Пространство и время - фундаментальные категории современного естествознания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Военный институт материального обеспечения

ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ - ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ КАТЕГОРИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Новицкий Е.А., Френкель Е.Н.

До 20 века пространство считалось плоским, время понималось абсолютным. Название «теория относительности» возникло из наименования основного принципа (постулата), положенного Пуанкаре¹ и Эйнштейном в основу из всех теоретических построений новой теории пространства и времени. Содержанием теории относительности является физическая теория пространства и времени, учитывающая существующую между ними взаимосвязь геометрического характера. К началу 20 века у физиков, строивших теорию оптических и электромагнитных явлений по аналогии с теорией упругости, сложилось ложное представление о необходимости существования абсолютной неподвижной системы отсчёта, связанной с электромагнитным эфиром. Зародилось, таким образом, представление об абсолютном движении относительно системы, связанной с эфиром, представление, противоречащее более ранним воззрениям классической

Жюль Анрим Пуанкарем (фр. Jules Henri Poincarй; 29 апреля 1854, Нанси, Франция - 17 июля 1912, Париж, Франция) - французский математик, механик, физик, астроном и философ. Глава Парижской академии наук (1906), член Французской академии (1908) и ещё более 30 академий мира, в том числе иностранный членкорреспондент Петербургской академии наук (1895).

Историки причисляют Анри Пуанкаре к величайшим математикам всех времён. Он считается, наряду с Гильбертом, последним математиком-универсалом, учёным, способным охватить все математические результаты своего времени. Его перу принадлежат более 500 статей и книг. «Не будет преувеличением сказать, что не было такой области современной ему математики, «чистой» или «прикладной», которую бы он не обогатил замечательными методами и результатами».

Среди его самых крупных достижений:

• Создание топологии.

• Качественная теория дифференциальных уравнений.

• Теория автоморфных функций. ru.wikipedia.org

• Разработка новых, чрезвычайно эффективных методов небесной механики.

• Создание математических основ теории относительности, а также обобщение принципа относительности на все физические явления.

• Наглядная модель геометрии Лобачевского. (ru.wikipedia.org)

механики (принцип относительности Галилея Галилемо Галилемй (итал. Galileo Galilei; 15 февраля 1564, Пиза - 8 января 1642, Арчетри) - итальянский физик, механик, астроном, философ и математик, оказавший значительное влияние на науку своего времени. Он первым использовал телескоп для наблюдения небесных тел и сделал ряд выдающихся астрономических открытий. Галилей - основатель экспериментальной физики. Своими экспериментами он убедительно опроверг умозрительную метафизику Аристотеля и заложил фундамент классической механики. При жизни был известен как активный сторонник гелиоцентрической системы мира, что привело Галилея к серьёзному конфликту с католической церковью. ru.wikipedia.org ). Опыты Майкельсона Ом пыты Мамйкельсона - класс физических экспериментов, исследующих зависимость скорости распространения света от направления. В настоящее время точность опытов позволяет найти относительные отклонения изотропности скорости света в единицы 10^?16, однако на этом уровне отклонения не найдены. Опыты Майкельсона являются эмпирической основой принципа инвариантности скорости света, входящего в общую теорию относительности (ОТО) и специальную теорию относительности (СТО). ru.wikipedia.org 4

Альбемрт Эйнштемйн (нем. Albert Einstein; 14 марта 1879, Ульм, Вюртемберг, Германия - 18 апреля 1955, Принстон, Нью-Джерси, США) - физик-теоретик, один из основателей современной теоретической физики, лауреат Нобелевской премии по физике 1921 года, общественный деятель-гуманист. Жил в Германии (1879- 1893, 1914-1933), Швейцарии (1893-1914) и США (1933-1955). Почётный доктор около 20 ведущих университетов мира, член многих Академий наук, в том числе иностранный почётный член АН СССР (1926). Эйнштейн - автор более 300 научных работ по физике, а также около 150 книг и статей в области истории и философии науки, публицистики и др. Он разработал ряд значительных физических теорий ru.wikipedia.org и других физиков опровергли эту теорию «неподвижного эфира» и дали основание для формулировки противоположного утверждения, которое и получило название «принципа относительности».

