Субстанциональное физическое пространство 2022

1. Классификация гипотез
2. Из истории развития понятия о пространстве
3. Однородность и изотропность физических пространств
   3.1. Понятие однородности
   3.2. Понятие изотропности
   3.3. Пространство-время официальной физики
4. Законы сохранения пространства-времени
5. Некоторые свойства субстанционального пространства

   Понятие физического пространства можно рассматривать с двух точек зрения – как объект материального мира и как философскую категорию. Начну с более простого, с понятия физического пространства как объекта материального мира.
Вокруг всех объектов весомой материи и внутри них находится эфир. Понятие пространства и времени официальной физики, не признающей существование эфира, ложно. В качестве физического пространства (вместилища всех весомых объектов) предлагаю считать трёхмерное безграничное декартово пространство, заполненное эфиром. В духе великого Ньютона, но с учётом самых последних научных достижений.   

• П – пространство.
• СО – система отсчёта.

1. Классификация гипотез физического пространства

   Различают следующие гипотезы физического пространства
По отношению к весомой материи: субстанциональные, реляционные гипотезы.
По времени создания: античные, средневековые, нового времени, новейшие.
По объективности: материалистические, идеалистические.
По уровню материи: физические пространства микро-, -макро и мегауровня.

2. Из истории развития понятия о пространстве

   По материалам обзора из «Философской энциклопедии» [1]. Цитаты из него даются без ссылки на источник, мои замечания, в некоторых случаях, предварены двумя слэшами. Понятие пространства – фундаментальное понятие повседневной жизни и научного знания.

• В античном атомизме пустое и безграничное П. выступает как предпосылка движения тел. В платоновском «Тимее» оно занимает место посредника между бытием и становлением.      

• Пространство – фундаментальная субстанция Мира. Первые глубокие идеи о сущности П. появились в атомистическом учении Левкиппа и Демокрита (4 в. до н.э.). Вселенная рассматривалась как бесконечное множество разнообразных неделимых частичек Бытия (атомов), двигающихся и взаимодействующих друг с другом в бесконечном не-Бытии, или Ничто, которое как раз и является пустым П. Атомы и пустое П. представляют собой две фундаментальные субстанции мира.

• Элеаты о логической парадоксальности концепции пустого пространства. Эта концепция была подвергнута острой критике элеатами, поскольку вступила в противоречие с их доктриной Единого Бытия, в которой не было места пустому П., времени и движению.

• Аристотель развил реляционную концепцию: П. как «место», как мировая совокупность всех мест, как их структура, как система их отношений (сосуществования). Свой тезис «Природа боится пустоты» он обосновывает на базе физических и метафизических аргументов. Космос заполнен материей, состоящего из земного и небесного уровней. Небесный уровень образован из конечной системы совершенных эфирных или кристаллических сфер, которые двигаются равномерно (это их естественное движение) и несут планеты и звезды вокруг неподвижной Земли. На земном уровне (от Земли и до лунной сферы) реализуется иная динамика: все объекты обладают естественными местами, в которых они находятся в покое. Будучи вне своих естественных мест, объекты стремятся в них вернуться в ходе естественных прямолинейных движений. Что же касается разнообразных движений под действием внешних сил, то их скорость пропорциональна приложенной силе и обратно пропорциональна плотности среды. Движение продолжается до тех пор, пока осуществляется воздействие силы.
   Эта механика находилась в противоречии с субстанциальной концепцией П.: в пустоте оказывалось невозможным объяснить движение брошенного тела – там нет естественных мест; различные по величине и весу объекты должны двигаться через пустоту с одинаковой или даже бесконечной скоростью и т.д.

• Гелиоцентрическая система Птолемея (2 в. н.э.) доминировала на протяжении почти полутора тысячелетий. Лишь в эпоху Возрождения начинается последовательная ревизия догматизированных положений Аристотеля.

