Свойства пространства и времени в современной научной картине мира

Свойства  пространства и времени в современной научной картине мира.

Общие свойства:

• Объективность.

Пространство и время существуют независимо от сознания людей и познания ими этой объективной реальности. Человек все более и более  углубляет свои знания о ней. Однако в истории науки и философии существовал и другой взгляд на пространство и время - как только субъективных всеобщих форм нашего созерцания. Согласно этой точке зрения, пространство и время не присущи самим вещам, а зависят от познающего субъекта.

• Всеобщность.

Всеобщность пространства и  времени означает, что они существуют, пронизывая все структуры универсума. Пространство и время, всеобщие формы существования материи. П. и в. не существуют вне материи и независимо от неё.

• Безграничность и бесконечность.

В применении к пространству безграничность означает, что в какую бы сторону  и на какое бы расстояние ни двигаться, нигде и никогда мы не достигнем  такой границы, которую можно  считать пределом. Бесконечность  пространства проявляется в том, что как бы велики не были размеры системы, всегда найдется такая система большего порядка, которая будет включать в себя первую систему в качестве одного из своих элементов. Относительно времени безграничность и бесконечность проявляются в отсутствии событий, после которых уже не будет никакой длительности, не будет неисчислимого количества процессов, следующих один за другим. Бесконечность определяется отсутствием конечных состояний материи.

• Единство абсолютность и относительности.

 

            Абсолютность и относительность - это взаимодополнительные атрибуты материи на любом уровне ее организации. Абсолютность пространства и времени проявляется относительно вложенных в данное многомерное пространство-время собственных пространств и собственных времен. При этом любое собственное пространство-время, вложенное в абсолютное пространство-время, характеризуется уже свойствами относительности. Если внешнее пространство-время является дискретным, то внутреннее пространство-время будет характеризоваться свойствами непрерывности. Свойство непрерывности возникает как следствие относительности: любое относительное пространство-время исчисляется в долях от абсолютного пространства-времени.

Таким образом, с точки зрения  организации материи, любое  пространство-время характеризуется единством абсолютного и относительного.

• Единство прерывистости и непрерывности

МИКРОМИР. Все наше мироздание соткано из фотонов, которые уже на уровне микромира характеризуются корпускулярно-волновым единством. Фотоны   порождают семейства элементарных частиц, которые  также, по образу и подобию, характеризуются корпускулярно-волновым единством. МАКРОМИР. На этом уровне    любая система  характеризуется структурно-функциональным единством. МЕГАМИР. На уровне мегамира Материя характеризуется единством Вещества и Поля. Нетрудно увидеть, что на всех уровнях организации материя характеризуется единством прерывного и непрерывного. Мера характеризует "курс конвертации" от дискретного к непрерывному и наоборот. Единство прерывного и непрерывного можно проиллюстрировать рычажными весами, которые графически отождествляются с крестом. Мера является не проявленной.Но именно эта Мера является той "невидимой рукой", которая управляет процессами саморегулирования двойственных отношений, каковыми, например, являются: в социологии -"человек-Общество, в экономике -"Товар-Деньги",  и  т.д.

 

 

 

 

Специфические свойства пространства:

• Трехмерность.

Положение любого предмета может быть точно определено только с помощью  трех независимых величин - координат. В прямоугольной декартовой системе координат это - X, У, Z., называемые длиной, шириной и высотой. В сферической системе координат - радиус-вектор r и углы a и b (3. В цилиндрической системе - высота г, радиус-вектор и угол а. В науке используется понятие многомерного пространства (и-мерного). Это понятие математической абстракции играет важную роль. К реальному пространству оно не имеет отношения. Каждая координата, например, 6-мерного пространства может указывать на какое-то любое свойство рассматриваемой физической реальности: температуру, плотность, скорость, массу и т. д. В последнее время была выдвинута гипотеза о реальных 11 измерениях в области микромира в первые моменты рождения нашей Вселенной: 10 - пространственных и одно - временное. Затем из них возникает 4-мерный континуум {лат. сопйпишп - непрерывное, сплошное).

Любой процесс или  объект окружающего нас мира существует в пространстве с тремя измерениями, что означает реальную возможность  определить положение тела относительно других явлений и объектов, как  минимум, тремя координатами.

• Однородность

Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, в одинаковости свойств пространства во всех его точках. Другими словами это свойство можно назвать – равнозначность.

• Изотропность

Изотропность постранства заключается в равноправии всех направлений или независимости свойств от направления пространства.

• Протяженность

Понятие пространства опирается на понятие протяженности.  Протяженность объекта выражает его структурность, взаимоотношение его частей. Обнаруживается протяженность благодаря конечности скорости распространения взаимодействий - для “движения” с бесконечной скоростью любые расстояния одинаковы, а именно точечны. Протяженность, следовательно, обусловлена системной природой материи, выражая ее многокачественность и многокомпонентность.

