Что такое физическое пространство и физическое время. Физика пространства и материи. Воздушное и открытое пространство

Лалетин А.П. 13. 06. 2007.

Пространство - единственная объективно существующая не материальная субстанция. Оно вечно, неизменно и бесконечно. Оно заполнено растворенным в нем веществом, но само не материально. Оно ни с чем не взаимодействует, никакие деформации пространства невозможны, искривляется световой луч, но не пространство. У пространства нет ни верха, ни низа, потому находящийся в нем объект никуда не падает, не летит, а находится в состоянии покоя. Это свойство пространства порождает инерцию движения материи. Пространство невозможно уничтожить даже в воображении. Пространство, это то, что остается после исчезновения всего, если бы вообще никогда ничего не было бы, пространство(пустота) все равно существовало бы. Нам дано взаимодействовать только с материей находящейся в нем, но никак не с пространством. Пространственные координаты относятся к материи, либо виртуальны, но никак не связаны с пространством. Не может быть движения относительно пустоты, любое движение возможно только относительно какой-то материи. Ничто и нечто. Ничто, это пространство, масса ноль, размер бесконечно велик, и нечто, это материя, размер бесконечно мал, масса бесконечно велика. Что бы не создавать мифических образов в физике, вместо слова /пространство/ используйте слово /пустота/, оно конкретно отображает суть пространства. Пустота времени, многомерность пустоты, энергия пустоты, искривление пустоты, сжатие пустоты, параллельная пустота, абсурдность этих понятий сразу становится очевидной.

Вещество

Никаких сил притяжения в природе нет. Абсолютно плотное вещество (материя) не обладает никакими силами, сдерживающими его фрагменты. Потому оно аморфно, бесформенно, свободно разваливается, рассыпается, растворяется до бесконечности вглубь. Абсолютная плотность не является твердостью. Это те частицы, которые образуют гравитацию, потому для них самих гравитация не существует. Внутреннее движение в плотном веществе невозможно. Количество материи в космосе постоянно, материя никогда не образовывалась, не образуется и не исчезает. Плотные фрагменты вещества столь малы, что, потеряв орбитальное движение, становятся не обнаруживаемыми. Создается видимость перехода энергии в вещество, либо вещества в энергию. В действительности же происходит только передача количества движения от одних материальных объектов к другим, количество вещества при этом постоянно. Одно и то же количество вещества может занимать радикально различный объем, в зависимости от энергонасыщености. Строение вещества одинаково и в микро, и в макро, и в нашем мире. Аналогия абсолютна. Изучив окружающий космос можно определить, в состав какого атома входит наша планета, частью какой молекулы является этот атом. Линейно лучевая структура эфира образует сферическую структуру материи, что является гармоническим ключом образования жизни. (об этом подробно в статье «Математика круга».

Любой вид энергии в первооснове является количеством инерционного движения материи. Столкновение материальных объектов различных направлений (векторов) движения называется передачей энергии, и приводит к потери энергии одними, и приобретению энергии другими материальными объектами. Приобретение большего количества движения материальными объектами

называется поглощением, энергии. Потеря количества движения материальными объектами называется выделением энергии. Проявлением любого вида энергии может быть только передача количества движения от одних материальных объектов к другим материальным объектам. В основном это энергия вращения, но всегда в совокупности с энергией линейного движения. Инерция существует благодаря нематериальности пространства. Каждое тело в пространстве находится в состоянии покоя относительно самого себя. При столкновении каждое из тел пытается сохранить свой покой, и каждому из них приходится останавливать(усмирять) нарушителя своего покоя. Энергия не имеет разновидностей. Как количество движения может быть темным или светлым, химическим или ядерным? Весь наш мир живет за счет энергии столкновения тех двух черных дыр, которые, столкнувшись однажды, его образовали, и противодействующей ей сжимающей энергии эфира. Миров подобных нашему, в космосе бессчетное множество, нет никакой уникальности ни у одного из них. Кроме нашего конечно, ведь в нем живу я.

Изотропные потоки растворенного в пространстве вещества, мчащиеся со всех сторон, в любую точку пространства с огромными скоростями составляют эфир. Средняя скорость эфирных потоков определяет скорость света. Весь спектр свойств материи порожден эфиром. Без эфира материя обладает только плотностью и непроницаемостью. Только эфир придает ей твердость, форму, гравитацию и электромагнетизм. Эфир образует гравитацию, электричество, магнетизм и активно участвует во всех случаях энергообмена. Обнаруженные свойства пространства, по сути, есть свойства эфира. Само пространство имеет только одно свойство, это абсолютная прозрачность. Все остальные свойства созданы эфиром. Можно предположить, что в состав эфира входят иные миры, мчащиеся сквозь нас с гипер световыми скоростями, а мы являемся частью их эфира. Но тут неувязка с проницаемостью чд, они абсолютно не проницаемы. Полный хаос эфирных потоков создает равномерное давление со всех сторон, что порождает гармонию мироздания. Сгустки вещества, размер которых позволяет эфиру равномерно обжать их со всех сторон, обретают твердость и форму шара. Своей непроницаемостью они создают вокруг себя сферическую эфирную тень, что и является гравитационным полем. Внутренняя энергия таких шариков равна нулю, не зависимо от размера. По сути, это черные дыры, только маленькие. Иисус Христос знал это, “тот кто имеет, тому дано будет, а кто не имеет, отнимется последнее” это про те сгустки вещества, если они имеют достаточную массу, то будут приростать эфирной пылью, если масса мала, то будут разбиты в пыль. Энергией обладают орбитальные системы, состоящие из всевозможных вариаций объединения твердых шариков. Вся материя однородна, никакого (антивещества) нет, наблюдаемая аннигиляция всего лишь взаимная остановка от лобового столкновения. Возникает эффект исчезновения, сами шарики столь малы, что после остановки не обнаруживаются. Все известные сегодня элементарные частицы являются орбитальными системами, внешние орбиты мы принимаем за плотную поверхность. При попадании такой энергонасыщеной материи на поверхность чд орбитальная структура материи раздавливается эфиром. Твердые шарики сливаются с телом чд, лишь малая часть их в виде жесткого излучения уносит выделенную энергию разрушенного вещества. Внутренняя энергия чд нулевая. Когда чд окружена большим количеством вещества, его разрушение замедляется отбрасыванием вещества от поверхности чд мощным излучением выделяющейся энергии. В центре солнц и почти всех планет есть изюминка, то есть чд. Название чд не верно, дыра-это пустое место в чем-то плотном, чд на оборот, шарик абсолютно плотной материи в окружении более разряженного пространства. Свойства чд меняются с ее ростом, ее размер определяет скорость разрушения попавшего на ее поверхность вещества. Гигантские чд моментально уничтожают попавшие на них элементы. Тела чд содержат вещество угасших галактик, но при столкновении чд эти угасшие миры вновь возрождаются. Вспышки сверх новых звезд возникают от столкновения чд. По внешнему виду взрыва можно определить участников катаклизма. Если столкнулись две чд одинакового размера, то внешний вид взрыва будет копировать, как бы, в увеличенном и замедленном виде прикосновение двух шаров, где точка соприкосновения будет самой яркой зоной, и далее по обоим шарам яркость будет убывать. Видна будет ось их полета до столкновения, линия от самой темной точки на одном шаре через самую яркую точку соприкосновения к темной точке на другом шаре, и яркая плоскость излучения из точки прикосновения перпендикулярная оси столкновения. Со временем в плоскости перпендикулярной оси столкновения может возникнуть яркое кольцо первичного выброса самой горячей плазмы. Разность размеров столкнувшихся чд будет отображена с фотографической точностью во внешнем виде вспышки. Существует множество вариантов столкновений чд, разная встречная скорость, разная масса, разного вида оболочки чд, скорость и направление вращения. Любая звезда, это чд в оболочке. Все это будет отображаться в форме вспышки и в спектре излучения. Если форма взрыва один равномерно яркий шар, то взрыв произошел не от столкновения, а от внутренних процессов. Определив размеры и массы обнаруженных в космосе чд, можно довольно точно рассчитать удельный вес абсолютно плотной материи. Это позволило бы нам точно определять, на сколько энергетично то, или иное вещество. Внутренняя энергия материи различна. Огромная у молодых легких элементов, и уменьшается с возрастом, старея, они превращаются в более тяжелые и менее энергетичные. Но при образовании достаточно больших чд внутри элементов начинается свой звездный процесс порождающий радиоактивность. Утяжеление элементов идет с выделением энергии, создание более легких элементов требует затраты энергии.

Время – последовательность изменения расположения материи. (последовательность движения)

Существование движения, где бы то ни было, определяет ход времени во всем пространстве. Даже для абсолютно неподвижного мира время идет, потому что где–то есть движение. Время образовано движением материи, и потому не влияет на материю. Не материя стареет от времени, а время идет в виду изменения материи. Время не материально, это понятие, способствующее упорядочиванию хаоса всеобщего движения. Любые влияния, воздействия относятся к движению материальных объектов, и уже в следствии изменения их движения, можно говорить о изменении хода времени, что в действительности будет только изменением условий отслеживания времени. Мир живет движением, и только материя взаимодействует, а время мы отслеживаем. Время не способно оказывать либо воспринимать физическое влияние. Настоящий момент одновременен во всем космосе. Быстрые или медленные процессы, протекают в едином настоящем моменте, независимо ни от чего. Замедление или ускорение процессов, принятых вами за эталон времени, не является временным сдвигом, а всего лишь результатом механического взаимодействия материи. Движение во вселенной вечно и не прерывно, потому и время вечно и не прерывно. Если бы вся материя однажды полностью была неподвижна, то эта неподвижность осталась бы навсегда. Существование движения во вселенной является доказательством вечного существования движения. Время, как и движение, существует независимо от существования разума. Но обнаружить, увидеть время, возможно только обладая разумом, имеющим память и прогноз. Имеющееся у нас сознание живое, то есть оно существует благодаря существованию движения некоторых материальных субстанций. Но мы не ощущаем этой связи, и потому может возникнуть мнение, что время шло бы, даже при полном отсутствии движения. Но это недомыслие, при полном отсутствии движения ни времени, ни мысли нет. Ход времени необратим, обратное движение материи не прерывает и не обращает течения времени вспять. Время не имеет инвариантности, прошлое и будущее возможно только в одном единственном варианте. Мы имеем выбор действий, но можем выбрать только один вариант. Время идет равномерно, потому, что инерционное движение в пространстве равномерно. Можно воспринимать, отслеживать время, с различной скоростью, но само течение времени равномерно. Объективно существует только настоящий момент времени. Временного пространства нет. Временная шкала виртуальна. Материя, само плотное вещество, существует безвременно, как и пространство, а последовательность его вариаций расположения и есть время. Абсолютно плотная материя не имеет внутреннего движения, следовательно, и времени внутри абсолютно плотного вещества не существует. Например, в черной дыре. Для нас существует предельно малый промежуток времени, но для более тонкого микромира это целая эпоха. Как и для макромира наше время-неопределяемый миг.

