Filozofia przestrzeni i czasu – dział filozofii oraz filozofii fizyki, który bada naturę przestrzeni, czasu i czasoprzestrzeni, a także sposoby ich poznawania i opisywania. Do jego podstawowych zagadnień należą pytania o to, czy przestrzeń i czas istnieją niezależnie od umysłu, czy są bytami samoistnymi, czy jedynie układami relacji między rzeczami i zdarzeniami, czy teraźniejszość ma uprzywilejowany status ontologiczny, skąd bierze się pozornie jednokierunkowy upływ czasu oraz jak rozumieć tożsamość w czasie.
Problemy te należą do najstarszych tematów filozofii, ale nabrały szczególnego znaczenia w filozofii nowożytnej i współczesnej, zwłaszcza po powstaniu teorii względności i rozwoju współczesnej metafizyki. Filozofia przestrzeni i czasu pozostaje jednym z głównych obszarów styku ontologii, epistemologii i filozofii nauki.
Antyczne i średniowieczne ujęcia Jedną z najwcześniejszych zachowanych wypowiedzi o czasie sformułował egipski myśliciel Ptahhotep, który napisał:
„Wypełniaj pragnienie, póki żyjesz, i nie czyń nic ponad to, co nakazane; nie skracaj czasu kolejnego pragnienia, gdyż marnowanie czasu jest obrzydliwością dla ducha...” 11. maksyma Ptahhotepa
Najstarszymi tekstami filozofii indyjskiej i hinduistycznej są Wedy. W rozwiniętej później w puranach wszechświat przechodzi przez powtarzające się cykle tworzenia, zniszczenia i odrodzenia, a każdy cykl trwa 4 320 000 000 lat. W tradycyjnych systemach religijnych, w tym w buddyzmie, pojawiały się również koncepcje cyklicznej kosmologii. Antyczni filozofowie greccy, w tym Parmenides i Heraklit, rozważali naturę czasu.
Inkowie uznawali przestrzeń i czas za jedną koncepcję, określaną w językach keczua i ajmara słowem pacha.
Już w starożytności pytania o przestrzeń i czas wiązano z ruchem, zmianą i strukturą kosmosu. W Timajosie Platon łączył czas z ruchem ciał niebieskich, a przestrzeń ujmował jako to, „w czym” rzeczy powstają i giną. Arystoteles w księdze IV Fizyki definiował czas jako liczbę ruchu według „przed” i „po”, a miejsce jako nieruchomą granicę ciała otaczającego.
W XI księdze Wyznań Augustyn rozważa naturę czasu. Pyta, czym jest czas, i odpowiada, że wie to, dopóki nikt go o to nie pyta, ale nie wie, gdy ma to wyjaśnić pytającemu. W dalszej części komentuje trudność myślenia o czasie, wskazując, że w potocznym języku o niewielu rzeczach mówi się właściwie, o większości zaś niewłaściwie, a mimo to intencje mówiącego są rozumiane. W kontekście dyskusji o czasie Augustyn twierdził też, że wiedza o czasie zależy od wiedzy o ruchu rzeczy, a zatem czas nie może istnieć tam, gdzie brak stworzeń mierzących jego upływ (Wyznania XI, 30).
W odróżnieniu od antycznych Greków wierzących, że wszechświat ma nieskończoną przeszłość bez początku, filozofowie średniowieczni i teologowie rozwijali koncepcję wszechświata o skończonej przeszłości z początkiem, dziś znaną jako finityzm temporalny. Jan Filopon przedstawił wczesne argumenty, przejęte później przez chrześcijańskich filozofów i teologów, w formie „argumentu o niemożliwości istnienia rzeczywistej nieskończoności”, który głosi: „Rzeczywista nieskończoność nie może istnieć.” „Nieskończony ciąg zdarzeń w czasie jest rzeczywistą nieskończonością.” „∴ Nieskończony ciąg zdarzeń w czasie nie może istnieć.”
Na początku XI wieku muzułmański fizyk Ibn al-Hajsam omawiał postrzeganie przestrzeni i jego implikacje epistemologiczne w swoim dziele Kitab al-Manazir (Księga optyki, 1021). Odrzucił też arystotelesowską definicję toposu (Fizyka, IV) za pomocą rozumowań geometrycznych i zdefiniował miejsce jako matematyczne rozciągnięcie przestrzenne. Jego eksperymentalne obalenie teorii emisji widzenia, popieranej wcześniej przez Euklidesa i Ptolemeusza, zmieniło rozumienie percepcji wzrokowej przestrzeni. Łącząc percepcję przestrzeni z wcześniejszym doświadczeniem cielesnym, Ibn al-Hajsam jednoznacznie odrzucał intuicyjność postrzegania przestrzeni, a tym samym autonomię samego wzroku. Bez namacalnych pojęć odległości i wielkości, pozwalających na korelację, wzrok sam w sobie niewiele mówi o takich sprawach.
