Розповідають, що якось у Берліні іноземець, бажаючи довідатися, яка година, зупиняє перехожого і ламаною німецькою мовою запитує: «Що є час?». Німець замислився, а потім відповів: «Знаєте, це надто глибоке питання. Я ще хотів би знати, а що таке простір?». Однак можна навести реальні історичні свідчення про складність, здавалося б, простих питань. Августин Блаженний говорив: «Поки ніхто мене про час не питає, я розумію, ніскільки не завагаюсь, але як тільки хочу дати відповідь, потрапляю в абсолютний тупик». Дійсно, поняття простір і час, найдавніші поняття людської культури, проходять через усю історію науки і філософії, залишаючись осередком глибоких філософських і наукових проблем. Поняття простір і час лежать в основі так званої космологічної проблеми - питання про Всесвіт, його походження, його скінченність або безкінечність. У сучасній науці є сувора фізична теорія простору і часу - теорія відносності, створена Альбертом Ейнштейном.
Місцем є, насамперед, (мала) частина земної поверхні, якій дається яка-небудь назва. Річ, місце якої визначається, є матеріальним предметом, або тілом. Простий аналіз показує, що місцем є також група матеріальних предметів».
Альберт Ейнштейн ставить питання: «Чи має слово місце значення, незалежне від матеріальних предметів, і чи можна приписувати йому таке значення?». Якщо дається позитивна відповідь на питання, то приходимо до концепції абсолютного простору і часу. її ще називають субстанціональною концепцією простору і часу. Концепція абсолютного простору і часу дає уявлення про простір і час як про деякі самостійні і самодостатні суті, що є незалежно від світу і, в певному розумінні, Всесвіту. Звідси і визначення їх: абсолютні та субстанціальні. До концепції простору і часу, незважаючи на її високий філософський статус, можна дуже легко прийти, відштовхуючись від повсякденного досвіду. Альберт Ейнштейн показує, що концепція простору і часу, сформульована на основі розширення поняття простір - ящика, в якому є та чи інша кількість зерен рису або вишень. В результаті виникає незалежний (абсолютний) простір, не обмежений протяжністю (безкінечний), в якому є матеріальні предмети. У такому випадку матеріальний предмет, не розташований у просторі, просто незрозумілий; з іншого боку, при такому утворенні поняття можна мислити існування порожнього простру. Звідси випливають уявлення про загальність простору як універсальної форми - вміст буття.
Час - чиста абсолютна тривалість, що тече незалежно від подій у світі, зі своїм власним первісним і незмінним ритмом. Суть і зміст концепції абсолютного простору і часу є природним результатом узагальнення повсякденного досвіду людини. її основи сформулював ще Демокріт. Справді, творцю атомістичної концепції, за якою уся реальність зводиться до сукупності далі неподільних матеріальних часток, для обґрунтування її суті довелося увести уявлення про необхідну умову існування так званої матерії - порожнечі, що має статус самостійної геометричної суті. Концепція абсолютного простору і часу, народившись у повсякденному досвіді людини, виявилася дуже зручною для узагальнення на ЇЇ ґрунті навігаційного досвіду мореплавців і, особливо, спостережень за рухом небесних тіл. Велике історичне виправдання концепції простору і часу знаходимо у класичній механіці. Дійсно, у відомих «Математичних началах натуральної філософії» Ісаак Ньютон з самого початку постулює існування абсолютного простору і абсолютного часу. В основі формування усієї будівлі класичної науки і становленні класичного раціоналізму лежить ця концепція. Ісаак Ньютон, правда, вводить поняття відносний простір і відносний час, проте розуміє їх як певні фрагменти абсолютного простору і часу, що нібито вирізаються з абсолютних сут-ностей вибором тієї чи іншої системи відліку. Тому поняття відносного простору і відносного часу не мають ніяких стосунків до сучасної концепції простору і часу, що утвердилася в теорії відносності. Та концепція абсолютного простору і часу страждала суттєвими недоліками. Перший і, можливо, найважливіший з них - абсолютний розрив між матерією (реальністю) і простором і часом. Простір сам по собі і час сам по собі можуть існувати і тоді, коли немає нічого, що їх наповнює, ніякої матерії, атомів та ін. Це так званий порожній простір і такий же порожній час. Внаслідок розриву виявляється неможливим будь-яке пояснення тим чи іншим властивостям простору: чому простір тримірний, однорідний, ізотропний, безкінечний? Чому час одномірний, однорідний, односпрямований, завжди тече від минулого через теперішнє до майбутнього, незворотний? У концепції абсолютного простору і часу ці властивості (як і інші) слід просто прийняти як первісно їм притаманне: в силу розриву між матерією, простором і часом, що вводиться концепцією, немає ніякої надії на будь-яке природне їх пояснення. Та й сам зміст понять також залишається досить темним: деякі первісні геометричні форми буття. Така суть концепції абсолютного простору і часу і такі її наслідки.
