Пространство и время

Не пытаясь пересказывать мысли классиков своими словами приведем длинную, но необходимую нам цитату.
«В науке и пространство, и время рассматриваются как физическая сущность,  обладающая конкретными свойствами и структурой.
Пространство и время – всеобщие и необходимые объективные формы бытия материи. «В мире, – писал В. И. Ленин, – нет ничего, кроме движущейся материи, а движущаяся материя не может двигаться иначе, чем в пространстве и времени».
... Возникшая еще в рамках натурфилософии гипотеза о континуальности, бесконечной делимости пространства и времени вошла в физические представления классической науки и остается господствующей до сегодняшнего дня.
В перечень наиболее фундаментальных физических свойств реального пространства, выделенных И. Ньютоном в его «Математических началах натуральной философии» (1687), включают:
непрерывность – между двумя различными точками в пространстве, как близко бы они ни находились, всегда есть третья;
однородность – в пространстве нет выделенных точек, все они равноправны, параллельный перенос не изменяет вид законов природы;
изотропность – в пространстве нет выделенных направлений, поворот на любой угол сохраняет неизменными законы природы;
трехмерность – каждая точка пространства однозначно определяется набором трех действительных чисел – декартовых координат. Оси системы могут быть произвольно ориентированы;
“евклидовость” – пространство описывается геометрией Евклида, в которой параллельные прямые не пересекаются, а сумма внутренних углов треугольника равна 180°.
Представления о геометрии пространства существенно изменились с созданием общей теории относительности, в рамках этой теории показано, что под действием материи пространство становится неевклидовым.»

Таково современное представление о пространстве, которое предлагается усвоить студентам, начинающим постижение физической науки.
Понятие пространства здесь тесно увязано с понятием времени.
Приведем перечень его свойств, предлагаемый студентам.
«К фундаментальным физическим свойствам реального времени относят:
непрерывность – между двумя моментами времени, как близко бы они ни располагались, всегда можно выделить третий;
однородность – во времени нет выделенных точек, точка отсчета времени не имеет значения, она не меняет длительность;
одномерность – каждая точка времени однозначно определяется одним действительным числом.
Что касается вопроса об изотропности времени, т.е. независимости законов природы от его направления, то напомним, что законы классической механики не изменяются при смене знака времени. Поэтому классическая физика абстрагировалась от чувственного опыта об однонаправленном течении времени. С позиций современной науки особым свойством времени является его однонаправленность, или необратимость.
Таким образом, анизотропность времени – это зависимость законов природы от поворота времени.
По выражению И. Пригожина, «для большинства основателей классической науки (и даже А. Эйнштейна) наука была попыткой выйти за рамки мира наблюдаемого, достичь вневременного мира высшей рациональности – мира Спинозы».
Фактически все картины мира, рожденные точной наукой, освобождены от развития, «отрицают время». Ньютон не только исключил время из своей картины Вселенной, но и утвердил его в сознании как внешний параметр. Стало возможным рассматривать непрерывные периодические процессы равной длительности для построения модели, легко вводить метрику времени.»

Эта сверхдлинная цитата из учебника приведена для того, чтобы, не отрицая классического подхода к пониманию пространства и времени, указать на некоторые отличия в нашем понимании этих сущностей.
В физическом мире, в конечном счете, существуют две противоположности - частицы вещества и пространство, их окружающее.
С давних пор рассматривается вопрос, что есть пространство.
Существовало много определений, но ни одно не обладало необходимой общностью и универсальностью. С появлением теории относительности и введения определения пространственно-временного континуума был сделан значительный шаг к универсальному определению, но противоречие так и не было снято.
Широко известно замечание Эйнштейна по поводу основного уравнения своей теории, когда он сравнивает его с двумя крыльями здания.
Эйнштейн понимал, что осознав пространственно-временной характер среды существования вещества, т.е. пространства, достигнуть единства вещества и пространства ему все-таки не удалось, хотя не вызывает сомнения, что он к этому стремился.
Препятствием для него, на наш взгляд, была точка зрения на пространство как на нематериальную среду (хотя позже он наделял ее свойством материальности в виде энергии поля, только значительно меньшей, чем энергия вещества).
Развитие квантовых представлений вынудило физиков, хотя бы частично, наделить пространство признаками материальности (имеется в виду «физический вакуум»).
Тем не менее продвинуться дальше в этом направлении не позволило существование неразрешенного противоречия двух основ мирозданья - пространства и вещества.