Магнетизм и электричество. Эфир имеет линейную структуру, его потоки прямолинейны. Нарушения равномерности эфира называют полем. Поля имеют сферическую структуру. Поля образуются при взаимодействии эфира с большим скоплением материи, либо с их излучением. Взаимодействие излучений образует магнитное поле. Изотропное излучение эфира, взаимодействуя с излучением объекта образует магнитные силовые линии. Электрический ток составляют вращающиеся вокруг собственной оси частицы. Скорость их вращения определяет напряжение, их количество определяет силу тока. Направление вращения определяет полярность. Известные нам частицы микро мира являются сложными энерго системами имеющими ядро и орбитальное вещество. Их проницаемость эфиром не однородна. Минимальна в экваториальной плоскости, и максимальна по оси вращения. Это полностью согласуется с расположением магнитных силовых линий. Направление вращения орбитального вещества и ядра определяет полярность. Полностью эта тема еще не подготовлена к публикации, слишком сложно описать взаимосвязи частотного, гироскопического, эфирного и других эффектов взаимодействия частиц, но со временем и это решаемо. Отсутствие стройной теории, дающей познание физического устройства взаимодействия элементов микромира, породило отдельную науку - химию. Подменив отсутствующие знания экспериментом, химикам удалось обнаружить массу конкретных практических решений, накоплен богатейший опыт практической работы. Но физического понимания процессов микромира как не было, так и нет. Убежден, что выход на новый технологический уровень старым химическим способом, без понимания физики происходящих в микромире процессов невозможен, либо на порядок дольше.

Лалетин А.П. 7. 07. 2007.

Строение звезды.

В центре звезды находится черная дыра, то есть скопление выгоревшей материи, полностью остановившиеся фрагменты вещества. Внутренняя температура и энергия чд равна абсолютному нулю. Черная дыра (чд) обладает максимальной, то есть абсолютной плотностью вещества. Эфирные потоки не способны проникать сквозь ч д. На ее поверхности существует максимальная разница эфирного давления, которая разрушает любые орбитальные микро энергосистемы. Громадное количество выделяющейся лучевой энергии, внутри звезды на поверхности чд, пытается отбросить окружающее чд вещество. Но разница эфирного давления прижимает его внутрь звезды, к поверхности чд. В таком противоходе более тяжелые элементы располагаются ближе к центру, а легкие выталкиваются на поверхность. Поэтому, даже если основная масса звезды состоит из тяжелых элементов, внешний анализ покажет только гелий и водород. Существует много вариантов звезд, разная масса чд и различный состав оболочки в сочетании с разным временем существования создают широчайший спектр разновидностей. Когда в недрах звезды выгорают все тяжелые элементы, которые сдерживали лучевой разброс, то легкие элементы отбрасываются дальше от центра. Звезда увеличивается, но количество вещества касающегося поверхности чд уменьшается, энергии выделяется меньше. Со временем чд сожрет и эту разряженную оболочку, при отсутствии энергосодержащей материи на поверхности чд всякое излучение прекращается. Планета отличается от звезды тем, что в оболочке чд, находящейся в центре планеты, слишком много тяжелых элементов, а сама чд еще мала и процесс разрушения элементов на ее поверхности на много скромнее звездного, потому поверхность оболочки остывшая. Но со временем чд увеличивается, и количество выделяемой энергии увеличивается. Вспышки сверх новых звезд происходят в результате столкновения двух черных дыр. Поскольку существует много разновидностей оболочек и размеров чд, то и вспышки могут быть различны. По внешнему виду и спектру излучений вспышки можно установить характеристики виновников катаклизма. Если столкнулись две чд одинакового размера, то внешний вид взрыва будет копировать, как бы в замедленном и увеличенном виде прикосновение двух шаров, где точка соприкосновения будет самой яркой зоной, и далее по обоим шарам яркость будет убывать. Видна будет ось их полета до столкновения, линия от самой темной точки на одном шаре через самую яркую точку соприкосновения к темной точке на другом шаре, и яркая плоскость излучения из точки прикосновения перпендикулярная оси столкновения. Со временем в плоскости перпендикулярной оси столкновения может возникнуть яркое кольцо первичного выброса самой горячей плазмы. Разность размеров столкнувшихся чд будет отображена с фотографической точностью во внешнем виде вспышки. Существует множество вариантов столкновений чд, разная встречная скорость, разная масса, разного вида оболочки чд.

Все это отображается во внешнем виде вспышки. Космическая пустота и плотная материя были всегда, они никогда не появлялись и не исчезали. Свое начало и конец имеет каждая сложная энергосистема, но всеобщего начала никогда небыло, как не будет и конца. Процесс имеет несколько случайных вариантов, но достаточно однотипен и цикличен. Никогда вся материя не находилась в едином скоплении, если бы такое случилось, то так и осталось бы навсегда. Нечему было бы это нарушить. Не материально только пространство, все остальное имеет свою материальную массу.

Министерство науки, высшей школы и технической политики

Российской федерации

Саратовский ордена трудового красного знамени государственный

университет им. Н. Г. Чернышевского

РЕФЕРАТ ПО ФИЛОСОФИИ

соискателя звания к.ф.-м.н.

инженера кафедры физики твёрдого тела

Бабаяна Андрея Владимировича.

Тема: Пространство и время в физике.

г.Саратов - 1994 г.

ВВЕДЕНИЕ 2

1. Развитие пространственно-временных представлений

в классической механике 3

2. Пространство и время в теории относительности

Альберта Эйнштейна 8

2.1. Специальная теория относительности 8

2.2. Пространство и время в общей теории

относительности и релятивистской

космологии 10

3. Пространство и время в физике микромира 15

3.1. Пространственно-временные представления

квантовой механики 15

3.2. Прерывность и непрерывность пространства и

времени в физике микромира 18

3.3. Проблема макроскопичности пространства и

времени в микромире 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23

ЛИТЕРАТУРА 24

ВВЕДЕНИЕ.

Диалектический материализм исходит из того, что "в мире

нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не

может двигаться иначе, как в пространстве и во времени"(*).

Пространство и время, следовательно, выступают фундаментальными

формами существования материи. Классическая физика

рассматривала пространственно - временной континуум как

универсальную арену динамики физических объектов. Однако

развитие неклассической физики (физики элементарных частиц,

квантовой физики и др.) выдвинуло новые представления о

пространстве и времени. Оказалось, что эти категории неразрывно

связаны между собой. Возникли разные концепции: согласно одним,

в мире вообще ничего нет, кроме пустого искривленного

пространства, а физические объекты являются только проявлениями

этого пространства. Согласно другим, пространство и время

присущи лишь макроскопическим объектам.

Как видно, современная физика настолько разрослась и

потеряла единство, что в ее различных разделах существуют прямо

противоположные утверждения о природе и статусе пространства и

времени. Этот факт требует тщательного исследования, так как

может показаться, что представления современной физики

противоречат фундаментальным положениям диалектического

материализма.

Правда, следует отметить, что в современной физике речь

идет о пространстве и времени как о физических понятиях, как о

конкретных математических структурах, наделенных

соответствующими семантическими и эмпирическими интерпретациями

в рамках оределённых теорий, и что выяснение макроскопичности

подобных структур не имеет прямого отношения к положению

диалектического материализма об универсальности пространства и

времени, так как в этом речь идет уже о философских категориях.

Начинать исследование целесообразно с представлений

античной натурфилософии, анализируя затем весь процесс развития

пространственно - временных представлений вплоть до наших дней.

ДДДДДДДДД

(*) Ленин В.И. ПСС, т. 18, с. 181.

1. РАЗВИТИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО - ВРЕМЕННЫХ

ПРЕДСТАВЛЕНИЙ В КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ.

В анализе античных доктрин о пространстве и времени

остановимся на двух: атомизме Демокрита и системе Аристотеля.

Атомистическая доктрина была развита материалистами

Древней Греции Левкиппом и Демокритом. Согласно этой доктрины,

всё природное многообразие состоит из мельчайших частичек

материи (атомов), которые двигаются, сталкиваются и

сочетаются в пустом пространстве. Атомы (бытие) и пустота (

небытие) являются первоначалами мира. Атомы не возникают и не

уничтожаются, их вечность проистекает из безначальности

времени. Атомы двигаются в пустоте бесконечное время.

Бесконечному пространству соответствует бесконечное время.

Сторонники этой концепции полагали, что атомы физически

неделимы в силу плотности и отсутствия в них пустоты. Множество

атомов, которые не разделяются пустотой, превращаются в один

большой атом, исчерпывающий собой мир.

Сама же концепция была основана на атомах, которые в

сочетании с пустотой образуют всё содержание реального мира. В

основе этих атомов лежат амеры (пространственный минимум

материи). Отсутствие у амеров частей служит критерием

математической неделимости. Атомы не распадаются на амеры, а

последние не существуют в свободном состоянии. Это совпадает с

представлениями современной физики о кварках.

Характеризуя систему Демокрита как теотию структурных

уровней материи - физического (атомы и пустота) и

математического (амеры), мы сталкиваемся с двумя

пространствами: непрерывное физическое пространство как

вместилище и математическое пространство, основанное на амерах

как масштабных единицах протяжения материи.

В соответствии с атомистической концепцией пространства

Демокрит решал вопросы о природе времени и движения. В

дальнейшем они были развиты Эпикуром в систему. Эпикур

рассмотривал свойства механического движения исходя из

дискретного характера пространства и времени. Например,

свойство изотахии заключается в том, что все атомы движутся с

одинаковой скоростью. На математическом уровне суть изотахии

состоит в том, что в процессе перемещения атомы проходят один

"атом" пространства за один "атом" времени.

Таким образом, древнегреческие атомисты различали два типа

пространства и времени. В их представлениях были реализованы

субстанциальная и атрибутивная концепции.

Аристотель начинает анализ с общего вопроса о

существовании времени, затем трансформирует его в вопрос о

существовании делимого времени. Дальнейший анализ времени

ведётся Аристотелем уже на физическом уровне, где основное

внимание он уделяет взаимосвязи времени и движения. Аристотель

показывает. что время немыслимо, не существует без движения, но

оно не есть и само движение.

В такой модели времени реализована реляционная концепция.