• Натурфилософия Возрождения понимает П. как носителя материи. Вплоть до кембриджских платоников самые разные традиции связывают П. с бесконечностью и вездесущностью Бога: многие свойства Бога и П. совпадают.

• Физическое пространство Ньютона. Ньютон отвёл пространству и времени роли вместилищ. Арен, на которых происходят все физические явления, но сами эти арены влиянию явлений не подвержены. Арены неравноправны, т.к. пространство подразумевалось существующим во времени как единое целое. Поэтому можно также говорить об их совокупности как об едином вместилище. Такое абсолютное пространство и абсолютное время Ньютон положил однородными и изотропными. Но мог бы и не полагать этого, вот только описание мира в таком вместилище стало бы куда как сложнее.
Однако, уже в то время некоторые учёные, как и сам Ньютон, ясно видели определённую зыбкость и противоречивость концепции вмещающего пространства. Чего стоила, например, необходимость учёта  сил инерции при описании множества физических процессов [1]. Силы эти, с одной стороны, весьма усложняли само описание, а с другой стороны создавали сложности в понимании самих основ описания: реальные они или фиктивные, устраняемые правильным выбором системы отсчёта?

• Лейбниц, в противовес ньютоновскому субстанциализму, выдвигает аргументы в пользу относительности П.; ему не может быть приписано никакое иное существование, кроме отношения между местами предметов.

• Пространство и геометрия. С открытием неевклидовой геометрии кое-кто стал считать, что понятие П. вытекает из выбора между различными геометриями, а метрическая структура мира – независима от опыта. Лишь к началу 20 в. отсюда возникло различие между математическими П. чистой геометрии и физическим П. прикладной геометрии.         

• Спор о онтологическом статусе пространства. В естествознании проводится различие между несколькими смыслами термина «абсолютное П.». Во-первых, «абсолютное» противостоит «реляционному» как онтологически независимое; во-вторых, «абсолютное» отличается от «относительного» как независимое от системы отсчёта; в-третьих, «абсолютное» не совпадает с «динамическим» как то, что не подвержено влиянию материальных процессов. Спор между субстанциалистской и реляционной интерпретациями (спор между Ньютоном и Лейбницем по поводу онтологического статуса П.)до сих пор не закончился. Является ли пространство-время самостоятельной сущностью или сводимо к отношениям между событиями?

• Декарт развил закон инерции для равномерного прямолинейного движения и новую концепцию П. как протяжённости материи. В дуалистической онтологии Декарта речь шла о двух независимых субстанциях – о Материи и Разуме, — каждая из которых обладает одним универсальным атрибутом: протяжённость у Материи и мысль у Разума. Причём Разум включал в себя разнообразные духовные и нематериальные сущности, напр. Бога. Материальный мир оказался чересчур пустым, ибо в нем не было Бога, но вместе с тем он был чересчур полным, ибо в нем не было пустоты. Декарт отождествляет П., протяжённость и материю и придаёт геометрии статус теории П.

• Кант. Оригинальное решение этого вопроса нашёл Кант в учении о новом типе синтетического априорного знания, основным примером которого как раз и является геометрия. Аксиомы и теоремы евклидовой геометрии являются априорными и не требуют обоснования с помощью опыта, но при этом они несут определённую информацию о структуре мира, т.е. являются синтетическими. Наш разум может обнаружить в самом себе аксиомы евклидовой геометрии, ибо она является геометрией П. – априорной формы нашей чувственной интуиции.  П. и время является формой субъективной (структура феноменального, но не ноуменального мира), хотя и абсолютной в своей универсальности. Абсолютность евклидовой геометрии оказалась освящённой авторитетом ньютоновской физики и кантовской философии.

• Неевклидова геометрия. В начале 19 в. были разработаны системы неевклидовой геометрии (Лобачевский, Бойяи, Гаусс), что послужило началом плодотворного преодоления догматов абсолютности и априоризма в учении о П. Первоначально неевклидова геометрия рассматривалась лишь как «воображаемая», не имеющая отношения к П. реального мира. Но затем появились попытки опровергнуть такую точку зрения.

