениям о пространстве и времени в теории Эйнштейна. В диалектическом материализме дается общее определение пространства и времени как форм бытия материи, а следовательно, они неразрывно связаны с материей, неотрывны от нее. «С позиций научного материализма, который основывается на данных частных наук, пространство и время - не самостоятельные независимые от материи реальности, а внутренние формы ее бытия» 1 . Такую неразрывную связь пространства и времени с движущейся материей с успехом показала теория относительности Эйнштейна.

Были также попытки использовать теорию относительности идеалистами в качестве доказательства своей правоты. Так, например, американский физик и философ Ф. Франк говорил, что физика ХХ века, особенно теория относительности и квантовая механика остановили движение философской мысли к материализму, основанное на господстве механической картины мира в прошлом веке. Франк говорил, что «в теории относительности, закон сохранения материи больше не имеет силы; материя может превращаться в нематериальные сущности, в энергию» 2 .

Однако все идеалистические трактовки теории относительности основываются на искаженных выводах. Примером этому может служить то, что иногда идеалисты подменяют философское содержание понятий "абсолютное" и "относительное" физическим. Они утверждают, что поскольку координаты частицы и ее скорость всегда останутся сугубо относительными величинами (в физическом смысле), т. е. они никогда не превратятся даже приближенно в абсолютные величины и поэтому, якобы, никогда не смогут отражать абсолютную истину (в философском смысле). В действительности же координаты и скорость, не смотря на то, что не обладают абсолютным характером (в физическом смысле), являются приближением к абсолютной истине. 1

Теория относительности устанавливает относительный характер пространства и времени (в физическом смысле), а идеалисты толкуют это как отрицание ею объективного характера пространства и времени. Относительный характер одновременности и последовательности двух событий вытекающий из относительности времени, идеалисты пытаются использовать для отрицания необходимого характера причинной связи. В диалектико-материалистическом понимании и классические представления о пространстве и времени и представления о теории относительности есть относительные истины, включающие в себя лишь элементы абсолютной истины.

До середины XIX века понятие материи в физике было тождественно понятию вещества. До этого времени физика знала материю только как вещество, которое могло иметь три состояния. Такое представление о материи имело место из-за того, что «объектами изучения классической физики являлись лишь движущиеся материальные тела в виде вещества, кроме вещества естествознание не знало других видов и состояний материи (электромагнитные процессы относили или к вещественной материи, или к ее свойствам)» 1 . По этой причине механические свойства вещества были признаны универсальными свойствами мира в целом. Об этом упоминал в своих работах Эйнштейн, писав, что «для физика начала девятнадцатого столетия, реальность нашего внешнего мира состояла из частиц, между которыми действуют простые силы, зависящие только от расстояния» 2 .

Представления о материи начали меняться лишь с появлением нового понятия, введенного английским физиком М. Фарадеем - поля. Фарадей, открыв в 1831 г. электромагнитную индукцию и обнаружив связь между электричеством и магнетизмом, стал основоположником учения об электромагнитном поле и тем самым дал толчок к эволюции представлений об электромагнитных явлениях, а значит и к эволюции понятия материи. Фарадей впервые ввел такие понятия как электрическое и магнитное поле, высказал идею существования электромагнитных волн и тем самым открыл новую страницу в физике. В дальнейшем Максвелл дополнил и развил идеи Фарадея в результате чего и появилась теория электромагнитного поля.

Определенное время ошибочность отождествления материи с веществом не давала о себе знать, по крайней мере, явно, хотя вещество не охватывало собой всех известных объектов природы, не говоря уже об общественных явлениях. Однако принципиальное значение имело то, что материю, находящуюся в форме поля, было невозможно объяснить с помощью механических образов и представлений, и что эта область природы, к которой относятся электромагнитные поля, все больше начинала проявлять себя.

Открытие электрического и магнитного полей стало одним из фундаментальных открытий физики. Оно сильно повлияло на дальнейшее развитие науки, а также на философские представления о мире. Некоторое время электромагнитные поля не могли научно обосновать, построить вокруг них одну стройную теорию. Учеными было выдвинуто множество гипотез в попытке объяснить природу электромагнитных полей. Так Б. Франклин объяснял электрические явления наличием особой материальной субстанции состоящей из очень мелких частиц. Эйлер пытался объяснить электромагнитные явления посредством эфира, он говорил, что свет по отношению к эфиру то же самое, что звук по отношению к воздуху. В этот период стала популярна корпускулярная теория света, согласно которой световые явления объяснялись испусканием частиц светящимися телами. Были попытки объяснить электрические и магнитные явления существованием неких материальных субстанций соответствующих этим явлениям. «Их относили к различным субстанциальным сферам. Даже в начале XIX в. магнитные и электрические процессы объяснялись наличием соответственно магнитной и электрической жидкостей». 1

Явления связанные с электричеством магнетизмом и светом были известны давно и ученые, изучая их, пытались объяснить эти явления по раздельности, но с 1820г. такой подход стал невозможен, так как нельзя было игнорировать работы, проведенные Ампером и Эрстедом. В 1820г. Эрстедом и Ампером были сделаны открытия, в результате чего стала явной связь между электричеством и магнетизмом. Ампер обнаружил то, что если через проводник расположенный рядом с магнитом пропустить ток то на этот проводник начинают действовать силы со стороны поля магнита. Эрстед наблюдал другой эффект: влияние электрического тока протекающего по проводнику на магнитную стрелку, находящуюся рядом с проводником. Из этого можно было сделать вывод, что изменение электрического поля сопровождается возникновением магнитного поля. Эйнштейн отмечал особое значение сделанным открытиям: «Изменение электрического поля, произведенное движением заряда, всегда сопровождается магнитным полем - заключение основано на опыте Эрстеда, но оно содержит нечто большее. Оно содержит признание того, что связь электрического поля, изменяющегося со временем, с магнитным полем весьма существенна» 1 .

На базе экспериментальных данных, накопленных Эрстедом, Ампером, Фарадеем и другими учеными, Максвелл создал целостную теорию электромагнетизма. Позднее, проведенные им исследования привели к заключению о том, что свет и электромагнитные волны имеет единую природу. Наряду с этим было обнаружено что электрическое и магнитное поле обладает таким свойством, как энергия. Об этом Эйнштейн писал: «Будучи вначале лишь вспомогательной моделью поле становится все более и более реальным. Приписывание полю энергии является дальнейшим шагом в развитии, в котором понятие поля оказывается все более существенным, а субстанциальные концепции, свойственные механистической точке зрения, все более отходят на второй план». 2 Максвелл также показал, что электромагнитное поле будучи один раз созданным, может существовать самостоятельно, независимо от источника. Однако он не выделил поле в отдельную форму материи, которая была бы отлична от вещества.

Дальнейшее развитие теории электромагнетизма рядом ученых, в том числе Г.А. Лоренцем, поколебало привычную картину мира. Так в электронной теории Лоренца в отличие от электродинамики Максвелла заряд, порождающий электромагнитное поле, представлялся уже не формально, роль носителя заряда и источника поля у Лоренца начали играть электроны. Но на пути выяснения связи электромагнитного поля с веществом возникло новое препятствие. Вещество в соответствии с классическими представлениями мыслилось как дискретное материальное образование, а поле представлялось непрерывной средой. Свойства вещества и поля считались несовместимыми. Первым кто перебросил мост через эту пропасть, разделявшую вещество и поле, был М. Планк. Он пришел к выводу, что процессы испускания и поглощения поля веществом происходят дискретно, квантами с энергией E=hn. В результате этого изменилось представления о поле и веществе и привело к тому что было снято препятствие к признанию поля как формы материи. Эйнштейн пошел дальше, он высказал предположение о том, что электромагнитное излучение не только испускается и поглощается порциями, но распространяется дискретно. Он говорил что свободное излучение это поток квантов. Эйнштейн поставил в соответствие кванту света, по аналогии с веществом, импульс - величина которого выражалась через энергию E/c=hn/c (существование импульса было доказано в опытах проведенных русским ученым П. Н. Лебедевым в опытах по измерению давления света на твердые тела и газы). Здесь Эйнштейн показал совместимость свойств вещества и поля, так как левая часть приведенного выше соотношения отражает корпускулярные свойства, а правая - волновые.