Измерить время и выбрать единицы его измерения можно с помощью

любого периодического движения, но, для того чтобы полученная

величина была универсальной, необходимо использовать движение с

максимальной скоростью. В современной физике это скорость

света, в античной и средневековой философии - скорость движения

небесной сферы.

Пространство для Аристотеля выступает в качестве некоего

отношения предметов материального мира, оно понимается как

Механика Аристотеля функционировала лишь в его модели

мира. Она была построена на очевидных явлениях земного мира. Но

это лишь один из уровней космоса Аристотеля. Его

космологическая модель функционировала в конечном неоднородном

пространстве, центр которого совпадал с центром Земли. Космос

был разделен на земной и небесный уровни. Земной состоит из

четырёх стихий - земли, воды, воздуха и огня; небесный - из

эфирных тел, пребывающих в бесконечном круговом движении.

Эта модель просуществовала около двух тысячелетий.

Однако в системе Аристотеля были и другие положения,

которые оказались более жизнеспособными и во многом определили

развитие науки вплоть до настоящего времени. Речь идёт о

логическом учении Аристотеля на основе которого были

разработаны первые научные теории, в частности геометрия

В геометрии Евклида наряду с определениями и аксиомами

встечаются и постулаты, что свойственно больше физике, чем

арифметике. В постулатах сформулированы те задачи, которые

считались решёнными. В таком подходе представлена модель

теории, которая работает и сегодня: аксиоматическая система и

эмпирический базис связываются операционными правилами.

Геометрия Евклида является первой логической системой понятий,

трактующих поведение каких-то природных объектов. Огромной

заслугой Евклида является выбор в качестве объектов теории

твёрдого тела и световых лучей.

Г.Галилей вскрыл несостоятельность аристотелевской картины

мира как в эмпирическом, так и в теоретико-логическом плане. С

помощью телескопа он наглядно показал насколько глубоки были

революционные представления Н. Коперника, который развил

гелиоцентрическую модель мира. Первым шагом развития теории

1. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов

которого находится Солнце.

2. Площадь сектора орбиты, описуваемая радиус-вектором планеты,

изменяется пропорционально времени.

3. Квадраты времён обращения планет вокруг Солнца относятся как

кубы их средних расстояний от Солнца.

Галилей, Декарт и Ньютон рассматривали различные сочетания

концепций пространства и инерции: у Галилея признаётся пустое

пространство и круговое инерциальное движение, Декарт дошёл до

идеи прямолинейного инерциального движения, но отрицал пустое

пространство, и только Ньютон объединил пустое пространство и

прямолинейное инерциальное движение.

Для Декарта не характерен осознанный и систематический

учёт относительности движения. Его представления ограничены

рамками геометризации физических объектов, ему чужда

ньютоновская трактовка массы как инерциального сопротивления

изменению. Для Ньютона же характерна динамическая трактовка

массы, и в его системе это понятие сыграло основопологающую

роль. Тело сохраняет для Декарта состояние движения или покоя,

ибо это требуется неизменностью божества. То же самое

достоверно для Ньютона вследствие массы тела.

Понятия пространства и времени вводятся Ньютоном на

Марк Ван Раамсдонк (Mark Van Raamsdonk) физик, Университет Британской Колумбии, Ванкувер, Канада Представьте себе, однажды вы просыпаетесь и понимаете, что живете внутри компьютерной игры. Если это так, тогда все вокруг, весь трехмерный мир - это всего лишь иллюзия, информация, закодированная на двумерной поверхности.

Это сделало бы нашу Вселенную с ее тремя пространственными измерениями, своего рода голограммой, источник которой находится в низших измерениях.

Этот «голографический принцип» довольно необычен для теоретической физики. Но Ван Раамсдонк является членом небольшой группы исследователей, которые считают, что это вполне нормально. Просто ни один из столпов современной физики: ни общая теория относительности, которая описывает гравитацию как искривление пространства и времени, ни квантовая механика, не могут объяснить существование пространства и времени. Даже теория струн, описывающая элементарные нити энергии, не может этого сделать.

Ван Раамсдонк и его коллеги убеждены, что необходимо дать конкретное представление понятий пространства и времени, пусть даже такое во многом нелепое, как голография. Они утверждают, что радикальное переосмысление реальности является единственным способом объяснить, что происходит, когда бесконечно плотная сингулярность в центре черной дыры искажает пространство-время до неузнаваемости. Оно так же поможет объединить квантовую теорию и общую теорию относительности, а этого теоретики пытаются добиться уже не одно десятилетие.

Все наши опыты свидетельствуют о том, что вместо двух полярных концепций реальности, должна быть найдена одна всеобъемлющая теория.

Гравитация как термодинамика

Но ради чего все эти попытки? И как найти то самое «сердце» теоретической физики?

Ряд поразительных открытий, сделанных в начале 1970-х годов, натолкнули на мысль, что квантовая механика и гравитация тесно связаны с термодинамикой.

В 1974 году Стивен Хокинг из Кембриджского университета в Великобритании показал, что квантовые эффекты в космосе вокруг черной дыры могут привести к выбросу излучения высокой температуры. Другие физики быстро отметили, что это явление является довольно общим. Даже в совершенно пустом пространстве астронавт, испытывающий ускорение, будет ощущать вокруг себя тепло. Эффект слишком мал, чтобы его можно было заметить в случае с космическим кораблем, но само по себе предположение казалось фундаментальным. И если квантовая теория и общая теория относительности правильны (что подтверждается экспериментами), то излучение Хокинга действительно существует.

За этим последовало второе ключевое открытие. В стандартной термодинамике объект может излучать тепло только за счет уменьшения энтропии, меры количества квантовых состояний внутри него. То же самое и с черными дырами; еще до появления доклада Хокинга в 1974 году Джейкоб Бекенштейн (Jacob Bekenstein), который в настоящее время работает в Еврейском университете в Иерусалиме, предположил, что черные дыры обладают энтропией. Но есть разница. В большинстве объектов энтропия пропорциональна числу атомов объекта, а значит и объему. Но энтропия черной дыры пропорциональна площади ее горизонта событий, границы, из которой даже свет не может вырваться. Как будто в этой поверхности закодирована информация о том, что внутри (прям как двумерные голограммы кодируют трехмерное изображение).

В 1995 году Тед Джекобсон (Ted Jacobson), физик из Мэрилендского университета в Колледж-Парке, скомбинировал эти два открытия и предположил, что каждая точка в пространстве находится на крошечном «горизонте черной дыры», который также подчиняется пропорции энтропия-площадь. Даже уравнения Эйнштейна удовлетворяют этому условию (естественно, физик оперировал термодинамическими понятиями, а не пространством-временем).

«Возможно, это позволит нам узнать больше о происхождении гравитации», - говорит Якобсон. Законы термодинамики являются статистическими, поэтому его результат позволяет предположить, что гравитация - явление также статистическое (макроскопическое приближение к невидимым компонентам пространства-времени).

В 2010 году эта идея шагнула еще дальше. Эрик Верлинде (Erik Verlinde), специалист по теории струн из университета Амстердама, предположил, что статистическая термодинамика пространственно-временных составляющих могла дать толчок закону Ньютона о гравитационном притяжении.

В другой работе Тану Падманабан (Thanu Padmanabhan), космолог из Межвузовского центра астрономии и астрофизики в Пуне, показал, что уравнения Эйнштейна можно переписать в форме, идентичной законам термодинамики, как и многие другие альтернативные теории тяжести. В настоящее время Падманабан работает над обобщением термодинамического подхода, пытаясь объяснить происхождение и величину темной энергии, таинственной космической силы, ускоряющей расширение Вселенной.

Подобные идеи проверить эмпирически крайне сложно, но не невозможно. Чтобы понять, состоит ли пространство-время из отдельных компонентов, можно провести наблюдение за задержкой фотонов высоких энергий, путешествующих к Земле от далеких космических объектов, таких как сверхновые и γ-всплески.

Сверхновые - звезды, блеск которых увеличивается на десятки звездных величин за сутки. В течение малого периода времени взрывающаяся сверхновая может быть ярче, чем все звезды ее родной галактики.
Существует два типа cверхновых: Тип I и Тип II. Считается, что Тип II является конечным этапом эволюции одиночной звезды с массой М*=10±3Мsun. Тип I связан, по-видимому, с двойной системой, в которой одна из звезд белый карлик, на который идет аккреция со второй звезды.

Гамма-всплески - выбросы гамма-излучения, связанные с самыми высокоэнергетическими взрывами. Изначальное гамма-излучение испускается в течение времени от десятка миллисекунд до нескольких минут, за ним следует послесвечение на более длинных волнах.
Большая часть гамма-всплесков связана с образованием нейтронных звезд и черных дыр после взрывов сверхновых, самые короткие всплески возникают при столкновении двух нейтронных звезд.

В апреле Джованни Амелино-Камелия (Giovanni Amelino-Camelia), исследователь квантовой гравитации из Римского Университета, и его коллеги обнаружили намеки именно на подобные задержки фотонов, идущих от γ-всплеска. Как говорит Амелино-Камелия, результаты не являются окончательными, но группа планирует расширить свои поиски, чтобы зафиксировать время движения нейтрино высоких энергий, создаваемых космическими событиями.

Джованни Амелино-Камелия (Giovanni Amelino-Camelia) исследователь квантовой гравитации, Римский Университет Если теория не может быть проверена, то наука для меня не существует. Она превращается в религиозные убеждения, которые не представляют для меня никакого интереса.

Другие физики концентрируются на лабораторных испытаниях. В 2012 году, например, исследователи из Венского университета и Имперского колледжа Лондона провели настольный эксперимент, в котором микроскопические зеркала перемещаются при помощи лазеров. Они утверждали, что пространство-время в Планковском масштабе приведет к изменению света, отраженного от зеркала.

Петлевая квантовая гравитация

Даже если термодинамический подход верен, он все равно ничего не говорит о фундаментальных составляющих пространства и времени. Если пространство-время представляет собой ткань, то каковы ее нити?

Один из возможных ответов вполне буквален. Теория петлевой квантовой гравитации, которую выдвинул в середине 1980-х Аштекар и его коллеги, описывает ткань пространства-времени как растущую паутину из нитей, которые несут информацию о квантованных площадях и объемах областей, через которые они проходят. Отдельные нити сети должны, в конечном итоге, образовывать петли. Отсюда и название теории. Правда, она не имеет ничего общего с гораздо более известной теорией струн. Последние движутся вокруг пространства-времени, тогда как нити и есть пространство-время, а информация, которую они несут, определяет форму пространственно-временной ткани вокруг них.

