Пространственно-временные отношения
В природе
Еще известный философ Августин,живший в IV-V вв. до н.э. писал: «Я прекрасно знаю, что такое время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься - и вот я уже не знаю, что такое время». Слишком долго понятие временного отрезка оставалось лишь объектом абстрактных философских рассуждений. Еще в доньютоновский период представления о пространстве и времени складывались стихийно. Только благодаря автору знаменитой книги «Начала» Евклиду пространственные характеристики объектов приобрели математическую форму.
Геолиоцентрическая система К. Птолемея, описанная им в труде «Альмагест», долгие столетия господствовала в умах ученых. Вплоть до XVI в. Она представляла собой первую универсальную математическую модель мира, в которой время было бесконечным, а пространство конечным, включающим равномерное круговое движение небесных тел вокруг неподвижной Земли.
Существенные изменения пространственной и всей естественно-научной картины были описаны Н. Коперником. В его работе «Об обращениях небесных сфер» концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени приобрела реальный вид. Теория Коперника, утверждая подвижность Земли, направила движение естественно-научной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства.
Следующий шаг был сделан в космологической теории Д. Бруно, которая связала воедино бесконечность Вселенной и пространства. В своем произведении «О бесконечности, Вселенной и мирах» Бруно, представляя Вселенную как «целое бесконечное», или как «единое, безмерное пространство», делает вывод также и о безграничности пространства. Практическое обоснование эти выводы получили в «физике неба» И. Кеплера и в небесной механике Г. Галилея.
|
|
|
Причем, если концепция Кеплера способствовала развитию математического и физического учения о пространстве, то подлинная революция в механике связана с именем Галилея. Именно он ввел в механику точный количественный эксперимент и математическое описание явлений. Первостепенную роль в развитии представлений о пространстве сыграл открытый ученым общий принцип классической механики — принцип относительности Галилея, согласно которому все физические (механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной по величине и направлению скоростью.
Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени связано с рационалистической физикой Рене Декарта,который создал первую универсальную физико-космологическую картину мира, в основе которой лежит идея о том, что все явления природы объясняются механическим воздействием элементарных материальных частиц. Декарт обосновывал единство физики и геометрии. Исходя из этого положения он отрицал пустое пространство и отождествил пространство с протяженностью Р. Декарт развил также представление о соотношении длительности и времени.
|
|
|
Новая физическая гравитационная картина мира, опирающаяся на строгие математические обоснования, представлена в классической механике Исаака Ньютона, провозгласившей универсальный закон природы — закон всемирного тяготения. Сила тяготения универсальна и проявляется между любыми материальными телами независимо от их конкретных свойств. Она всегда пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Ньютон пришел к выводу, что Вселенная является не конечной, а бесконечной. В 1687 г. вышел основополагающий труд И. Ньютона «Математические начала натуральной философии», который более чем на два столетия определил развитие всей естественно-научной картины мира. В нем были сформулированы основные законы движения и дано определение понятий пространства, времени, места и движения. Взгляды Ньютона на пространство и время вызвали неоднозначную реакцию со стороны его современников — естествоиспытателей и философов. С их критикой выступил Г. Лейбниц, который развивал реляционную концепцию пространства и времени, отрицающую существование пространства и времени как абсолютных сущностей, предвосхищая тем самым некоторые положения теории относительности Эйнштейна о неразрывной связи пространства и времени с материей.
|
|
|
С началом изучения электродинамики (теории электромагнитных процессов) М. Фарадеем и Дж. Максвеллом, становилось явно недостаточно одной классической механики для полного описания явлений природы. Из теории Максвелла следовал вывод о конечной скорости распространения электромагнитных взаимодействий и существовании электромагнитных волн. Свет, магнетизм, электричество стали рассматриваться как действие единого электромагнитного поля. Это привело к появлению в физике XIX в. нового понятия — «поле», которое, по словам Эйнштейна, явилось «самым важным достижением со времени Ньютона».
