Пространство и время в естествознании

ФГБОУ ВПО РГТУ им. К.Э. Циолковского МАТИ

 

 

 

Концепция современного естествознания

Реферат на тему: «Пространство и время в естествознании»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Игнатова Валерия

Группа: 7РСО-1ДБ-100

Проверил: Доцент Мариечева Е.Е.

 

 

 

 

 

Москва г. 2013

Содержание

1. Введение____________________________________________________________3стр.
2. Пространство и время__________________________________________________5стр.
3. Современные представления о пространстве и времени______________________6стр.
4. Развитие представлений о пространстве и времени в XX веке____________7стр.
5. Понятие пространства и времени в философии и естествознании XVIII-XIX веков_10стр.
6. Заключение__________________________________________________________12стр.
7. Список литературы____________________________________________________13стр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Понятия пространства и времени издавна используются в паре друг с другом. Это связано  с тем, что и то, и другое выражает упорядоченность, встречающуюся в  мире. Вместе с тем они сильно различаются по смыслу, поскольку смысл понятия времени связан приходит на смену друг другу (одно после другого), в то время как смысл понятия пространства связан, напротив, с упорядочиванием сосуществующего (одно рядом с другим).

Время - одно из самых знакомых человеку свойств  нашего мира. И вместе с тем оно  имеет репутацию самого загадочного: “Что же такое время? Если никто  меня об этом не спрашивает, я знаю, что такое время; если бы я захотел  объяснить спрашивающему – нет, не знаю” (1, с.167). И вместе с тем, едва ли многие люди считают загадочным пространство. Загадочность времени связана с его течением, с существованием потока времени, знакомого каждому человеку в личном опыте: под течением времени понимают его логическое свойство: настоящий момент, который мы называем “теперь, сейчас”, как бы постоянно движется в направлении будущего, увеличивая объем прошлого, оставляемого за собой.

Тайна времени  увлекала человеческий разум не одно тысячелетие. Самые глубокие умы  человечества стремились проникнуть в  нее. До сих пор не преодолены многие тупики, в которые заводила эта  проблема. А когда удавалось освободиться от одних, настигали другие. Искусство  и литература, наука, философия и  теология вовлечены в этот нескончаемый процесс. Последние столетия бурно  развивающаяся наука пролила  некоторый свет на природу времени, изучив специфические для соответствующей  области науки проявления временно`го. В итоге, оптимистические ожидания переросли в осознание того, что  ускользает опять целостное проникновение  в сущность времени.

Физика Нового времени постаралась освободиться от этой загадочности, исключив течение  из своей конструкции времени. Ни одна из физических теорий классического  периода развития науки не обращается к потоку времени.

Пространство  же никогда не вызывает такого личностного  чувства, и обычно представляется более  ясным, чем время. Но иногда, при особой ситуации в культуре, и пространство приобретает лика загадочности. Иногда человека тревожат вопросы о размерности  пространства: нет ли в других размерностях чего-либо, с чем мы, не подозревая, соприкасаемся. Или его волнуют  “размеры” мира: является Вселенная  конечной или бесконечной, ограниченной или безграничной. Ведь представления  человека о пространстве, в котором  живет он и существует природа, и  с которым, прежде всего, ассоциируется  у человека представление о пространстве, есть пространство Вселенной, которое  изучается в космологии. Вместе с  проблемой начала мира и его судьбы.

Вспомним, что  физика лежит у истоков современного естествознания, и любая область  естествознания (да и гуманитарного  знания, если оно интересуется эмпирическими  свидетельствами или хронологией  событий), использует, по крайней мере, одну из фундаментальных физических моделей времени, а именно – ньютоновскую модель, - для измерения времени. Вплоть до начала двадцатого века свойства пространства и времени, которыми наделяла его классическая физика, считались их неотъемлемыми свойствами, а часто также и единственными, исчерпывающими. Это было обусловлено как наукоцентризмом, свойственным культуре, так и эссенциалистской трактовкой науки. С дальнейшим развитием науки ситуация, надо заметить, существенно усложнилась.

Физическая  теория строится в форме единства физических идей и математических структур, физический смысл которым задают эти идеи. В этих рамках конструируется и пространство и время. Поэтому  при смене теорий, должно, вообще говоря, происходить и изменение  конструкций пространства и времени. Правда, в реальной истории развития физики пространственно-временные  конструкции оказываются в ряде отношений (т.е. по некоторым своим  свойствам) достаточно консервативными.

Рассмотрим  последовательно основные теории с  точки зрения предлагаемых в них  конструкций пространства и времени. Физические теории в XIXвеке: ньютоновская механика, электродинамика Максвелла, равновесная термодинамика. Физические теории в XX веке: специальная теория относительности, квантовая теория, общая теория относительности, квантовая теория поля, неравновесная термодинамика. При этом не забудем и эмпирические исследования, поскольку физика включает в себя не только теоретическую, но и экспериментальную деятельность. Особняком стоит космология. Сейчас она представляет собой комплекс высокотехнологичных наблюдений и теоретических построений, синтезирующих новейшие разработки в области квантовой физики и идей общей теории относительности.

