Теория относительности

Содержание.

 

Введение.

1. Происхождение представлений о пространстве и времени.
1. Биологические предпосылки времени и виды пространства.
2. Развитие представлений о пространстве и времени
2. Теория относительности
1. Специальная теория относительности
2. Общая теория относительности
3. Свойства пространства-времени.
1. Всеобщие свойства пространства и времени
2. Общие свойства пространства
3. Общие свойства времени

Заключение.

Список использованной литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Важнейшей задачей естествознания является создание естественнонаучной картины мира. В процессе ее создания возникает вопрос о происхождении  и изменении различных материальных продуктов и явлений, об их количественных и качественных характеристиках. При  этом оказывается, что физические, химические и другие величины непосредственно  или опосредованно зависят от изменения длин и длительностей, т.е. пространственно-временных характеристик  объектов. Поэтому для их описания в естествознании сформировались понятия  пространства и времени.

Наши представления о  пространстве и времени определяют картину мира. Они упорядочивают  вещи и явления, окружающие нас и  являются фундаментальными понятиями  при попытках науки и философии  объяснить мир. Нет такого закона физики, который можно было бы сформулировать без понятий пространства и времени. Именно поэтому значительное изменение  содержания этих понятий благодаря  теории относительности стало одной  из величайших революций в истории  науки.

Классическая физика исходила из представлений об абсолютном, трехмерном пространстве, существующем независимо от содержащихся в нем материальных объектов и подчиняющемся законам  евклидовой геометрии. Время рассматривалось  как самостоятельное измерение, которое носит абсолютный характер и течет с одинаковой скоростью, независимо от материального мира. На Западе эти представления стали  такой неотъемлемой частью всего  мировоззрения философов и ученых, что в них видели истинные и  несомненные свойства природы.

 

 

 

 

 

1. Происхождение представлений о пространстве и времени.
1. Биологические предпосылки времени и виды пространства.

 

Биологические предпосылки  понятия времени связаны, прежде всего, с ритмикой человеческого  организма. Чем глубже исследователи  знакомятся, с этой ритмикой, тем  поразительнее становится картина. Температура тела, оказывается, максимальна  примерно в шесть вечера, а падает до минимума между пятью - семью утра. Костный мозг вырабатывает красные  кровяные тельца активнее всего утром. Способность желудка переваривать пищу ночью практически равна  нулю, зато максимальной становится к  середине дня. Различных ритмических  процессов насчитывается в нашем  теле до сорока. Наши ритмы не даны нам  от рождения. Мы приобретаем их с  возрастом. Время, олицетворенное сменой дня и ночи, постепенно настраивает  «внутренние часы» организма.

Время для организма определяется последовательностью событий. «Способность фиксировать последовательность процессов, - пишет Е. К. Сепп в своей «Истории развития нервной системы позвоночных», - является основной способностью мозговой коры. В основе ее лежит динамическая поляризация нейронов. По цепям нейронов импульсы протекают в одном направлении, и в таком порядке фиксируются следы бывших возбуждений».

Опыты, проделанные, в ФРГ  и Японии на живых клетках, подтвердили, что ритмичность процессов опирается  на такое фундаментальное свойство организма, как запасание и расходование энергии. Ничего таинственного нет  в суточных циклах. Они сложились  еще на заре зарождения жизни на планете, когда, так же как и сейчас, день сменялся ночью и живые организмы с суточной ритмичностью запасали энергию солнечного света. Иная частота попросту невыгодна.

Для правильного понимания  проблемы универсальности основных свойств пространства необходимо различать  пространство реальное, существующее «на самом деле», пространство концептуальное, то есть некоторое научное представление о реальном пространстве (в основном это физические и абстрактные математические пространства) и пространство перцептуальное (от лат. perceptio – восприятие, непосредственное отражение объективной действительности органами чувств), то есть пространство, воспринимаемое человеком своими органами чувств, и прежде всего зрением и осязанием, иными словами, кажущееся пространство, которое, следовательно, может быть сугубо индивидуальным.

В известной степени перцептуальное пространство связывает реальное и концептуальное пространства. В начальный период познания мира эти три вида пространства могут сливаться в один, отождествляемый с реальным пространством, что и проявляется в мифологии. С развитием первых философских систем и геометрии происходит интуитивное осознание различий между реальным, концептуальным и перцептуальным пространствами. Причем если для философии характерным было отождествление преимущественно реального и концептуального («мыслимого») пространства, то в науке того времени чаще всего отождествлялись концептуальное и перцептуальное пространства.

Впрочем, отождествление разных видов пространства (в их различном  сочетании) характерно и для многих современных исследователей, как  философов, так и естествоиспытателей  и обществоведов. И поскольку  реальность познается человеком  в процессе теоретической и чувственно-практической деятельности, постольку больше всего  «страдает» представление о реальном пространстве. Как правило, реальному  пространству приписываются свойства концептуального и перцептуального пространств, то есть на него переносятся наши теоретические представления о пространстве и (или) чувственное восприятие пространства.

 

 

 

 

2. Развитие представлений о пространстве и времени

 

Для обыденных представлений  пространство и время – нечто  привычное, известное и очевидное. С самых первых дней после своего появления на свет ребенок начинает осознавать, что существуют разные направления в окружающем его  мире. Вначале - это верх и низ, когда  ребенок начинает вставать, возникает  ощущение переда и зада. В более старшем возрасте различают правую и левую стороны. Тогда же осознается факт, что любой предмет занимает определенное место относительно других объектов, граничит с ними. Так постепенно, через осознание предельно общих свойств, отражающих структурную организацию окружающего нас мира, на основе наблюдения и практического использования объектов, их объема и протяженности складывается понятие пространства.