Realizm i antyrealizm Tradycyjne stanowisko realistyczne w ontologii głosi, że czas i przestrzeń istnieją niezależnie od ludzkiego umysłu. Idealiści, w przeciwieństwie do realistów, negują lub kwestionują istnienie obiektów niezależnych od umysłu. Niektórzy antyrealiści, którzy ontologicznie przyjmują istnienie obiektów poza umysłem, mimo to kwestionują niezależne istnienie czasu i przestrzeni.
W 1781 roku Immanuel Kant opublikował Krytykę czystego rozumu. Opisuje w nim czas jako czystą (aprioryczną) formę naoczności, a nie pojęcie. Wraz z przestrzenią, drugą taką formą, czas umożliwia doświadczenie zmysłowe. Kant utrzymuje, że ani przestrzeń, ani czas nie są substancjami, bytami samymi w sobie ani czymś nabywanym z doświadczenia; oba są raczej elementami systematycznych ram, których używamy do porządkowania doświadczenia. Pomiar przestrzenny służy do określania odległości między obiektami, a pomiar czasu do ilościowego porównywania odstępów między zdarzeniami lub czasu ich trwania. Choć w tym sensie przestrzeń i czas są transcendentalnie idealne, a więc zależne od umysłu, zarazem są też empirycznie realne, czyli, zgodnie z definicją Kanta, stanowią a priori cechy doświadczenia, a nie jedynie „subiektywne”, zmienne czy przypadkowe percepcje w danej świadomości.
Niektórzy idealiści, m.in. J. M. E. McTaggart w artykule The Unreality of Time, argumentowali, że czas jest iluzją (zob. także: Przepływ czasu, poniżej). Rozpatrywani tu autorzy to w dużej mierze realiści; na przykład Gottfried Leibniz utrzymywał, że jego monady istniały co najmniej niezależnie od umysłu obserwatora.
Absolutyzm i relacjonizm Leibniz i Newton Klasyczną postać spór ten uzyskał w korespondencji Gottfrieda Leibniza z Samuelem Clarke'em, który występował jako rzecznik Isaaca Newtona. Chodziło o to, czy przestrzeń i czas są bytami absolutnymi, istniejącymi niezależnie od rzeczy, czy jedynie układami relacji między ciałami i zdarzeniami.
Argumentując przeciwko stanowisku absolutystycznemu, Leibniz przytacza wiele eksperymentów myślowych, mających wykazać, że założenie istnienia takich faktów jak absolutne położenie i prędkość prowadzi do sprzeczności. Argumenty te opierają się na dwóch zasadach centralnych dla jego filozofii: zasadzie dostatecznej racji i zasadzie tożsamości nierozróżnialnych. Zasada dostatecznej racji głosi, że dla każdego faktu istnieje wystarczający powód wyjaśniający, dlaczego jest taki, a nie inny. Zasada tożsamości nierozróżnialnych twierdzi, że jeśli nie ma sposobu odróżnienia dwóch bytów, są one tym samym bytem.
Przykład używany przez Leibniza obejmuje dwa hipotetyczne wszechświaty umieszczone w absolutnej przestrzeni. Jedyną dostrzegalną różnicą między nimi jest to, że drugi jest położony o pięć stóp bardziej w lewo od pierwszego. Przykład ten jest możliwy tylko przy założeniu, że istnieje absolutna przestrzeń. Taka sytuacja jednak nie byłaby możliwa, zdaniem Leibniza, ponieważ pozycja wszechświata w absolutnej przestrzeni nie miałaby dostatecznej racji – mógłby znajdować się równie dobrze gdziekolwiek indziej. Dlatego byłoby to sprzeczne z zasadą dostatecznej racji, a istniałyby dwa odrębne wszechświaty, nierozróżnialne we wszystkich względach, co przeczyłoby zasadzie tożsamości nierozróżnialnych.
W odpowiedzi na argumenty Leibniza Clarke powołał się m.in. na eksperyment z wiadrem, który Newton opisał w scholium do Principiów (1687), polemizując wówczas z Kartezjuszem. Woda w wiadrze, zawieszonym na linie i wprawionym w ruch obrotowy, początkowo ma powierzchnię płaską. Gdy woda zaczyna wirować, jej powierzchnia staje się wklęsła. Po zatrzymaniu wiadra woda nadal wiruje, a dopóki utrzymuje się ten ruch, powierzchnia pozostaje wklęsła. Wklęsła powierzchnia najwyraźniej nie jest skutkiem samej interakcji wiadra i wody, ponieważ początkowo powierzchnia była płaska; wklęsłość pojawia się dopiero wtedy, gdy woda, wprawiona w obrót przez wirujące wiadro, sama zaczyna wirować, i utrzymuje się mimo zatrzymania wiadra.