 

 

Пространство  и время

Пространство и время  несомненно являются основными концепциями  не только физики, но и любой другой науки вообще. Все явления природы  и все наши действия всегда происходят где-либо в пространстве и разворачиваются  во времени. Пространственные и временные  координаты входят в том или ином виде во все известные законы природы. Тем не менее само пространство и  само время находятся вне зоны ответственности точных наук. Что  такое пространство, и что такое  время? В особенности сложно понять, что такое время. 

 

Ньютон разделяет абсолютное и относительное время, пространство и движение. Абсолютное пространство и время, по Ньютону, существуют независимо от чего-либо, безотносительно от чего-либо: абсолютное время, или длительность, всегда течет равномерно, абсолютное пространство остается всегда однородным и неподвижным. Ни абсолютное время, ни абсолютное пространство не доступны нашим чувствам. Доступны нашим чувствам и измерениям относительное время и относительное пространство, они являются мерой абсолютных.

Соответственно разделению времени и пространства на абсолютное и относительное Ньютон и движение делит на абсолютное и относительное. Абсолютное движение – это движение относительно абсолютного пространства и времени (относительно абсолютной системы отсчета); относительное движение – это движение относительно относительного пространства и времени (относительно какой-либо реальной системы отсчета).

Понятия абсолютного и  относительного движения прочно вошли  в науку, хотя и несколько видоизменились со времен Ньютона. 

 

Современные представления о пространстве и времени.

 

Пространство и время  – это, согласно философскому энциклопедическому словарю, всеобщие формы бытия материи. В мире нет материи вне пространства и вне времени. Также нет пространства и времени самих по себе вне  материи и независимо от нее.

Пространство есть форма  бытия материи, характеризующая  ее протяженность.

Время есть форма бытия  материи, выражающая длительность ее существования, последовательность смены состояний.

Всеобщие свойства пространства и времени:

1. Объективность и независимость  от сознания человека;

2. Неразрывная связь друг  с другом и с движением материи;

Специфические свойства.

Свойства пространства:

Пространство трехмерно, связно и непрерывно.

Свойства времени:

Время одномерно, асимметрично, необратимо и направлено всегда от прошлого к будущему.

Одно направленность времени обусловлена асимметрией причинно-следственных отношений, общей необратимостью процесса развития материальных систем, невозможностью абсолютно полного повторения пройденных состояний и циклов изменения систем.

Между тем большинство  законов физики симметрично относительно направления времени. Это означает, что если мы заснимем на пленку некоторый  физический процесс, и затем просмотрим пленку в обратном направлении, то мы не увидим ничего противоречащего законам  физики. Это послужило одним из оснований для различных фантазий о путешествиях во времени. В настоящее  время твердо установлено, что процесс  развития сложных систем, построенных  из огромного количества элементов (термодинамические, биологические) однонаправлен. Отсюда следует, что машина времени  невозможна. Для простых систем, видимо, направление времени не имеет  значения, так как их прошлое принципиально  неотличимо от их будущего.

Современная физика признает, что время различных процессов  в телах относительно. Оно зависит от системы отсчета, в которой производится измерение, и замедляется по мере приближения к скорости света. Замедление времени происходит также под действием гравитационных полей.

В целом все перечисленные  свойства очевидны и не вызывают удивления  за исключением некоторых, в частности  последнего утверждения о замедлении времени.

Наука в целом продвинулась далеко, если сравнивать с древними греками, но сущность времени не поддается  разгадке. Для нас, так же как и  для древних греков, и, также как  для Ньютона, время – это некоторый  абсолютный поток, река, которая течет  всегда равномерно и ни от чего не зависит. То, что время течет равномерно и ни от чего не зависит – это почти единственное, что мы о нем знаем. Это почти что определение.

Время и на сегодняшний  день остается трудно определимым понятием, но то, что мы о нем знаем, заставляет отказаться от представления об абсолютном времени.

 

 

 

Развитие представлений  о пространстве и времени в XX веке

В конце XIX - начале XX века произошли  глубокие изменения в научных  представлениях о материи и, соответственно, радикальное изменение понятий  пространства и времени Физическую картину мира дополнила концепция  поля как  формы материальной связи  между частицами вещества, как  особой формы материи Все тела, таким образом, представляют собой  систему заряженных частиц, связанных  полем, передает действия от одних частиц к других с конечной скоростью - скоростью  света Предполагали, что поле - это  состояние эфира, абсолютно неподвижного среды, заполняющей мировое абсолютное пространство.