Таким образом, подходя к рубежу XIX столетия, было накоплено множество фактов относительно представлений о поле и веществе. Многие ученые стали считать поле и вещество двумя формами существования материи, исходя из этого, а также ряда других соображений, возникла необходимость соединения механики и электродинамики. «Однако так просто присоединить законы электродинамики к законам движения Ньютона и объявить их единой системой, описывающей механические и электромагнитные явления в любой инерциальной системе отсчета, оказалось невозможным». 1 Невозможность такого объединения двух теорий вытекала из того, что эти теории, как уже говорилось ранее, основаны на разных принципах, это выражалось в том, что законы электродинамики в отличие от законов классической механики являются нековариантными относительно преобразований Галилея.

Для того чтобы построить единую систему, в которую бы входила и механика и электродинамика существовало два наиболее очевидных пути. Первый состоял в том, чтобы изменить уравнения Максвелла, то есть законы электродинамики таким образом, чтобы они стали удовлетворять преобразованиям Галилея. Второй путь был связан с классической механикой и требовал ее пересмотра и в частности введения вместо преобразований Галилея других преобразований, которые обеспечили бы ковариантность как законов механики так и законов электродинамики.

Верным оказался второй путь, по которому и пошел Эйнштейн, создав специальную теорию относительности, которая окончательно утвердила новые представления о материи в своих правах.

В дальнейшем знания о материи были дополнены и расширены, более ярко стала выражена интеграция механических и волновых свойств материи. Это можно показать на примере теории, которая была представлена в 1924 г. Луи де Бройлем в ней де Бройль высказал предположение о том, что не только волны обладают корпускулярными свойствами, но и частицы вещества в свою очередь обладают волновыми свойствами. Так де Бройль поставил в соответствие движущейся частице волновую характеристику - длину волны lh/p, где p - импульс частицы. Основываясь на этих идеях, Э. Шредингер создал квантовую механику, где движение частицы описывается с помощью волновых уравнений. И эти теории, показавшие наличие волновых свойств у вещества, были подтверждены экспериментально - так например, было обнаружено при прохождении микрочастиц через кристаллическую решетку можно наблюдать такие явления, как раньше считалось, присущие только свету, это дифракция и интерференция.

А также была разработана теория квантового поля, в основе которого лежит понятие о квантовом поле - особый вид материи, оно находится в состоянии частицы так и в состоянии поля. Элементарная частица в этой теории представляется как возбужденное состояние квантового поля. Поле - это тот же особый вид материи, который характерен и для частиц, но только находящийся в невозбужденном состоянии. На практике было показано, если энергия кванта электромагнитного поля превысит собственную энергию электрона и позитрона которая, как мы знаем из теории относительности, равна mc 2 и если такой квант столкнется с ядром, то в результате взаимодействия электромагнитного кванта и ядра возникнет пара электрон - позитрон. Существует также обратный процесс: при столкновении электрона и позитрона происходит аннигиляция - вместо двух частиц появляются два g-кванта. Такие взаимопревращения поля в вещество и назад вещества в поле указывают на существование тесной связи вещественной и полевой формы материи, что и было взято в основу при создании многих теорий, в том числе и в теории относительности.

Как можно видеть, после опубликования в 1905г. специальной теории относительности было сделано много открытий связанных с частными исследованиями материи, но все эти открытия полагались на то общее представление о материи, которое было впервые дано в работах Эйнштейна в виде целостной и непротиворечивой картины.

Пространство и время

Проблема пространства и времени, как и проблема материи, непосредственно связана с физической наукой и философией. В диалектическом материализме дается общее определение пространства и времени как форм бытия материи. «С позиций научного материализма, который основывается на данных частных наук, пространство и время - не самостоятельные независимые от материи реальности, а внутренние формы ее бытия» 1 , а следовательно, они неразрывно связаны с материей, неотрывны от нее. Такое представление о пространстве и времени имеет место и в современной физике, однако в период господства классической механики было не так - пространство было оторвано от материи, не было связано с ней, не являлось ее свойством. Такое положение пространства относительно материи вытекало из учения Ньютона, он писал, что «абсолютное пространство по самой сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное есть его мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которые в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное... Место есть часть пространства, занимаемая телом, и по отношению к пространству бывает или абсолютным, или относительным». 2

Время представлялось также отдельным от материи и не зависело от каких-либо протекающих явлений. Ньютон разделил время, также как и пространство, на абсолютное и относительное, абсолютное - существовало объективно, это «истинное математическое время, само по себе и самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью». 1 Относительное же время было лишь кажущимся, постигаемым лишь с помощью чувств, субъективным восприятием времени.

Пространство и время считались не зависимыми не только от явлений протекающих в материальном мире, но и друг от друга. Это субстанциальная концепция в этой концепции, как уже говорилось ранее, пространство и время являются самостоятельными по отношению к движущейся материи и не зависят друг от друга, подчиняются лишь собственным закономерностям.

Наряду с субстанциональной концепцией существовала и развивалась другая концепция пространства и времени - реляционная. В основном этой концепции придерживались философы-идеалисты, в материализме такая концепция была скорее исключением, чем правилом. Согласно этой концепции пространство и время не есть что-то самостоятельное, а являются производными от более фундаментальной сущности. Корни реляционной концепции уходят в глубь веков к Платону и Аристотелю. По Платону время было сотворено богом, у Аристотеля эта концепция получила большее развитие. Он колебался между материализмом и идеализмом и поэтому признавал две трактовки времени. Согласно одной из них (идеалистической) время представлялось как результат действия души, другая материалистическая состояла в том, что время представлялось результатом объективного движения, однако основным в его представлениях о времени, было, то что время не являлось самостоятельной субстанцией.

Во время господства в физике представлений о пространстве и времени данных в теории Ньютона в философии превалировала реляционная концепция. Так, Лейбниц на основе своих представлений о материи, более широких, нежели у Ньютона, довольно полно развил ее. Лейбниц представлял материю как духовную субстанцию, однако ценным было то, что в определении материи он не ограничился лишь вещественной ее формой, к материи он относил также и свет, и магнитные явления. Лейбниц отвергал существование пустоты и говорил, что материя существует всюду. Исходя из этого, он отверг ньютоновскую концепцию пространства как абсолютного, а следовательно, отбросил и то, что пространство есть нечто самостоятельное. Согласно Лейбницу было бы невозможным рассматривать пространство и время вне вещей, так как они являлись свойствами материи. «Материя, считал он, играет определяющую роль в пространственно-временной структуре. Однако такое представление Лейбница о времени и пространстве не находило подтверждения в современной ему науке и потому не было принято его современниками». 1

Лейбниц был не единственным, кто противостоял Ньютону, среди материалистов можно выделить Джона Толанда он, также как и Лейбниц, отвергал абсолютизацию пространства и времени, по его мнению, было бы невозможным мыслить пространство и время без материи. Для Толанда не существовало абсолютного пространства отличного от материи которое бы являлось вместилищем материальных тел; нет и абсолютного времени, обособленного от материальных процессов. Пространство и время суть свойства материального мира.

Решающий шаг к развитию материалистического учения о пространстве, основанного на более глубоком понимании свойств материи был сделан Н. И. Лобачевским в 1826г. До этого времени геометрия Евклида считалась верной и незыблемой, в ней говорилось, что пространство может быть только прямолинейным. На евклидову геометрию опирались практически все ученые, так как ее положения прекрасно подтверждались на практике. Исключением не был и Ньютон в создании своей механики.

Лобачевский впервые предпринял попытку подвергнуть сомнению незыблемость учения Евклида, «он разработал первый вариант геометрии криволинейного пространства, в которой через точку на плоскости можно провести более одной прямой параллельной данной, сума углов треугольника меньше 2d и так далее; введя постулат о параллельности прямых, Лобачевский получил внутренне не противоречивую теорию» 1 .

Геометрия Лобачевского была первой из множества разработанных позднее подобных теорий, в качестве примера можно привести сферическую геометрию Римана и геометрию Гаусса. Таким образом, стало ясно, что геометрия Евклида не является абсолютной истиной, и что при определенных обстоятельствах могут существовать другие геометрии отличные от Евклидовой.

