Пространство и время. Постулаты времени. Принципы относительности( классический и релятивистский) и эквивалентности. Свойства пространст

 
 
 
 
 

Реферат

по дисциплине: «Концепции современного естествознания »

 на тему: «Пространство и время. Постулаты времени. Принципы относительности( классический и релятивистский) и эквивалентности. Свойства пространства- времени. Законы сохранения. »

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ржев 2009 г. 

Содержание 

1	Введение	3
2	Пространство  и время.	5
3	Постулаты времени.	14
4	Принципы относительности( классический и релятивистский) и  эквивалентности.	15
5	Свойства пространства- времени	22
6	Законы сохранения.	26
7	Заключение	29
8	Литература	30

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

    Мы  движемся вперёд в понимании мира. Его познание невозможно без усвоения накопленных знаний. Освоение нового невозможно, если нет понимания уже существующих знаний.

    Разделение природы на части или объекта на предметы является неизбежностью, прежде всего, научного подхода к естествознанию. Предметирование природы позволяет сконцентрировать всю мощь исследовательских усилий на одном предмете и достичь тем самым наибольшего эффекта в его изучении.

    Естествознание - неотъемлемый компонент культуры, определяющий мировоззрение человека. Научное мировоззрение обеспечивает восприятие достижений науки обществом  и устойчивость к манипуляциям общественным сознанием. Рациональный метод, сформировавшийся в рамках естественных наук, проникает и в гуманитарную сферу, и в общественную жизнь. Он существенно дополняет художественный метод познания действительности.

  Структура естествознания основана на общем определении  естествознания как совокупности наук о природе («естестве»). Понятно, что это весьма расплывчатое определение, которое позволяет сводить воедино такие трудно сопоставимые дисциплины, как, например, биологию и геологию. Тем не менее, в самом общем смысле структура естествознания и классификация знания в целом может быть основана на этой посылке.

  В качестве общего определения структуры можно выдвинуть следующее: к естествознанию относятся дисциплины, предметом исследования которых являются закономерности природы. То есть, совокупностью химических закономерностей в природе занимается химия, совокупностью физических отношений в природе занимается физика, совокупностью биологических отношений в природе занимается биология и т. д.

  Конечно, при таком подходе возникает  вопрос: можно ли вне связи с другими закономерностями, например, физическими выделять и рассматривать химические связи и, следовательно, возможна ли химия как дисциплина, основанная на исследовании только химических закономерностей? Сегодня мы понимаем, что это абстрактный подход, который, в конечном счёте, провоцирует дисциплинарную дифференциацию знания. В то же время подобный подход позволяет хотя бы относительно структурировать естествознание и выделить его в качестве отдельной совокупности наук среди других типов знания.

 

1. Пространство и время .

    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.

    Уже в античном мире мыслители задумывались над природой и сущностью пространства и времени. Так философы, представители элейской школы, которая находилась в Древней Греции,  отрицали возможность существования пустого пространства или, по их выражению, небытия. А знаменитый врач философ из г. Акраганта Эмпедокл, хотя и поддерживал учение о невозможности пустоты, в отличие от элеатов утверждал реальность изменения и движения. Он говорил, что рыба, например, передвигается в воде, а пустого пространства не существует.

    Некоторые философы, в том числе и Демокрит, утверждали, что пустота существует, как материи и атомы, и необходима для их перемещений и соединений.

    В доньютоновский период развитие представлений  о пространстве и времени носило преимущественно стихийный и  противоречивый характер. И только в «Началах» древнегреческого математика Евклида пространственные характеристики объектов впервые обрели строгую математическую форму. В это время зарождаются геометрические представления об однородном и бесконечном пространстве.

    Геоцентрическая система К. Птолемея, изложенная им в труде «Альмагест», господствовала в естествознании до XVI века. Она представляла собой первую универсальную математическую модель мира, в которой время было бесконечным, а пространство конечным, включающим равномерное круговое движение небесных тел вокруг неподвижной Земли.

