Свойства физического пространства и времени

 

Департамент образования  города Москвы

 Государственное Образовательное  Учреждение 

Высшего профессионального  образования города Москвы

«Московский городской педагогический университет»

 

 

 

Самарский филиал

Кафедра философии, социологии, политологии

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине:

«Концепция современного естествознания»

Свойства физического  времени и пространства.

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студентка 5 курса

специальности: «Дошкольная  педагогика и психология»

Богданова Н. И. ______________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2011

ВВЕДЕНИЕ

Прошло более 2500 лет с той  поры, как было положено начало осмыслению времени и пространства, тем не менее, и интерес к проблеме и  споры философов, физиков и представителей других наук вокруг определения природы  пространства и времени нисколько  не снижаются. Значительный интерес  к проблеме пространства и времени  естественен и закономерен, влияния  данных факторов на все аспекты деятельности человека нельзя переоценить. Понятие  пространства - времени является важнейшим  и самым загадочным свойством  Природы или, по крайней мере, человеческой природы. Представление о пространстве времени подавляет наше воображение. Недаром попытки философов античности, схоластов средневековья и современных  ученых, владеющих знанием наук и  опытом их истории, понять сущность времени  – пространства не дали однозначных  ответов на поставленные вопросы.

Диалектический материализм исходит  из того, что "в мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени". Пространство и время, здесь выступают  в качестве фундаментальных форм существования материи. Классическая физика рассматривала пространственно - временной континуум как универсальную  арену динамики физических объектов. В прошлом веке представители  неклассической физики (физики элементарных частиц, квантовой физики и др.) выдвинули  новые представления о пространстве и времени, неразрывно связав эти  категории между собой. Возникли самые разные концепции: согласно одним, в мире вообще ничего нет, кроме пустого  искривленного пространства, а физические объекты являются только проявлениями этого пространства. Другие концепции  утверждают, что пространство и время  присущи лишь макроскопическим объектам. Наряду с интерпретацией времени  – пространства философией физики существуют многочисленные теории философов, придерживающихся идеалистических  взглядов, так Анри Бергсон утверждал, что время может быть познано только нерациональной интуицией, а научные концепции, представляющие время, как имеющее какое-либо направление, неверно интерпретируют реальность.

В контрольной работе мы кратко рассмотрим основные свойства физического времени и пространства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства физического  времени и пространства

Естественнонаучные представления  о пространстве и времени прошли длинный путь становления и развития. Самые первые из них возникли из очевидного существования в природе  и в первую очередь в макромире  твердых физических тел, занимающих определенный объем. Здесь основными  были обыденные представления о  пространстве и времени как о  каких-то внешних условиях бытия, в  которые помещена материя и которые  сохранились бы, если бы даже материя  исчезла. Такой взгляд позволил сформулировать концепцию абсолютного пространства и времени, получившую свою наиболее отчетливую формулировку в работе И. Ньютона “Математические начала натуральной философии”. Этот труд более чем на два столетия определил  развитие всей естественнонаучной картины  мира. В нем были сформулированы основные законы движения и дано определение  пространства, времени, места и движения.

Раскрывая сущность пространства и времени, Ньютон предлагает различать  два вида понятий: абсолютные (истинные, материалистические) и относительные (кажущиеся, обыденные) и дает им следующую  типологическую характеристику:

-абсолютное, истинное, материалистическое время само по себе и своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью.

-относительное, кажущееся, или 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.

Время и пространство составляют как бы вместилища самих себя и  всего существующего.

При таком понимании абсолютное пространство и время представлялись некоторыми самодовлеющими элементами бытия, существующими вне и независимо от каких-либо материальных процессов, как универсальные условия, в  которые помещена материя.

Проблема пространства и  времени была тесно связана с  концепциями близкодействия и дальнодействия. Дальнодействие мыслилось как мгновенное распространение гравитационных и  электрических сил через пустое абсолютное пространство, в котором  силы находят свою конечную цель благодаря  божественному проведению. Концепция  же близкодействия (Декарт, Гюйгенс, Френель, Фарадей) была связана с пониманием пространства как протяженности  вещества и эфира, в котором свет распространяется с конечной скоростью  в виде волн. Это привело в дальнейшем к понятию поля, от точки к точке  которого и передавалось взаимодействие.

Именно это понимание  взаимодействия и пространства, развивавшееся  в рамках классической физике, было унаследовано и развито далее  в XX веке, после крушения гипотезы эфира, в рамках теории относительности  и квантовой механики. Пространство и время вновь стали пониматься как атрибуты материи, определяющиеся ее связями и взаимодействиями.

Современное понимание пространства и времени было сформулировано в  теории относительности А. Эйнштейна, по-новому интерпретировавшей реляционную  концепцию пространства и времени  и давшей ей естественнонаучное обоснование.

Специальная теория относительности, созданная в 1905 г. А. Эйнштейном, стала  результатом обобщения и синтеза  классической механики Галилея - Ньютона  и электродинамики Максвелла - Лоренца.

В соответствии со специальной  теорией относительности, которая  объединяет пространство и время  в единый четырехмерный пространственно-временной  континуум, пространственно-временные  свойства тел зависят от скорости их движения. Пространственные размеры  сокращаются в направлении движения при приближении скорости тел  к скорости света в вакууме (300 000 км/с), временные процессы замедляются  в быстродвижущихся системах, масса  тела увеличивается.