«Успехи естественных наук, приведших к открытию материи в состоянии поля, математических знаний, открывших неевклидовы геометрии, а также достижения философского материализма являлись фундаментом, на котором возникло диалектико-материалистическое учение об атрибутах материи. Это учение впитало в себя всю совокупность накопленных естественнонаучных и философских знаний, опираясь на новое представление о материи». 2 В диалектическом материализме категории пространства и времени признаются отражающими внешний мир, они отражают общие свойства и отношения материальных объектов и поэтому имеют общий характер - ни одно материальное образование не мыслимо вне времени и пространства.

Все эти положения диалектического материализма были следствием анализа философских и естественнонаучных знаний. Диалектический материализм соединил в себе все то позитивное знание, накопленное человечеством за все тысячелетия его существования. В философии появилась теория, которая приблизила человека к пониманию окружающего его мира, которая дала ответ на основной вопрос - что есть материя? В физике же до 1905г. такой теории не существовало, имелось множество фактов, догадок, но все выдвигаемые теории содержали лишь осколки истины, многие появлявшиеся теории противоречили друг другу. Такое положение вещей имело место вплоть до опубликования Эйнштейном своих работ.

Бесконечная лестница познания

Создание теории относительности было закономерным результатом переработки накопленных человечеством физических знаний. Теория относительности стала следующей ступенью развития физической науки, включив в себя позитивные моменты предшествующих ей теорий. Так, Эйнштейн в своих работах, отрицая абсолютизм механики Ньютона, не отбросил ее полностью, он отвел ей подобающее место в структуре физического знания, считая, что теоретические выводы механики пригодны лишь для определенного круга явлений. Аналогичным образом обстояло дело и с другими теориями, на которые опирался Эйнштейн, он утверждал преемственность физических теорий, говоря, что «специальная теория относительности представляет собой результат приспособления основ физики к электродинамике Максвелла-Лоренца. Из прежней физики она заимствует предположение о справедливости евклидовой геометрии для законов пространственного расположения абсолютно твердых тел, инерциальную систему и закон инерции. Закон равноценности всех инерциальных систем с точки зрения формулирования законов природы специальная теория относительности принимает справедливым для всей физики (специальный принцип относительности). Из электродинамики Максвелла-Лоренца эта теория заимствует закон постоянства скорости света в вакууме (принцип постоянства скорости света)». 1

Вместе с тем Эйнштейн понимал, что специальная теория относительности (СТО) также не являлась незыблемым монолитом физики. «Можно лишь заключить, - писал Эйнштейн, - что специальная теория относительности не может претендовать на неограниченную применимость; ее результаты применимы лишь до тех пор, пока можно не учитывать влияние гравитационного поля на физические явления (например световые)». 2 СТО была лишь очередным приближением физической теории, действующим в определенных рамках, которыми являлось гравитационное поле. Логическим развитием специальной теории стала общая теория относительности, она разорвала «гравитационные путы» став на голову выше специальной теории. Тем не менее, общая теория относительности не опровергала специальную теорию, как пытались представить оппоненты Эйнштейна, по этому поводу он в своих работах писал: «Для бесконечно малой области координаты всегда можно выбрать таким образом, что гравитационное поле будет отсутствовать в ней. Тогда можно считать, что в такой бесконечно малой области выполняется специальная теория относительности. Тем самым общая теория относительности связывается со специальной теорией относительности, и результаты последней переносятся на первую» 3 .

Теория относительности позволила сделать громадный шаг вперед в описании окружающего нас мира, объединив бывшие обособленными понятия материи, движения, пространства и времени. Она дала ответы на множество вопросов остававшихся неразрешенными в течение веков, сделала ряд предсказаний подтвердившихся впоследствии, одним из таких предсказаний было предположение сделанное Эйнштейном об искривлении траектории светового луча вблизи Солнца. Но вместе с этим перед учеными возникли новые проблемы. Что стоит за явлением сингулярности, что происходит со звездами-гигантами, когда они «умирают», что есть на самом деле гравитационный коллапс, как зарождалась вселенная - решить эти и многие другие вопросы станет возможным, лишь поднявшись еще на одну ступень вверх по бесконечной лестнице познания.

Орлов В.В. Основы философии (часть первая)

2 Франк Ф. Философия науки, М., 1960г., с. 281

1 Готт В.С. Философские вопросы современной физики, М., 1967г., с.32

1 Грибанов Д. П. Философские основания теории относительности М., 1982г., с. 116

2 Эйнштейн А. Собрание научных трудов, М., 1967, т. 4, с. 542

Грибанов Д. П. Философские основания теории относительности М., 1982г., с. 120

Эйнштейн А. Собрание научных трудов, М., 1967, т. 4, с. 442

2 Эйнштейн А. Собрание научных трудов, М., 1967, т. 4, с. 445

1 В.И Родичев Аспекты единой теории относительности // Эйнштейн и философские проблемы физики ХХ века, М.1979, стр. 421

1 Орлов В.В. Основы философии (часть первая)

2 Ньютон И. Математические начала натурфилософии.

1 Ньютон И. Математические начала натурфилософии.

Д. П. Грибанов Философские основания теории относительности М.1982, с.143

1 В.В. Орлов Основы Философии, часть первая, с. 173

2 Грибанов Д.П. Философские основания теории относительности. М. 1982г., с.147

Теории личности, претендующей на фундаментальность (например, фрейдистской или бихейвиористской) в значительной степени субъективна. Вообще, с точки зрения уже рассматриваемой здесь типологии физических теорий, любая теория гуманитарного знания будет иметь феноменологический характер, так как будет являться в значительной степени описательной. Однако существующее в психологии феноменологическое...

Действие и противодействие, деятельность, деяние. Вспомним гетевское: "В Деянии начало бытия!" Именно универсальные отношения кристаллизуются в содержании философских категорий, а система, "ансамбль" этих категорий есть учение о Бытии-Материи-Субстанции. Впрочем, категория "материя", доведенная до понимания ее как субстанции, уже как бы и не материя, а скорее - Матерь (или Отец, кому как больше...

ВВЕДЕНИЕ 3
1. МАТЕРИЯ, ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ 4
2. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЕОРИЙ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
ЭЙНШТЕЙНА 9
3. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ А. ЭЙНШТЕЙНА 13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 20

ВВЕДЕНИЕ

Достижения современной науки свидетельствуют о предпочтительности реляционного подхода к пониманию пространства и времени. В этом плане в первую очередь надо выделить достижения физики XX века. Создание теории относительности было тем значительным шагом в понимании природы пространства и времени, который позволяет углубить, уточнить, конкретизировать философские представления о пространстве и времени.
Альберт Эйнштейн, физик-теоретик, один из основателей современной физики, родился в Германии, с 1893 года жил в Швейцарии, с 1914 г. в Германии, в 1933 г. эмигрировал в США. Создание им теории относительности стало самым фундаментальным открытием XX в., оказавшим огромное влияние на всю картину мира,
По мнению современных исследователей, теория относительности ликвидировала всеобщее время и оставила только локальное время, которое детерминируется интенсивностью полей тяготения и скоростью движения материальных объектов. Эйнштейн сформулировал принципиально новые и важные в методологическом отношении положения, которые помогли лучше осознать особенности пространства и времени в различных сферах объективной реальности.