Петли - это квантовые объекты, однако, они также определяют минимальную единицу площади и, во многом, таким же образом, как и обычная квантовая механика определяют минимальную энергию электрона в атоме водорода. Попытайтесь вставить дополнительные нити меньшей площади, и они просто отсоединятся от остальной сети и не смогут больше связаться ни с чем.

Они как бы выпадают из пространства-времени.

Петлевая квантовая гравитация
На видео показано, как пространство развивается в петлевой квантовой гравитации. Цвета граней тетраэдров указывают на масштаб области в данной точке в конкретный момент времени.

Минимальная площадь хороша тем, что петлевая квантовая гравитация не может сжать бесконечное количество кривых в бесконечно малую точку. Это означает, что она не может привести к тем особенностям, когда уравнения Эйнштейна рушатся: в момент Большого Взрыва или в центре черных дыр.

Воспользовавшись этим фактом, в 2006 году Аштекар и его коллеги представили серию моделей, в которых повернули время вспять и продемонстрировали то, что было до Большого взрыва. По мере приближения к фундаментальному пределу размера, продиктованному петлевой квантовой гравитацией, сила отталкивания раскрыла и зафиксировала сингулярность открытой, превратив ее в туннель к космосу, предшествующему нашему.

В этом году Родольфо Гамбини (Rodolfo Gambini) из Республиканского Университета Уругвая в Монтевидео и Хорхе Пуйин (Jorge Pullin) из Университета Луизианы в Батон-Руж представили аналогичные модели, но уже для черной дыры. Если двигаться глубоко в сердце черной дыры, то можно обнаружить не сингулярность, а тонкий пространственно-временной туннель, ведущий в другую часть космоса.

Абэй Аштекар (Abhay Ashtekar) физик, Университет штата Пенсильвания, Юниверсити-Парк, штат Пенсильвания Очень важно избавиться от проблемы сингулярности.

Петлевая квантовая гравитация не является полноценной теорией, так как она не содержит никаких других сил. Кроме того, физикам еще предстоит показать, как «получилось» обычное пространство-время из информационной сети. Но Даниэле Орити (Daniele Oriti), физик из Института гравитационной физики Макса Планка в Гольме, надеется найти вдохновение в работе ученых, представивших экзотические фазы материи, которая совершает переходы, описанные квантовой теорией поля. Орити и его коллеги ищут формулы для описания того, как Вселенная могла бы проходить аналогичные фазы от набора дискретных петель к плавному и непрерывному пространству-времени.

Причинный ряд

Разочарования заставили некоторых исследователей придерживаться минималистской программы, известной как теория причинного ряда. Основанная Рафаэлем Соркиным (Rafael Sorkin), теория постулирует, что строительные блоки пространства-времени - это простые математические точки, связанные либо с прошлым, либо с будущим.

Это «скелетное» представление причинности, которая утверждает, что более раннее событие может повлиять на более позднее, но не наоборот. В результате сеть как растущее дерево превращается в пространство-время.

Рафаэль Соркин (Rafael Sorkin) физик, Институт Теоретической Физики «Периметр» в Ватерлоо, Канада Пространство появляется из точки так же, как температура выходит из атома. Нет смысла говорить об одном атоме, значение заключено в их большом количестве.

В конце 1980-х Соркин использовал эту структуру, чтобы представить число точек, которое должна включать Вселенная, и пришел к выводу, что они должны быть причиной малой внутренней энергии, которая ускоряет расширение Вселенной. Несколько лет спустя открытие темной энергии подтвердило его догадку. "Люди часто думают, что квантовая гравитация не может сделать проверяемых предсказаний, но здесь именно тот случай", - говорит Джо Хенсон, исследователь квантовой гравитации из Имперского колледжа в Лондоне. " Если значение темной энергии было бы больше или его не было бы совсем, тогда теория причинного ряда была бы исключена".

Едва ли найдутся доказательства, однако теория причинного ряда предложила несколько других возможностей, которые можно было бы проверить. Некоторые физики обнаружили, что гораздо удобнее использовать компьютерное моделирование. Идея, появившаяся в начале 1990-х, состоит в аппроксимации неизвестных фундаментальных составляющих крошечными кусочками обычного пространства-времени, оказавшимися в бурлящем море квантовых флуктуаций, и наблюдении за тем, как эти кусочки спонтанно соединяются в более крупные структуры.

Рената Лолл (Renate Loll) Первые попытки аппроксимации неизвестных фундаментальных составляющих крошечными кусочками обычного пространства-времени были неудачными. Строительные блоки пространства-времени были простыми гиперпирамидами, четырехмерные прототипы трехмерных тетраэдров, а предполагаемое соединение позволило им свободно комбинироваться. В результате получилась серия странных "вселенных", в которых было слишком много измерений (или слишком мало), часть из них существовала сама по себе, а часть разрушалась. Это была попытка показать то, что нас окружает

Причинная динамическая триангуляция

Причинная динамическая триангуляция использует только два аспекта: пространство и время. На видео показаны двумерные вселенные, порожденные частицей пространства, самоорганизованными в соответствии с квантовыми правилами. Каждый цвет представляет собой срез Вселенной в определенный момент времени после Большого взрыва, который изображен как крошечный черный шар.

Но, как утверждают Соркин, Лолл и ее коллеги, с добавлением причинности все изменилось.

Рената Лолл (Renate Loll) физик, Университет Неймегена, Нидерланды В конце концов, измерение времени не похоже на три измерения пространства. Мы не можем путешествовать назад и вперед во времени, поэтому визуализация была изменена с учетом причинности. Тогда мы обнаружили, что пространственно-временные кусочки начали собираться в четырехмерные вселенные со свойствами, подобными нашей

Интересно, что моделирование также намекает на то, что вскоре после Большого взрыва Вселенная прошла через младенческую фазу только с двумя измерениями: одно пространственное и одно временное. Это заключение было сделано независимо от попыток получить уравнения квантовой гравитации, и даже независимо от тех, кто полагает, что появление темной энергии является признаком того, что в нашей Вселенной появляется четвертое пространственное измерение.

Голография

Между тем, Ван Раамсдонк предложил совсем другое представление о появлении пространства-времени, основанное на голографическом принципе. Голограммоподобный принцип того, что у черных дыр вся энтропия находится на поверхности, был впервые представлен Хуаном Малдасеной (Juan Maldacena), приверженцем теории струн из Института Передовых Исследований в Принстоне. Он опубликовал свою модель голографической Вселенной в 1998 году. В этой модели трехмерный «интерьер» Вселенной включал в себя струны и черные дыры, управляемые исключительно силой тяжести, в то время как ее двумерная граница имела элементарные частицы и поля, подчинявшиеся обычным квантовым законам, а не гравитации.

Гипотетические жители трехмерного пространства никогда бы не увидели эту границу, потому что она была бы бесконечно далеко.

Но это никак не влияет на математику: все, что происходит в трехмерной Вселенной может быть одинаково хорошо описано уравнениями в случае двумерной границы, и наоборот.

В 2010 году Ван Раамсдонк объяснил запутывание квантовых частиц на границе. Это означает, что данные, полученные в одной части, неизбежно скажутся на другой. Он обнаружил, что если каждая частица запутывается между двух отдельных областей границы, она неуклонно движется к нулю, поэтому квантовая связь между ними исчезает, трехмерное пространство начинает постепенно делиться (как клетка) до тех пор, пока не порвется последняя связь.

Таким образом, трехмерное пространство делится снова и снова, в то время как двумерная граница остается «на связи». Ван Раамсдонк заключил, что трехмерная вселенная идет бок о бок с квантовой запутанностью на границе. Это означает, что, в некотором смысле, квантовая запутанность и пространство-время - это одно и то же.

Или, как выразился Малдасена: «Это говорит о том, что квант - явление фундаментальное, а пространство-время зависит от него».

Определяются в общем виде как фундам. структуры координации материальных объектов и их состояний: система отношений, отображающая координацию сосуществующих объектов (расстояния, ориентацию и т. д.), образует пространство, а система отношений, отображающая координацию сменяющих друг друга состояний или явлений (последовательность, длительность и т. д.), образует время. П. и в. являются организующими структурами разл. уровней физ. познания и играют важную роль в межуровневых взаимоотношениях. Они (или сопряжённые с ними конструкции) во многом определяют структуру (метрическую, топологическую и т. д.) фундам. физ. теорий, задают структуру эмпирич. интерпретации и верификации физ. теорий, структуру операциональных процедур (в основе к-рых лежат фиксации пространственно-временных совпадений в измерит. актах, с учётом специфики используемых физ. взаимодействий), а также организуют физ. картины мира. К такому представлению вёл весь историч. путь концептуального развития.

В наиб. архаичных представлениях П. и в. вообще не вычленялись из материальных объектов и процессов природы (в к-рой достаточно мирно уживались как естественные, так и сверхъестественные персонажи): разл. участки территории обитания наделялись разл. положит. и отрицат. качествами и силами в зависимости от присутствия на них разл. сакральных объектов (захоронения предков, тотемы, храмы и т. д.), а каждому движению было сопричастно своё время. Время также членилось на качественно разл. периоды, благоприятные или зловредные по отношению к жизнедеятельности древних социумов. Ландшафт и календарные циклы выступали запёчатлённым мифом. В дальнейшем развитии мифологич. картина мира стала функционировать в рамках циклич. времени; будущее всегда оказывалось возрождением сакрального прошлого. На страже этого процесса стояла жёсткая идеология (обряды, запреты, табу и т. д.), принципами к-рой нельзя было поступиться, ибо они были призваны не допускать никаких новаций в этот мир вечных повторений, а также отрицали историю и историч. время (т. е. линейное время). Такие представления можно рассматривать как архаичный прообраз модели неоднородного и неизотропного П. и в. Учитывая, что развитая мифология пришла к представлению о членении мира на уровни (первоначально на Небо, Землю и Подземный мир, с последующим выяснением "тонкой структуры" двух крайних уровней, напр. седьмое небо, круги ада), можно дать более ёмкое определение П. и в. мифологич. картины мира: циклич. структура времени и многослойный изоморфизм пространства (Ю. М. Лотман). Естественно, это всего лишь совр. реконструкция, в к-рой П. и в. уже абстрагированы от материальных объектов и процессов; что же касается человеческого познания, то оно к подобному абстрагированию пришло не в архаичной мифологии, а в рамках последующих форм обществ. сознания (монотеистич. религия, натурфилософия и т. д.).