Неразрывно с понятием пространства используется понятие времени.
С древнейших времен и по сей день понятия пространства и времени настолько укоренились в наших как повседневных, так и научных представлениях, что представляются самостоятельными абсолютными сущностями.
На уровне задач классической физики, т.е. физики вещества, по высказыванию А.Эйнштейна, такой взгляд вполне может быть принят.
Однако на глубинных уровнях рассмотрения время и интервалы не являются самостоятельными физическими сущностями в природе.
Все процессы в окружающем нас мире не согласовывают свое течение с какими-либо часами или эталонными метрами. Восход солнца не начинается в 4 часа 57 минут 36 секунд по межгалактическим часам. И высота Килиманджаро не задана верховным проектом божественного строителя в 5895 отрезков эталона длины. Эти измерители придуманы человеком для описания наблюдаемой природы.
Историки науки давно исследовали и рассказали нам, как человек научился измерять и как это помогло ему в познании природы.
Все, что человек способен наблюдать, он способен измерять с помощью сравнения с некоторыми выбранными им эталонами. Но как быть с теми процессами, которые человек принципиально не способен наблюдать, ни с помощью собственных органов чувств, ни с помощью разработанных им вспомогательных приборов и устройств?
Единственный выход - создавать модели и наблюдать, насколько решения, полученные с помощью модели, совпадают с наблюдаемыми  в природе.

В физическом мире не существует ни абсолютного пространства, ни абсолютного времени.
Мы никогда не рассуждаем об абсолютных значениях времени или расстояния.
Для получения абсолютных значений необходимо установить абсолютную точку отсчета, абсолютную систему координат и некоторый абсолютный измеритель.
Но таковых природа нам, к сожалению, не дала. Поэтому все рассуждения, касающиеся пространства и времени, мы ведем только в понятиях интервала, да и то относительного.
Однако при всей очевидности, такой вывод представляется логичным не всем. Многим может показаться, что у физиков почва уходит из под ног без абсолютных пространства и времени. 
«На сегодняшний день многие из нас убеждены, что пространство и время — x, y, z, t, — не первичные, а скорее производные понятия.
У нас есть много примеров, указывающих на то, что часть или даже всё пространство — не фундаментально, но является лишь удобной крупномасштабной концепцией. Мы имеем дуальные представления теории струн на некоем фоне, из которых пространство, включая гравитацию, проистекает, - частично или полностью.
Учитывая урок теории относительности, мы обязаны считать, что раз пространство является концепцией производной, значит, и концепция пространства-времени должна являться таковой.
Однако у нас нет ни малейшей идеи, как формулировать физику, если время не фундаментально.
В конце концов, физику мы традиционно понимаем как науку о процессах, протекающих во времени, — сама роль физики сводилась к предсказанию будущего на основе настоящего. В квантовой механике динамика определяется через гамильтониан в качестве генератора унитарной временной эволюции.
Если же время — понятие производное и не являющееся независимым, трудно представить, как нам дальше формулировать физику?
По моему мнению, чтобы завершить построение теории струн, нам нужно понять, каким образом, подобно пространству, зарождается время. Мы не знаем, как, и это, на мой взгляд, — крупный камень преткновения на пути к разгадке тайн теории струн.»
На самом деле, вопрос, поставленный в приведенной цитате из лекции Д.Гросса о теории струн, более фундаментален.
Являются ли понятия пространства и времени первичными или же они все-таки производные?  И производные чего?
В предлагаемой модели, в частности, формулируется ответ и на этот вопрос.
Но является ли он верным, - покажет будущее.

К сожалению редактор proza.ru не пропускает греческие символы и вместо них в тексте появляются случайные знаки. Корректный текст можно прочитать в печатной книге или в электронном виде на LitRes.

Интернет-магазин издательства
http://business-court.ru