1. МАТЕРИЯ, ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ

Если сказать, что под материей понимается внешний мир, существующий независимо от нашего сознания, то многие согласятся с таким подходом. Он коррелируется и с представлениями на уровне здравого смысла. И в отличие от некоторых философов, которым казалось несерьезным рассуждать на уровне обыденного мышления, материалисты принимают эту "естественную установку" в качестве основы своих теоретических построений.
Но, соглашаясь с таким предварительным пониманием материи, принимая его как нечто само собой разумеющееся, люди не испытывают чувство удивления и восхищения его глубоким смыслом, богатством методологических возможностей, которые открываются в его содержании. Оценить его значение нам поможет небольшой исторический анализ предшествующих концепций материи, понимания сущности этой категории.
Ограниченность материализма XVIII в. в понимании материи выражалась прежде всего в абсолютизации достигнутых научных знаний, попытках "наделить" материю физическими характеристиками. Так, в трудах П. Гольбаха наряду с самым общим пониманием материи как мира, воспринимаемого с помощью органов чувств, говорится о том, что материя обладает такими абсолютными свойствами, как масса, инерция, непроницаемость, способность иметь фигуру.
Это значит, что главным принципом материальности признавалась вещественность, телесность окружающих человека предметов. Однако при таком подходе за пределами материальности оказывались такие физические явления, как электричество и магнитное поле, которые явно не обладали способностью иметь фигуру.
Существовало и понимание материи как субстанции, что особенно характерно для философии Б. Спинозы. «Субстанция - это не мир, окружающий человека, а нечто, стоящее за этим миром, обусловливающее его существование» . Субстанция обладает такими атрибутами, как протяжение и мышление. При этом оставалось, однако, непонятно, как связана единая, вечная, неизменная субстанция с миром изменяющихся вещей. Это давало повод для иронических метафор, сопоставления субстанции с вешалкой, на которую навешиваются различные свойства, оставляя ее неизменной.
Ограниченность понимания материи в его обоих вариантах отчетливо обнаружилась в XIX в. Обычно главной причиной, вызвавшей необходимость перехода к новому пониманию материи как философской категории, называют кризис методологических оснований физики на рубеже XIX и XX вв.
Как известно, наиболее значительным достижением философии марксизма было открытие материалистического понимания истории. Общественное бытие, согласно этой теории, определяет общественное сознание. Однако экономические отношения лишь в конечном счете определяют функционирование и развитие общества; общественное сознание, идеология относительно самостоятельны и также влияют на социальное развитие. Этим марксистская теория отличается от "экономического детерминизма".
В марксистской теории как бы расширяются границы материальности, к которой относятся не только сами предметы с их вещественностью и телесностью, но также свойства и отношения (не только огонь, но и свойство теплоты, не только сами люди, но и их производственные отношения и т.д.). Именно в этом состоит вклад марксизма в понимание материи, который до сих пор недостаточно исследован.
Понимание материи как объективной реальности, существующей независимо от человека и не тождественной совокупности его ощущений, способствовало преодолению созерцательности предшествующей философии. Это вызвано анализом роли практики в процессе познания, которая позволяет выделять новые предметы и их свойства, включенные на данном этапе исторического развития в объективную реальность.
Особенность такого понимания материи состоит в том, что материальными признаются не только телесные предметы, но также свойства и отношения этих предметов. Стоимость материальна, потому что это количество общественно необходимого труда, затраченного на производство продукта. Признание материальности производственных отношений послужило основой материалистического понимания истории и исследования объективных законов функционирования и развития общества.
Можно попытаться найти определенные границы применения таких категорий, как "бытие" и "материя". Во-первых, бытие более широкая категория, так как она охватывает не только объективную, но и субъективную реальность. Во-вторых, бытие и материя могут использоваться для разграничения сущего и существующего (являющегося). Тогда существующее может быть представлено как объективная реальность, осознанная человеком в процессе его деятельности.
В современной методологии научного познания важное место занимают такие понятия, как "физическая реальность", "биологическая реальность", "социальная реальность". Речь идет об объективной реальности, которая становится доступной человеку в определенной сфере его деятельности и на определенном этапе исторического развития.
Философское осмысление мира обычно начинается с разграничения материального и идеального. Но для более полной характеристики изучаемых объектов нужны и другие категории. Среди них важное место занимают категории "движения" и "покоя".
Марксистская философия, опираясь на лучшие традиции предшествущих мыслителей, признает, что весь мир находится в состоянии непрерывного движения, которое внутренне присуще материальным объектам и не нуждается для своего существования во вмешательстве божественных сил, в первотолчке. Движение понимается как философская категория для обозначения любого изменения, начиная от простого перемещения и кончая мышлением. Мир - не совокупность законченных вещей, а совокупность процессов.
Основа социальной формы движения - целесообразная деятельность людей, и прежде всего, по Марксу, «способ производства материальных благ» . Человек выступает как объект и субъект истории. В конечном счете история - это деятельность людей, преследующих свои интересы.
Пространство и время как самостоятельные категории появляются уже в философии Древнего Востока, где они рассматриваются наряду с такими первоначалами, как огонь, вода, земля (санкхья). У Аристотеля среди девяти основных категорий называются время, место, положение. В философии Древней Греции начинают складываться основные концепции пространства и времени: субстанциональная и реляционная. Первая рассматривает пространство и время как самостоятельные сущности, первоначала мира; вторая - как способ существования материальных объектов. Такое понимание пространства и времени находит наиболее яркое выражение в философии Аристотеля и Лукреция Кара.
В философии Нового времени основой субстанциональной концепции были положения И. Ньютона об абсолютном пространстве и времени. Он утверждал, что абсолютное пространство по своей сущности безотносительно к чему-нибудь внешнему остается всегда одинаковым и неподвижным. Абсолютное время рассматривалось как чистая длительность. Основанием для таких утверждений был опыт классической физики, математические исследования (в частности, геометрия Евклида).

2. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЕОРИЙ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА

Как же возникла частная (специальная) теория относительности Эйнштейна, сузившая исследование глобального явления до ограниченной, частной относительности, до относительности некоторых базовых понятий, до частного принципа относительности? Почему она вообще возникла и упала на благодатную почву общественного восприятия?
Нельзя не заметить объективные причины появления работ по теории относительности. Они обусловлены «разогретым, революционным» политическим состоянием общества и стихийно, динамично развивающимся естествознанием второй половины XIX - начала XX веков. В то время наука, во многих своих сферах, систематично отвергала один за другим многие стереотипы – общепринятые тогда эталоны представлений, что наложило отпечаток на методологический нигилизм теории относительности в целом.
В значительной степени, на появление теории относительности повлияли авторитетная и ныне философия Иммануила Канта, признанное, наконец, к тому времени учение о бесконечности, а также некоторые математические труды, например неевклидовы геометрии Лобачевского (1792-1856) и Римана (1826-1866), представления о времени Минковского и Пуанкаре. Вышеприведенные причины и как следствие, появившиеся теории относительности Эйнштейна объединяет общее отсутствие методологии познания, объединяет то, что они не противоречиво, но своеобразно трактуют (или не трактуют вообще) базовые, системно образующие их теории понятия и не применяют общенаучных принципов познания. Почему они посмели это сделать? Потому, что эти понятия и принципы были по естественной незрелости науки, методологически не определены их предшественниками. А применение бурно развивающихся к тому времени технологий "обработки понятий познания" (методов логики, математики, физики и т.д.) позволило получать весьма оригинальные итоговые выводы на выходе.
Древнегреческий учёный Птолемей, а затем и Иммануил Кант постулировали зависимость реальности от самого познания. Объект, по Канту, существует как таковой лишь в формах деятельности субъекта. До сих пор, методология познания применяет принцип Канта и Птолемея: "Что вижу то и суть". Приходит на ум притча о четырёх слепцах-мудрецах, которые ощупывали слона. Причём каждый ощупывал слона сугубо в определённых местах: один только ногу, другой только живот, третий хобот, четвёртый хвост. А затем они утверждали в разнобой об "истинности" и "правдивости" познанного ими облика слона. Фактически в подходе к познанию Канта и Птолемея: "Что вижу то и суть", реализован именно такой субъективный подход к познанию и отвергнута возможность объективного познания в сравнении с общепринятыми эталонами - принципами познания.
Понятие бесконечности не определено в общенаучном понятии до сих пор. Это не познаваемое в принципе в величине безотносительное понятие, не имеющее эталона, а значит относительной сравнительной величины.
По этой причине, Минковский определил собственное видение понятия «время». При построении своих «метрических пространств», он ввел понятие синонимичное понятию времени – «плоскость мирового проявляющего процесса», которая «бежит» со скоростью света от произвольно выбранного любого «начала координат». Базисное понятие времени, «подогнали» под имеющийся на вооружении геометрический техпроцесс познания. А современные учёные теперь интенсивно ищут пути и способы путешествий в пространстве-времени.
Симбиоз теорий Минковского и Римана породил четырёхмерную абстрактную интерпретацию пространства – времени, имеющую весьма ограниченную практическую применимость. Например, её нельзя применять для моделирования реальных физических, изменяющихся объектов природы, как функций от изменяющихся их свойств (параметров).
Пространство-время - это интерпретация пространства выхолощенных от размерности событий, имеющих только свойства: пространственные координаты мест возникновения и моменты времени возникновения событий. Свойства пространства и времени несоразмерны друг другу, ибо от изменения одного, причинно-следственно другое не меняется, не зависит. Получается пространство событий, лишённых физической сущности – природы (размерности).
Основанием специальной теории относительности Эйнштейн посчитал сформулированный им принцип относительности, якобы не противоречащий принципу относительности Галилея. Отсутствие в научном арсенале Эйнштейна методологически сформированных понятий «время» и «одновременность», с учётом принятия постулата о глобальном постоянстве скорости света, позволило Эйнштейну «достичь» в специальной теории относительности одновременности событий в различных точках пространства при помощи посылаемых от одного источника к двум объектам световых сигналов, синхронизирующих часы этих объектов, формирующих одинаковую временную шкалу.
По мнению Эйнштейна, формирующих время на часах этих объектов и придав затем объектам различную скорость, он преобразованием Лоренца, математически строго обосновывает, что время в движущихся с различными скоростями объектах течёт по-разному. Что само по себе не только математически но и физически очевидно. Часы в случае такого способа познания «времени», при такой синхронизации будут идти по-разному, ибо шкала времени перестаёт быть единой эталонной для обеих часов «убегающих» по-разному от световых синхроимпульсов шкал времени объектов. А если эталоны шкал разные, то и отношения любой продолжительности любого процесса на объекте к разным эталонам продолжительности будет разное. Системы то познания времени не инерциальные. Если от синхроимпульсов "летящих" со скоростью света «убегать»со скоростью света, то такие часы на объекте вообще остановятся. Эйнштейн пошёл в своём обобщении и выводах намного дальше. Он «кардинально революционно» утверждает, что и длины объектов изменятся и биологические процессы (например, старение в «парадоксе близнецов») будут протекать по-разному в объектах (близнецах), которые двигаются относительно друг друга и относительно источника света с различными скоростями. Фактически Эйнштейн как бы «теоретически обосновал» принцип познания: «Величина свойств познаваемого объекта (например, свойств характеризующих старение, или продолжительность процессов на объекте, или его длины) причинно-следственно зависит от «линейки», от способа, которым эта величина измеряется (познаётся)» .
3. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ А. ЭЙНШТЕЙНА
Самым фундаментальным открытием XX в., оказавшим огромное влияние на всю картину мира, стало создание теории относительности.
В 1905 г. молодой и никому не известный физик-теоретик Альберт Эйнштейн (1879-1955) опубликовал в специальном физическом журнале статью под неброским заголовком «К электродинамике движущихся тел». В этой статье была изложена так называемая частная теория относительности.
По существу, это было новое представление о пространстве и времени, и соответственно ему была разработана новая механика. Старая, классическая физика вполне соответствовала практике, имевшей дело с макротелами, движущимися с не очень-то большими скоростями. И только исследования электромагнитных волн, полей и связанных с ними других видов материи заставили по-новому взглянуть на законы классической механики.
Опыты Майкельсона и теоретические работы Лоренца послужили базой для нового видения мира физических явлений. Это касается в первую очередь пространства и времени, фундаментальных понятий, определяющих построение всей картины мира. Эйнштейн показал, что введенные Ньютоном абстракции абсолютного пространства и абсолютного времени должны быть оставлены и заменены другими. Прежде всего, нужно отметить, что характеристики пространства и времени будут по-разному выступать в системах неподвижных и движущихся относительно друг друга.
Так, если измерить на Земле ракету и установить, что ее длина составляет, к примеру, 40 метров, а затем с Земли определить размер той же ракеты, но движущейся с большой скоростью относительно Земли, то окажется, что результат будет меньше 40 метров. А если измерить время, текущее на Земле и на ракете, то окажется, что показания часов будут разными. На движущейся с большой скоростью ракете время, по отношению к земному, будет протекать медленнее, и тем медленнее, чем выше скорость ракеты, чем больше она будет приближаться к скорости света. Отсюда следуют некоторые отношения, которые с нашей обычной практической точки зрения являются парадоксальными.
Таков так называемый парадокс близнецов. Представим себе братьев-близнецов, один из которых становится космонавтом и отправляется в длительное космическое путешествие, другой остается на Земле. Проходит время. Космический корабль возвращается. И между братьями происходит примерно такая беседа: «Здравствуй, – говорит остававшийся на Земле, – рад тебя видеть, но почему ты почти совсем не изменился, почему ты такой молодой, ведь с того момента, когда ты улетал, прошло тридцать лет». «Здравствуй, – отвечает космонавт, – и я рад тебя видеть, но почему ты так постарел, ведь я летал всего пять лет». Итак, по земным часам прошло тридцать лет, а по часам космонавтов только пять. Значит, время не течет одинаково во всей Вселенной, его изменения зависят от взаимодействия движущихся систем. Это один из главных выводов теории относительности.
Это совершенно неожиданный для здравого смысла вывод. Получается, что ракета, которая имела на старте некоторую фиксированную длину, при движении со скоростью, близкой к скорости света, должна стать короче. Вместе с тем в этой же ракете замедлились бы и ход часов, и пульс космонавта, и его мозговые ритмы, обмен веществ в клетках его тела, то есть время в такой ракете протекало бы медленнее, чем время у наблюдателя, оставшегося на месте старта. Это, конечно, противоречит нашим обыденным представлениям, которые формировались в опыте относительно малых скоростей и поэтому недостаточны для понимания процессов, которые развертываются с околосветовыми скоростями.
Теория относительности обнаружила еще одну существенную сторону пространственно-временных отношений материального мира. Она выявила глубокую связь между пространством и временем, показав, что в природе существует единое пространство-время, а отдельно пространство и отдельно время выступают как его своеобразные проекции, на которые оно по-разному расщепляется в зависимости от характера движения тел.
Абстрагирующая способность человеческого мышления разделяет пространство и время, полагая их отдельно друг от друга. Но для описания и понимания мира необходима их совместность, что легко установить, анализируя даже ситуации повседневной жизни. В самом деле, чтобы описать какое-либо событие, недостаточно определить только место, где оно происходило, важно еще указать время, когда оно происходило.
До создания теории относительности считалось, что объективность пространственно-временного описания гарантируется только тогда, когда при переходе от одной системы отсчета к другой сохраняются отдельно пространственные и отдельно временные интервалы. Теория относительности обобщила это положение. В зависимости от характера движения систем отсчета друг относительно друга происходят различные расщепления единого пространства-времени на отдельно пространственный и отдельно временной интервалы, но происходят таким образом, что изменение одного как бы компенсирует изменение другого. Если, например, сократился пространственный интервал, то настолько же увеличился временной, и наоборот.
Получается, что расщепление на пространство и время, которое происходит по-разному при различных скоростях движения, осуществляется так, что пространственно-временной интервал, то есть совместное пространство-время (расстояние между двумя близлежащими точками пространства и времени), всегда сохраняется, или, выражаясь научным языком, остается инвариантом. Объективность пространственно-временного события не зависит от того, из какой системы отсчета и с какой скоростью двигаясь наблюдатель его характеризует. Пространственные и временные свойства объектов порознь оказываются изменчивыми при изменении скорости движения объектов, но пространственно-временные интервалы остаются инвариантными. Тем самым специальная теория относительности раскрыла внутреннюю связь между собой пространства и времени как форм бытия материи. С другой стороны, поскольку само изменение пространственных и временных интервалов зависит от характера движения тела, то выяснилось, что пространство и время определяются состояниями движущейся материи. Они таковы, какова движущаяся материя.
Таким образом, философские выводы из специальной теории относительности свидетельствуют в пользу реляционного рассмотрения пространства и времени: хотя пространство и время объективны, их свойства зависят от характера движения материи, связаны с движущейся материей.
Идеи специальной теории относительности получили дальнейшее развитие и конкретизацию в общей теории относительности, которая была создана Эйнштейном в 1916 году. В этой теории было показано, что геометрия пространства-времени определяется характером поля тяготения, которое, в свою очередь, определено взаимным расположением тяготеющих масс. Вблизи больших тяготеющих масс происходит искривление пространства (его отклонение от евклидовой метрики) и замедление хода времени. Если мы зададим геометрию пространства-времени, то тем самым автоматически задается характер поля тяготения, и наоборот: если задан определенный характер поля тяготения, расположения тяготеющих масс относительно друг друга, то автоматически задается характер пространства-времени. Здесь пространство, время, материя и движение оказываются органично сплавленными между собой.
Особенность созданной Эйнштейном теории относительности в том, что в ней исследуется движение объектов со скоростью, приближающейся к скорости света (300 000 км в секунду).
В специальной теории относительности утверждается, что с приближением скорости движения объекта к скорости движения света «временные интервалы замедляются, а длина объекта сокращается» .
Общая теория относительности утверждает, что вблизи больших полей тяготения время замедляется, а пространство искривляется. В сильном поле тяготения кратчайшим расстоянием между точками будет уже не прямая, а геофизическая кривая, соответствующая кривизне гравитационных силовых линий. В таком пространстве сумма углов треугольника будет больше или меньше 180°, что описывается неевклидовыми геометриями Н. Лобачевского и Б. Римана. Искривление светового луча в поле тяготения Солнца было проверено английскими учеными уже в 1919 г. во время солнечного затмения.
Если в специальной теории относительности связь пространства и времени с материальными факторами выражалась лишь в зависимости от их движения при абстрагировании от влияния гравитации, то в общей теории относительности раскрывалась их детерминированность структурой, характером материальных объектов (вещество и электромагнитное поле). Выяснилось, что гравитация влияет на электромагнитное излучение. В гравитации была найдена связующая нить между космическими объектами, основа упорядоченности в Космосе, сделан общий вывод о структуре мира как сферическом образовании.
Теорию Эйнштейна нельзя рассматривать как опровержение теории Ньютона. Между ними существует преемственность. Принципы классической механики сохраняют свое значение и в релятивистской механике в пределах малых скоростей. Поэтому некоторые исследователи (например, Луи де Бройль) утверждают, что теория относительности в определенном смысле может рассматриваться как венец именно классической физики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Специальная теория относительности, построение которой было завершено А. Эйнштейном в 1905 году, доказала, что в реальном физическом мире пространственные и временные интервалы меняются при переходе от одной системы отсчета к другой.
Система отсчета в физике - это образ реальной физической лаборатории, снабженной часами и линейками, то есть инструментарием, с помощью которого можно измерять пространственные и временные характеристики тел. Старая физика считала, что если системы отсчета движутся равномерно и прямолинейно относительно друг друга (такое движение называется инерциальным), то пространственные интервалы (расстояние между двумя близлежащими точками) и временные интервалы (длительность между двумя событиями) не меняются.
Теория относительности эти представления опровергла, вернее, показала их ограниченную применимость. Оказалось, что только тогда, когда скорости движения малы по отношению к скорости света, можно приблизительно считать, что размеры тел и ход времени остаются одними и теми же, но когда речь идет о движениях со скоростями, близкими к скорости света, то изменение пространственных и временных интервалов становится заметным. При увеличении относительной скорости движения системы отсчета пространственные интервалы сокращаются, а временные растягиваются.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев П.В., Панин А.В. Философия: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ТК Велби, Изд-во Проспект, 2003. - 608 с.
2. Асмус В. Ф. Античная философия. 3-е изд. М., 2001.
3. Гольбах П. Система природы // Избранные произведения: в 2-х т. Т. 1. - М.,1983.- С. 59-67.
4. Грюнбаум А. Философские проблемы пространства и времени. М., 1998.
5. Кассирер Э. Теория относительности Эйнштейна. Пер. с нем. Изд. Второе, 2008. 144 с.
6. Кузнецов В.Г., Кузнецова И.Д., Миронов В.В., Момджян К.Х. Философия: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2004. - 519 с.
7. Маркс К. , Энгельс Ф. Собрание сочинений. Т. 19. - С. 377.
8. Мотрошилова Н. В. Рождение и развитие философских идей: Историко-философские очерки и портреты. М., 1991.
9. Спиноза Б. Краткий трактат о Боге, человеке и его счастье // Избранные произведения: в 2-х т. Т. 1. - М., 1987. - С. 82 - 83.
10. Философия: Учебник / Под ред. проф. В.Н. Лавриненко. - 2-е изд., испр. и доп. - M.: Юристъ. 2004
11. Философия: Учебник / Под ред. проф. О.А. Митрошенкова. - М.: Гардарики, 2002. - 655 с.
12. Эйнштейн А. Физика и реальность: Собр. научн. тр. Т. 4. – М., 1967.