• В СТО Эйнштейна трёхмерное П. и одномерное время являются относительными и взаимосвязанными компонентами единого четырёхмерного пространства-времени Минковского, которому был придан абсолютный статус. Пространственно-временная структура мира оказалась крайне необычной в связи с тем, что в центре внимания оказались очень быстрые процессы, протекающие с околосветовыми скоростями. Было вскрыто много необычных свойств П. и времени: сокращение длин тел, замедление времени, относительная одновременность событий и др. Это, в свою очередь, выявило целый ряд новых проблем. Например, чтобы использовать инерциальную систему отсчёта, необходимо исключить физические воздействия на неё, что весьма проблематично для универсальных гравитационных взаимодействий.

• Физическое пространство в ОТО Эйнштейна. В этой теории получили существенное развитие представления о П. и времени; в частности, был сделан вывод о воздействии гравитации на распространение света. Интересно, что ситуация с изгибанием светового луча была рассмотрена А. Пуанкаре ещё до создания ОТО. Он указал на два возможных подхода к интерпретации этого явления: традиционный подход (луч света искривляется некой силой, но он по-прежнему распространяется в евклидовом П.) и  нетрадиционный подход – искривлено само П., его метрика неевклидова, а луч света по-прежнему служит воплощением прямой линии.
    Пуанкаре считал, что физика будет развиваться в рамках первого, традиционного, подхода. К такому выводу его вынуждала конвенционалистская трактовка П. и времени. В трактовке П. и времени Пуанкаре пришёл к конвенционалистскому аналогу кантовского априоризма, заявляя, что евклидова геометрия всегда будет наиболее удобной.
• В ОТО ситуация половинчатая. Вмещающее пространство-время, с одной стороны, изменяет свои свойства в зависимости от физических тел или процессов, существующих или происходящих в тех или иных его областях. Происходит это в результате связи тензора кривизны пространства-времени с тензором энергии-импульса материи (уравнения Гильберта-Эйнштейна).
С другой стороны, само пространство-время также частично указывает физическим телам, каким образом им двигаться. Это постулируется с помощью утверждения, что линии существования точечных массивных тел (при условии отсутствия у них электромагнитных свойств) являются геодезическими линиями пространства-времени. А вот для заряженных массивных частиц это уже не так. Неудовлетворительность такой картины мира очевидна.
В образе мира Эйнштейна свойства пространства-времени, в том числе однородность и изотропность, целиком и полностью определяются свойствами тензора энергии-импульса, величины физической, внешней для геометрии. Тем не менее, это не мешает огромному числу учёных полагать распределение материи во Вселенной однородным. Но может быть возможна  однородность хотя бы в части Вселенной?  – Нет, утверждает Гаврюсов. Пустота максимально однородна для нас. А там, где есть что-то, там нет в природе однородности.

3. Однородность и изотропность физических пространств
   
   По материалам статьи Гаврюсова В.Г. [2]. «… в книгах и статьях, касающихся свойств пространства и времени, как научно-популярных, так и научных, написанных весьма достойными учёными, сплошь и рядом можно встретить утверждения типа»:
• Пространство-время однородно и изотропно (хорошо ещё, если при этом упоминается, на какой шкале). Чаще, правда, утверждают, что пространство и однородно, и изотропно, а время только однородно.
• Именно однородность и изотропность пространства и однородность времени являются причиной законов сохранения энергии-импульса и момента импульса.
     «Оба эти утверждения неверны (второе частично), и их широкая распространённость ведёт к серьёзнейшим проблемам в понимании физики. Одной из таких проблем является отождествление однородности и изотропности пространства-времени с вполне естественным требованием независимости результатов физических экспериментов от выбора системы координат в пространстве-времени, в частности от выбора начала отсчёта и направления осей».

