Тема 3. Пространство и время в современной научной картине мира. Концепция бесконечности и космологическая эволюция
Введение
Вопрос 1. Пространство и время в классической механике
Вопрос 2. Пространство и время в электродинамике
Вопрос 3. Специальная теория относительности а. эйнштейна
Вопрос 4. Общая теория относительности а. эйнштейна
Вопрос 5. Современные взгляды на пространство и время
Вопрос 6. Космология как наука. понятие вселенной
Вопрос 7. Космологические модели вселенной
Вопрос 8. "Большой взрыв" и эволюция вселенной
Адронная эра
Лептонная эра
Фотонная эра или эра излучения
Рождение сверхгалактик и скоплений галактик
Рождение галактик
Литература
Введение
Взгляды на пространство и время в истории науки периодически изменялись. В античном мире мыслители уже задумывались над природой и сущностью пространства и времени. Так, одни из философов отрицали возможность существования пустого пространства или, по их выражению, небытия. Это были представители элейской школы в Древней Греции. А знаменитый врач и философ Эмпедокл, хотя и поддерживал учение о невозможности пустоты, в отличие от элеатов утверждал реальность изменения и движения. Он говорил, что рыба, например, передвигается в воде, а пустого пространства не существует. Некоторые философы, а том числе Демокрит, утверждали, что пустота существует, и необходима материи и атомам для их перемещений и соединений.
В доньютоновский период развитие представлений о пространстве и времени носило преимущественно стихийный и противоречивый характер. И только в "Началах" древнегреческого математика Евклида пространственные характеристики объектов впервые обрели строгую математическую форму. В то время рождаются геометрические представления об однородном и бесконечном пространстве.
|
|
|
Геоцентрическая система К. Птолемея, изложенная им в труде "Альмагест", господствовала в естествознании до XVI в. Она представляла собой первую универсальную математическую модель мира, в которой время было бесконечным, а пространство коленным, включающим в себя равномерное круговое движение небесных тел вокруг неподвижной Земли.
Коренное изменение пространственной и всей физической картины произошло в гелиоцентрической системе мира, развитой Н. Коперником в работе "Об обращениях небесных сфер". Принципиальное отличие этой системы мира от прежних теорий состояло в том, что в ней концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела реальный эмпирический базис. Тем самым теория Н. Коперника не только изменила существовавшую модель Вселенной, но и направила движение естественнонаучной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства.
|
|
|
Космологическая теория Д. Бруно связала воедино бесконечность вселенной и пространства. В своем произведении "О бесконечности. Вселенной и мирах" Д. Бруно писал: Вселенная должна быть бесконечной благодаря способности и расположению бесконечного пространства и благодаря возможности и сообразности бытия бесчисленных миров, подобных этому...". Представляя Вселенную как "целое бесконечное", как "единое, безмерное пространство", Д. Бруно делает вывод и о безграничности пространства, ибо оно не имеет края, предела и поверхности".
Вопрос 1. Пространство и время в классической механике
Пространство и время как всеобщие и необходимые формы бытия материи являются фундаментальными категориями в современной физике и других науках. Физические, химические и другие величины непосредственно или опосредованно связаны с измерением длин, длительностей, т.е. пространственно-временных характеристик объектов. Поэтому расширение и углубление знании о мире связано с соответствующими учениями о пространстве и времени.
Первостепенную роль в развитии представлений о пространстве сыграл общий принцип классической механики принцип относительности Г. Галилея. Согласно этому принципу все физические (механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной скоростью по величине и направлению. Такие системы называются инерциальными. Математические преобразования Г. Галилея отражают движение в двух инерциальных системах, движущихся с относительно малой скоростью (меньшей, чем скорость света в вакууме). Они устанавливают инвариантность (неизменность) в системах длины, времени и ускорения.