Поначалу казалось, что  таким путем можно будет определить абсолютную скорость тела относительно эфира, а следовательно, по отношению  абсолютного пространства Однако вся  совокупность опытов опровергла этот взгляд было установлено, что в любой  инерциальной системе отсчета все  физические законы, включая законы электромагнитных (и вообще полевых) взаимодействий, одинаковы Специальная  теория относительности А. Эйнштейна, основана на двух фундаментальных положениях, - определьности скорости света и  равноправие инерциальных систем отсчета, стала новой физической теорией  пространства и времени. Из нее следует, что пространственные и временные  отношения - длина тел и длительность, а также ритм происходящих в нем, являются не абсолютными величинами, как утверждала механика Ньютона, а  относительными Частица может проявлять  себя по частицы, медленно движется по ней, как сферическая, а к частице, которая налетает на нее с очень  большой скоростью, - как сплющенный в направлении движения диск Соответственно, продолжительность существования  заряженного тс-мезона, который медленно движется, составляет \"10 ~ 3 с, а тог  в, движущийся с огромной скоростью (близкой к скорости света), - во много  раз больше Относительность пространственно-временных характеристик тел полностью подтверждается с помощью опытов.  Отсюда следует, что представления об абсолютности пространства и времени являются ложными Пространство и время являются общими формами координации материальных явлений, а не самостоятельными началами бытия, независимыми от материи. Теория относительности опровергает представление о пустых пространство и время, которые имеют собственные измерения. Представление о пустом пространстве было отвергнуто позже и в квантовой теории поля с его новым понятием вакуум.

Дальнейшее развитие теории относительности (общей теории относительности  А Эйнштейна) показал, что пространственно-временные  отношения зависят также от концентрации масс При переходе к космическим  масштабам геометрия пространства-времени  не является евклидовой. В масштабах  Метагалактики геометрия пространства изменяется со временем вследствие расширения Метагалактики Таким образом, развитие физики и астрономии подтвердил несостоятельность  как априоризму Канта, есть понимание  пространству и времени,  как априорных  форм человеческого восприятия, природа  которых неизменна и независима от материи, так и ньютоновской догматической  концепции пространства и времени.

Связь пространства и времени  с материей выражается не только в  зависимости законов пространства и времени от общих закономерностей, которые определяют взаимодействие материальных объектов Он проявляется  также в нали вности характерного ритма существования материальных объектов и процессов - типичных для  каждого класса объектов средней  продолжительности жизни и средних  пространственных размерев.

Среди проблем пространства и времени, которые привлекали внимание еще в древности, - вопрос о количестве измерений пространства и времени. В ньютоновской концепции это количество считалась изначально неизменной. Однако еще Аристотель обосновал трехмерность пространства в зависимости от количества возможных связей (делений) тела. Интерес к этой проблеме возрос в XX веке с развитием топологии Л. Бауэр установил, что размерность пространства является топологическим инвариантом - числом, не меняется при непрерывных и взаимно однозначных преобразований пространства. В ряде исследований была установлена связь между количеством измерений простор в и структурой электромагнитного поля, между трехмерностью пространства и спиральностью элементарных частиц Все это подтвердило, что количество измерений пространства и времени неразрывно связана с материальной точкой окружающего мира.

 

Понятие пространства и времени в философии  и естествознании XVIII-XIX веков

Философы-материалисты XVIII-XIX веков решали проблему пространства и времени в основном в духе концепций Ньютона или Лейбница, хотя, как правило, полностью не воспринимали одну из двух Большинство философов-материалистов выступили против ньютон и в ВСК пустого пространства.  Еще Толанд отметил, что представление о пустом пространстве связано с взглядом на материю как на инертную, бездеятельную Такого же мнения придерживался и  Д. Дидро Ближе к концепции Лейбница стоял Г. Гегель.  В концепциях субъективных идеалистов и агностиков проблемы пространства и времени сводились, главным образом, к вопросу о соотношении между категориями пространства и времени, сознание , восприятием.  Дж Беркли отвергал ньютоновский абстрактный пространство и время, но рассматривал пространственные и временные отношения субъективно, как порядок восприятия, о объективные геометрические и механические законы не могло быть и речи. Поэтому точка зрения Беркли не сыграла существенной роли в развитии научных представлений о пространстве и времени. Иначе было со взглядами Иммануила Канта, который изначально поддерживал концепцию Лейбниц, а Противоречие между этими представлениями и естественнонаучными взглядами того времени привела Канта к принятию ньютоновской концепции и стремление философски обосновать ее. Главным здесь было объявление пространству и времени априорными формами человеческого созерцания, т.е. обоснование их абсолютизации Мнения Канта на пространство и время нашли немало сторонников в конце XVIII - первой половине XIX веке.  Несостоятельность этих взглядов было доказано лишь после создания и принятия неевклидовой геометрии, которая, собственно говоря, противоречила ньютоновском пониманию пространства.