Р Е Ф Е Р А Т

Философские аспекты теории относительности

Эйнштейна

Горинов Д.А.

Пермь 1998г.
Введение.

Работы Эйнштейна наряду с громадным значением в физике имеют, также, большое философское значение. Очевидность этого следует из того, что теория относительности связана с такими понятиями как материя, пространство, время и движение, а они являются одними из фундаментальных философских понятий. Диалектический материализм нашел аргументацию своим представлениям о пространстве и времени в теории Эйнштейна. В диалектическом материализме дается общее определение пространства и времени как форм бытия материи, а следовательно, они неразрывно связаны с материей, неотрывны от нее. «С позиций научного материализма, который основывается на данных частных наук, пространство и время - не самостоятельные независимые от материи реальности, а внутренние формы ее бытия» . Такую неразрывную связь пространства и времени с движущейся материей с успехом показала теория относительности Эйнштейна.

До середины XIX века понятие материи в физике было тождественно понятию вещества. До этого времени физика знала материю только как вещество, которое могло иметь три состояния. Такое представление о материи имело место из-за того, что «объектами изучения классической физики являлись лишь движущиеся материальные тела в виде вещества, кроме вещества естествознание не знало других видов и состояний материи (электромагнитные процессы относили или к вещественной материи, или к ее свойствам)» . По этой причине механические свойства вещества были признаны универсальными свойствами мира в целом. Об этом упоминал в своих работах Эйнштейн, писав, что «для физика начала девятнадцатого столетия, реальность нашего внешнего мира состояла из частиц, между которыми действуют простые силы, зависящие только от расстояния» .

На базе экспериментальных данных, накопленных Эрстедом, Ампером, Фарадеем и другими учеными, Максвелл создал целостную теорию электромагнетизма. Позднее, проведенные им исследования привели к заключению о том, что свет и электромагнитные волны имеет единую природу. Наряду с этим было обнаружено что электрическое и магнитное поле обладает таким свойством, как энергия. Об этом Эйнштейн писал: «Будучи вначале лишь вспомогательной моделью поле становится все более и более реальным. Приписывание полю энергии является дальнейшим шагом в развитии, в котором понятие поля оказывается все более существенным, а субстанциальные концепции, свойственные механистической точке зрения, все более отходят на второй план». Максвелл также показал, что электромагнитное поле будучи один раз созданным, может существовать самостоятельно, независимо от источника. Однако он не выделил поле в отдельную форму материи, которая была бы отлична от вещества.

Дальнейшее развитие теории электромагнетизма рядом ученых, в том числе Г.А. Лоренцем, поколебало привычную картину мира. Так в электронной теории Лоренца в отличие от электродинамики Максвелла заряд, порождающий электромагнитное поле, представлялся уже не формально, роль носителя заряда и источника поля у Лоренца начали играть электроны. Но на пути выяснения связи электромагнитного поля с веществом возникло новое препятствие. Вещество в соответствии с классическими представлениями мыслилось как дискретное материальное образование, а поле представлялось непрерывной средой. Свойства вещества и поля считались несовместимыми. Первым кто перебросил мост через эту пропасть, разделявшую вещество и поле, был М. Планк. Он пришел к выводу, что процессы испускания и поглощения поля веществом происходят дискретно, квантами с энергией E=h n . В результате этого изменилось представления о поле и веществе и привело к тому что было снято препятствие к признанию поля как формы материи. Эйнштейн пошел дальше, он высказал предположение о том, что электромагнитное излучение не только испускается и поглощается порциями, но распространяется дискретно. Он говорил что свободное излучение это поток квантов. Эйнштейн поставил в соответствие кванту света, по аналогии с веществом, импульс - величина которого выражалась через энергию E/c=h n /c (существование импульса было доказано в опытах проведенных русским ученым П. Н. Лебедевым в опытах по измерению давления света на твердые тела и газы). Здесь Эйнштейн показал совместимость свойств вещества и поля, так как левая часть приведенного выше соотношения отражает корпускулярные свойства, а правая - волновые.

