Пространство и время в неклассическом и постнеклассическом естествознании.

Теория относительности А. Эйнштейна сыграла революционную роль в естествознании конца ХIХ – начала ХХ в. Она установила факт диалектической взаимосвязи пространства, времени, материи и движения. Сам Эйнштейн суть теории относительности выразил так: «Раньше полагали, что если бы во Вселенной исчезла бы вся материя, то пространство и время сохранились бы, теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы пространство и время».

В 1905 г. А. Эйнштейн (1879–1955) ввел в научный оборот понятие «кванта света» и вскоре опубликовал статью «Об электродинамике движущихся тел», где на пяти страницах изложил «специальную теорию относительности» (СТО). В СТО Эйнштейн показал, что пространство и время не абсолютны и неизменны, а могут представать по-разному в различных системах отсчета.

Одно из основных положений СТО – полная равноправность всех инерциальных систем отсчета – делает бессодержательным понятия абсолютного пространства и абсолютного времени ньютоновской физики. На основе этих представлений Эйнштейн вывел новые законы движения и дал теорию оптических явлений в движущихся телах.

Эйнштейн вывел знаменитое соотношение E = mc² (c – скорость света в вакууме, m – масса тела, пропорциональная его энергии E).

Согласно СТО ход времени зависит от движения системы, а интервал времени и пространства изменяется таким образом, что скорость света в данной системе не меняется в зависимости от её движения.

Теория относительности – это физическая теория, рассматривающая пространственно-временные свойства физических процессов. Общая теория относительности называется ещё теорией тяготения. Она изучает свойства пространства–времени при наличии полей тяготения (гравитационных полей). Специальная теория относительности (СТО) придала физический смысл числу измерений пространства. Общая теория относительности (ОТО) придала физический смысл геометрической аксиоматике, определила различие между Эвклидовой и неэвклидовой геометриями. Эйнштейн рассматривал ОТО как осуществление программы, вытекающей из теории поля. Она объединяет силы инерции, тяготение и метрику пространства в единое свойство, которое выражает наличие поля, воздействующего на тела и зависящего от тел.

В «Основах общей теории относительности» (1916) Эйнштейн рассматривал уже не инерциальные системы, а системы, движущиеся с ускорением. Выяснилось, что не только инерциальные, но и любые системы отсчета равноценны, а инерционная и гравитационная массы эквивалентны. Тяготение неразрывно связано с пространством–временем, и правомерно говорить о вещественно-пространственно-временном континууме. Влияние вещества на свойства такого континуума удалось обнаружить уже в 1919 г., наблюдая (во время солнечного затмения) искривление луча света в поле тяготения. Другим надежным доказательством ОТО считается объяснение ею отклонения орбиты Меркурия от классического.

Общая теория относительности обобщает классическую механику и распространяет ее принципы на области движения тел со скоростями, приближающимися к скорости света. В ее рамках дается более точное, чем в рамках классической механики, описание объективных процессов реальности.

Эйнштейн обобщил принцип относительности Галилея на все явления природы. Принцип относительности Эйнштейна: «Никакими физическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно или находится в покое».

Таким образом, в своём научном творчестве А. Эйнштейн достиг следующих результатов:

1) создал современную научную картину мира и современный стиль естественнонаучного мышления;

2) разработал физическую теорию пространства и времени, основанную на идеях классической философии;

3) пересмотрел казавшуюся незыблемой механистическую картину мира;

4) пытался построить единую теорию поля, которая свела бы в одно целое гравитацию и электромагнетизм.

Помимо релятивистской парадигмы, огромную роль в становлении неклассической науки первой половины ХХ в. сыграла квантовая механика. Она впервые сформулировала чрезвычайно важный диалектический принцип корпускулярно-волнового дуализма, который выявлял новое качество микрообъектов — наличие у них как корпускулярных (частицы), так и световых (волна) свойств.

В классической физике вещество и поле рассматриваются как две качественно различные формы материи. Напротив, в микромире объекты демонстрируют как корпускулярные, так и волновые свойства.

Разрабатывая термодинамическую теорию теплового излучения, немецкий физик Макс Планк (1858–1947) ввел для его объяснения универсальную величину («постоянная Планка») — квант действия. Доказывалось, что распространение светового излучения и его поглощение происходят дискретно, т.е. определенными порциями – квантами. Тем самым были заложены основы квантовой теории, устанавливающей момент прерывности (дискретности) в энергетических процессах. Более того, понятие кванта стало одной из предпосылок современных трактовок свойств атома.

Датский физик Нильс Бор (1885–1962), применив принцип квантования при разработке теории строения атома, выдвинул гипотезу, объясняющую устойчивость атома и заключающую в себе два постулата: во-первых, в каждом атоме существует несколько стационарных орбит, вращаясь по которым, электрон может не излучать энергии; во-вторых, при переходе электрона из одного стационарного состояния в другое атом излучает или поглощает квант энергии. Эта теория оказалась одной из последних попыток описывать процессы микромира на основе законов классической механики.

Исследования французского физика Луи де Бройля (1892–1987), установившие, что объекты микромира обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами, получили в дальнейшем и экспериментальное подтверждение. В результате в квантовой физике был сформулирован принцип дополнительности. В обобщенном виде сущность принципа дополнительности заключается в том, что для воспроизведения целостности явления на определенном этапе его познания необходимо применение взаимоисключающих и взаимоограничивающих друг друга классов понятий и представлений. Именно их совокупность обеспечивает относительную полноту информации. Речь идет о принципиальной необходимости подключения различных теоретических методов при описании познавательного взаимодействия между субъектом и объектом познания, о невозможности достигнуть уровня абсолютного (безотносительного) истинного и завершенного знания.

Принцип дополнительности предложен Н. Бором (в 1927 г.) для разрешения теоретических трудностей, возникших в процессе интерпретации физической природы микрочастиц. Микрочастицы обнаружили как волновые, так и корпускулярные свойства. Данное противоречие преодолевается в квантовой механике использованием в волновых и корпускулярных представлений, т.е. на основе корпускулярно-волнового дуализма.

Это означает, что оба аспекта электрона – волновой и корпускулярный – взаимно дополняют друг друга. Лишь совместное применение обоих представлений способствует полному описанию сущности света и микрочастиц. Дополнительность – выражение их двойственности.