Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






ТЕМА 2.5. КОНЦЕПЦИЯ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ

2.5.1. Развитие представлений о пространстве и времени

Пространство и время относятся к числу важных форм бытия материи или ее

атрибутов, без которых невозможно существование материи.

Пространство — есть форма бытия материи, характеризующая ее протяженность,

структурность, сосуществование и взаимодействие элементов во всех материальных

системах.

Время — атрибут, всеобщая форма бытия материи, выражающая длительность

существования бытия и последовательность смены состояний в изменении и развитии

материальных систем и процессов в мире.

Попробуем проследить, как развивались представления о пространстве и времени.

Одним _______из первых ученых – естествоиспытателей, развивавших эту тему, был Аристотель. Он

признавал объективное существование материи, но отрицал понятие пустого пространства и

существование времени, считая, что пространство — есть форма существования вещей.

В отличие от Аристотеля греческие атомисты (Демокрит, Эпикур) утверждали, что

существует бесконечное мировое пространство, являющееся вместилищем вещей, ареной

движения тел. Но их утверждения долгое время не принимались в науке, потому что в ней

господствовала философия Аристотеля.

Воззрения древних атомистов победили лишь после длительных споров. После

открытия в XVII в. вакуума представления о пустом пространстве стали приобретать

сторонников.

Наиболее отчетливую формулировку в Новое время определение пространства и

времени получило в труде И. Ньютона «Математические начала натуральной философии», в

котором он развивает концепцию абсолютного и относительного пространства и времени.

В этом труде абсолютное пространство и время определились как некоторые

самодовлеющие сущности. Абсолютное пространство— это вместилище самого себя и всего

существующего, а время — вместилище событий. Они существуют вне и независимо от

каких-либо материальных процессов, как те универсальные условия, в которые помещена

материя. Абсолютное пространство трехмерно, непрерывно, неподвижно, бесконечно,

однородно и изотропно. Абсолютное время ни от чего не зависит, ход событий не влияет на

течение времени. Время одномерно, непрерывно, везде одинаково, бесконечно, однородно.

Кроме того, И. Ньютон считал, что существует еще относительное пространство,

которое определяется чувствами и является ограниченно подвижной частью относительно

некоторых тел. Относительное время по И. Ньютону — это обыденное время, постигаемая

чувствами внешняя мера продолжительности (час, день, месяц, год).

Иных взглядов придерживался в своей философии Г. Лейбниц. Он считал,

предустановленная гармония возможна в каждом из потенциально возможных миров,

создаваемых Богом. Лейбниц Г. рассматривал пространство как порядок сосуществования

тел, а время — как порядок отношений и последовательность событий. Это понимание

составило сущность реляционной концепции пространства и времени, которая

противостояла их пониманию как абсолютных и независимых ни от чего реальностей,

подвластных только Богу.

Некоторые философы (Беркли, Мах, Авенариус) ставили пространство и время в

зависимость от человеческого сознания, выводили их из способности человека переживать и

упорядочивать события, располагать их одно подле другого. Кант рассматривал

пространство и время как априорные (опытные) формы чувственного созерцания, вечные

категории сознания, аргументируя это ссылкой на стабильность геометрии Эвклида в

течение двух тысячелетий.

Т.о., в основе первых лежало представление о том, что пространство и время не

зависят от свойств материальных тел и от особенностей их движения.

Для описания пространства и времени использовалась созданная еще в античной

Греции (III в. до н.э.) геометрия Эвклида. Им было составлено обширное сочинение в 13

томах, известное под названием «Начала». Практически до конца XVIII столетия «начала»

представляли собой основу геометрических знаний.

Согласно геометрии Евклида через каждую точку на плоскости можно провести

только одну линию, параллельную данной. Сумма внутренних углов любого треугольника

равна 180 0 и не зависит от его размеров, а все пространство как бы пронизано незримыми

гигантскими плоскостями, через любые две точки которых можно провести идеально

ровную прямую линию.

Новую неевклидову геометрию почти в одно и то же время создали русский

математик Н.И. Лобачевский, венгр Я. Больяй и немец К. Гаусс. Они показали, что

возможно такое пространственное построение, при котором через точку вне прямой можно

провести пучок не пересекающихся с ней линий, а сумма углов треугольника зависит от его

размеров и может быть меньше 180 0 . Оказалось, что в новой геометрии эта величина

существенно зависит от линейных размеров треугольников.

