Пространство и время на уровне микромира

 

В квантовой механике была найдена принципиальная граница применимости классических физических представлений к атомным явлениям и процессам. В квантовой физике была поставлена важная проблема о необходимости пересмотра пространственно – временных представлений классической физики. Они оказались лишь приближёнными понятиями и основывались на слишком сильных идеализациях. Квантовая физика потребовала более адекватных форм упорядоченности событий, в которых учитывалось бы существование принципиальной неопределённости в состоянии объекта, наличие черт целостности и индивидуальности в микромире, что и выражалось в понятии универсального кванта действия h.

Квантовая механика была положена в основу бурно развивающейся физики элементарных частиц, количество которых достигает нескольких сотен, но до настоящего времени ещё не создана обобщающая теория. В физике элементарных частиц представления о пространстве и времени столкнулись с ещё большими трудностями. Оказалось, что микромир является многоуровневой системой, на каждом уровне которой господствуют специфические виды взаимодействий и специфические свойства пространственно - временных отношений. Область доступных в эксперименте микроскопических интервалов условно делится на четыре уровня:

1. уровень молекулярно - атомных явлений,

2. уровень релятивистских квантовоэлектродинамических процессов,

3. уровень элементарных частиц,

4. уровень ультрамалых масштабов, где пространственно - временные отношения оказываются несколько иными, чем в физике макромира.

В этой области по-иному следует понимать природу пустоты - вакуум. В квантовой электродинамике вакуум является сложной системой виртуально рождающихся и поглощающихся фотонов и других частиц. На этом уровне вакуум рассматривают как особый вид материи - как поле в состоянии с минимально возможной энергией. Квантовая электродинамика впервые наглядно показала, что пространство и время нельзя оторвать от материи, что так называемая "пустота" - это одно из состояний материи.

На субатомном уровне структурной организации материи определяющую роль играют сильные взаимодействия элементарных частиц. Здесь иные пространственно - временные понятия. Так, специфике микромира не соответствуют обыденные представления о соотношении части и целого. Ещё более радикальных изменений пространственно - временных представлений требует переход к исследованию процессов, характерных для слабых взаимодействий. Поэтому на повестку дня встаёт вопрос о нарушении пространственной и временной чётности, т.е. правое и левое пространственные направления оказываются неэквивалентными. В этих условиях были предприняты различные попытки принципиально нового истолкования пространства и времени. Одно направление связано с изменением представлений о прерывности и непрерывности пространства и времени, а второе - с гипотезой о возможной макроскопической природе пространства и времени.

Физика микромира развивается в сложном единстве и взаимодействии прерывности и непрерывности. Это относится не только к структуре материи, но и к структуре пространства и времени. После создания теории относительности и квантовой механики учёные попытались объединить эти две фундаментальные теории. Первым достижением на этом пути явилось релятивистское волновое уравнение для электрона. Был получен неожиданный вывод о существовании антипода электрона - частицы с противоположным электрическим зарядом. В настоящее время известно, что каждой частице в природе соответствует античастица, это обусловлено фундаментальными положениями современной теории и связано с кардинальными свойствами пространства и времени (чётность пространства, отражение времени и т.д.).

Исторически первой квантовой теорией поля была квантовая электродинамика, включающая в себя описание взаимодействий электронов, позитронов, мюонов и фотонов. Это пока единственная ветвь теории элементарных частиц, которая достигла высокого уровня развития и известной завершённости. Она является локальной теорией, в ней функционируют заимствованные понятия классической физики, основанные на концепции пространственно - временной непрерывности: точечность заряда, локальность поля, точечность взаимодействия и т. д. Наличие этих понятий влечёт за собой существенные трудности, связанные с бесконечными значениями некоторых величин (масса, собственная энергия электрона, энергия нулевых колебаний поля и т.д.). Эти трудности учёные пытались преодолеть путём введения в теорию понятий о дискретном пространстве и времени. Такой подход намечает выход из неопределённости бесконечности, так как содержит фундаментальную длину - основу атомистического пространства.