Понятие о времени также  складывается еще в детском возрасте, но позже, чем представление о  пространстве. Примерно с пяти лет  ребенок начинает замечать смену  дня и ночи. Несколько позже  становится понятным деление суток  на утро, день, вечер и ночь. Тогда  же появляется представление о течении  времени, о существовании сегодняшнего, вчерашнего и завтрашнего дней. Еще  позже осознается возможность выделения  как более коротких (час, минута, секунда), так и более длинных  промежутков времени (неделя, месяц, год). 

Таким образом, время –  это форма бытия материи, характеризующая  последовательность смены состояний  и длительности существования любых  объектов и процессов. Представление  о времени складывается на основе восприятия человеком смены событий, последовательной смены состояний  предметов и круговорота различных  процессов.

Достаточно быстро человек  осознает и то, что пространство и время очень тесно взаимосвязаны друг с другом. Ведь время можно измерять мерой пространства – расстоянием, а расстояние – мерами времени. Так, время можно измерять относительным положением стрелок на циферблате часов, расстояние – временем, которое потребуется на дорогу до какого-либо объекта (пять минут ходьбы от метро).

Естественнонаучные представления  о пространстве и времени прошли длинный путь становления и развития. Уже в античности мыслители задумывались над природой и сущностью пространства и времени, хотя их рассуждения носили стихийный, нередко противоречивый характер. Так, для Демокрита пространство ассоциировалось с пустотой, в которой происходит вечное движение атомов. Оно было вместилищем материальных тел. В то же время большинство древнегреческих философов не признавали существования пустоты и тем самым связывали существование пространства с материальными телами, характеристикой которых оно являлось. Эти идеи в завершенной форме были высказаны в «Началах» Евклида, который считал пространство однородным и бесконечным.

Реальное эмпирическое основание  и строгое теоретическое описание представления о пространстве и  времени обрели в ходе первой глобальной научной революции и в классической науке Нового времени. Это было связано  с развитием механики, которая  описывала движение материальных тел, происходящее одновременно в пространстве и времени.

Огромное значение для  развития представлений о пространстве и времени имели работы Г. Галилея, который ввел в науку идею инерции  и классический принцип относительности. Согласно этим принципам все физические явления происходят одинаково во всех инерциальных системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно друг относительно друга.

В результате такие характеристики тел, как длина и время, являются неизменными.

Следующий важный шаг был  сделан Р. Декартом, который связал физику и геометрию. Он ввел в науку  координатную систему, в которой  состояние материального тела описывалось  с помощью трех пространственных (длина, ширина, высота) и одной временной  координаты. Он же первым стал отождествлять пространство с протяженностью материальных объектов, отрицая при этом существование пустого пространства. Также Декарт связал время с длительностью материальных процессов, с осознанием человеком этой длительности.

Вершиной классического  естествознания стало творчество И. Ньютона. Именно он ввел господствовавшие в науке до начала XX в. представления о пространстве и времени, известные как абсолютное пространство и абсолютное время. Это было сделано в его знаменитой книге «Математические начала натуральной философии». В ней Ньютон попытался объединить существующие в науке точки зрения на пространство и время.

В своем описании, с одной  стороны, он использовал представления  о пространстве и времени как  о внешних условиях бытия, в которые  помещена материя и которые сохранились  бы даже при исчезновении материи. С  другой стороны, он сохранял понимание  пространства и времени как протяженности  и длительности материальных объектов, существующих во Вселенной.

Раскрывая сущность пространства и времени, Ньютон предлагает различать  два типа этих понятий: абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные) пространство и время.

Абсолютное пространство предстает как универсальное  вместилище себя и всего существующего  в мире. Оно безотносительно к  чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Его  можно попытаться представить себе в виде гигантского «черного ящика», в который можно поместить  или убрать из него любые материальные тела.

Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению ее относительно некоторых тел и  которая в обыденной жизни  принимается за пространство неподвижное.

Абсолютное время предстает  как универсальная длительность любых процессов во Вселенной. Оно  само по себе, без всякого отношения  к чему-либо внешнему, протекает равномерно. Его можно представить в образе гигантской реки, которая будет течь, даже если не будет никаких материальных тел.

Относительное время есть или точная, или изменчивая, постигаемая  чувствами внешняя мера продолжительности. Она употребляется в обыденной  жизни вместо истинного математического  времени. Это минута, час, день, месяц, год.

Некоторые философы и ученые, не соглашаясь с Ньютоном, выступили  с критикой его взглядов. Среди  них был давний научный соперник Ньютона Г. Лейбниц. Он предложил  концепцию пространства и времени, отказывающую им в самостоятельном, независимом от материи существовании. Лейбниц рассматривал пространство как порядок сосуществования  тел, а время – как порядок отношения и последовательность событий. Иными словами, он подчеркивал неразрывную связь материи с пространством и временем.

Но взгляды Лейбница не смогли переубедить ученых, уверенных  в правоте Ньютона. Сформулированные Ньютоном законы движения и закон  всемирного тяготения, ставшие основой  классической механики, основывались на понятиях абсолютного пространства и времени. Поэтому на некоторые  недостатки идей Ньютона предпочли  не обращать внимания.

Лишь в середине XIX в., когда  Максвеллом была создана теория электромагнитного  поля, ученым пришлось признать возможность  ошибки, задуматься о замене абсолютных пространства и времени относительными. Тем не менее инерция мышления была так велика, что еще несколько десятилетий признавалось существование мирового эфира как абсолютной системы отсчета, стоящей в одном ряду с абсолютными пространством и временем.