В малых областях новая геометрия практически совпадает с геометрией Евклида,

но в больших они существенно отличаются.

И Н.И. Лобачевский, и К. Гаусс ясно ставили вопрос об отношении новой

геометрии к физической реальности. Они старались выяснить, какой геометрией

описывается реальное пространство: евклидовой или новой? Для этого К. Гаусс измерял

сумму углов треугольника, образованного тремя горными вершинами, а Н.И. Лобачевский

выбрал значительно больший треугольник. Он проводил астрономические измерения,

используя два положения Земли на орбите и далекую звезду, измеряя, параллаксы звезд

(поэтому он назвал свою геометрию «воображаемой» или «звездной»).

Однако ни измерения К. Гаусса, ни астрономические наблюдения Н.И. Лобачевского

не дали ответа на поставленный вопрос, потому что в то время точность астрономических

измерений была недостаточной. Ни К. Гауссу, ни Я. Больяй, ни Н.И. Лобачевскому не

удалось найти окончательного доказательства логической непротиворечивости построенной

геометрии.

Первое доказательство этой непротиворечивости было дано лишь в 70-е гг. XIX в.

итальянским геометром Э. Бельтрами и немецким математиком Ф. Клейном. Они заменили

понятия прямых (кратчайших линий в мире Евклида) на геодезические линии

(экстремальные кривые) на гиперповерхности. Затем Г. Риман впервые указал на

возможность геометрического пространства конечной протяженности. А В. Клиффорд

высказал гипотезу о возможной связи электромагнитного поля и геометрии пространства. Он

еще более определенно, чем Г. Риман поставил вопрос о возможном проявлении

искривленности пространства. При этом он отметил три типа проявления кривизны и все они

в последствии нашли естественное воплощение в общей теории относительности.

К началу XX в. были подготовлены все условия для создания теории

относительности А. Эйнштейна. В 1905 г. он завершил построение специальной теории

относительности (СТО). В ней было доказано, что в реальном физическом мире

пространственные и временные интервалы меняются при переходе от одной системы отсчета

к другой. Когда скорости движения малы по отношению к скорости света, можно

приблизительно считать, что размеры тел и ход времени остаются одними и теми же. Но,

когда речь идет о движениях со скоростями, близкими к скорости света (300 000 км / сек), то

изменение пространственных и временных интервалов становится заметным. При

увеличении относительной скорости движения системы отсчета до 300 000 км/сек

пространственные интервалы сокращаются, а временные растягиваются. Т.е., время как бы

замедляет свой ход в быстродвижущихся системах.

Идеи СТО получили дальнейшее развитие и конкретизацию в общей теории

относительности (ОТО), которая была создана А. Эйнштейном в 1916 г. В этой теории было

показано, что геометрия пространства – времени определяется характером поля тяготения,

которое, в свою очередь, определено взаимным расположением тяготеющих масс. Вблизи

больших тяготеющих масс происходит искривление пространства (его отклонение от

евклидовой метрики) и замедление хода времени.

Теория относительности обнаружила еще одну существенную сторону

пространственно - временных отношений материального мира. Она выявила глубокую связь

между пространством и временем, показав, что в природе существует единое пространство –

время, а отдельно пространство и отдельно время выступают как его своеобразные

проекции, на которые оно по-разному расщепляется в зависимости от характера движения

тел.

2.5.2. Свойства пространства и времени

Всеобщие свойства пространства – времени:

1.Объективность (независимость от человеческого сознания и сознания всех других

разумных существ в мире);

2.Абсолютность (как универсальные формы бытия материи, они проявляются на

всех структурных уровнях существования материи);

3.Неразрывная связь друг с другом и с движением материи;

4.Количественная и качественная бесконечность (неотделимая от структурной

бесконечности материи).

Но пространство и время, наряду с общими характеристиками, имеют также и

специфические свойства, относящиеся только к пространству или только ко времени.

Свойства отдельно пространства:

1.Протяженность, означающая рядоположенность, сосуществование, связь

различных элементов (точек, отрезков, объемов), возможность прибавления или уменьшения

элементов. Протяженной можно считать любую систему, в которой возможны изменения

характера связей и взаимодействий составляющих ее элементов, их числа, взаимного

расположения и качественных особенностей. Протяженность тесно связана со

структурностью материальных объектов, обусловлена взаимодействием между

составляющими тела элементами материи.

