1.2. Теорія простору

Стало ясно, що необхідно відмовитися від наочних і звичних ньютоново уявлень про простір і час, і в 1905р. Альберт Ейнштейн (1879-1955) запропонував абсолютно нову теорію простору і часу - так звану спеціальну теорію відносності (СТО). Основу його теорії складають два постулати: 1 - швидкість світла у вакуумі постійна і не залежить від руху спостерігача або джерела світла; 2 - всі фізичні явища (механічні та електродинамічні) відбуваються однаково в усіх тілах, що рухаються відносно один одного прямолінійно і рівномірно. Прийняття цих принципів означало зміна довжин і часів у відповідності з перетвореннями Лоренца для тіл, що рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості світла. Це було вже кардинальне перетворення наочних уявлень. "Відтепер простір і час, взяті окремо, приречені тягнути примарне існування, і тільки єдність їх обох збереже реальність і самостійність" (Г. Мінковський). Час і простір об'єднуються в 4-мірний простір-час.  У 1916р. Ейнштейн включив СТО в свою загальну теорію відносності (ЗТВ), або узагальнену теорію тяжіння. Властивості простору і часу в його теорії визначаються розподілом і рухом матерії у просторі. При наявності в просторі тяжіють мас, а отже, і поля тяжіння, простір викривляється, стає неевклідових.  Хоча співвідношення між кількістю матерії та ступенем кривизни просте, але складні розрахунки - для опису кривизни в кожній точці потрібно знати значення двадцяти функцій просторово-часових координат. Десять функцій відповідають тій частині кривизни, яка поширюється у вигляді гравітаційних хвиль, тобто у вигляді "брижів" кривизни, інші десять - визначаються розподілом мас, енергії, імпульсу, кутового моменту, внутрішніх напружень в речовині і значення універсальної гравітаційної постійної G. Через малість величини G потрібно багато мас, щоб істотно "зігнути" простір-час. Тому 1 / G часом розглядають як міру жорсткості простору-часу. З точки зору нашого повсякденного досвіду простір-час дуже жорстке. Вся маса Землі створює кривизну, складову порядку однієї мільярдної кривизни своїй поверхні. Щоб уявити кривизну простору-часу поблизу Землі, підкинемо м'яч в повітря. Якщо він буде перебувати в польоті 2с і опише дугу в 5м, то світло за ці 2с пройде відстань 600 000км. Якщо уявити дугу висотою 5м, витягнуту по горизонталі до 600 000км, то її кривизна і буде відповідатикривизні простору-часу. На відміну від теорії гравітації Ньютона, теорія Ейнштейна претендує на теорію простору-часу, тобто на теорію Всесвіту в цілому.  Багатьох цікавило питання, чому ми здатні сприйняти тільки простір трьох вимірів. П. Еренфест у 1917р. досліджував це питання спеціально і вказав, що "закон зворотних квадратів", за яким діють один на одного точкові гравітаційні маси або електричні заряди, обумовлений тривимірністю простору. У просторі n вимірювань точкові частинки взаємодіяли б за законом зворотної ступеня (n - 1). Тому для n = 3 справедливий закон зворотних квадратів, тому що 3-1 = 2. Він показав, що при n = 4, що відповідає закону зворотних кубів, планети рухалися б по спіралях і швидко б впали на Сонці. В атомах при числі вимірювань, більшому трьох, також не існувало б стійких орбіт, тобто не було б хімічних процесів і життя. На зв'язок тривимірності простору з законом тяжіння вказував ще і Кант.  Крім того, можна показати, що поширення хвиль "в чистому вигляді" неможливо в просторі з парним числом вимірів. З'являються спотворення, що порушують стерпну хвилею структуру (інформацію). Приклад тому - поширення хвилі по гумовому покриттю (по поверхні розмірності 2). У 1955р. математик Г. Дж. Уітроу уклав, що оскільки живим організмам необхідні передача та обробка інформації, то вищі форми життя не можуть існувати в просторах парному розмірності. Цей висновок відноситься до відомих нам форм життя і законам природи і не виключає існування інших світів, іншої природи.  У науці виробляються кількісні порівняння і тому важливі вимірювання. Вимірювання - це визначення невідомої величини відомої встановленої одиницею заходи.

2. Уявлення про час