W tej odpowiedzi Clarke argumentuje za koniecznością istnienia absolutnej przestrzeni, aby wyjaśnić zjawiska takie jak obrót i przyspieszenie, których nie da się ująć wyłącznie w relacjonistycznym ujęciu. Carl Hoefer, Nick Huggett i James Read zauważają jednak, że Clarke nie oddał wiernie rozumowania Newtona. Zamiast niego argumentował, że układy poruszające się z różnymi prędkościami muszą się różnić, bo po zatrzymaniu dawałyby różne skutki. Rozpowszechnione ujęcie, zgodnie z którym wklęsłość powierzchni wody dowodzi jej obrotu względem absolutnej przestrzeni, przypisywał Newtonowi Mach, a ci sami autorzy uznają tę lekturę za mylącą.
Leibniz opisywał przestrzeń jako relację między obiektami, bez bytu niezależnego od ich istnienia. Ruch istnieje wyłącznie jako relacja między tymi obiektami. W ujęciu Newtona absolutna przestrzeń dostarczała absolutnej ramy odniesienia, w której obiekty mogły się poruszać. W jego systemie rama odniesienia istnieje niezależnie od obiektów, które się w niej znajdują. Obiekty można więc opisywać jako poruszające się względem samej przestrzeni. Przez niemal dwa stulecia argument z wklęsłej powierzchni wody uchodził za rozstrzygający.
Mach Kolejną ważną postacią w tej debacie jest XIX-wieczny fizyk Ernst Mach. Krytykował on wniosek, że eksperyment z wiadrem dowodzi istnienia absolutnej przestrzeni, i sugerował, że zjawiska bezwładnościowe należy wyjaśniać przez odniesienie do całkowitego rozkładu materii we wszechświecie, symbolicznie reprezentowanego przez „gwiazdy stałe”.
Mach sugerował, że eksperymenty myślowe typu wiadra są problematyczne. Gdybyśmy wyobrazili sobie wszechświat zawierający tylko wiadro, według Newtona można by nadać temu wiadrowi obrót względem absolutnej przestrzeni, a zawarta w nim woda tworzyłaby charakterystyczną wklęsłą powierzchnię. Jednak przy braku innych obiektów we wszechświecie trudno byłoby potwierdzić, że to wiadro rzeczywiście wiruje. Równie prawdopodobne wydawałoby się, że powierzchnia wody pozostałaby płaska.
Sam Mach zastrzegał, że nikt nie potrafi powiedzieć, jak przebiegłby eksperyment, gdyby ścianki naczynia miały grubość kilku mil. Nick Huggett, Carl Hoefer i James Read odczytują jego uwagi także jako stwierdzenie, że nie da się przewidzieć wyniku takich eksperymentów we wszechświecie pozbawionym innej materii. Gdyby jednak do takiego wszechświata wprowadzić inny obiekt, choćby odległą gwiazdę, pojawiłoby się coś, względem czego można by uznać wiadro za obracające się. Woda w wiadrze mogłaby wtedy wykazywać niewielkie zakrzywienie. Aby wyjaśnić obserwowaną krzywiznę, należałoby przyjąć, że wraz ze wzrostem liczby obiektów we wszechświecie rośnie także zakrzywienie powierzchni wody. Mach twierdził, że bezwładność ciała, zarówno w ruchu postępowym, jak i obrotowym, jest rezultatem sumy oddziaływań innych obiektów we wszechświecie (zasada Macha).
Einstein Albert Einstein zaproponował, że prawa fizyki powinny opierać się na zasadzie względności. Zgodnie z tą zasadą reguły fizyki muszą być takie same dla wszystkich obserwatorów, niezależnie od używanej ramy odniesienia, a światło rozchodzi się z tą samą prędkością we wszystkich układach odniesienia. Teoria ta była inspirowana równaniami Maxwella, które pokazują, że fale elektromagnetyczne rozchodzą się w próżni z prędkością światła. Jednak równania Maxwella nie precyzują, względem czego ta prędkość jest mierzona. Przed Einsteinem uważano, że jest to prędkość względem stałego ośrodka, zwanego eterem świetlnym. W przeciwieństwie do tego, szczególna teoria względności głosi, że światło porusza się z prędkością światła we wszystkich inercjalnych układach odniesienia, i bada konsekwencje tego postulatu.