|
|
|
Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени связно с рационалистической физикой Р. Декарта, который создал первую универсальную физикокосмологическую картину мира. Он ввел координатную систему (названную впоследствии его именем), в которой время представлялось как одна из пространственных осей. Тезис о единстве физики и геометрии привел его к отождествлению материальности и протяженности. Исходя из этого тезиса он отрицал пустое пространство и отождествил пространство с протяженностью. Р. Декарт развил также представление о соотношении длительности и времени. Длительность, по его мнению, "соприсуща материальному миру. Время же - соприсуще человеку и потому является модулем мышления" "... Время, которое мы отличаем от длительности, - пишет Р. Декарт в "Началах философии", есть лишь известный способ, каким мы эту длительность, мыслим..." Таким образом, развитие представлений о пространстве и времени в доньютоновский период способствовало созданию концептуальной, основы изучения физического пространства и времени.
|
|
|
Распространив на всю Вселенную закон тяготения, И. Ньютон рассмотрел и возможную ее структуру. Он пришел к выводу, что Вселенная является не конечной, а бесконечной. Лишь в этом случае в ней может существовать множество космических объектов - центров гравитации. Так, в рамках ньютоновской гравитационной модели Вселенной утверждается представление о бесконечном пространстве, в котором находятся космические объекты, связанные между собой силой тяготения. Раскрывая сущность времени и пространства, И. Ньютон характеризует их как вместилища самих себя и всего существующего. Во времени все располагается в смысле порядка последовательности, в пространстве в смысле порядка положения". Он предлагает различать два типа понятий пространства и времени: абсолютные истинные (математические), и относительные (кажущиеся, обыденные) и дает им следующею типологическую характеристику:
абсолютное, истинное , математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью;
относительное, кажущееся , - обыденное, время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как то: час, день, месяц, год;
абсолютное пространство по своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным;
относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное.
Из определений И. Ньютона следовало, что разграничение им понятий абсолютного и относительного пространства и времени связано со спецификой теоретического и эмпирического уровней их познания. На теоретическом уровне классической механики представления об абсолютном пространстве и времени играли существенную роль во всей причинной структуре описания мира. Оно выступало в качестве универсальной инерциальной системы отсчета, так как законы движения классической механики справедливы в инерциальных системах отсчета. На уровне эмпирического познания материального мира понятия "пространства" и "времени" ограничены чувствами и свойствами познающей личности, а не объективными признаками реальности как таковой. Поэтому они выступают в качестве относительного времени и пространства.
С критикой ньютоновских представлений о пространстве и времени выступил немецкий ученый Г.В. Лейбниц. Он развивал реляционную концепцию пространства и времени, отрицающую существование пространства и времени как абсолютных сущностей. Указывая на чисто относительный (реляционный) характер пространства и времени, Г Лейбниц пишет: "Считаю пространство так же, как и время, чем-то чисто относительным: пространство - порядком сосуществований, а время - порядком последовательностей ".
Предвосхищая положения теории относительности А. Эйнштейна о неразрывной связи пространства и времени с материей, Г. Лейбниц считал, что пространство и время не могут рассматриваться в "отвлечении" от самих вещей. "Мгновения в отрыве от вещей ничто, - писал он, - и они имеют свое существование в последовательном порядке самих вещей ". Однако данные представления Г. Лейбница не оказали заметного влияния на развитие физики.
Ньютоновская концепция пространства и времени, на основе которой строилась физическая картина мира, оказалась господствующей вплоть до конца XIX в. Пространство считалось бесконечным, плоским, "прямолинейным", евклидовым. Его метрические свойства описывались геометрией Евклида. Оно рассматривалось как абсолютное, пустое, однородное и изотропное (нет выделенных точек и направлений) и выступало в качестве "вместилища" материальных тел, как независимая от них инерциальная система. Время понималось абсолютным, однородным, равномерно текущим. Оно идет сразу и везде во всей Вселенной "единообразно и синхронно" и выступает как независимый от материальных объектов процесс длительности. Фактически классическая механика сводила время к длительности, фиксируя определяющее свойство времени "показывать продолжительность события". Значение указаний времени в классической механике считалось абсолютным, не зависящим от состояния движения тела отсчета.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 215; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!