Находясь в сопутствующей  системе отсчета, то есть двигаясь параллельно и на одинаковом расстоянии от измеряемой системы, нельзя заметить эти эффекты, которые называются релятивистскими, так как все используемые при измерениях пространственные масштабы и части будут меняться точно таким же образом. Согласно принципу относительности, все процессы в инерциальных системах отсчета протекают одинаково. Но если система является неинерциальной, то релятивистские эффекты можно заметить и изменить. Так, если воображаемый релятивистский корабль типа фотонной ракеты отправится к далеким звездам, то после возвращения его на Землю времени в системе корабля пройдет существенно меньше, чем на Земле, и это различие будет тем больше, чем дальше совершается полет, а скорость корабля будет ближе к скорости света. Разница может измеряться даже сотнями и тысячами лет, в результате чего экипаж корабля сразу перенесется в близкое или отдаленное будущее, минуя промежуточное время, поскольку ракета вместе с экипажем выпала из хода развития на Земле.

Подобные процессы замедления хода времени в зависимости от скорости движения реально регистрируются сейчас в измерениях длины пробега  мезонов, возникающих при столкновении частиц первичного космического излучения  с ядрами атомов на Земле. Мезоны существуют в течении 10-6 - 10-15 с (в зависимости от типа частиц) и после своего возникновения распадаются на небольшом расстоянии от места рождения. Все это может быть зарегистрировано измерительными устройствами по следам пробегов частиц. Но если мезон движется со скоростью, близкой к скорости света, то временные процессы в нем замедляются, период распада увеличивается (в тысячи и десятки тысяч раз), и соответственно возрастает длина пробега от рождения до распада.

Представления о пространстве и времени, формулирующиеся в теории относительности Эйнштейна, на сегодняшний день являются наиболее последовательными. Но они являются макроскопическими, так как опираются на опыт исследования макроскопических объектов, больших расстояний и больших промежутков времени. При построении теорий, описывающих явления микромира, эта классическая геометрическая картина, предполагающая непрерывность пространства и времени (пространственно-временной континуум), была перенесена на новую область без каких-либо изменений. Экспериментальных данных, противоречащих применению теории относительности в микромире, пока нет. Но само развитие квантовых теорий, возможно, потребует пересмотра представлений о физическом пространстве и времени.

Таким образом, рассмотрим основные свойства времени и пространства на основании современной материалистичной картины мира.

Поскольку пространство и  время неотделимы от материи, правильнее было бы говорить о пространственно-временных  свойствах и отношениях материальных систем. Но при познании пространства и времени ученые часто абстрагируются от их материального содержания, рассматривая их как самостоятельные формы бытия. Обычно выделяют всеобщие и специфические свойства пространства и времени, а также исследуют особенности пространства и времени в микромире и мегамире. К всеобщим относятся такие пространственно-временные характеристики, которые и неразрывно связаны с другими ее атрибутами. Специфические, или локальные, свойства проявляются лишь на определенных структурных уровнях, присущи только некоторым классам материальных систем.

Из всеобщих свойств пространства и времени следует, прежде всего, отметить:

Их объективность и  независимость от человеческого  сознания и сознания всех других разумных существ в мире (если такие есть).

Их абсолютность - они  являются универсальными формами бытия  материи, проявляющимися на всех структурных  уровнях ее существования.

Неразрывную связь друг с  другом и с движущейся материей.

Единство прерывности  и непрерывности в их структуре - наличие отдельных тел, фиксированных  в пространстве при отсутствии каких-либо “разрывов” в самом пространстве.

Количественную и качественную бесконечность, неотделимую от структурной  бесконечности материи - невозможность  найти место, где отсутствовали  бы пространство и время, а так  же неисчерпаемость их свойств.

Всюду, где есть любое  взаимодействие и движение материи, сосуществование и связь ее элементов, обязательно наличествует пространство и время; всюду, где имеется сохранение материи, длительность ее бытия и  последовательность смены состояний, будет и время, включающее в свое содержание все эти процессы.

В литературе не раз высказывалась  точка зрения, что после развития теории относительности пространство и время уже нельзя рассматривать  как разные атрибуты материи, а их нужно объединить в понятии четырехмерного континуума и рассматривать как одну форму бытия материи - пространство-время. Безусловно, связь между ними неразрывна и реализуется в движении материи. Всякое изменение пространственных свойств будет изменением во времени, и наоборот. Но все же пространство и время, наряду с общими характеристиками, имеют такие всеобщие и специфические свойства, которые относятся только к пространству или только ко времени, что позволяет рассматривать их как разные атрибуты материи.

К общим свойствам пространства относятся:

Протяженность - рядоположенность, существование и связь различных  элементов (точек, отрезков, объемов  и др.), возможность прибавления  к каждому данному элементу некоторого следующего элемента либо возможность  уменьшения числа элементов. Протяженность  тесно связана со структурностью материальных объектов, обусловлена  взаимодействием между составляющими  тела элементов материи. Непротяженные  объекты не обладали бы структурой, внутренними связями и способностями  к изменениям, из них не могли  бы образовываться никакие системы.

Связность и непрерывность - проявляются в характере перемещения  тел от точки к точке, в распространении  воздействий через различные  материальные поля в виде близкодействия в передаче материи и энергии. Связность означает отсутствие каких-либо “разрывов” в пространстве и нарушений  в распространении воздействий  в полях. Вместе с тем пространству свойственна относительная прерывность, проявляющаяся в раздельном существовании  материальных объектов и систем.