Таким образом, подходя к рубежу XIX столетия, было накоплено множество фактов относительно представлений о поле и веществе. Многие ученые стали считать поле и вещество двумя формами существования материи, исходя из этого, а также ряда других соображений, возникла необходимость соединения механики и электродинамики. «Однако так просто присоединить законы электродинамики к законам движения Ньютона и объявить их единой системой, описывающей механические и электромагнитные явления в любой инерциальной системе отсчета, оказалось невозможным». Невозможность такого объединения двух теорий вытекала из того, что эти теории, как уже говорилось ранее, основаны на разных принципах, это выражалось в том, что законы электродинамики в отличие от законов классической механики являются нековариантными относительно преобразований Галилея.

В дальнейшем знания о материи были дополнены и расширены, более ярко стала выражена интеграция механических и волновых свойств материи. Это можно показать на примере теории, которая была представлена в 1924 г. Луи де Бройлем в ней де Бройль высказал предположение о том, что не только волны обладают корпускулярными свойствами, но и частицы вещества в свою очередь обладают волновыми свойствами. Так де Бройль поставил в соответствие движущейся частице волновую характеристику - длину волны l = h/p, где p - импульс частицы. Основываясь на этих идеях, Э. Шредингер создал квантовую механику, где движение частицы описывается с помощью волновых уравнений. И эти теории, показавшие наличие волновых свойств у вещества, были подтверждены экспериментально - так например, было обнаружено при прохождении микрочастиц через кристаллическую решетку можно наблюдать такие явления, как раньше считалось, присущие только свету, это дифракция и интерференция.

Пространство и время

Проблема пространства и времени, как и проблема материи, непосредственно связана с физической наукой и философией. В диалектическом материализме дается общее определение пространства и времени как форм бытия материи. «С позиций научного материализма, который основывается на данных частных наук, пространство и время - не самостоятельные независимые от материи реальности, а внутренние формы ее бытия» , а следовательно, они неразрывно связаны с материей, неотрывны от нее. Такое представление о пространстве и времени имеет место и в современной физике, однако в период господства классической механики было не так - пространство было оторвано от материи, не было связано с ней, не являлось ее свойством. Такое положение пространства относительно материи вытекало из учения Ньютона, он писал, что «абсолютное пространство по самой сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное есть его мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которые в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное... Место есть часть пространства, занимаемая телом, и по отношению к пространству бывает или абсолютным, или относительным».

Время представлялось также отдельным от материи и не зависело от каких-либо протекающих явлений. Ньютон разделил время, также как и пространство, на абсолютное и относительное, абсолютное - существовало объективно, это «истинное математическое время, само по себе и самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью». Относительное же время было лишь кажущимся, постигаемым лишь с помощью чувств, субъективным восприятием времени.

«Успехи естественных наук, приведших к открытию материи в состоянии поля, математических знаний, открывших неевклидовы геометрии, а также достижения философского материализма являлись фундаментом, на котором возникло диалектико-материалистическое учение об атрибутах материи. Это учение впитало в себя всю совокупность накопленных естественнонаучных и философских знаний, опираясь на новое представление о материи». В диалектическом материализме категории пространства и времени признаются отражающими внешний мир, они отражают общие свойства и отношения материальных объектов и поэтому имеют общий характер - ни одно материальное образование не мыслимо вне времени и пространства.

Бесконечная лестница познания

Вместе с тем Эйнштейн понимал, что специальная теория относительности (СТО) также не являлась незыблемым монолитом физики. «Можно лишь заключить, - писал Эйнштейн, - что специальная теория относительности не может претендовать на неограниченную применимость; ее результаты применимы лишь до тех пор, пока можно не учитывать влияние гравитационного поля на физические явления (например световые)». СТО была лишь очередным приближением физической теории, действующим в определенных рамках, которыми являлось гравитационное поле. Логическим развитием специальной теории стала общая теория относительности, она разорвала «гравитационные путы» став на голову выше специальной теории. Тем не менее, общая теория относительности не опровергала специальную теорию, как пытались представить оппоненты Эйнштейна, по этому поводу он в своих работах писал: «Для бесконечно малой области координаты всегда можно выбрать таким образом, что гравитационное поле будет отсутствовать в ней. Тогда можно считать, что в такой бесконечно малой области выполняется специальная теория относительности. Тем самым общая теория относительности связывается со специальной теорией относительности, и результаты последней переносятся на первую» .

Орлов В.В. Основы философии (часть первая)

Ньютон И. Математические начала натурфилософии.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Разрешение этого противоречия было осуществлено Эйнштейном А. в 1905 г. созданием специальной теории относительности. Принципиально новым в теории Эйнштейна является утверждение относительности и пространства и времени, рассматриваемых в отдельности. Существенно иным стало понимание смысла одновременности двух событий. С точки зрения специальной теории относительности (СТО), два события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, будут неодновременными в другой системе, движущейся относительно первой. Таким образом, мы можем с уверенностью говорить об одновременности двух событий лишь в том случае, если они произошли в одном и том же месте 6, с. 90-91.

Утрата абсолютности одновременности означает, что не может быть единого времени в различных системах отсчета. В каждой такой системе имеется «собственное» время. Длина также стала относительной. В самом деле, что такое измерить длину какого-либо отрезка? Это значит одновременно зафиксировать его начало и конец. Однако поскольку понятие одновременности утратило свой абсолютный смысл, в различных системах отсчета длина отрезка будет различной. Причем установление, что длина отрезка будет сокращаться в направлении движения, а промежутки времени увеличиваться, т.е. течение времени должно замедляться. Возникает вопрос: реальны ли подобные релятивистские эффекты?

Теория утверждает их реальность. Причем дело не в том, что каждый отрезок в разных системах действительно короче другого. Просто наблюдатели в каждой системе отсчета при измерении найдут, что отрезок в другой системе короче отрезка в их системе (например, каждому из двух одного роста людей, стоящих по разные стороны двояковогнутой линзы другой будет казаться меньше, хотя это не значит, что каждый из них меньше другого). Реальной же причиной изменений будет взаимное относительное движение тел. Таким образом, о длине тела, в отличие от классической физики, можно говорить лишь в отношении его к той или иной системе отсчета. То же самое относится и к временным промежуткам. Аналогией этому является то, что мы не можем говорить о скорости тела вообще, безотносительно к какой-либо системе, ибо не существует скорости тела самой по себе. Также лишены смысла понятия «верх» и «низ», «право» и «лево», если не указано, относительно чего устанавливается ориентировка в пространстве 10, с. 108.

Развитие представлений о пространстве и времени показало, что как таковые пространство и время раздельно не существуют. Они являются сторонами единой сущности - четырехмерного «пространства-времени». Окружающий мир при этом, это мир событий, которые характеризуются местом и временем. СТО, показав относительность пространства и времени, ввела новый абсолют - четырехмерное «пространство-время», где три координаты пространственные, а четвертая - временная.

В целом философское значение специальной теории относительности состоит в том, что она открыла неразрывную связь, единство пространства и времени. Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени и их взаимосвязи с материей связано с возникновением общей теории относительности (ОТО), одним из основных постулатов которой являются гравитационные уравнения Эйнштейна, где правая часть есть физическая величина, выражающая материю - энергию - импульс, а левая часть выражает геометрические свойства четырехмерного пространства-времени.

Таким образом, уравнения Эйнштейна описывают одновременно и гравитационное поле, и геометрию пространства-времени. Установление зависимости гравитационного поля, а через него и пространства-времени от распределения в нем материальных масс является важнейшим фактором не только в физическом, но и в общем философском плане. В этом смысле уравнения Эйнштейна следует рассматривать как математическое выражение диалектического принципа, утверждавшего, что пространство и время как формы существования материи должны быть неразрывно связаны с материей и ее свойствами. Это значит, что ОТО в решении проблемы пространства и времени отличается от классической физики.

Своеобразно в ОТО и проявление релятивистских эффектов. Согласно ей сокращение длин и замедление времени наблюдаются даже в рамках одной и той же системы отсчета, при переходе от одних точек системы к другим. Например, во всех точках, расположенных ближе к центру материальных масс, гравитационное поле будет интенсивнее и, следовательно, время будет течь медленнее, а длины отрезков короче, чем в точках, более удаленных от центра гравитации. В 1958 году немецкий физик Мисбауер открыл способ изготовления «ядерных часов», измеряющих время с громадной точностью. Опыты с применением эффекта Мисбауера показали, что у поверхности земли время течет медленнее, чем, положим, на крыше какого-либо здания 6, с. 122.

