Что же такое пространство?
Наверно каждый думающий человек задавался таким вопросом.
Попробую и я поразмышлять над этой "вечной" проблемой
Определений этого важнейшего понятия много.
Для решения разных задач исследователи создают под них удобное, "собственное" пространство.
Физики изначально договариваются о том, в каком "мире" будет происходить изучаемый физический процесс.
Получается, что свойства пространства задаются искусственно, в основном, с помощью математических соотношений. А есть ли "не договорной", а естественный вариант пространства? Существует ли вообще некое "объективное" пространство? Пространство, в котором мы существуем непрерывно или дискретно?
Ниже приведена моя попытка ответить на некоторые из этих вечных вопросов.
1.Пространство, материя, пустота, поле
Определение понятия "физическое пространство" для автора уже давно сложилось в достаточно простую формулу: материя определяет пространство, а пространство - содержит материю. Вторая часть этой формулы кажется очевидной и, пожалуй, не встретит возражений. А вот первую часть проиллюстрируем следующими логическими построениями.
Что бы получить (смоделировать) одно измерение, например, длину, необходимо иметь хотя бы две частицы материи для обозначения этой физической величины. Затем потребуется наблюдатель для определения выделенного этими двумя частицами размера, но наблюдатель должен быть как минимум двумерным, а это, естественно, требует немалое число дополнительных элементов материи. На следующей стадии необходимо осознать факт того, что перед наблюдателем существует именно "измерение пространства". С необходимостью потребуется разум, а это, по крайней мере, одно мыслящее существо. Но поскольку одного homo sapiens отдельно создать Природе не удалось, то потребуется Земля, а значит и Солнечная система, то есть столько материи, сколько мы ее сейчас наблюдаем. Фактически будет необходима вся наша Вселенная.
В формулу пространства можно попытаться включить "ничто" - пустоту, как промежуток между элементами материи, не содержащий ничего.
Но у пустоты нет физических свойств, а это значит, что ее не удастся обнаружить объективно - отсюда: пустота не изучаема и, логично считать, что ее вовсе нет.
Понимание пространства, как "отсутствие всего" между объектами, отражает лишь некоторый этап осмысления человеком этого понятия и интересен сейчас нам лишь как точка зрения древних мыслителей.
Современная концепция пространства, по-видимому, выглядит так: материя и пространство - неразрывны и взаимообусловлены.
Но куда же делась "пустота" мыслителей прошлого?
Пустоту, как составляющую пространства, физика заполнила материей особого рода, которую назвали полем.
Но следует отметить, что поле так же, как и пространство не имеет физичного содержания (говорят, что оно фундаментально, не представимо через другие понятия) и поэтому не может служить эквивалентом пространства, не может его заменить.
2. Непрерывность и дискретность пространства
Рассмотрим картину соотношения непрерывного и дискретного в понятии пространства. Несомненно, проясняет вопрос вот это: Апории Зенона Элейского.
Существует лишь три возможных теоретических варианта представления пространства (при решении апории 'Ахиллес и черепаха' Зенона) или среды (у сторонников эфира). 1.Среда непрерывна, но тогда Ахиллес не догонит черепаху, поскольку для этого ему придется выполнить бесконечное число шагов. А это, естественно, противоречит очевидному результату соревнования в беге персонажей апории. 2.Среда квантуется до конечного размера кванта (Аристотель) и тогда Ахиллес догонит черепаху, но возникают противоречия при анализе движения материи в пределах кванта: скорость и Ахиллеса и черепахи здесь станут равными, и тогда в Природе окажется возможной лишь единственная скорость перемещения! Абсурд. 3.Среда квантуется до нулевого размера кванта (Вейтлинг): тогда Ахиллес догонит черепаху, но возникает другое противоречие - из "нулевых" квантов не создать реальный объект, так, как из не существующего невозможно получить нечто существующее. Нонсенс.
Таким образом, при любом теоретическом представлении среды мы не находим возможности непротиворечиво (используя формальную логику) представить движение тел.
Получается, что пространство не может быть представлено ни непрерывной, ни дискретной физической системой! Как это можно понять?
3. Пространство в квантовой механике (КМ) и общей теории относительности (ОТО)
Известно, что пространство в КМ заполнено некоторой субстанцией, названной " физический вакуум". Эта необычная субстанция: оно не вещество и, поэтому, не признается физической средой.
Содержанием физического вакуума являются математические объекты - "виртуальные частицы", которым приписывается свойство - обладать энергией. Почему же квантовая физика уходит от материальной среды, которую называют эфиром?
Потому, что эфир позволяет ввести абсолютную систему отсчета.
А в таком случае и СТО и ОТО необходимо пересматривать. На такое официальная физика, по-видимому, пойти не может. Вместе с тем, если не предвзято трактовать, например, этот эксперимент, в котором пространство выглядит, как "мед", а значит, его, несомненно, можно рассматривать, как абсолютную систему отсчета.
Квантовые поля представляются, как некоторые виртуальные сущности, не имеющие физического смысла. Виртуальные объекты - это не реальность, а лишь математическая модель.
Из этого напрашивается вывод, что "пространства" КМ и ОТО так же далеки от "натуральных".
4.Тайна пространства
Перед глазами возникает весьма удручающая картина - на протяжении 25 веков попытки интеллекта человека постичь тайну пространства оказались безуспешными. Тысячелетия размышлений лучших умов человечества не привели к пониманию сущности пространства (да и времени, конечно)! Почему?
Может быть, условия задачи не полны? Может быть не следует "по умолчанию" считать пространство изотропной однокомпонентной системой?
А может быть, пространства вовсе нет в Природе, а оно лишь результат работы нашего мозга - приспособительная реакция, направленная на выживание вида?
Вывод
Вопросов оказалось существенно больше, чем ответов.