Начиная с этого момента, П. и в. получают самостоят. статус в качестве фундам. фона, на к-ром разворачивается природных объектов. Такие идеализированные П. и в. часто даже подвергались обожествлению. В античной натурфилософии происходит рационализация мифо-религиозных представлений: П. и в. трансформируются в фундам. субстанции, в первооснову мира. С этим подходом связана субстанциальная концепция П. и в. Таковы, напр., пустота Демокрита или топос (место) Аристотеля - это разл. модификации концепции пространства как вместилища ("ящик без стенок" и т. д.). Пустота у Демокрита заполнена ато-мистич. материей, а у Аристотеля материя континуальна и заполняет пространство без разрывов - все места заняты. Т. о., аристотелево отрицание пустоты не означает отрицания пространства как вместилища. Субстанциальная концепция времени связана с представлением о вечности, некой неметризованной абс. длительности. Частное эмпирич. время рассматривалось как движущийся образ вечности (Платон). Это время получает числовую оформленность и метризуется с помощью вращения неба (или иных, менее универсальных, периодич. природных процессов) в системе Аристотеля; здесь время выступает уже не как фундам. субстанция, а как система отношений ("раньше", "позже", "одновременно" и т. д.) и реализуется реляционная концепция. Ей соответствует реляционная концепция пространства как система отношений материальных объектов и их состояний.

Субстанциальная и реляционная концепции П. и в. функционируют соответственно на теоретич. и эмпирич. (или умозрительном и чувственнопостигаемом) уровнях натурфилософских и естественнонауч. систем. В ходе человеческого познания происходит конкуренция и смена подобных систем, что сопровождается существенным развитием и изменением представлений о П. и в. Это достаточно чётко проявилось уже в античной натурфилософии: во-первых, в отличие от бесконечной пустоты Демокрита, пространство Аристотеля конечно и ограниченно, ибо сфера неподвижных звёзд пространственно замыкает космос; во-вторых, если пустота Демокрита является началом субстанциально-пассивным, лишь необходимым условием движения атомов, то эпос является началом субстанциально-активным и любое место наделено своей специфич. силой. Последнее характеризует динамику Аристотеля, на базе к-рой была создана геоцентрич. космологич. модель. Космос Аристотеля чётко разделён на земной (подлунный) и небесный уровни. Материальные объекты подлунного мира участвуют либо в прямолинейных естеств. движениях и движутся к своим естеств. местам (напр., тяжёлые тела устремляются к центру Земли), либо в вынужденных движениях, к-рые продолжаются, пока на них действует движущая сила. Небесный мир состоит из эфирных тел, пребывающих в бесконечном совершенном круговом естеств. движении. Соответственно в системе Аристотеля была развита матем. астрономия небесного уровня и качеств. физика (механика) земного уровня мира.

Ещё одно концептуальное достижение Древней Греции, к-рое определило дальнейшее развитие представлений о пространстве (и времени),- это геометрия Евклида, чьи знаменитые "Начала" были развиты в виде аксиоматич. системы и справедливо рассматриваются как древнейшая ветвь физики (А. Эйнштейн) и даже как космологич. теория [К. Поппер (К. Popper), И. Ла-катос (I. Lakatos)]. Картина мира Евклида отлична от аристотелевой и включает в себя представление об однородном и бесконечном пространстве. Евклидова геометрия (и оптика) не только сыграла роль концептуальной основы классич. механики, определив такие фундам. идеализированные объекты, как пространство, абсолютно твёрдый (самоконгруэнтный) стержень, геометризованный световой луч и т. д., но и явилась плодотворным матем. аппаратом (языком), с помощью к-рого были разработаны основы классич. механики. Начало классич. механики и сама возможность её построения были связаны с коперниканской революцией 16 в., в ходе к-рой гелиоцентрич. космос предстал как единая конструкция, без деления на качественно отличные небесный и земной уровни.

Дж. Бруно (G. Bruno) разрушил ограничивающую небесную сферу, поместил космос в бесконечное пространство, лишил его центра, заложил основу однородного бесконечного пространства, в рамках к-рого усилиями блестящей плеяды мыслителей [И. Кеплер (I. Kepler), Р. Декарт (R. Descartes), Г. Галилей (G. Galilei), И. Ньютон (I. Newton) и др.] была развита классич. механика. Уровня систематич. разработки она достигла в знаменитых "Математических началах натуральной философии" Ньютона, к-рый разграничивал в своей системе два типа П. и в.: абсолютные и относительные.

Абсолютное, истинное, матем. время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Абс. пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остаётся всегда одинаковым и неподвижным.

Такие П. и в. оказались парадоксальными с точки зрения здравого смысла и конструктивными на теоретич. уровне. Напр., концепция абс. времени парадоксальна потому, что, во-первых, рассмотрение течения времени связано с представлением времени как процесса во времени, что логически неудовлетворительно; во-вторых, трудно принять утверждение о равномерном течении времени, ибо это предполагает, что существует нечто контролирующее скорость потока времени. Более того, если время рассматривается "без всякого отношения к чему-либо внешнему", то какой смысл может иметь предположение, что оно течёт неравномерно?

Если же подобное предположение бессмысленно, то какое значение имеет условие равномерности течения? Конструктивный смысл абсолютных П. и в. стал проясняться в последующих логико-матем. реконструкциях ньютоновой механики, к-рые получили своё относит. завершение в аналитич. механике Лагранжа [можно отметить также реконструкции Д-Аламбера (D"Alambert), У. Гамильтона (W. Hamilton) и др.], в к-рой был полностью элиминирован геометризм "Начал" и механика предстала как раздел анализа. В этом процессе на первый план стали выступать представления о законах сохранения, принципах , инвариантности и т. д., к-рые позволили рассмотреть классич. физику с единых концептуальных позиций. Была установлена связь осн. законов сохранения с пространственно-временной симметрией [С. Ли (S. Lie), F. Клейн (F. Klein), Э. Нётер (Е. Noether)]: сохранение таких фундам. физ. величин, как энергия, импульс и угл. момент, выступает как следствие того, что П. и в. изотропны и однородны. Абсолютность П. и в., абс. характер длины и временных интервалов, а также абс. характер одновременности событий получили чёткое выражение в Галилея принципе относительности , к-рый можно сформулировать как принцип ковариантности законов механики относительно Галилея преобразований. Т. о., во всех инерциальных системах отсчёта равномерно течёт единое непрерывное абс. время и осуществляется абс. синхронизм (т. е. одновременность событий не зависит от системы отсчёта, она абсолютна), основой к-рого могли выступать лишь дальнодействующие мгновенные силы - эта роль в ньютоновой системе отводилась тяготению (всемирного тяготения закон ).Однако статус дальнодействия определяется не природой гравитации, а самой субстанциальной природой П. и в. в рамках механич. картины мира.

От абс. пространства Ньютон отличал протяжённость материальных объектов, к-рая выступает как их осн. свойство и есть пространство относительное. Последнее является мерой абс. пространства и может быть представлено как множество конкретных инерциальных систем отсчёта, находящихся в относит. движении. Соответственно и относит. время есть мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного матем. времени,- это час, день, месяц, год. Относит. П. и в. постигаемы чувствами, но они являются не перцептуальными, а именно эмпирич. структурами отношений между материальными объектами и событиями. Следует отметить, что в рамках эмпирич. фиксации были вскрыты нек-рые фундам. свойства П. и в., не отражённые на теоретич. уровне классич. механики, напр. трёхмерность пространства или необратимость времени.

Классич. механика до конца 19 в. определяла осн. направление науч. познания, к-рое отождествлялось с познанием механизма явлений, с редукцией любых явлений к механич. моделям и описаниям. Абсолютизации были подвергнуты и механич. представления о П. и в., к-рые были возведены на "Олимп априорности". В философской системе И. Канта (I. Kant) П. и в. стали рассматриваться как априорные (доопытные, врождённые) формы чувственного созерцания. Большинство философов и естествоиспытателей вплоть до 20 в. придерживались этих априористских воззрений, однако уже в 20-х гг. 19 в. были развиты разл. варианты неевклидовых геометрий [К. Гаусс (С. Gauss), H. И. Лобачевский, Я. Больяй (J. Bolyai) и др.], что связано с существенным развитием представлений о пространстве. Математиков давно интересовал вопрос о полноте аксиоматики евклидовой геометрии. В этом отношении наиб. подозрения вызывала аксиома о параллельных. Был получен поразительный результат: оказалось, что можно развить непротиворечивую систему геометрии, отказавшись от аксиомы о параллельных и допустив существование неск. прямых, параллельных данной и проходящих через одну точку. Представить себе такую картину крайне трудно, но учёные уже усвоили гносеологич. урок коперниканской революции - наглядность может быть связана с правдоподобностью, но не обязательно с истиной. Поэтому хотя Лобачевский и называл свою геометрию воображаемой, но поставил вопрос об эмпирич. определении евклидова или неевклидова характера физ. пространства. Б. Риман (В. Riemann) обобщил понятие пространства (куда как частные случаи вошли евклидово пространство и всё множество неевклидовых пространств), положив в его основу представление о метрике,- пространство есть трёхмерное многообразие, на к-ром можно аналитически задать разл. аксиоматич. системы, и геометрия пространства определяется с помощью шести компонент метрического тензора , заданных как ф-ции координат. Риман ввёл понятие кривизны пространства, к-рое может иметь положит., нулевое и отрицат. значения. В общем случае кривизна пространства не обязательно должна быть постоянной, а может меняться от точки к точке. На таком пути были обобщены не только аксиома о параллельных, но и др. аксиомы евклидовой геометрии, что привело к развитию неархимедовых, непаскалевых и др. геометрий, в к-рых пересмотру были подвергнуты многие фундам. свойства пространства, напр. его непрерывность, и т. д. Обобщению было подвергнуто также представление о размерности пространства: была развита теория N -мерных многообразий и стало возможным говорить даже о бесконечномерных пространствах.

Подобная разработка мощного матем. инструментария, существенно обогатившего представления о пространстве, сыграла важную роль в развитии физики 19 в. (многомерные фазовые пространства, экстремальные принципы и т. д.), для к-рой были характерны значит. достижения и в концептуальной сфере: в рамках получило явное выражение [У. Томсон (W. Thomson), Р. Клаузиус (R. Clausius) и др.] представление о необратимости времени - закон возрастания энтропии (второе начало термодинамики), а с Фарадея - Максвелла в физику вошли представления о новой реальности - поле, о существовании привилегиров. системы отсчёта, к-рая неразрывно связана с материализов. аналогом абс. пространства Ньютона, с неподвижным эфиром и т. д. Однако неизмеримо более плодотворными оказались матем. новации 19 в. в революц. преобразованиях физики 20 в.

