przestrzenno-czasowe istnienie materii.doc

Przestrzenno-czasowe istnienie materii

Materialnie istnieje tylko to, co istnieje w czasie i przestrzeni.

Można mówić tylko o tym, co jest w czasie i przestrzeni.

Tylko materialne rzeczy istnieją.

Pojęcia czasu i przestrzeni mogą być różnie definiowane w zależności od przyjętej koncepcji filozoficznej. W odniesieniu do czasu np. można mówić o koncepcjach: obiektywistycznej, subiektywistycznej i pośrednich.

              Definiując pojęcie przestrzeni należy wyjść od pojęcia rozciągłości i związanej z nią odległości, które to atrybuty nieodłącznie przysługują rzeczom materialnym. Trzeba bowiem podkreślić, że każde ciało, przedmiot materialny jest rozciągły, czyli zajmuje określone miejsce w przestrzeni. Jest to przestrzeń rozumiana inaczej niż w naukach abstrakcyjnych, tj. w matematyce, gdzie mówi się czasami o obiektach, którym nie przysługuje rozciągłość. Pojęcia takie, jak punkt są wynikiem myślowego procesu abstrahowania.

              Powracając jednakże do sposobu definiowania przestrzeni na gruncie materializmu, gdzie pojęcie to stosuje się zamiennie z pojęciem rozciągłości. Dzięki rozciągłości możliwe jest liczbowe określenie wymiarów wszystkich przedmiotów istniejących realnie, określeniu przestrzeni „zajmowanej” przez dane obiekty. Od czasów Kartezjusza używa się uproszczonego schematu, który pozwala na określenie takiego miejsca za pomocą współrzędnych wyznaczających położenie ciała w układzie trzech prostych (w odniesieniu do nich) prostopadłych symbolizujących płaszczyzny, przecinających się w jednym punkcie (przestrzenny układ współrzędnych). Stąd można mówić o trójwymiarowym charakterze przestrzeni. Koniecznym i wystarczającym bowiem warunkiem określania tychże wymiarów jest zawsze posiadanie punktu odniesienia w postaci owych płaszczyzn.

              Kolejną rzeczą, na którą trzeba zwrócić uwagę, jest charakter samego sposobu istnienia rzeczy „oboksiebne”[1]. Ujęcie to polega na względności istnienia przestrzennego przedmiotów – można mówić o miejscu zajmowanym przez daną rzecz jedynie poprzez określenie jej stosunku (mierzonego w jednostkach miary przestrzeni) do innych (innej) rzeczy. Jest to umowne rozgraniczenie polegające na określeniu przestrzeni zewnętrznej względem innych rzeczy.

Przestrzenna forma istnienia materii jest to więc „objętość każdego ciała wynikająca z jego rozciągłości, wymiary każdego ciała oraz odległości między ciałami „oboksiebnie” istniejącymi, a mierzone liczbą przedmiotów o długości wzorcowej (przyjętej za miarę) mieszczącą się między dwoma różnymi przedmiotami”[2].

              Istnienie odrębnie w pewnym stopniu od siebie, to jeszcze nie jedyna cecha bytowania rzeczy w przestrzeni. Wszystkie przedmioty podlegają bowiem wewnętrznym przemianom. A proces taki wymaga już ujęcia w kategoriach przestrzeni i czasu. Mówiąc, że jeden stan występuje po drugim czy też mierząc go liczbą zmian, wchodzimy już na płaszczyznę czasowego istnienia materii. W tym przypadku za przesłankę przyjmujemy zmienność rzeczy, która jest czynnikiem niezbędnym, by uniknąć bezczasowości świata, który byłby wówczas absolutnie niezmienny.

Istnienie materii wyraża się zatem w jej różnorodności cechującej przestrzeń oraz zmienności nieodłącznej dla pojęcia czasu. Owa zmienność i różnorodność przysługują poszczególnym rzeczom i zdarzeniom materialnym, a nie czasowi i przestrzeni jako takim (tj. czas i przestrzeń nie są samoistnymi przedmiotami fizycznymi). Z drugiej jednak strony zauważyć trzeba, że: „tylko przedmioty i zdarzenia materialne istniejące i zachodzące przestrzennie i czasowo są realne”[3]. Używamy terminów „czas” i „przestrzeń” w niejakim uproszczeniu, mając rzeczywiście na myśli przestrzenne i czasowe istnienie materii.