3.1. Понятие однородности

• Математика. Однородными считаются такие области пространства (пространства в самом широком математическом смысле), точки которых имеют все свойства совершенно одинаковыми. Например: одномерные бесконечные или замкнутые линии, не имеющие самопересечений и каких-либо выделенных на них точек; евклидовы пространства двух и более измерений; поверхности сфер произвольного радиуса, поверхности, образуемые вращением одной ветви гиперболы
Неоднородные пространства могут содержать некоторые вполне однородные области. Например, все точки отрезка, за исключением его концов, имеют одинаковые свойства.

• В быту мы полагаем нечто однородным тогда и только тогда, когда произвольно взятые его составляющие для нас выглядят совершенно одинаково. Например, достаточно большая ёмкость, в которую налита чистая вода; достаточно гладкая бумага или поверхность стола. Однако однородность эта может быть результатом не истинных (т.е. всех без исключения, при выборе любых, в том числе и сколь угодно малых частей субстанции) свойств самих субстанций, а того приближения, в котором мы их рассматриваем.  Взяв хорошую лупу, мы можем разглядеть даже на самой гладкой бумаге определённые шероховатости, или даже волокна. 
   Более того, все известные нам субстанции, какими бы однородными они нам ни представлялись на бытовом уровне, в конечном счёте состоят из молекул и/или атомов. Вопрос однородности или неоднородности той или иной части мира жёстко связан с выбором единицы измерения, меньше которой всё полагается уже не имеющим размеров. А, связав однородность с принятым приближением, мы можем пойти дальше и говорить о частичной однородности как об однородности только по одному свойству точки, или по неполному набору её свойств.

3.2. Понятие изотропности

   Это тоже одинаковость. Но не всех свойств всех точек области пространства. Выделяется один набор свойств, присущих какой-либо точке, а затем рассматриваются направления из этой точки, т.е. связи этой конкретной точки со всеми соседними. Говорить об однородности можно и применительно к дискретным пространствам (множествам не связанных точек), но изотропность подразумевает наличие связей между точками пространства. Изотропность предполагает непрерывность  связи со всеми без исключения соседними точками.
Понятие изотропности, вообще говоря, применяется к отдельным точкам области пространства. Когда говорят об изотропности всего пространства или какой-то его области, то подразумевают выполнение данного условия для всех точек пространства или его области. А это требует также и однородности пространства или области, хотя бы частичной, по крайней мере, по этому свойству. В то же время, если пространство является однородным, то, в случае его непрерывности, оно автоматически является и изотропным.
   Ограниченная изотропность – из рассмотрения исключаются некоторые направления. Например, направления в точке, расположенной на сферической поверхности в трёхмерном евклидовом пространстве все одинаковы в смысле пространства трёх измерений, если принадлежность данной точки именно сфере не существенна. И остаётся изотропность только двумерного пространства, если мы при этом строго следим именно за принадлежностью рассматриваемой точки выделенной сфере.

3.3. Пространство-время официальной физики

• Если речь идёт о всей Вселенной, то, конечно, пространство-время неоднородно и неизотропно. Возможны только однородные подобласти.  Ещё более справедливо это в отношении изотропности. Вывод останется прежним и в том случае, когда мы выделим в пространстве-времени только пространство. Во-первых, для всей Вселенной сразу этого просто нельзя сделать. Но и для отдельных её частей местные, локальные мгновенные сечения, которые с определённой натяжкой можно полагать пространством, отделённым от времени (местным пространством), это пространство как целое однородным быть не может – в нём окажутся и сечения отличающихся друг от друга объектов, существующих в данной области пространства-времени.
   Если же речь идёт о некоем гипотетическом математическом пространстве, в которое мы поместили этот образ Вселенной, то такое вмещающее пространство вполне можно выбрать однородным и изотропным.


4. Законы сохранения пространства-времени

• Определённая связь законов сохранения со свойствами пространства-времени есть, но отнюдь не такая глобальная, как мнится официальной физике. Понятие “сохранение” не требует одинаковости во всех точках пространства-времени ни всех величин, характеризующих точку, ни даже одной какой-то из полного набора величин. Как раз наоборот, сохранение чего-то обычно чётко ассоциируется с чем-то хорошо выделенным из остального мира. Обычно с однородностью связывают сохранение энергии-импульса, а с изотропностью  – сохранение момента импульса. Сохранение  во времени.