Открытие существования поля в пространстве между зарядами и частицами было очень важно для описания физических свойств пространства и времени. Структура электромагнитного поля описывается с помощью четырех уравнений Максвелла, устанавливающих связь величин, характеризующих электрические и магнитные поля с распределением в пространстве зарядов и токов.
|
|
|
Как заметил Эйнштейн, теория относительности (возникла в 1905 г.) исходит из проблемы поля. Создатель теории относительности сформулировал обобщенный принцип относительности, распространяющийся сегодня и на электромагнитные явления, в том числе и на движение света. Этот принцип утверждает, что никакими физическими опытами (механическими, электромагнитными и др.), производимыми внутри данной системы отсчета, нельзя установить различие между состояниями покоя и равномерного прямолинейного движения. Скорость света является предельной величиной распространения материальных воздействий. Она не может быть сопряжена ни с какой скоростью и для всех инерциальных систем оказывается постоянной. Все движущиеся тела на Земле по отношению к скорости света имеют скорость, равную нулю.
Общая теория относительности в дальнейшем повлияла на представления о пространстве и времени. Если до XIX в. общепризнанной, практически единственной была точно представленная, аксиоматическая геометрия Евклида, с которой сочеталась та точка зрения, согласно которой пространство везде одно и то же. Она основывалась на пяти аксиомах, или постулатах. Многих математиков не удовлетворил пятый постулат, который провозгласил: из конкретной точки на плоскости можно провести только одну прямую, которая не будет пересекаться с данной, сколько бы ее ни продолжали. К сожалению, долгое время это утверждение долго не могли доказать. И только Н. Лобачевский в России, Б. Риман в Германии и Я.Больяя (1802-1860)в Венгрии построили новые геометрии, отбросив пятый постулат, заменив его на другие. Риман заменил известное положение на аксиому, при которой через точку, лежащую вне данной прямой на плоскости, нельзя провести ни одной параллельной, все они будут пересекаться с данной прямой. Лобачевский и Больяя допустили, что существует множество прямых, которые не пересекутся с данной прямой.
Суть высказанных отличий состояла в том, что евклидова геометрия реализуется на плоскости. Точка зрения Римана сосредоточена в области поверхности сферы, на которой прямая линия выглядит как отрезок дуги большого круга и его центр совпадает с центром сферы. Геометрия Н. Лобачевского осуществляется на так называемой псевдосфере. Так как пространство имеет три измерения, то для доказательства геометрических истин вводится понятие кривизны пространства. В евклидовой геометрии преобладает кривизна нулевая, у Римана — положительная, у Лобачевского и Больяя — отрицательная.
Время и пространство представляют собой всеобщие атрибуты материи, неотделимы от нее, неразрывно связаны с движением и друг с другом. Они объективны и реальны. Исходя из жизненного опыта отметим, что время течет только в одном направлении: от прошлого к будущему. Образуется своеобразная « стрела времени ». Это понятие для характеристики временной однонаправленности и необратимости было введено английским астрофизиком А. С. Эддингтоном (1882-1944) в 1928 г. При описании данных процессов в современной научной картине мира принято различать три стрелы времени: термодинамическую, психологическую, космологическую. Термодинамическая стрела характеризует то направление времени, в котором энтропия возрастает. Максимально возможное значение энтропии замкнутой системы достигается в тепловом равновесии. Психологическая стрела времени связана с особенностями восприятия длительности органами чувств человека, протекающих в мире процессов. Она позволяет установить различие между прошлым, настоящим и будущим, а также охарактеризовать направленность от прошлого к будущему. При этом нельзя отождествлять процедуру измерения времени с самим временем. Космологическая стрела определяет направление эволюции нестационарной, неравновесной Вселенной. Термодинамическая, психологическая и космологическая стрелы времени совпадают по направлению, что и создает возможности для существования и развития разумных индивидов.
Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 27; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!