 

Специфические свойства времени:

• Одномерность

Движется только в одном направлении  – от прошлого к будущему.

• Однородность

Во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки  отсчета, любую можно принимать за начальную.

• Необратимость

Оно течет из прошлого через настоящее  к будущему. Нельзя возвратиться назад  в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо временной промежуток в будущее. Отсюда следует, что время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей. Некоторые утверждают, что необратимость времени и его направленность определяются причинной связью, так как причина всегда предшествует следствию.

• Длительность

Длительность выражает несотворимость и неуничтожимость системно организованной материи, последовательное пребывание материальных объектов и явлений в определенных состояниях. Весьма определенно различение времени и длительности проводится Декартом. Согласно Декарту, длительность совпадает с существованием вещи и есть нечто вполне реальное.

 

 

Пространственно – временной  континиум.

Простра́нство-вре́мя (простра́нственно-временно́й конти́нуум) — физическая модель, дополняющая пространстворавноправным^[1] временны́м измерением и, таким образом, создающая теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом.

В соответствии с теорией относительности, Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное измерение, и все четыре измерения органически связаны в единое целое, являясь почти равноправными и в определенных рамках (см. примечания ниже) способными переходить друг в друга при смене наблюдателем системы отсчёта.

В рамках общей теории относительности пространство-время имеет и единую динамическую природу, а его взаимодействие со всеми остальными физическими объектами (телами, полями) — и есть гравитация. Таким образом, теория гравитации в рамках ОТО и других метрических теорий гравитации есть теория пространства-времени, полагаемого не плоским, а способным динамически менять свою кривизну.

Пространство-время непрерывно и с математической точки зрения представляет собой многообразие с лоренцевой метрикой.

Современные представления

Первый развёрнутый вариант  модели естественного объединения  пространства и времени, пространство Минковского, был создан Германом Минковским в 1908 году^[2]на основе специальной теории относительности Эйнштейна, а несколько ранее (в 1905 году), ключевое продвижение на этом пути сделал Анри Пуанкаре, заложивший основы четырехмерного пространственно-временного формализма.

Концепцию пространства-времени  допускает и классическая механика^[3], но в ней это объединение искусственно, так как пространство-время классической механики —прямое произведение пространства на время, то есть пространство и время независимы друг от друга. Однако уже классическая электродинамика требует при смене системы отсчета преобразований координат, включающих время «наравне» с пространственными координатами (т. н. преобразований Лоренца), если желать, чтобыуравнения электродинамики имели одинаковый вид в любой инерциальной системе отсчета. Непосредственно наблюдаемые временные характеристики электромагнитных процессов (периоды колебаний, времена распространения электромагнитных волн и т. п.) уже в классической электродинамике оказываются зависящими от системы отсчета (или, иначе говоря, от относительного движения наблюдателя и объекта наблюдения), то есть оказываются не «абсолютными», а определенным образом связанными с пространственным движением и даже положением в пространстве системы отсчёта, что и явилось первым толчком для формирования современной физической концепции единого пространства-времени.

Ключевым математическим отличием пространства-времени (пространства Минковского, или, в случае общей теории относительности — четырехмерного многообразия слоренцевой метрикой) от обычного евклидова 4-мерного пространства является то, что при вычислении расстояния (интервала) квадраты значений разностей времени и длин пространственных координат берутся с противоположными знаками (в обычном пространстве соответствующие значения равноправны для любой оси координат и имеют одинаковый знак). Из этого вытекает следующее: прямая между двумя точками этого континуума (под прямой понимается движение по инерции) даёт максимальную продолжительность собственного времени (интервала). Для пространственной же длины прямая — это минимальная, а не максимальная величина.

В контексте теории относительности время неотделимо от трёх пространственных измерений и зависит от скорости наблюдателя^[4] (см. собственное время).

Концепция пространства-времени  сыграла исторически ключевую роль в создании геометрической теории гравитации. В рамках общей теории относительностигравитационное поле сводится к проявлениям геометрии четырехмерного пространства-времени, которое в этой теории не является плоским (гравитационный потенциал в ней отождествлен с метрикой пространства-времени).

Количество измерений, необходимых  для описания Вселенной, окончательно не определено. Теория струн (суперструн), например, требовала наличия 10 (считая время), а теперь даже 11 измерений (в рамках М-теории). Предполагается, что дополнительные (ненаблюдаемые) 6 или 7 измерений свёрнуты (компактифицированы) допланковских размеров, так что экспериментально они пока не могут быть обнаружены. Ожидается, тем не менее, что эти измерения каким-то образом проявляют себя в макроскопическом масштабе. В самом старом — бозонном — варианте теория струн требует 26-мерного объемлющего пространства-времени; предполагается, что «лишние» измерения этой теории также должны или могут быть компактифицированы сперва до 10, сводясь таким образом к теории суперструн, а потом уже, как упомянуто здесь чуть выше, до 4 обычных измерений.