Czas, w odróżnieniu od przestrzeni, jest jednowymiarowy, można ponadto wyróżnić kierunek jego „przepływu”: od przeszłości do teraźniejszości. Możemy więc przestawiać rzeczy w przestrzeni w zasadzie bez ograniczeń, czego nigdy nie da się uczynić w czasie. Nie jest bowiem możliwe przemieszczanie się w kierunku odwrotnym, tj. od zdarzeń wcześniejszych do przeszłych. Takie rozróżnienie nie implikuje w żadnym wypadku zupełnej niezależności przestrzeni i czasu. Wręcz przeciwnie, zmiany o charakterze przestrzennym mają swój wyraz również w aspekcie czasowym.

Stało się to oczywiste w świetle teorii względności Einsteina. W oparciu o te odkrycia sformułowane zostało pojęcie „czasoprzestrzeni” jako kontinuum czterowymiarowego złożonego z trzech wspomnianych wymiarów przestrzeni i jednego wymiaru czasu.

              Przestrzeń i czas, jako uniwersalne kategorie, niezbędne dla opisywania rzeczywistości materialnej (czyli każdej;)), są przedmiotem zainteresowań wielu dziedzin nauki. Badania te koncentrują się na badaniu stosunków czasoprzestrzennych na gruncie geometrii, fizyki, jak również filozofii.

Geometria polega na abstrahowaniu od wszystkich, poza strukturą przestrzenną, własności przedmiotów. Pozwala to tworzyć konstrukcje myślowe i analizować również urojone stosunki przestrzenne np. w teoriach mówiących o więcej niż trójwymiarowych przestrzeniach.

„Przyjęło się uprawiać geometrię abstrahując od jakichkolwiek związków między jej pojęciami i doświadczeniem. Oddzielanie tego, co ma charakter czysto logiczny, od tego, co jest związane z doświadczeniem, które jest ze swej istoty niepełne, posiada swoje zalety. (…) musimy (jednak) powiązać podstawowe pojęcia geometrii z obiektami przyrody; bez takiego związku geometria nie przedstawia wartości dla fizyki. Fizyka interesuje o ile twierdzenia geometrii są prawdziwe”[4].

W podobnym kontekście można interpretować zainteresowania filozofii. Jej dociekania dotyczą tego, w jakiej mierze teorie geometryczne mają swoje odzwierciedlenie w rzeczywistej strukturze świata fizycznego.

              Główne koncepcje czasu i przestrzeni (filozofii oraz fizyki) można zaprezentować w sposób następujący:

W koncepcji Demokryta przestrzeń istnieje niezależnie od atomów, jest nią próżnia i w takim ujęciu przestrzeni (jako istniejącemu niebytowi) nie przysługuje rozciągłość. Rozciągłość charakteryzuje wyłącznie same atomy, ale nie w kategoriach przestrzenności. Przestrzeń czyli próżnia jest swoistym układem odniesienia (o charakterze absolutnym), dzięki któremu można mówić o ruchu atomów.

I. Newton rozróżniał ruch absolutny i względny. Pierwszy był właśnie tym ruchem w odniesieniu do jakiegoś absolutnego układu odniesienia – tak ujęta przestrzeń jest wiecznie taka sama, ciągła i nieruchoma, bezcielesna, nie poddaje się żadnym oddziaływaniom i nie oddziałuje na żadne ciała, jest przy tym nieskończona i jednorodna. Ruch względny natomiast może być postrzegany tylko jako zmiana położenia przedmiotu względem innego/innych. „Przestrzeń względna jest jakimś ruchomym wymiarem lub miarą przestrzeni absolutnej; którą nasze zmysły określają przez swe położenie wobec ciał i która potocznie brana jest za nieruchomą przestrzeń…”[5].

Podobnie czas u Newtona ma charakter absolutny. Jest zupełnie niezależny i prawdziwy w interpretacji matematycznej, co odróżnia go od czasu potocznego, który jest względny oraz pozorny, a wyrażamy go za pomocą umownie przyjętych jednostek (godzina, miesiąc).

Zaprezentowane powyżej stanowisko Newtona, traktujące przestrzeń w kategoriach absolutnych, wynika z tego, iż do XIX wieku jedyną znaną teorią przestrzeni była geometria euklidesowa.