Так это название вводится и обосновывается в первых работах Пуанкаре и Эйнштейна⁴. Общая теория относительности (ОТО) - современная теория тяготения, связывающая его с кривизной четырехмерного пространствавремени. В своём, так сказать, классическом варианте теория тяготения была создана Ньютоном ещё в XVII веке и до сих пор верно служит человечеству. Она вполне достаточна для многих, если не для большинства, задач современной астрономии, астрофизики, космонавтики. Между тем её принципиальный внутренний недостаток был ясен ещё самому Ньютону Сэр Исаамк Ньюм тон (или Ньютомн) (англ. Isaac Newton, 25 декабря 1642 года - 20 марта 1727 года по юлианскому календарю, действовавшему в Англии до 1752 года; или 4 января 1643 года - 31 марта 1727 года по григорианскому календарю) - английский физик, математик, механик и астроном, один из создателей классической физики. Автор фундаментального труда «Математические начала натуральной философии», в котором он изложил закон всемирного тяготения и три закона механики, ставшие основой классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисления, теорию цвета, заложил основы современной физической оптики, создал многие другие математические и физические теории. ru.wikipedia.org . Это теория с дальнодействием: в ней гравитационное действие одного тела на другое передаётся мгновенно, без запаздывания. Что же касается ОТО, то все её основополагающие элементы были созданы Эйнштейном.

В последнем этапе создания ОТО принял участие Гильберт Давимд Гимльберт (нем. David Hilbert; 23 января 1862 - 14 февраля 1943) - немецкий математикуниверсал, внёс значительный вклад в развитие многих областей математики. В 1910-1920-е годы (после смерти Анри Пуанкаре) был признанным мировым лидером математиков. Гильберт разработал широкий спектр фундаментальных идей во многих областях математики, в том числе теорию инвариантов и аксиоматику евклидовой геометрии. Он сформулировал теорию гильбертовых пространств, одну из основ современного функционального анализа. ru.wikipedia.org . Специальная теория относительности (СТО) - фундаментальная физическая теория пространственно-временных свойств, всех физических процессов. Основой СТО явились представления о свойствах пространства, времени и движения, разработанные в классической механике Галилеем и Ньютоном, но углублённые и в ряде положений существенно изменённые и дополненные Эйнштейном в связи с теми экспериментальными фактами, которые были обнаружены в физике к концу XIX столетия при изучении электромагнитных явлений.

Специальная теория относительности (СТО) наряду с предположением о том, что:

a) пространство - трёхмерно, однородно и изотропно (что означает, что в пространстве нет выделенных мест и направлений);

б) время - одномерно и однородно (нет выделенных моментов времени). использует, следующие, два основополагающих принципа:

1. Никакими физическими опытами внутри замкнутой физической системы нельзя определить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно (относительно системы бесконечно удалённых тел). Этот принцип называют принципом относительности Галилея-Эйнштейна, а соответствующие системы отсчёта - инерциальными.

2. Существует предельная скорость (мировая константа c) распространения физических объектов и воздействий, которая одинакова во всех инерциальных системах отсчёта. Со скоростью c распространяется свет в вакууме. ОТО - завершённая физическая теория. Она завершена в том же смысле, что и классическая механика, классическая электродинамика, квантовая механика. Подобно им, она даёт однозначные ответы на физически осмысленные вопросы, даёт чёткие предсказания для реально осуществимых наблюдений и экспериментов. Однако, как и всякая иная физическая теория, ОТО имеет свою область применимости.

Так, вне этой области лежат сверхсильные гравитационные поля, где важны квантовые эффекты. Законченной квантовой теории гравитации не существует. ОТО - удивительная физическая теория. Она удивительна тем, что в её основе лежит, по существу, всего один экспериментальный факт, к тому же известный задолго до создания ОТО (все тела падают в поле тяжести с одним и тем же ускорением). Удивительна тем, что она создана в большой степени одним человеком. СТО возникла больше для решения специальных задач и никоим образом не противоречит принципам ОТО. Она лишь дополнение реального состояния науки с точки зрения потребности современной физики и естествознания. Релятивизм не мертв, он лишь отражение состояния научно-технической мысли того времени.

Пространство и время - фундаментальные категории современного естествознания. Физические, биологические, географические и другие величины непосредственно или опосредованно связаны с пространственно-временными характеристиками объектов. Учёные давно ведут дискуссии о сущности пространства и времени, об их основных свойствах. Проблемы пространства и времени во многом решаются в рамках господствующей в конкретную эпоху парадигмы. Картинам мира разных исторических эпох с присущими им культурами соответствовали свои пространственно-временные представления. Более того, выбор самих моделей пространства и времени зависит от конкретных целей и масштабов, в которых существует изучаемое явление или объект.

1. Основные свойства пространства и времени.

- реальность - нет явлении, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени;

- трёхмерность пространства;

- необратимость и одномерность времени. Необратимость времени в макроскопических процессах находит своё воплощение в законе возрастания энтропии. В обратимых процессах - энтропия остаётся постоянной, в необратимых - возрастает. Реальные процессы необратимы;

- однородность и изотропность пространства, однородность времени.

Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность - в равноправии всех направлений. Во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчёта, любую можно принимать за начальную. Эти свойства пространства и времени связаны с главными законами физики - законами сохранения.

- однородности времени - соответствует закон сохранения энергии;

- однородности пространства - закон сохранения импульса;

- изотропности пространства - закон сохранения момента импульса, или углового момента.

В современной науке помимо физического пространства и времени выделяются категории:

- биологического;

- психологического;

- социального пространства и времени.

2. Биологическое пространство и время характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи

- биологическое бытие человеческого индивида и всего живого;

- смену видов растительных и животных организмов, их жизнь и смерть.

Биологические время и пространство - параметры состояния живого вещества. Например:

- биологическое пространство человека - это его тело; - биологическое время - продолжительность жизни.

Биологические время и пространство, как и физические, находятся в постоянном изменении - на смену одним клеткам приходят другие, сначала растёт, затем стареет сам организм. Всё это происходит во времени.

3. Наиболее явственно отличия пространственно-временных свойств выступают на следующем этапе эволюции, когда под действием поисковой и трудовой деятельности, перестройки физиологических механизмов деятельности мозга происходит становление человеческой психики. Одновременно идёт формирование нового феномена - психологического пространства и времени. Психическая регуляция движения индивида и его предметных действий происходит не только на уровне отражения внешнего физического пространства, но и на основе собственной телесной биомеханики и собственного пространства.

Спецификой психологического времени и пространства является то, что они являются отражением биологического времени и пространства в психике человека. пространство время относительность материя

Медициной доказано, что после операции по ампутации конечности человек испытывает «фантомные боли» - например, первое время после операции раненый чувствует боль в ноге, которая уже удалена, - психика человека продолжает сохранять память о существовавшем ранее биологическом пространстве. К психологическому времени можно отнести, например, воспоминания, сны.

4. Становление человеческого индивида проходит в рамках социогенеза - становления человеческого общества, развития форм социальной организации и духовной жизни. Одновременно идёт процесс формирования нового феномена - социального пространства и времени.

Социальное пространство можно характеризовать и как форму бытия социальной материи, в которой социальная энергия превращается в конкретные формы жизнедеятельности личностей и общества в целом. И в этом плане оно обладает определённой субстанциальной реальностью. Его специфическими свойствами являются протяжённость, упорядоченность, масштаб, интенсивность, насыщенность, плотность, определённая координация социальных процессов и явлений.

Социальное время - это определённый по длительности период, каким располагает любой социальный объект и общество в целом. Это - совокупное время существования и деятельности всех индивидов общества.

Социальное время фиксирует и особенности параметров времени в ретрансляции социального опыта, и одновременность в протекании социальных событий.

Примером социального времени и пространства являются исторические эпохи. Например, можно говорить о «советском» социальном пространстве и социальном времени, в рамках которых прошли жизни миллионов советских людей. В то же время другая часть человечества жила вне советской реальности, в рамках другого социального времени и пространства.

Пространство и Время представляют единство прерывности и непрерывности. Противоречивость Пространства связана с наличием его протяжённости и структурности, противоречивости Времени - с бесконечной длительностью и сменой моментов. Протяжённость и длительность - суть формы выражения непрерывности, а структурность и смена моментов - прерывности. Конечная протяжённость предметов создаёт прерывность в непрерывном Пространстве. Начало и конец процесса вносят прерывность и в непрерывный ход Времени.

Диалектико-материалистическое понимание сущности Пространства и Времени и их соотношения с материей и движением, как это было показано выше, заключается в признании того, что Пространство и Время являются основными объективно-реальными формами бытия движущейся материи, что они обусловлены в своих свойствах движущейся материей и в то же время обладают своими специфическими чертами. Всякая недооценка этих соотношений материи, движения, Пространства и Времени, по мнению современных философов материалистов, неизбежно приводит к идеалистическому и метафизическому искажению всей проблемы.

Литература

1. Аженов Г.П. О причине времени // Вопросы философии. 1996. №1.

2. Ахундов М.Д. Концепции пространства и времени: истоки, эволюция, перспективы. М.: Наука, 1982.

3. Интернет-ресурсы: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%80%D0%B5%D0%BC%D1%8 F (время) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE (пространство).

4. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. М.: Агар, 1996. 384 с.

5. Новиков Н.Д. Куда течёт река времени. М., 1990. С. 121-139.

6. Потеев М.И. Концепции современного естествознания. СПб.: Изд-во «Питер», 1999. 352 с.

7. Райхенбах Г. Философия пространства и времени. М.: Наука, 1985.

8. Френкель Е.Н. Концепции современного естествознания: физические, химические и биологические концепции: учеб. пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2014. 246 с.

Размещено на Allbest.ru