Концепція реляційного простору і часу
В історії науки поряд з концепцією абсолютного простору і часу існує й інша, прямо протилежна - концепція реляційного простору і часу. Альберт Ейнштейн зазначав, що, даючи негативну відповідь на питання «Чи має слово місце значення, незалежне від матеріальних предметів?», стверджуємо реляційність простору і часу. У такому випадку простір стає як вид стосунків матеріальних об'єктів і нічого більше. Отже, простір не має ніякого самостійного існування, виникає як система відносин на безлічі матеріальних об'єктів і існує лише остільки, оскільки існують об'єкти і відносини, що створюються ними. У найзагальнішому вигляді ~ це відносини метричні, відносини порядку. І - найбільш загальні - відносини топологічні. Альберт Ейнштейн пов'язує концепцію реляційного простору і часу з ім'ям Арістотеля. Дійсно, Арістотель виступав проти існування порожнечі, простору самого по собі, а рух тіл розумів як своєрідний обмін місцями між ними: одне тіло, що рухається, ніби поступається місцем іншому тощо. Простір же, Арістотель розумів як сукупність меж охоплюючих і охоплених тіл, тобто як систему відносин, що створюються безліччю співіснуючих матеріальних тіл. Таку точку зору про природу простору і часу підтримували Готфрід Лей-бніц і Георг Гегель. Так само і час є не чим іншим, як відносинами послідовності і зміни подій в їх безлічі. Така сутьреляційної концепції простору і часу, за якою простір і час повністю позбавляються будь-якого самостійного статусу і суть породження матерії та її руху, а саме - стану множинності, диференційності матерії і будь-яких змін, що об'єктивно протікають у ній. Відмінною особливістю реляційної концепції простору і часу є те, що і самі простір і час, і всі їх властивості повністю похідні від матерії та її руху і пояснюються властивостями фізичних тіл та їх взаємодією. Проте аж до початку XX ст. концепція реляційного простору і часу залишалася осторонь від магістрального розвитку науки, і ця її перевага, порівняно з концепцією абсолютного простору і часу, не реалізована. На кінець XIX ст. власний розвиток класичної механіки привів до об'єднання в єдину систему механіку опису електромагнітних і механічних процесів. Вирішальним випробуванням концепції абсолютного простору і часу стали експерименти пошуку абсолютного руху - руху відносно світового ефіру, універсального світового середовища, що заповнює весь світовий простір. Із станом світового середовища ототожнювався абсолютний простір. Світове середовище мислилося відповідальним за перенесення електромагнітних процесів. Досліди (з них найбільш відомі експерименти Майкельсона-Морлі) дали негативний результат. Абсолютний простір і абсолютний рух відносно абсолютного простору виявилися фікціями. З іншого боку, встановлено факт постійності швидкості світла у різних системах відліку. Урахування операціональної природи просторово-часових та інших механічних величин привели до появи нових, порівняно з Галилеєвими, перетворень. Поняття довжини, тривалості, одночасності, а також маси та імпульсу виявилися відносними величинами, що залежать від вибору системи відліку і швидкості її руху. Перетворення отримали назву Лоренцових (за ім'ям Хендрика Лоренца, який уперше запропонував їх). На зміну довжині і часовим відрізкам, що виявили свою відносність і відігравали роль інваріантів у ньютонівській механіці, прийшов новий інваріант - чотиримірна величина, що становить відстань у чотиримірному світі подій, об'єднує простір і час. Виникла проблема пошуку фізичного розуміння перетворень. Із створенням спеціальної теорії відносності здійснено послідовний перехід від концепції абсолютного простору і часу до реляційної концепції. Всі так звані релятивістські перетворення не пов'язані з будь-якими фізично-субстанційними (або субстратними) змінами в тілах, що рухаються, а мають суто кінематичну природу і залежать від вибору споглядачем системи відліку. Виявилося, що поняття довжина або тривалість не є якоюсь існуючою сама по собі самостійною характеристикою об'єкта або явища, а виражає тільки від-носні значення відповідних характеристик об'єкта, що об'єкт має тільки у такій системі відносин з іншими об'єктами і процесами, представленими такою системою відліку. В інших системах відліку той же об'єкт характеризується уже іншими значеннями довжини і тривалості та ін.