• Существование объекта есть сохранение им во все моменты времени определённых характеристик, по которым этот объект и выделен из внешнего мира. Если объект изображается точкой в пространстве, то его существование в пространстве-времени изображается линией. Линией, характеризуемой двумя сопряжёнными векторами – касательным и градиентным, описывающим собственное время объекта.
Оба этих вектора можно связать с вектором энергии-импульса. Ковариантный градиент собственного времени напрямую. То, что он и является вектором энергии-импульса обнаруживается сразу, как только собственное время в его скалярной форме отождествляется с количеством событий (действие), накопленным на данном отрезке существования объекта. А касательный вектор становится пропорциональным вектору энергии-импульса при введении классической метрики.
   Оба этих вектора в классическом приближении должны быть равными друг другу во всех точках линии существования объекта. Что можно трактовать как однородность точек рассматриваемой линии, но не всего  пространства-времени.

• В квантовом приближении, когда в истории объекта можно указать только цепочку дискретных событий, только сами эти события являются одинаковыми. В этом приближении имеет место однородность только дискретного множества событий  на траектории объекта. В обоих случаях (классическом и квантовом) однородность частичная, не влекущая за собой однородность всего пространства-времени или хотя бы даже некоторой его области. Линия существования областью в точном смысле не является, т.к. имеет меньшую размерность.
   Говорить об изотропности линии существования объекта не приходится. Но можно говорить об изотропности малой трёхмерной пространственной области, окружающей каждую точку существования объекта – объект в нашем приближении изображается изолированной точкой в пространстве. Общая изотропность пространства невозможна уже только потому, что для точек из малой пространственной области вокруг объекта направление на сам объект явно отличается от всех других направлений.
Если же мы ограничиваемся малой пространственной областью, не содержащей других объектов, то каждая точка существования объекта (для каждого момента его существования) будет обладать свойством изотропности в трёх измерениях. На языке физики это свойство означает сохранение момента импульса точечного изолированного объекта.

5. Некоторые свойства субстанционального пространства

   Свойства субстанционального пространства  во многом очевидны, принимая во внимание свойства эфира. Оно:
- трёхмерно, безгранично, евклидово;
- несотворимо, всегда было и всегда будет;
- способно быть абсолютной системой отсчёта;
- спонтанный генератор микрочастиц и, в то же время, поглотитель продуктов их аннигиляции;
- среда распространения света и колебаний самой разной природы (гравитационные, электромагнитные, звуковые…);
- движения частиц и процессов пространства неповторимы и не возвращаются к тому, что уже было(свойство времени).
   Во всей Метагалактике около 1000 ячеек с примерно одинаковым числом галактик, которые движутся относительно друг друга в разных направлениях. Каждой точке Вселенной можно сопоставить абсолютные часы, показывающие одно и то же время. При их синхронизации следует учитывать: расстояние от начала абсолютной СО, а также, как минимум, напряжённость гравитационного и электромагнитного поля.   
Философская энциклопедия [1] сообщает: «В проекте Великого объединения фундаментальных физических взаимодействий речь, фактически идёт о синтезе субстанциальной и реляционной концепций П., ибо «всепоглощающее» П. современной единой теории поля представляет собой не только фундаментальную многомерную субстанцию мира, но также его сложную структуру или структурные свойства единого поля».       
   Таким образом, предлагаемая мной к обсуждению субстанциональная гипотеза ничего интересного с точки зрения новизны не представляет, т.к. идейно соответствует концепции Великого объединения.

Источники информации

1. Философская энциклопедия. Пространство. https://terme.ru/termin/prostranstvo.html
2. Гаврюсов В. Однородность и изотропность.
                    Опубликовано: 10.01.2021