В физике микромира широкое развитие получило также направление, связанное с пересмотром концепции локальности. Отказ от точечности взаимодействия микрообъектов может осуществляться двумя методами. При первом исходят из положения, что понятие локального взаимодействия лишено смысла. Второй основан на отрицании понятия точечной координаты пространства - времени, что приводит к теории квантового пространства - времени. Протяжённая элементарная частица обладает сложной динамической структурой. Подобная сложная структура микрообъектов ставит под сомнение их элементарность. Учёные столкнулись не только со сменой объекта, к которому прилагается свойство элементарности, но и с пересмотром самой диалектики элементарного и сложного в микромире. Элементарные частицы не элементарны в классическом смысле: они похожи на классические сложные системы, но они не являются этими системами. В элементарных частицах сочетаются противоположные свойства элементарного и сложного.

Отказ от представлений о точечности взаимодействия влечёт за собой изменение наших представлений о структуре пространства - времени и причинности, которые тесно взаимосвязаны. По мнению некоторых физиков, в микромире теряют смысл обычные временные отношения "раньше" и "позже". В области нелокального взаимодействия события связаны в некий "комок", в котором они взаимно обуславливают друг друга, но не следуют одно за другим.

Таково принципиальное положение дел, сложившееся в представление о пространстве – времени на микроуровне, где нарушение причинности в микромире провозглашается в качестве принципа и отмечается, что разграничение пространства - времени на области "малые", где причинность нарушена, и большие, где она выполнена, невозможно без появления в теории новой константы размерности длины - элементарной длины. С этим "атомом" пространства связан и элементарный момент времени (хронон), и именно в соответствующей им пространственно - временной области протекает сам процесс взаимодействия частиц. Теория дискретного пространства - времени продолжает развиваться. Открытым остаётся вопрос о внутренней структуре "атомов" пространства и роли (наличии) времени и пространства в них.

 

Заключение

Подводя итог ко всему вышесказанному, сделаем вывод что, пространство и время неразрывно связаны друг с другом и с движением материи. Более того, пространство и время - это стороны движения.Пространство- это отношения взаимоположения объектов, сосуществующих в некоторый момент времени, а время - это отношения последовательности объектов, сосуществующих в некоторой точке пространства. К свойствам пространства относятся протяженность, однородность, изотропность, трехмерность. Время обычно характеризуется такими свойствами, как длительность, однородность, необратимость, одномерность. Но эти два понятия не всегда воспринимались людьми именно так.

Древние греки считали, что время немыслимо, не существует без движения, но оно не есть и само движение. Пространство же понималось в качестве некоего отношения предметов материального мира, оно понимается как объективная категория, как свойство природных вещей. Декарт введя свои координаты, впервые доказал трехмерность пространства. Выражаясь языком современной математики, после Декарта пространство стало многообразием, т.е. таким множеством элементов (точек), которое можно параметризовать при помощи набора действительных чисел. Для Ньютона время вне зависимости от любых реальных процессов в природе, а простарнсво было всегда одинаковым и неподвижным. Кант и его современники рассматривали прстранство и время как априорные формы чувственного, при этом пространство “ответственно” за внешние ощущения, а время – за внутренние. На сегодняшний день существует несколько концепций рассмотрения этих понятий. Субстанциальная пространство и время трактует как самостоятельные сущности, реляционная - как системы отношений.

Теория Эйнштейна совершила переворот в рассмотрении этих понятий. По его словам «суть такова: раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы. Согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы и пространство, и время». На уровне микромира существует дискретная теория пространства, которая продолжает развиваться, а вопрос о наличии времени для атомов до сих пор не решен.  

Однако, не смотря на многочисленность точек зрения, выдвинутых теорий, их доказательств и критики, вопросы природы пространства и времени остаются без ответа, и возможно каждый человек решает их для себя по-своему.

Список использованной литературы

1. Хайдеггер М. Бытие и время – 1927 г.

2. Уитроу Дж. Естественная философия времени. М. 2003 г

3. Алексеев П.В., Панин А.В., "Философия", учебник, 3-е изд., перераб. и доп. М.: ТК Велби, изд-во Проспект, 2005 г.

4. Кулигин В.А., Кулигина Г.А., Корнева М.В. Физика и философия физики 2006г.

5. Игнатович В.Н., "Введение в диалектико-материалистическое естествознание", Киев: изд-во ЭКМО, 2007 г.

6. Мостепаненко А.М. Пространство и время в макро-, мега- и микромире М. 2007г

7. Философы греции основы основ: логига, физика, этика. Эксмо-Пресс; Харьков 2008 г

8. И. Н. Смирнов, В. Ф. Титов ФИЛОСОФИЯ Издание 2-е,
исправленное и дополненное Москва 2008 г.

9. www.filosof.historic.ru