Nie jest zatem również zaskakującą teoria Kanta, która czas i przestrzeń interpretuje na gruncie absolutyzmu geometrii Euklidesa. Stanowisko Kanta, dla którego przestrzeń absolutna i czas absolutny są właściwościami umysłu  różni się jednak zasadniczo od koncepcji Newtona, dla którego istnieją one od naszego umysłu niezależnie (od rzeczy postrzeganych). Kant twierdzi, że przestrzeń i czas nie przysługują rzeczom samym w sobie, lecz samemu tylko ich stosunkowi do zmysłowości. Przestrzeń jest to „forma wszystkich zjawisk zewnętrznych, w której jedynie mogą nam być dane przedmioty zmysłów”[6]. Zarówno geometria, jak i przestrzeń są niezależne od doświadczenia (a tym samym również od materii) i subiektywistyczne (są bowiem kategoriami oglądu). Dla Kanta przestrzeń jest apriorycznym tworem, niezależnym od doświadczenia, danym nam wcześniej i tym samym kształtującym niejako owo doświadczenie (wszystko, co postrzegamy), możliwym do opisania dzięki geometrii.

Na innym biegunie umieścić można natomiast koncepcję Arystotelesa i jego kontynuatorów. W ujęciu tym nie występuje konieczność istnienia jakiejkolwiek przestrzeni, która miałaby charakter absolutny. Jest to możliwe dzięki założeniu, że wszystkie ciała poruszają się zawsze względem siebie (i ruch tylko w ten sposób może być postrzegany). Przestrzeń (jako „próżnia” czy „niebyt”) nie może mieć też wymiarów, gdyż mogą je mieć wyłącznie ciała materialne. Przestrzeń jest więc „własnością ciał zbieżną z ich rozciągłością”[7].

Niezależne istnienie „bytów” takich, jak przestrzeń i czas, kwestionuje również G. W. Leibniz (przeciwnik I. Newtona). „Przestrzeń według niego – to porządek, to wzajemne rozmieszczenie indywidualnych ciał istniejących na zewnątrz siebie; czas natomiast – to porządek zmieniających się zjawisk lub stanów ciał”[8]. Są one zatem zjawiskami względnymi: porządek współistnień (ciał) i porządek następstw (powszechna forma zmiany rzeczy).

W duchu relatywizmu utrzymują się również poglądy Engelsa na czas i przestrzeń. Materia, jako różnorodna i wciąż się zmieniająca, przybiera dwie formy, dzięki którym może w ogóle istnieć – są to właśnie czas i przestrzeń. Sensowne jest mówienie o nich jedynie w odniesieniu do konkretnych rzeczy istniejących realnie, jako takie czas oraz przestrzeń nie mają samodzielnego bytu (nie istnieją realnie). Są to bowiem zjawiska, które istnieją wyłącznie w umyśle podmiotu poznającego, są abstrakcyjne i subiektywne, a o stosunkach przestrzenno-czasowych można mówić o tyle, o ile odnoszą się one do konkretnych rzeczy postrzegalnych za pomocą zmysłów.

Materializm dialektyczny, a więc dział marksizmu zajmujący się zagadnieniami ontologicznymi, odrzucając tzw. „materializm mechanistyczny” (nienadążający za postępem i nowymi odkryciami w dziedzinie fizyki i chemii), przyznał materii status uniwersalny i niezależny. Najważniejszym zaś atrybutem tak pojętej materii jest ruch (wszelka zmiana; samorozwój). Przede wszystkim natomiast materializm dialektyczny zerwał z omówioną powyżej absolutną koncepcją czasu i przestrzeni na rzecz teorii relacyjnej. Czas oraz przestrzeń odnoszą się więc do wszelkich, uniwersalnych własności przedmiotów i procesów realnie zachodzących w przyrodzie, ale nie istnieją odrębnie „poza” materią. Należałoby zatem używać określeń bardziej precyzyjnych: „zjawiska są rozmieszczone jedno obok drugiego” oraz „zjawiska istnieją jedno po drugim” (zamiast: porządek przestrzenny i porządek czasowy).