Революция в физике 20 в. ознаменовалась разработкой таких неклассич. теорий (и соответствующих физ. исследовательских программ), как частная (специальная) и общая теории относительности (см. Относительности теория. Тяготение), квантовая механика, квантовая теория поля , релятивистская космология и др., для к-рых характерно существенное развитие представлений о П. и в.

Теория относительности Эйнштейна была создана как электродинамика движущихся тел, в основу к-рой были положены новый принцип относительности (относительность обобщалась с механич. явлений на явления эл--магн. и оптические) и принцип постоянства и предельности с в пустоте, не зависящей от состояния движения излучающего тела. Эйнштейн показал, что операциональные приёмы, с помощью к-рых устанавливается физ. содержание евклидова пространства в классич. механике, оказались неприменимыми к процессам, протекающим со скоростями, соизмеримыми со скоростью света. Поэтому он начал построение электродинамики движущихся тел с определения одновременности, используя световые сигналы для синхронизации часов. В теории относительности понятие одновременности лишено абс. значения и становится необходимым развить соответствующую теорию преобразования координат (х, у, z )и времени (t ) при переходе от покоящейся системы отсчёта к системе, равномерно и прямолинейно движущейся относительно первой со скоростью u . В процессе развития этой теории Эйнштейн пришёл к формулировке Лоренца преобразований :

Была выяснена необоснованность двух фундам. положений о П. и в. в классич. механике: промежуток времени между двумя событиями и расстояние между двумя точками твёрдого тела не зависят от состояния движения системы отсчёта. Поскольку скорость света одинакова во всех системах отсчёта, то от этих положений приходится отказаться и сформировать новые представления о П. и в. Если преобразования Галилея классич. механики основывались на допущении существования операциональных сигналов, распространяющихся с бесконечной скоростью, то в теории относительности операциональные световые сигналы обладают конечной макс. скоростью с и этому соответствует новый сложения скоростей закон ,в к-ром в явной форме запечатлена специфика предельно быстрого сигнала. Соответственно сокращение длины и замедление времени носят не динамич. характер [как это представляли X. Лоренц (Н. Lorentz) и Дж. Фицджеральд (G. Fitzgerald) при объяснении отрицат. результата Майкелъсона опыта] и не являются следствием специфики субъективного наблюдения, а выступают элементами новой релятивистской концепции П. и в.

Абс. пространство, единое время для разл. систем отсчёта, абс. скорость и т. д. потерпели фиаско (даже от эфира отказались), были выдвинуты их относит. аналоги, что, собственно, и определило назв. теории Эйнштейна - "теория относительности". Но новизна пространственно-временных представлений этой теории не исчерпывалась выявлением относительности длины и временного промежутка,- не менее важным было выяснение равноправности пространства и времени (они равноправно входят в преобразования Лоренца), а в дальнейшем - и инвариантности пространственно-временного интервала .Г. Минковский (Н. Minkowski) вскрыл органич. взаимосвязь П. и в., к-рые оказались компонентами единого четырёхмерного континуума (см. Минковского пространство-время ).Критерий объединения относит. свойств П. и в. в абс. четырёхмерное многообразие характеризуется инвариантностью четырёхмерного интервала (ds): ds 2 = c 2 dt 2 - dx 2 - dy 2 - dz 2 . Соответственно Минковский вновь переносит акцент с относительности на абсолютность ("постулат абс. мира"). В свете этого положения становится ясным несостоятельность часто встречающегося утверждения, что при переходе от классич. физики к частной теории относительности произошла смена субстанциальной (абсолютной) концепции П. и в. на реляционную. В действительности имел место иной процесс: на теоретич. уровне произошла смена абс. пространства и абс. времени Ньютона на столь же абсолютное четырёхмерное пространственно-временное многообразие Минковского (это субстанциальная концепция), а на эмпирич. уровне на смену относит. пространству и относит. времени механики Ньютона пришли реляционное П. и в. Эйнштейна (реляционная модификация атрибутивной концепции), основанные на совершенно иной эл--магн. операциональности.

Частная теория относительности была лишь первым шагом, ибо новый принцип относительности был приложим лишь к инерциальным системам отсчёта. След. шагом была попытка Эйнштейна распространить этот принцип на системы равноускоренные и вообще на весь круг неинерциальных систем отсчёта - так родилась общая теория относительности. По Ньютону, неинерци-альные системы отсчёта движутся ускоренно относительно абс. пространства. Ряд критиков концепции абс. пространства [напр., Э. Max (E. Mach)] предложили рассматривать такое ускоренное движение по отношению к горизонту удалённых звёзд. Тем самым наблюдаемые массы звёзд становились источником инерции. Эйнштейн дал иное толкование этому представлению, исходя из принципа эквивалентности, согласно к-рому неинерциальные системы локально неотличимы от поля тяготения. Тогда если инерция обусловлена массами Вселенной, а поле сил инерции эквивалентно гравитац. полю, проявляющемуся в геометрии пространства-времени, то, следовательно, массы определяют и саму геометрию. В этом положении чётко обозначился существенный сдвиг в трактовке проблемы ускоренного движения: принцип Маха об относительности инерции трансформирован Эйнштейном в принцип относительности геометрии пространства-времени. Принцип эквивалентности носит локальный характер, но он помог Эйнштейну сформулировать осн. физ. принципы, на к-рых базируется новая теория: гипотезы о геометрич. природе гравитации, о взаимосвязи геометрии пространства-времени и материи. Кроме этого, Эйнштейн выдвинул ряд матем. гипотез, без к-рых невозможно было бы вывести гравитац. ур-ния: пространство-время четырёхмерно, его структура определяется симметричным метрич. тензором, ур-ния должны быть инвариантными относительно группы преобразований координат. В новой теории пространство-время Минковского обобщается в метрику искривлённого пространства-времени Римана: где - квадрат

расстояния между точками и- дифференциалы координат этих точек, а- нек-рые ф-ции координат, составляющие фундам, метрич. тензор, и определяют геометрию пространства-времени. Принципиальная новизна подхода Эйнштейна к пространству-времени заключается в том, что ф-ции являются не только компонентами фундам. метрич. тензора, ответственного за геометрию пространства-времени, но одновременно и потенциалами гравитац. поля в осн. ур-нии общей теории относительности: = -(8pG /с 2), где - тензор кривизны, R - скалярная кривизна,- метрич. тензор, - тензор энергии-импульса, G - гравитационная постоянная . В этом ур-нии выявлена связь материи с геометрией пространства-времени.

Общая теория относительности получила блестящее эмпирич. подтверждение и послужила основой последующего развития физики и космологии на базе дальнейшего обобщения представлений о П. и в., выяснения их сложной структуры. Во-первых, сама операция геометризации тяготения породила целое направление в физике, связанное с геометризованными едиными теориями поля. Осн. идея: если искривление пространства-времени описывает гравитацию, то введение более обобщённого риманова пространства с повышенной размерностью, с кручением, с многосвязностью и т. д. даст возможность для описания иных полей (т. н. градиент-но-инвариантная теория Вейля, пятимерная Калуцы - Клейна теория и др.). В 20-30-е гг. обобщения пространства Римана затрагивали в основном метрич. свойства пространства-времени, однако в дальнейшем речь пошла уже о пересмотре топологии [геометродинамика Дж. Уилера (J. Wheeler)], а в 70-80-е гг. физики пришли к выводу, что калибровочные поля глубоко связаны с геометрич. концепцией связности на расслоённых пространствах (см. Расслоение -)на этом пути достигнуты впечатляющие успехи, напр. в единой теории эл--магн. и - теории электрослабых взаимодействий Вайнберга - Глэшоу - Салама (S. Weinberg, Sh. L.Glashaw, A. Salam), к-рая построена в русле обобщения квантовой теории поля.

Общая теория относительности является основой совр. релятивистской космологии. Непосредственное применение общей теории относительности ко Вселенной даёт неимоверно сложную картину космич. пространства-времени: материя во Вселенной сосредоточена в основном в звёздах и их скоплениях, к-рые распределены неравномерно и соответствующим образом искривляют пространство-время, оказывающееся неоднородным и неизотропным. Это исключает возможность практич. и матем. рассмотрения Вселенной как целого. Однако ситуация меняется по мере продвижения к крупномасштабной структуре пространства-времени Вселенной: распределение скоплений галактик оказывается в среднем изотропным, реликтовое характеризуется однородностью и т. д. Всё это оправдывает введение космологич. постулата об однородности и изотропности Вселенной и, следовательно, понятия мирового П. и в. Но это не абс. П. и в. Ньютона, к-рые, хотя тоже были однородными и изотропными, но в силу евклидова характера имели нулевую кривизну. В применении к неевклидову пространству условия однородности и изотропности влекут постоянство кривизны, и здесь возможны три модификации такого пространства: с нулевой, отрицат. и положит. кривизной. Соответственно в космологии был поставлен очень важный вопрос: конечна или бесконечна Вселенная?

Эйнштейн столкнулся с этой проблемой при попытке построить первую космологич. модель и пришёл к выводу, что общая теория относительности несовместима с допущением бесконечности Вселенной. Он разработал конечную и статичную модель Вселенной - сферич. Вселенная Эйнштейна. Речь идёт не о привычной и наглядной сфере, к-рую можно часто наблюдать в обыденной жизни. Напр., мыльные пузыри или мячи сферичны, но они являются образами двумерных сфер в трёхмерном пространстве. А Вселенная Эйнштейна представляет собой трёхмерную сферу - замкнутое в себе неевклидово трёхмерное пространство. Оно является конечным, хотя и безграничным. Такая модель существенно обогащает наши представления о пространстве. В евклидовом пространстве бесконечность и неограниченность были единым нерасчленённым понятием. На самом деле это разные вещи: бесконечность является метрич. свойством, а неограниченность - топологическим. У Вселенной Эйнштейна нет границ, и она является всеобъемлющей. Более того, сферич. Вселенная Эйнштейна конечна в пространстве, но бесконечна во времени. Но, как выяснилось, стационарность вступала в противоречие с общей теорией относительности. Стационарность пытались спасти разл. методами, что повлекло развитие ряда оригинальных моделей Вселенной, однако решение было найдено на пути перехода к нестационарным моделям, к-рые впервые были развиты А. А. Фридманом. Метрич. свойства пространства оказались изменяющимися во времени. В космологию вошла диалектич. идея развития. Выяснилось, что Вселенная расширяется [Э. Хаббл (Е. Hubble)]. Это вскрыло совершенно новые и необычные свойства мирового пространства. Если в классич. пространственно-временных представлениях разбегание галактик интерпретируется как их движение в абс. ньютоновом пространстве, то в релятивистской космологии это явление оказывается результатом нестационарности метрики пространства: не галактики разлетаются в неизменном пространстве, а расширяется само пространство. Если экстраполировать это расширение "вспять" во времени, то получается, что наша Вселенная была "стянута в точку" прибл. 15 млрд. лет назад. Совр. наука не знает, что происходило в этой нулевой точке t = О, когда материя была спрессована в критич. состояние с бесконечной и бесконечной была кривизна пространства. Бессмысленно задавать вопрос, что было до этой нулевой точки. Такой вопрос осмыслен D применении к ньютонову абс. времени, а в релятивистской космологии работает иная модель времени, в к-рой в момент t =0 возникает не только стремительно расширяющаяся (или раздувающаяся) Вселенная (Большой взрыв), но и само время. Совр. физика всё ближе подходит в своём анализе к "нулевому моменту", реконструируются реалии, имевшие место через секунду и даже доли секунды после Большого взрыва. Но это уже область глубокого микромира, где не работает классич. (неквантовая) релятивистская космология, где вступают в силу квантовые явления, с к-рыми связан другой путь развития фундам. физики 20 в. со своими специфич. представлениями о П. и в.