2.Связность и непрерывность, Они проявляются как в характере перемещений тел от

точки к точке, так и в распространении воздействий через различные материальные поля.

Связность означает отсутствие каких-либо «разрывов» в пространстве.

3.Относительная прерывность. Она проявляется в раздельном существовании

материальных объектов и систем, имеющих определенные размеры и границы, в

существовании многообразных структурных уровней материи с различными

пространственными отношениями.

4.Трехмерность. Все материальные процессы и взаимодействия реализуются в

пространстве трех измерений. Три измерения являются тем необходимым и достаточным

минимумом, в рамках которого могут осуществляться все типы взаимодействий

материальных объектов. В 20-е гг. австралийский физик П. Эренфест показал, что

трехмерность пространства является условием существования устойчивых связанных

систем, состоящих из двух тел. В пространстве более трех измерений такие системы

невозможны, в нем не существовало бы замкнутых орбит планет и не могли бы

образовываться планетные системы. Кроме того, только в трехмерном пространстве

возможно образование электронных оболочек вокруг ядра, существование атомов, молекул _______и

макротел.

В современных концепциях супергравитации вводится представление о 10-мерном

пространстве. Эти представления допускают предположение, что при рождении нашей

Метагалактики только 4 из 10 измерений пространства – времени обрели макроскопический

статус, а остальные оказались как бы свернутыми (компактифицированными) в глубинах

микромира, в областях 10 -33 см. Их можно обнаружить, только проникнув в эти области, но

там мы столкнемся с принципиально иными мирами.

5.Единство метрических и топологических свойств. Метрика может быть различной

— евклидовой и неевклидовой. Причем возможно много разновидностей неевклидовых

пространств с различными значениями кривизны. Топологические свойства характеризуют

связность, трехмерность, непрерывность, неоднородность, бесконечность пространства, его

единство со временем и с движением. Абстрактные пространства, допускающиеся в

математике, могут быть неметрическими, но в материальном мире такого рода пространств

не обнаружено на всех известных структурных уровнях.

К свойствам отдельно времени относятся:

1.Длительность — как последовательность смены состояний, возникновение за

каждым данным интервалом времени последующих. Никакой процесс в природе не может

происходить мгновенно, он обязательно длится во времени, что обусловлено конечной

скоростью распространения взаимодействий и изменения состояний.

2.Вечность — как бесконечная последовательность интервалов бытия.

3.Необратимость — однонаправленное изменение от прошлого через настоящее к

будущему.

4.Одномерность — линейная последовательность событий, генетически связанных

между собой. Если бы время имело не одно, а два, три и больше измерений, то это означало

бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с ними

мира – двойники, в которых те же самые события разворачивались бы в одинаковой

последовательности. Но для таких допущений нет никаких оснований.

5. Множественность — как отсутствие единого времени. Существует собственное

время развития системы, глобальное время эволюции, мировое время, психологическое

время.

2.5.3.Качественное многообразие форм пространства – времени

Специфические пространственно – временные структуры характеризуют три

основные сферы материального мира — неживую природу, жизнь и общество.

В свою очередь, в неживой природе существуют особенности физического

пространства – времени в мега-, макро- и микромире.

В локальных областях макромира, когда можно абстрагироваться от искривления

пространства – времени вблизи больших тяготеющих масс, пространство – время

характеризуется евклидовой геометрией.

В масштабах галактик и Метагалактики (мегамир) существенную роль начинает

играть кривизна пространства – времени, связанная с взаимодействием тяготеющих масс.

Характер кривизны пространства Метагалактики зависит от средней плотности в ней

вещества и полей.

В микромире, по-видимому, в областях 10 –33 см и 10 –43 см пространство и время

становятся дискретными и дальнейшее их деление невозможно.

Становление Метагалактики означало формирование пространства – времени макро

- и мегамира из пространственно – временных структур микромира. Точно так же, как в

процессе развития появляются новые виды материи и формы ее движения, возникают и

соответствующие им типы пространственно – временных структур.

В живой природе существует особая форма пространства – времени. Она называется

биологической. Она как бы вписывается во внешнее пространство – время неживой

природы. Биологическое пространство — ниша жизни любого живого организма,

биологическое время — время, связанное с их жизненными проявлениями. Особенности

биологических пространственно – временных структур проявляются на разных уровнях

организации живого.

