Понятия Пространства и Времени.

Лекция №6.

 

Тема: Пространство и время.

План:

 

1. Понятия Пространства и времени.

2. Развитие взглядов на пространство и время в истории науки.

3. Пространство и время в свете теории относительности

А. Эйнштейна.

4. Пространство и время мега - и микромира.

5. Биологическое пространство и время.

6. Психологическое пространство и время.

7. Социальное пространство и время.

 

Литература:

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие, практикум, хрестоматия. -М.: Гуманитарный издательский центр ВЛАДОС, 1998. -512с.

2. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов /Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова/ - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. -271с.

3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. -520с.

4. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. – М.: Агар, 1996, с. 298-302.

5. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник под ред. акад. РАН М.Ф. Жукова. – Новосибирск: ООО» Издательство ЮКЭА», 1997. С. 590-628.

6. Концепции современного естествознания: Серия «Учебники и учебные пособия» (под.ред. С.И. Самыгина). – Ростов-на-Дону: «Феникс», 1999. -576с.

7. Грядовой Д.И. Концепции современного естествознания: Структурированный учебник (для вузов). –М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. -239с.

8. Потеев М.И. Концепции современного естествознания: учеб. для вузов. –СПб: Изд-во «Питер», 1999. – 352с.

 

Понятия Пространства и Времени.

 

Наиболее общие и абст­рактные понятия, идеи и концепции естествознания выражают, с одной стороны, глубокие, а с другой — общие свойства приро­ды. Такими понятиями и концепциями оперирует в первую оче­редь физика как фундаментальная основа естествознания. К наиболее общим, важным, фундаментальным концепциям физи­ческого описания природы относятся материя, движение, про­странство и время.

Эти понятия широко используются не только в естествозна­нии, но и во многих гуманитарных сферах, например, в искусст­ве, в экономике, не говоря уже о философии.

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 и длительностей, т.е. пространственно-временных ха­рактеристик объектов. Поэтому расширение и углубление знаний о мире связано с соответствующими учениями о пространстве и времени.

Философское определение:

Пространство и Время - это универсальные, всеобщие формы бытия

материи, которые являются объективными

и реальными, т.е. существуют независимо от нас.

Нет событий, явлений, предметов, которые

существовали бы вне Пространства и Времени.

 

Пространство и время объективны и реальны,т. е. 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. В дан­ном случае преувеличивается относительность нашего знания на каждом историческом этапе его развития. Эта точка зрения отстаивается сторонниками философии Иммануила Канта.

Естественно-научное определение:

Пространство и Время - это общие формы координации

материальных объектов и их состояний.

Пространство - это совокупность отношений, выражающих

координацию сосуществующих объектов, их

расположение друг относительно друга

и относительную величину (расстояние и ориентация).

Пространство и Время обладают определенными свойствами:

Важным свойством пространства является его 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 z и углы α и β. В цилиндриче­ской системе — высота z, радиус-вектор и угол α.

В науке используется понятие многомерного пространства (n-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. continuum — непрерывное, сплошное).

Пространство обладает свойством однородности изотропности:

· Однородность пространства за­ключается в равноправии всех его точек.

· Изотропность пространства — в равноправии всех его направлений.

Время -совокупность отношений, выражающих координацию

сменяющих друг друге состояний (явлений),

их последовательность и длительность.

Время также обладает свойствами однородности:

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

В отличие от пространства, в каждую точку которого можно снова и снова возвращаться (и в этом отношении оно является как бы обратимым),

· Время необратимои одномерно.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. Однако очевидно, что понятие предшествования уже предпо­лагает время.

Необратимость времени в макроскопических процессах на­ходит свое воплощение в законе возрастания энтропии. Вобра­тимых процессах энтропия (мера внутренней неупорядоченности системы) остается постоянной, в необратимых - возраста­ет. Реальные же процессы всегда необратимы. В замкнутой системе максимально возможная энтропия соответствует наступ­лению в нейтеплового равновесия: разности температур в отдель­ных частях системы исчезают и макроскопические процессы ста­новятся невозможными. Вся присущая системе энергия превраща­ется в энергию неупорядоченного, хаотического движения микро­частиц, и обратный переход тепла в работу невозможен.

Писатель-фантаст Р. Брэдбери в одной из своих повестей иллюстрирует свойство необратимости и однонаправленно­сти времени на примере эксперимента, который, якобы, проводят существа, обитающие в четвертом измерении, над землянами. Они ставят над небольшим городком колпак, представляющий собой слой воздуха, в котором время на одну секунду отстает от течения времени в городке. Маши­ны, идущие в город или из города, самолеты, взлетающие в воздух, обнаруживают вдруг невидимое препятствие и выну­ждены возвращаться обратно. И в самом деле, невозможно вернуться во времени на любую долю секунды, и этот колпак является самым прочным препятствием для тех, кто мог бы проникнуть в город или выйти из него.

Указанные свойства пространства и времени связаны с главными законами физики — законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это — одно из существенных выражений симметрии в мире. Симмет­рии относительно сдвига времени (однородности времени) со­ответствует закон сохранения энергии; симметрии относитель­но пространственного сдвига (однородности пространства) — закон сохранения импульса; симметрии по отношению поворо­та координатных осей (изотропности пространства) — закон сохранения момента импульса, или углового момента.

Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем системам отсчета.

Инвариантность - неизменность какой-либо величины при изменении физических условий или по отношению к некоторым преобразованиям (например, инвариантна величина скорости света)