В основе этого пути развития физики лежало открытие М. Планком (М. Planck) дискретности процесса испускания света: в физике появился новый "атом" - атом действия, или квант действия, эрг·с, к-рый стал новой мировой константой. Мн. физики [напр., А. Эддингтон (A. Eddington)] с момента появления кванта подчёркивали загадочность его природы: он неделим, но не имеет границ в пространстве, он как бы заполняет собой всё пространство, и не ясно, какое место следует отнести ему в пространственно-временной схеме мироздания. Место кванта было чётко выяснено в квантовой механике, вскрывшей закономерности атомного мира. В микромире становится бессодержательным понятие пространственно-временной траектории частицы (обладающей как корпускулярными, так и волновыми свойствами), если под траекторией понимается классич. образ линейного континуума (см. Причинность ).Поэтому в первые годы развития квантовой механики её создатели делали осн. упор на вскрытие того факта, что она не даёт описания движения атомных частиц в пространстве и времени и ведёт к полному отказу от привычного пространственно-временного описания. Выявилась необходимость пересмотра пространственно-временных представлений и лапласов-ского детерминизма классич. физики, ибо является принципиально статистич. теорией и ур-ние Шрёдингера описывает амплитуду вероятности нахождения частицы в данной пространственной области (расширяется и само понятие пространственных координат в квантовой механике, где они изображаются операторами) . В квантовой механике было вскрыто наличие принципиального ограничения точности при измерениях на малых расстояниях параметров микрообъектов, обладающих энергией порядка той, к-рая вносится в процессе измерения. Это обусловливает необходимость наличия двух дополняющих друг друга эксперим. установок, к-рые в рамках теории формируют два дополнительных описания поведения микрообъектов: пространственно-временное и импульс-но-энергетическое. Любое повышение точности определения пространственно-временной локализации квантового объекта сопряжено с повышением неточности в определении его импульсно-энергетич. характеристик. Неточности измеряемых физ. параметров образуют неопределённостей соотношения : . Важно, что указанная дополнительность содержится и в самом матем. формализме квантовой механики, определяя дискретность фазового пространства.

Квантовая механика была положена в основу бурно развивающейся физики элементарных частиц, в к-рой представления о П. и в. столкнулись с ещё большими трудностями. Оказалось, что микромир является сложной многоуровневой системой, на каждом уровне к-рой господствуют специфич. виды взаимодействий и характерные специфич. свойства пространственно-временных отношений. Область доступных в эксперименте микроскопич. интервалов условно можно поделить на четыре уровня: уровень молекулярно-атомных явлений (10 -6 см < Dx < 10 -11 см); уровень релятивистских квантовоэлектродинамич. процессов; уровень элементарных частиц; уровень ультрамалых масштабов ( Dx 8 10 -16 см и Dt 8 10 -26 с - эти масштабы доступны в опытах с космич. лучами). Теоретически можно ввести и значительно более глубокие уровни (лежащие далеко за пределами возможностей не только сегодняшних, но и завтрашних экспериментов), с к-рыми связаны такие концептуальные новации, как флуктуация метрики, изменения топологии, "пенообразная структура" пространства-времени на расстояниях порядка планковской длины (Dx 10 -33 см). Однако достаточно решительный пересмотр представлений о П. и в. потребовался на уровнях, вполне доступных совр. эксперименту при развитии физики элементарных частиц. Уже квантовая электродинамика столкнулась со многими трудностями именно потому, что была связана с заимствованными из классич. физики понятиями, основанными на концепции пространственно-временной непрерывности: точечность заряда, локальность поля и т. д. Это повлекло за собой существенные осложнения, связанные е бесконечными значениями таких важных величин, как масса, собств. энергия электрона и т. д. (ультрафиолетовые расходимости ).Эти трудности пытались преодолеть введением в теорию представления о дискретном, квантованном пространстве-времени. Первые разработки 30-х гг. (В. А. Ам-барцумян, Д. Д. Иваненко) оказались неконструктивными, ибо не удовлетворяли требованию релятивистской инвариантности, а трудности квантовой электродинамики были решены с помощью процедуры : малость константы эл--магн. взаимодействий (а = 1/137) позволила использовать ранее разработанную теорию возмущений. Но в построении квантовой теории др. полей (слабого и сильного взаимодействий) эта процедура оказалась не работающей, и выход стали искать на пути ревизии концепции локальности поля, его линейности и т. д., что опять наметило возврат к идее существования "атома" пространства-времени. Это направление получило новый импульс в 1947, когда X. Снайдер (Н. Snyder) показал возможность существования релятивистски инвариантного пространства-времени, в к-ром содержится естеств. единица длины l 0 . Теория квантованного П. и в. получила развитие в работах В. Л. Авербаха, Б. В. Медведева, Ю. А. Гольфанда, В. Г. Кадышевского, Р. М. Мир-Касимова и др., к-рые стали приходить к выводу, что в природе существует фундаментальная длина l 0 ~ 10 -17 см. Дж. Чу (G. Chew), Э. Циммерман (Е. Zim-mermann) и др. экстраполировали представление о дискретности пространства-времени в гипотезу о макро-сконич. природе П. и в. Речь стала идти не о специфике дискретной структуры П. и в. в физике элементарных частиц, а о наличии некой границы в микромире, за к-рой вообще нет ни пространства, ни времени. Весь этот комплекс идей продолжает привлекать внимание исследователей, но существенный прогресс был достигнут Ч. Янгом (Ch. Yang) и Р. Миллсом (R. Mills) путём неабелева обобщения квантовой теории поля (Янга - Миллса поля) , в рамках к-рого удалось не только реализовать процедуру перенормировки, но и приступить к реализации программы Эйнштейна - к построению единой теории поля. Создана единая теория электрослабых взаимодействий, к-рая в пределах расширенной симметрии U (1) x SU (2) x SU (3) c объединяется с квантовой хромодинамикой (теорией сильных взаимодействий). В этом подходе произошёл синтез ряда оригинальных идей и представлений, напр. гипотезы кварков , цветовой симметрии кварков SU(3) c , симметрии слабых и эл--магн. взаимодействий SU (2) x U (1), локально калибровочного и неабелевого характера этих симметрии, существования спонтанно нарушенной симметрии и перенормируемости. Причём требование локальности калибровочных преобразований устанавливает ранее отсутствующую связь между динамич. сим-метриями и пространством-временем. В настоящее время разрабатывается теория, объединяющая все фундам. физ. взаимодействия, включая гравитационные. Однако выяснилось, что в этом случае речь идёт о пространствах 10, 26 и даже 605 размерностей. Исследователи надеются, что чрезмерный избыток размерностей в процессе компактификации удастся "замкнуть" в области планковских масштабов и в теорию макромира войдёт

лишь привычное четырёхмерное пространство-время. Что же касается вопросов о структуре пространства-времени глубокого микромира или о первых мгновениях Большого взрыва, то ответы на них будут найдены лишь в физике 3-го тысячелетия.

Лит.: Фок В. А., Теория пространства, времени и тяготения, 2 изд., М., 1961; Пространство и время в современной физике, К., 1968; Грюнбауи А., Философские проблемы пространства и времени, пер. с англ., М., 1969; Чуди-нов Э. М., Пространство и время в современной физике, М., 1969; Блохинцев Д. И., Пространство и время в микромире, 2 изд., М., 1982; Мостепаненко А. М., Пространство-время и физическое познание, М., 1975; Хокинг С., Эллис Д ж.. Крупномасштабная структура пространства-времени, пер. с англ., М., 1977; Девис П., Пространство и время в современной картине Вселенной, пер. с англ., М., 1979; Барашенков B.C., Проблемы субатомного пространства и времени, М., 1979; Ахундов М. Д., Пространство и время в физическом познании, М., 1982; Владимиров Ю. С., Мицкевич Н. В., Xорски А., Пространство, время, гравитация, М., 1984; Рейхенбах Г., Философия пространства и времени, пер. с англ., М., 1985; Владимиров Ю. С., Пространство-время: явные и скрытые размерности, М., 1989.

М. Д. Ахундов .

Термин пространство понимают, в основном, в двух смыслах:

Рассматриваются в физике и ряд пространств, которые занимают как бы промежуточное положение в этой простой классификации, то есть такие, которые в частном случае могут совпадать с обычным физическим пространством, но в общем случае - отличаться от него (как, например, конфигурационное пространство) или содержать обычное пространство в качестве подпространства (как фазовое пространство , пространство-время или пространство Калуцы).

В теории относительности в её стандартной интерпретации пространство оказывается одним из проявлений единого пространства-времени , и выбор координат в пространстве-времени, в том числе и разделение их на пространственные и временную , зависит от выбора конкретной системы отсчёта . В общей теории относительности (и большинстве других метрических теорий гравитации) в качестве пространства-времени рассматривается псевдориманово многообразие (или, для альтернативных теорий, даже что-то более общее) - более сложный объект, чем плоское пространство, которое может играть роль физического пространства в большинстве других физических теорий (впрочем, практически у всех общепринятых современных теорий есть или подразумевается форма, обобщающая их на случай псевдориманова пространства-времени общей теории относительности, являющейся непременным элементом современной стандартной фундаментальной картины).

В большинстве разделов физики сами свойства физического пространства (размерность, неограниченность и т. п.) никак не зависят от присутствия или отсутствия материальных тел. В общей теории относительности оказывается, что материальные тела модифицируют свойства пространства, а точнее, пространства-времени, «искривляют» пространство-время.

Одним из постулатов любой физической теории (Ньютона, ОТО и т. д.) является постулат о реальности того или иного математического пространства (например, Евклидова у Ньютона).