Итак, общая теория относительности является новым подтверждением диалектико-материалистического учения о неразрывной взаимосвязи пространства и времени с движущейся материей.

В заключение можно сказать, что развитие современной физики подтвердило правильность диалектико-материалистической концепции пространства и времени.

Теория относительности тесно связана с философией. Прежде всего следует отметить, что основой ее создания стал глубокий философский анализ А. Эйнштейном понятий пространства и времени.

Кроме того, просмотр теорией относительности пространственно-временных представлений, господствовавших в классической физике, влияние на развитие философской мысли.

Одной из центральных философских проблем специальной теории относительности является исследование основ релятивистских эффектов, таких как лоренцивське сокращения длин, замедление времени, относительность одновременности. Дискуссия по этим вопросам способствовала развитию теории относительности. С философской точки зрения наиболее интересным является вопрос об объективной природе относительности. Ньютоновская механика придерживалась представления об инвариантности пространства и времени. С ее точки зрения длины отрезков или твердых стержней и временные интервалы не изменяются при переходе от одной инерциальной системы к другой, например от такой, что находится в состоянии покоя, к такой, что движется. Математическая инвариантность получается как следствие преобразований Галилея, в отношении которых инвариантными являются сами законы классической механики. Однако было установлено, что преобразования Галилея не универсальны. Во-первых, их не удовлетворяли уравнения Максвелла, которые оказались неинвариантны относительно них. Во-вторых, выводы, вытекающие из преобразований Лоренца, противоречили результатам опыта Майкельсона. Этот опыт свидетельствовал, что классический закон сложения скоростей, связан с преобразованиями Галилея, не выполняется, а именно: скорость света не зависит от движения источника.

Противоречие, существовавшее между принципом относительности Галилея, с одной стороны, электродинамике Максвелла и опытом Майкельсона, с другой, преодолел Эйнштейн. Он обобщил принцип относительности, соединив две, казалось бы, взаимоисключающие идеи - идею инвариантности физических законов и принцип постоянства скорости света. Новый принцип относительности утверждал, что физические законы являются инвариантными, но не относительно преобразований Галилея, а относительно преобразований Лоренца. С преобразований Лоренца непосредственно вытекала инвариантность длины и временных интервалов, а именно: длины стержней и временные интервалы должны иметь разные значения при переходе от одной инерциальной системы к другой.

Сам по себе факт вывода из преобразований Лоренца релятивистских кинематических эффектов - неинвариантности пространства и времени - еще не раскрывает их сути. Этот вывод является чисто математическим способом, который не дает ответа на вопрос о содержании релятивистской кинематики.

Исторически первой интерпретацией неинвариантности пространства и времени была трактовка, предложенная Лоренцом. Вывод о сокращении длин стержней, движущихся было сделано им для согласования теории с отрицательным результатом опыта Майкельсона по определению скорости света относительно эфира.

Лоренцивське трактовка сокращение оказалось неудовлетворительным. Его недостаток заключался в том, что оно опиралось на понятие эфира, которое было внутренне противоречивым. По Лоренцом, эфир определялся как привилегированная система отсчета, относительно которой сокращаются длины стержней, движущихся.

Теория относительности с самого начала исключает понятие эфира. Для нее эфир как особая система отсчета не существует вследствие принципа относительности. Релятивистские эффекты - сокращение длин стержней и замедление времени - является следствием самой структуры пространства и времени. Характерной особенностью релятивистского трактовка сокращения длин и замедления времени, что отличает ее от лоренцивськои, является рассмотрение этих эффектов как обратных. Большой интерес для понимания объективной сути относительности пространства составляет введена А. Эйнштейном различие между геометрической и кинематической формами тела. Если тело находится в состоянии покоя, обе эти формы идентичны, а когда оно начинает двигаться, эти формы расщепляются. В собственной системе отсчета тело характеризуется конфигурацией точек, составляющих его геометрическую форму. В системах отсчета, относительно которых тело движется, оно имеет кинематическую форму. К тому же обе эти формы объективно присущие предмету и ни одна из них не является «более реальной».

Интерпретация теории относительности с помощью подвижных систем отсчета с установленными в них измерительными приборами не является единственной. Г. Минковский показал, что теория относительности предполагает чисто геометрическое построение. Ее положение реализуется в четырехмерном псевдоевклидовому пространстве, три измерения которого имеют пространственный характер в обычном понимании этого слова, а один соответствует времени. В пространстве Минковского действует группа преобразований Лоренца.

Особенность геометрического изображения теории относительности состоит в том, что на первый план выдвигается не относительность, а абсолютность в пространственно-временных отношениях. Однако абсолютное здесь не оторвано от относительного, а связанное с ним. Абсолютный интервал выражается через пространственную и временную составляющие, являются относительными.

Геометрическая интерпретация теории относительности немало бесспорных позитивных моментов. Все релятивистские эффекты здесь получают наглядное обнаружения. С философской точки зрения значение этой интерпретации состоит в том, что она выясняет диалектическая взаимосвязь относительного и абсолютного. Выше уже обращалось внимание на то, что теория относительности Эйнштейна согласуется с материализмом. Следует отметить, что сам геометрический подход к теории относительности еще не означает ее материалистической интерпретации. Для того чтобы получить такую интерпретацию, надо сделать материалистические предположение, выходящие за пределы геометрии и отражают материалистическое решение основного вопроса философии.

Специальная теория относительности подготовила почву для создания общей теории относительности - эйнштейновской теории тяготения, еще теснее связала свойства пространства и времени с материей.

Теория относительности сыграла важную роль в развитии теоретической физики. Следует отметить, что наличие огромных запасов энергии в ядре атома была доказана именно на основе открытого А. Эйнштейном взаимосвязи массы и энергии, что стимулировало экспериментальные и теоретические открытия в области физики атомного ядра. Последовательное применение идей теории относительности в различных сферах физики выдвинуло ряд новых важных, еще не решенных проблем. Исследование их способствует прогрессу науки, углубляет наши знания о свойствах и закономерностях реального мира. Познавательное значение теории относительности бесспорно. Касаясь важнейших проблем пространства, времени и движения, энергии и массы, теория относительности играет значительную роль в формировании научного, материалистического мировоззрения, а также правильного научного представления о свойствах и закономерностях окружающего мира.

Иногда возникают противоречивые рассуждения относительно понимания тех или иных выводов теории относительности, связанные с наличием противоречий между ее названием и содержанием. Название «теория относительности * бы свидетельствует, что содержанием теории является« относительность ». Относительность же, положенную в основу, не всегда отличают от релятивизма, т.е. учение об относительности наших знаний, относительность в смысле субъективизма. Такое понимание физической теории импонирует позитивистам и философским идеалистам. Они видят в теории относительности пример физической теории, что противоречит материализма. Отсюда делается обобщающий вывод о том, что современная физика несовместима с диалектическим материализмом. В связи с этим некоторые физики вводят понятие «физическая относительность», которая отличается от релятивизма. Они изымают из теории субъект, заменяя его измерительным прибором, не замечая при этом, что любой измерительный прибор только вместе с субъектом приобретает черты, которые принципиально отличаются от всех других исследуемых объектов материального мира. Эти недоразумения отпадают, если теории относительности подойти как к физической теории с ее определенным конкретным содержанием. Содержанием теории относительности является физическая теория пространства и времени, которая учитывает существующую между ними взаимосвязь геометрического характера. При этом оказывается, что «относительность» носит подчиненный характер, иногда даже сугубо иллюстративный.

Теория относительности, как и любая физическая теория, правильно отражает объективные закономерности природы и глубоко материалистической. Теория относительности исходит из того, что физика изучает конкретные свойства материи, которая объективно существует вне нашего сознания и независимо от нас. Основные положения теории относительности ярко отражают диалектический характер закономерностей реального мира, диалектику природы.

Репетиторство

Витамин в1 – в каких продуктах содержится В каких продуктах содержится в1

Польза и вред шоколада, пищевая ценность продукта, приготовление в домашних условиях, фото рецепты с этим продуктом Использование шоколада в косметологии