Развитие представлений о пространстве и времени Всеобщие и специфические свойства пространства и времени. Необратимость времени.

Что же такое пространство? Каковы его свойства? Практически мы его можем представить как некую протяженность, характеризуемую взаимным расположением находящихся в ней материальных тел. Точно так же время практически можно представить себе только как длительность, характеризуемую последовательностью событий, происходящих с материальными телами. Пространство вне материи – абсолютно пустое - представить себе затруднительно, также как и абстрактную длительность.

Последовательность событий просто установить в точке. Чтобы установить последовательность событий, происходящих с разными протяженными телами, необходима передача временного сигнала через пространство. Точно так же описание взаимного расположения тел в пространстве в какой-то момент времени требует установления этого момента для всех тел, то есть установления понятия одновременности событий (определений положения тел) в разных точках пространства. Это можно сделать только передав информацию и о времени и о положении с помощью подходящего сигнала. Из этих рассуждений ясно, что пространство и время неразрывно связаны друг с другом, и эта связь зависит от механизма передачи сигналов, которая есть процесс материальный.

Однако первая теоретическая дисциплина в истории человечества - классическая механика - абстрагировала эти понятия. Она оперировала с абсолютным пространством, однородным и изотропным, обладающим эвклидовой геометрией, пассивным вместилищем всех материальных объектов, и абсолютным временем, равномерно текущим в одном направлении, не зависящим ни от пространства, ни от находящихся в нем материальных тел. Такое пространство и такое время - это модель, позволившая сделать огромный шаг на пути обобщения наблюдаемых фактов - построить первую физическую теорию. Она оказалась очень хорошим приближением, так как скорость света очень велика, а вещество во Вселенной очень разрежено.

Когда говорят, что пространство однородно - это значит, что свойства его одни и те же в любой его точке; оно изотропно - это значит, что все направления в нем равноценны. Однородность и изотропность неизбежно требуют и бесконечности пространства: наличие любой границы - это уже неоднородность. Но представить себе абсолютное пространство - пустое бесконечное пространство, существующее независимо от присутствия или отсутствия в нем материи, - оказалось очень трудно. Невозможно сравнить протяженности двух «пустых» частей пространства. А для «непустого» пространства так же трудно предположить полную независимость от того, чем оно наполнено.

Аналогичная трудность возникла и со временем. Если время абсолютно, едино во всех частях пространства, то должна иметь место совершенно определенная последовательность во времени (или одновременность) событий, происходящих не только с одним и тем же объектом, но и с разными объектами, пространственно разделенными. Однако, установить такую последовательность или одновременность для пространственно разделенных объектов можно только при помощи сигнала, распространяющегося мгновенно, то есть с бесконечной скоростью. Опять возникла потребность в бесконечности, которую физически осуществить невозможно.

У времени есть еще одно удивительное свойство - однонаправленность. Время течет только в одном направлении - от прошлого к будущему. С этим его свойством связана необратимость эволюции, закон причинности. В то же время уравнения, описывающие большинство физических процессов (в частности все уравнения механики), симметричны относительно времени. Казалось бы нет никаких причин, которые запрещали бы времени течь вспять (по крайней мере локально), но мы видим, что направление течения времени задано абсолютно жестко. Причина в том, что это направление задается процессом расширения нашей Вселенной, диссипацией энергии и возрастанием хаоса, сопровождающими этот процесс. Подробнее об этом мы будем говорить позже.