Конечно же, различные абстрактные пространства (в чисто математическом понимании термина пространство ) рассматриваются не только в фундаментальной физике, но и в разных феноменологических физических теориях, относящихся к разным областям, а также на стыке наук (где разнообразие способов применения этих пространств достаточно велико). Иногда случается, что название математического пространства, используемого в прикладных науках, берут в фундаментальной физике для обозначения некоего абстрактного пространства фундаментальной теории, которое оказывается похоже на него некоторыми формальными свойствами, что дает термину и понятию больше живости и (абстрактной) наглядности, приближает хоть как-то немного к повседневному опыту, «популяризирует» его. Так было, например, сделано в отношении упомянутому выше внутреннего пространства заряда сильного взаимодействия в квантовой хромодинамике , которое назвали цветовым пространством потому, что оно чем-то напоминает цветовое пространство в теории зрения и полиграфии.

См. также

Напишите отзыв о статье "Пространство в физике"

Примечания

1. Физическое пространство - это уточняющий термин, используемый для разграничения этого понятия как от более абстрактного (обозначаемого в этой оппозиции как абстрактное пространство ), так и для различения реального пространства от слишком упрощенных его математических моделей.
2. Тут имеется в виду трёхмерное «обычное пространство», то есть пространство в понимании (1), как описано в начале статьи. В традиционных рамках теории относительности стандартным является именно такое употребление термина (а для четырёхмерного пространства Минковского или четырёхмерного псевдориманова многообразия общей теории относительности используется соответственно термин пространство-время ). Однако в более новых работах, особенно если это не может вызвать путаницы, термин пространство употребляют и в отношении пространства-времени в целом. Например, если говорят о пространстве размерности 3+1, имеется в виду именно пространство-время (а представление размерности в виде суммы обозначает сигнатуру метрики , как раз и определяющую количество пространственных и временных координат этого пространства; во многих теориях количество пространственных координат отличается от трёх; существуют и теории с несколькими временными координатами, но последние очень редки). Аналогично говорят «пространство Минковского », «пространство Шварцшильда », «пространство Керра » и т. д.
3. Возможность выбора разных систем пространственно-временных координат и перехода от одной такой системы координат к другой, аналогичен возможности выбора разных (с разным направлением осей) систем декартовых координат в обычном трёхмерном пространстве, причём от одной такой системы координат можно перейти к другой поворотом осей и соответствующим преобразованием самих координат - чисел, характеризующих положение точки в пространстве относительно данных конкретных декартовых осей. Однако следует заметить, что преобразования Лоренца , служащие аналогом поворотов для пространства-времени, не допускают непрерывного поворота оси времени до произвольного направления, например, ось времени нельзя повернуть до противоположного направления и даже до перпендикулярного (последнему соответствовало бы движение системы отсчета со скоростью света).

Литература

• Ахундов М. Д. Концепция пространства и времени: истоки, эволюция, перспективы. М., «Мысль», 1982. - 222 стр.
• Потёмкин В. К., Симанов А. Л. Пространство в структуре мира. Новосибирск, «Наука», 1990. - 176 с.
• Мизнер Ч. , Торн К. , Уилер Дж. Гравитация . - М .: Мир, 1977. - Т. 1-3.

Отрывок, характеризующий Пространство в физике

– Sire, tout Paris regrette votre absence, [Государь, весь Париж сожалеет о вашем отсутствии.] – как и должно, ответил де Боссе. Но хотя Наполеон знал, что Боссе должен сказать это или тому подобное, хотя он в свои ясные минуты знал, что это было неправда, ему приятно было это слышать от де Боссе. Он опять удостоил его прикосновения за ухо.
– Je suis fache, de vous avoir fait faire tant de chemin, [Очень сожалею, что заставил вас проехаться так далеко.] – сказал он.
– Sire! Je ne m"attendais pas a moins qu"a vous trouver aux portes de Moscou, [Я ожидал не менее того, как найти вас, государь, у ворот Москвы.] – сказал Боссе.
Наполеон улыбнулся и, рассеянно подняв голову, оглянулся направо. Адъютант плывущим шагом подошел с золотой табакеркой и подставил ее. Наполеон взял ее.
– Да, хорошо случилось для вас, – сказал он, приставляя раскрытую табакерку к носу, – вы любите путешествовать, через три дня вы увидите Москву. Вы, верно, не ждали увидать азиатскую столицу. Вы сделаете приятное путешествие.
Боссе поклонился с благодарностью за эту внимательность к его (неизвестной ему до сей поры) склонности путешествовать.
– А! это что? – сказал Наполеон, заметив, что все придворные смотрели на что то, покрытое покрывалом. Боссе с придворной ловкостью, не показывая спины, сделал вполуоборот два шага назад и в одно и то же время сдернул покрывало и проговорил:
– Подарок вашему величеству от императрицы.
Это был яркими красками написанный Жераром портрет мальчика, рожденного от Наполеона и дочери австрийского императора, которого почему то все называли королем Рима.
Весьма красивый курчавый мальчик, со взглядом, похожим на взгляд Христа в Сикстинской мадонне, изображен был играющим в бильбоке. Шар представлял земной шар, а палочка в другой руке изображала скипетр.
Хотя и не совсем ясно было, что именно хотел выразить живописец, представив так называемого короля Рима протыкающим земной шар палочкой, но аллегория эта, так же как и всем видевшим картину в Париже, так и Наполеону, очевидно, показалась ясною и весьма понравилась.
– Roi de Rome, [Римский король.] – сказал он, грациозным жестом руки указывая на портрет. – Admirable! [Чудесно!] – С свойственной итальянцам способностью изменять произвольно выражение лица, он подошел к портрету и сделал вид задумчивой нежности. Он чувствовал, что то, что он скажет и сделает теперь, – есть история. И ему казалось, что лучшее, что он может сделать теперь, – это то, чтобы он с своим величием, вследствие которого сын его в бильбоке играл земным шаром, чтобы он выказал, в противоположность этого величия, самую простую отеческую нежность. Глаза его отуманились, он подвинулся, оглянулся на стул (стул подскочил под него) и сел на него против портрета. Один жест его – и все на цыпочках вышли, предоставляя самому себе и его чувству великого человека.
Посидев несколько времени и дотронувшись, сам не зная для чего, рукой до шероховатости блика портрета, он встал и опять позвал Боссе и дежурного. Он приказал вынести портрет перед палатку, с тем, чтобы не лишить старую гвардию, стоявшую около его палатки, счастья видеть римского короля, сына и наследника их обожаемого государя.
Как он и ожидал, в то время как он завтракал с господином Боссе, удостоившимся этой чести, перед палаткой слышались восторженные клики сбежавшихся к портрету офицеров и солдат старой гвардии.
– Vive l"Empereur! Vive le Roi de Rome! Vive l"Empereur! [Да здравствует император! Да здравствует римский король!] – слышались восторженные голоса.
После завтрака Наполеон, в присутствии Боссе, продиктовал свой приказ по армии.
– Courte et energique! [Короткий и энергический!] – проговорил Наполеон, когда он прочел сам сразу без поправок написанную прокламацию. В приказе было:
«Воины! Вот сражение, которого вы столько желали. Победа зависит от вас. Она необходима для нас; она доставит нам все нужное: удобные квартиры и скорое возвращение в отечество. Действуйте так, как вы действовали при Аустерлице, Фридланде, Витебске и Смоленске. Пусть позднейшее потомство с гордостью вспомнит о ваших подвигах в сей день. Да скажут о каждом из вас: он был в великой битве под Москвою!»
– De la Moskowa! [Под Москвою!] – повторил Наполеон, и, пригласив к своей прогулке господина Боссе, любившего путешествовать, он вышел из палатки к оседланным лошадям.
– Votre Majeste a trop de bonte, [Вы слишком добры, ваше величество,] – сказал Боссе на приглашение сопутствовать императору: ему хотелось спать и он не умел и боялся ездить верхом.
Но Наполеон кивнул головой путешественнику, и Боссе должен был ехать. Когда Наполеон вышел из палатки, крики гвардейцев пред портретом его сына еще более усилились. Наполеон нахмурился.
– Снимите его, – сказал он, грациозно величественным жестом указывая на портрет. – Ему еще рано видеть поле сражения.
Боссе, закрыв глаза и склонив голову, глубоко вздохнул, этим жестом показывая, как он умел ценить и понимать слова императора.

Весь этот день 25 августа, как говорят его историки, Наполеон провел на коне, осматривая местность, обсуживая планы, представляемые ему его маршалами, и отдавая лично приказания своим генералам.
Первоначальная линия расположения русских войск по Ко лоче была переломлена, и часть этой линии, именно левый фланг русских, вследствие взятия Шевардинского редута 24 го числа, была отнесена назад. Эта часть линии была не укреплена, не защищена более рекою, и перед нею одною было более открытое и ровное место. Очевидно было для всякого военного и невоенного, что эту часть линии и должно было атаковать французам. Казалось, что для этого не нужно было много соображений, не нужно было такой заботливости и хлопотливости императора и его маршалов и вовсе не нужно той особенной высшей способности, называемой гениальностью, которую так любят приписывать Наполеону; но историки, впоследствии описывавшие это событие, и люди, тогда окружавшие Наполеона, и он сам думали иначе.
Наполеон ездил по полю, глубокомысленно вглядывался в местность, сам с собой одобрительно или недоверчиво качал головой и, не сообщая окружавшим его генералам того глубокомысленного хода, который руководил его решеньями, передавал им только окончательные выводы в форме приказаний. Выслушав предложение Даву, называемого герцогом Экмюльским, о том, чтобы обойти левый фланг русских, Наполеон сказал, что этого не нужно делать, не объясняя, почему это было не нужно. На предложение же генерала Компана (который должен был атаковать флеши), провести свою дивизию лесом, Наполеон изъявил свое согласие, несмотря на то, что так называемый герцог Эльхингенский, то есть Ней, позволил себе заметить, что движение по лесу опасно и может расстроить дивизию.
Осмотрев местность против Шевардинского редута, Наполеон подумал несколько времени молча и указал на места, на которых должны были быть устроены к завтрему две батареи для действия против русских укреплений, и места, где рядом с ними должна была выстроиться полевая артиллерия.
Отдав эти и другие приказания, он вернулся в свою ставку, и под его диктовку была написана диспозиция сражения.
Диспозиция эта, про которую с восторгом говорят французские историки и с глубоким уважением другие историки, была следующая:
«С рассветом две новые батареи, устроенные в ночи, на равнине, занимаемой принцем Экмюльским, откроют огонь по двум противостоящим батареям неприятельским.