Та концепція реляційної природи простору і часу і сам принцип відносності реалізовані в межах спеціальної теорії відносності в обмеженому вигляді: тільки стосовно інерційних систем, тобто таких, що рухаються з постійною швидкістю або перебувають у спокої. Що ж до взаємовідносин понять простору і часу, то в межах спеціальної теорії відносності на зміну взятим нарізно простору і часу, що виявили свою відносність, як абсолютна геометрична суть, прийшла просторово-часова сукупність, що має абсолютну, незмінну і певну, а саме - евклідову метрику. Новий фізичний принцип, що довів свою ефективність і плідність, - принцип відносності - реалізований тільки стосовно інерційних систем відліку, тобто таких, що перебувають у спокої або рухаються рівномірно. Дальше твердження реляційної концепції простору і часу в сучасній науці зв'язано із створенням загальної теорії відносності. Альберт Ейнштейн поставив за мету поширити принцип відносності і на неінерційні (тобто такі, що рухаються довільно) системи відліку. Якщо розглядати у плоскому евклідовому просторі ракету, що рухається інерційно (по прямій і з рівномірною швидкістю), то ракету можна вивести з такого стану двома способами: увімкненням її двигунів (тобто шляхом надання їй прискорення) або появою біля неї достатньо великої маси (наприклад, комети, планети або будь-якого іншого тіла), що створює помітне поле тяжіння, яке також переводить тіло, що інерційно рухається, в неінерційний стан. Отже, у плоскому евклідовому прос-торі-часі спеціальної теорії відносності тіла можуть мати два джерела неінерційного стану: поля прискорення і поля тяжіння.
Альберт Ейнштейн у пошуках шляхів поширення принципу відносності на неінерційні системи відліку відправним пунктом обрав відомий ще Галілео Галилею принцип еквівалентності інертної і важкої маси. В сучасних умовах принцип підтверджений експериментами Володимира Брагінського (Московський університет) з високим ступенем точності і фактично не викликає сумніву. Альберт Ейнштейн зіставив поля тяжіння і поля прискорення, а поля прискорення, в свою чергу, ототожнив з викривленням простору-часу поблизу великих мас. Таким шляхом Альберт Ейнштейн прийшов до теорії, де поле тяжіння як певна фізична суть у просторі-часі зникає, виявившись повністю герметизованим і влучно представленим просто метричними властивостями самого простору-часу. В результаті інерційно (тобто без будь-яких зовнішніх впливів) рухливе тіло в такому викривленому просторі рухається уже не по евклідових прямих, а по геодезичних лініях, які представляють найкоротшу відстань у такому просторі. Доречно підкреслити глибокий і ще не до кінця зрозумілий зв'язок між простором-часом і полем тяжіння. Альберт Ейнштейн у статті «Ефір і принцип відносності» писав, якщо з точки зору гіпотези про існування ефіру розглядати поле тяжіння і електромагнітне поле, то помітимо між ними принципову різницю. Не може бути простору, а також і частини простору без потенціалів тяжіння. Тяжіння повідомляє простору і часу їх розмірні (метричні) властивості; без них тяжіння взагалі не мислиме. Існування поля тяжіння безпосередньо зв'язано з існуванням простору. Навпаки, дуже легко уявити будь-яку частину простору без електромагнітного поля. На противагу полю тяжіння, електромагнітне поле тільки вторинно зв'язано з ефіром. Зовнішня природа електромагнітного поля зовсім не визначається природою поля тяжіння. В усякому разі теорія відносності дає можливість визначити, що простір і час - вторинні, відносно матерії та її стану диференційованості, множинності. Такі поняття виражають відносини, що створюються множиною матеріальних об'єктів, які мають скінчену масу спокою, тому що тільки на безлічі таких об'єктів відносини можуть фізично верифіковані, наприклад, за допомогою обміну світловими сигналами; і тільки з об'єктом зі скінченою масою спокою може зв'язана система відліку, що має фізичний зміст. Звичайно, не може бути простору, а також і частини простору без мас і без потенціалів тяжіння, що надають простору його розміри (метричні) властивості. Всі власні властивості простору-часу виявилися відносними і похідними від властивостей фізичних процесів і властивостей матеріальних об'єктів і серед них найважливішого — маси.