Współczesna fizyka również przyjmuje, iż czas i przestrzeń są tylko formami parametryzacji procesów materialnych[9]. Nową perspektywę otworzyły w tej kwestii odkrycia Łobaczewskiego (i Riemanna), a więc geometrie nieeuklidesowe oraz inne nowe zagadnienia współczesnej nauki: teoria względności czy teoria pola. Konsekwencją takiego innowacyjnego podejścia była między innymi filozofia konwencjonalizmu, której początek dał H. Poincare. Podobnie odkrywcze i nowatorskie zarazem były również osiągnięcia w dziedzinie fizyki: teoria pola M. Faradaya oraz teoria fal elektromagnetycznych Maxwella. Wówczas zmienił się nieco pogląd na samą przestrzeń. Skoro bowiem zaczęto traktować pole elektromagnetyczne jako powszechne, będące swoistą formą materii, przestrzeń mogła nabrać cech istnienia materialnego. Był to więc kolejny argument przeciwko teoriom absolutystycznym (Demokryt, Newton). W takim kontekście można doszukiwać się powiązań i zależności (oddziaływania rzeczy na samą przestrzeń) pomiędzy przestrzenią o charakterze materialnym i cząsteczkami wytwarzającymi owe pole. Wyniki badań Maxwella i Lorentza wskazały na istnienie zależności pomiędzy ruchem elektronu a zmianą pola elektromagnetycznego. Tym samym dowiedziono, iż rozciągłość ciał[10] należy łączyć z natężeniem pola i prędkością ruchu tychże ciał.

Podobnie stało się w przypadku innych elementów wcześniejszych koncepcji. W świetle kolejnych odkryć – na przykład próżni (Guericke), którą w rzeczywistości określa się rozrzedzone powietrze – utrzymanie niektórych poglądów okazało się niemożliwe. Nurt zapoczątkowany przez Demokryta, w który wpisuje się również teoria Newtona (założenie o istnieniu próżni absolutnej, przestrzeni nie mającej żadnego wpływu na znajdujące się w niej ciała, jak również nie odbierającej żadnych impulsów od tychże ciał), nie miał już racji bytu. Przyjęto zatem nowe założenie w fizyce: materialna ze swej natury przestrzeń (gdyż wypełniona przez pole) oraz materialne cząstki (wytwarzające pole) oddziałują na siebie wzajemnie. Rozwijały się takie dziedziny jak elektrostatyka i elektrodynamika (ładunek elektryczny wytwarza pole elektryczne, a w trakcie ruchu także pole magnetyczne). Podsumowując: „…teoria pola doprowadziła do odrzucenia pojęcia absolutnie pustej przestrzeni i wskazała na zależność przestrzenno-czasowej charakterystyki ciał od prędkości ruchu tych ciał”[11].

Newtonowskie pojęcia absolutnego, „prawdziwego” czasu i przestrzeni, istniejących niezależnie od siebie i odrębnie od materii – musiały ulec przekształceniu. Dokonało się to w sposób najbardziej wyraźny w teorii względności Alberta Einsteina. Czas okazał się jednak podlegać zmianie pod wpływem zmiany parametrów przestrzennych, a tym samym układ odniesienia stał się elementem istotnie różnicującym wyniki pomiarów (zrezygnowano z założenia równoczesności). Wprowadzony został czwarty wymiar czasu, obok trójwymiarowej przestrzeni.  Warto przypomnieć zasady szczególnej teorii względności:

I „We wszystkich układach poruszających się względem siebie ruchem jednostajnym i postępowym (takie układy nazywa się układami inercjalnymi) prawa rządzące ruchem ciał, prawa przyrody są jednakowe”[12].

Powyższa zasada odnosi się również do fizyki newtonowskiej, ale z wyłączeniem zjawisk elektrodynamicznych.

              II „…prędkość światła wynosi c (300 000 km/s) we wszystkich układach inercjalnych. (…) prawa ruchu we wszystkich układach inercjalnych są jednakowe, niezmienne, co oznacza, że wszystkie układy inercjalne są sobie równoważne”[13].

Światło rozchodzi się z równą prędkością niezależnie od układów poruszających się ponadto względem siebie[14].

              Odkrycia Einsteina potwierdziły tezy o ścisłym powiązaniu czasu i przestrzeni, wprowadziły na stałe do języka fizyki pojęcie czterowymiarowego kontinuum przestrzenno-czasowego (czas jest właśnie owym czwartym wymiarem). Stało się to między innymi w wyniku badań prowadzonych nad zagadnieniem równoczesności. Skoro: „dwa zdarzenia są równoczesne wówczas i tylko wówczas, jeżeli dwa sygnały wysłane z punktów, w których zdarzenia zachodzą, w momencie zajścia tych...