Пространственную организацию живых молекул характеризует асимметрия

«левого» и «правого» в группировках атомов. В живых системах имеются только

«левосторонние» формы некоторых молекул. Эта особенность пространственных

характеристик живых систем известна уже давно, но пока не получила общепринятого

объяснения.

Любой живой организм существует одновременно в двух разных мирах — в мире

ньютоновской классической механики и в микромире с законами квантовой механики.

Возникновение социально организованной материи способствовало формированию

новых, качественно специфических пространственно – временных структур.

Пространственные структуры, характеризующие общественную жизнь, не сводятся

ни к пространству неживой природы, ни к биологическому пространству. Здесь возникает

особый тип пространственных отношений, в котором воспроизводится и развивается человек

как общественное существо.

Социальное пространство, вписанное в пространство биосферы и космоса, обладает

особым человеческим смыслом. Оно функционально расчленено на ряд подпространств,

характер которых и их взаимосвязь исторически меняются по мере развития общества.

Специфика социального пространства тесно связана со спецификой социального

времени, которое является внутренним временем общественной жизни и как бы вписано во

внешнее по отношению к нему время природных процессов.

Социальное время является мерой изменчивости общественных процессов,

исторически возникающих преобразований в жизни людей.

Следует отметить, что хотя мы подразделяем пространство и время на три больших

категории (существование их в неживой природе, в жизни и в обществе), это не дает

основания считать, что каждый живой организм существует в своем особом биологическом

пространстве, как в футляре, или что темпы и ритмы в социальных и биологических

системах никак не коррелируются с вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, с

темпами и ритмами природы.

Такие утверждения противоречили бы материальному единству мира, а также

очевидным фактам жизни. Во всех биологических и социальных системах проявляются

указанные выше всеобщие свойства пространства – времени.

Соотношение _______между пространственно – временными свойствами физических,

биологических и социальных систем совсем не такое, как между формами их движения.

Здесь единства гораздо больше, чем различия, т.к. пространственно – временные отношения

каждой малой системы включены в качестве компонентов в пространственно – временные

отношения большей по масштабам системы, находятся с ними в неразрывной связи и

обусловленности.

Контрольные вопросы

1.Как понимается пространство и время в современной науке?

2.Какие представления о пространстве и времени существовали в доньютоновский

период?

3.Как трактовал И. Ньютон пространство и время?

4.Какая геометрия использовалась для характеристики пространства до XIX в.?

5.Почему возникла новая геометрия, кто ее автор?

6.В чем разница между геометрией Евклида и Н.И. Лобачевского?

7.Что значит искривленное пространство по Н.И. Лобачевскому, как Вы себе

представляете искривленное пространство?

8.Какие представления о пространстве и времени стали определяющими в теории

относительности А. Эйнштейна?

9.К каким новым выводам приводит теория относительности А. Эйнштейна?

10.Какими свойствами обладают пространство и время?

11.В чем заключаются особенности биологического пространства и времени?

12.В чем заключается специфика социального пространства и времени?

Литература

1. Девис П. Пространство и время в современной картине Вселенной.– М., 1979.

2.Дубровский В.Н. Классическая гравитационная концепция пространства - времени

//Философ. науки. — 1990, № 10.

3.Моисеева Н.И. Время в нас и время вне нас. — Л., 1991.

4.Пространство и время. — Киев, 1994.

Контрольные задания к теме 2.5.

№ 1. Придумайте символы пространству и времени.

№ 2. Изобразите с помощью схемы свойства пространства и времени.

№ 3. Изобразите качественное многообразие форм пространства и времени в виде

таблицы.

№ 4. Дайте определение а) пространству; б) времени.

№ 5. Укажите, кто из ученых античности признавал существование материи, но

отрицал понятие пространства и времени.

№ 6. Дайте определение пространства и времени по И. Ньютону.

№ 7. Выберите правильный ответ.

Какое пространство описывалось геометрией Лобачевского – Гаусса – Больяй? а)

геометрическое; б) искривленное; в) математическое.

№ 8. Поясните, в чем сущность СТО А. Эйнштейна.

№ 9. Укажите, кому принадлежит представление о том, что пространство —

вместилище вещей, арена движения тел.

№ 10. Объясните, почему изменяются размеры космического корабля, летящего со

скоростью света.

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-22

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...