Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Короче говоря, пространство состоит из множества окружающих нас объектов и тел: оно простирается далеко, очень далеко, все дальше и дальше — благодаря современным огромным телескойам. Конечно оно или бесконечно? Это щекотливый вопрос, относящийся скорее к метафизике, чем к науке. Самое важное здесь — это наличие тесной связи между понятием пространства и понятием времени и числа. Лишь более точный анализ этих понятий на основе современных научных теорий вскроет глубокое значение подобной связи.
Кратко охарактеризуем проблему бесконечной делимости пространства, поставленную еще Зеноном: отрезок может быть разделен на две половины, каждая из которых в свою очередь — на две новые половины и т. д. Можно ли продолжать так до бесконечности? Здесь затрагивается сложный вопрос о прерывности или непрерывно*
104
сти пространства: если пространство предполагается прерывным, то возникают противоречия, уже упоминавшиеся в предыдущей статье (апории Зенона), к которым мы не будем возвращаться. Такая лее проблема возникает и для деления времени. Вместе с тем нужно отметить тесную связь между этими вопросами и теорией чисел — сначала целых, затем рациональных и, наконец, действительных чисел,— связанную с непрерывностью (о которую споткнулась греческая наука, знакомая лишь с целыми числами) прямой линии, а следовательно, и пространства.
Основываясь на высказанном ранее определении, невозможно обойти молчанием вопрос о делимости материи, ведь она заполняет пространство и является его составной частью. Физические теории начала XX века допускали предел делимости материи. Этот предел характеризовался неделимым атомом. Но, увы, сам атом скоро предстал как чрезвычайно сложная система, состоящая из ядра и внешних электронов, движения которых, впрочем, управляются законами, совершенно отличными от макроскопических законов электромагнитной теории. Затем оказалось, что само ядро имеет очень сложное строение: оно состоит из так называемых элементарных частиц... К сожалению, последние способны к взаимным превращениям, и существующие между ними взаимодействия не перестают удивлять физиков, работающих на больших ускорителях. Бесконечно малое, как и бесконечно большое, окутано тайной. Впрочем, некоторые из частиц имеют очень короткий период жизни, порядка 10~~25 секунды. Пригодны ли для такого масштаба наши обычные понятия пространства и времени? Ответа на этот вопрос пока не существует.
Очень рано у людей возникла потребность упростить окружающий мир, чтобы лучше его изучить и понять. Стремление к абстракции возникло в глубокой древности, и уже в античном мире появились первые конструктивные науки: арифметика — наука о числах, потом геометрия — наука о пространстве, затем кинематика — наука о движениях, сочетающая в себе и геометрию и время. Наконец, возникает механика, ставящая своей целью воссоздать и объяснить реальный мир. Греки прошли лишь стадию геометрии; чтобы появилась последовательная механика, пришлось ждать Галилея и Ньютона (см. статью Поля Жермена), а затем Эйнштейна, чтобы выявить
105
соотношения, связывающие пространство, время и число.
Греки были отличными геометрами, но они занимались лишь статической геометрией. Изучая свойства неподвижных фигур, они совершенно не рассматривали их возможные движения. Два равных треугольника можно наложить друг на друга; несомненно, в этом определении уже заложено понятие перемещения одной фигуры по отношению к другой, но, по-видимому, греки не отдавали себе отчета в возможности такого перемещения: их геометрический мир выглядел застывшим.
Позднее александрийская школа создала кинематику; чтобы убедиться в этом, достаточно вспомнить описание движения планет по Птолемею.
В эпоху Возрождения Галилей и Ньютон изучили движения тел — в науку было введено понятие «система отсчета», или «репер». Вокруг нас некоторые тела перемещаются по отношению к другим. Как же определить движение первых по отношению к последним? Так, если муха ползет по двери, то в заданный момент времени положение мухи характеризуется двумя числами. Если при этом дверь открывается, то, зная движение двери относительно комнаты, можно определить движение мухи по отношению к системе отсчета, связанной с комнатой. В этой системе положение мухи характеризуется уже тремя числами; третье число в данном случае — угол поворота двери относительно стены комнаты.
Обобщая, мы относим движения на Земле к системе отсчета «Земля». Если Земля неразрывно связана с окружающим ее пространством, простирающимся до бесконечности, и если предположить, что время везде течет одинаково, то Земля будет абсолютной системой отсчета, в которой можно изучать абсолютные движения подвижных тел. Одновремено постулируется, что пространство и время абсолютны.
Сущность дела не изменилась от того, что Коперник открыл вращение Земли вокруг Солнца: за абсолютную систему отсчета можно принять систему координат, начало которой совпадает с центром Солнца, а осями являются три прямые, направленные к трем «неподвижным» звездам небесной сферы.
Геоцентрическая система отсчета была заменена гелиоцентрической. Ньютон настойчиво подчеркивает это: абсолютное пространство не зависит от внешних причин и