    Коренное  изменение пространственной и всей физической картины произошло в  гелиоцентрической системе мира, развитой Коперником в работе «Об  обращениях небесных сфер». Принципиальное отличие этой системы мира от прежних теорий состояло в том, что в ней концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела реальный эмпирический базис.

    Признав подвижность Земли, Коперник в своей  теории отверг все ранее существовавшие представления о ее уникальности, «единственности» центра вращения во Вселенной. Тем самым теория Коперника не только изменила существовавшую модель Вселенной, но и направила движение естественно научной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства.

    Космологическая теория Бруно связала воедино бесконечность Вселенной и пространства. В своем произведении «О бесконечности, Вселенной и мирах» Бруно писал: «Вселенная должна быть бесконечной благодаря способности к расположению бесконечного пространства и благодаря возможности и сообразности бытия бесчисленных миров, подобных этому...». Представляя Вселенную как «целое бесконечное», как «единое, безмерное пространство», Бруно делает вывод и о безграничности пространства, ибо оно «не имеет края, предела и поверхности».

    Практическое  обоснование выводы Бруно получили в «физике неба» Кеплера и  небесной механике Галилея. В гелиоцентрической  картине движения планет Кеплер увидел действие единой физической силы. Он установил  универсальную зависимость периодами  обращения планет и средними расстояниями их до Солнца, ввел представления о их эллиптических орбитах. Концепция Кеплера способствовала развитию математического и физического учения о пространстве.

    Подлинная революция в механике связана  с именем Галилея. Он ввел в механику точный количественный эксперимент и математическое описание явлений. Первостепенную роль в развитии представлений о пространстве сыграл открытый им общий принцип классической механики – принцип относительности Галилея. Согласно этому принципу все физические (механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся ил движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной по величине и направлению скоростью. Такие системы называются интегральными. Математические преобразования Галилея отражают движения в двух интегральных системах, движущихся с относительно малой скоростью (меньшей, чем скорость света в вакууме). Они устанавливают инвариантность (неизменность) в системах длины, времени и ускорения.

    Дальнейшее  развитие представлений о пространстве и времени связано с рационалистической физикой Декарта, который создал первую универсальную физико-космическую картину мира. В основу ее Декарт положил идею о том, что все явления природы объясняются механическими воздействиями элементарных материальных частиц. Взаимодействием элементарных частиц Декарт пытался объяснить все наблюдаемые физические явления : теплоту, свет, электричество, магнетизм. Само же взаимодействие он представлял в виде давления или удара при соприкосновении частиц друг с другом и ввел таким образом в физику идею близкодействия.

    Декарт  обосновывал единство физики и геометрии. Он ввел координатную систему (названую впоследствии ее именем), в которой  время представлялось как одна из пространственных осей. Тезис о единстве физики и геометрии привел его к отожествлению материальности и протяженности. Исходя из этого тезиса он отрицал пустое пространство и отожествлял пространство с протяженностью.

    Декарт  развил так же представление о  соотношении длительности и времени. Длительность, по его мнению, « соприсуща материальному миру. Время же – соприсуще человеку и поэтому является модулем  мышления». «...Время, которое мы отличаем от длительности, - пишет Декарт в «Началах философии», - есть лишь известный способ, каким мы эту длительность мыслим.

    Таким образом, развитие представлений о  пространстве и времени в доньютоновский период способствовало созданию концептуальной основы изучения физического пространства и времени. Эти представления  подготовили математическое экспериментальное  обоснование свойств пространства и времени в рамках классической механики.

    Новая физическая гравитационная картина  мира, опирающаяся на строгие математические обоснования, представлена в классической механике Ньютона. Ее вершиной стала  теория тяготения, провозгласившая универсальный закон всемирного тяготения. Согласно этому закону сила тяготения универсальна и проявляется между любыми материальными телами независимо от их конкретных свойств. Она всегда пропорциональна квадрату расстояния между ними.

    Распространив на всю Вселенную закон тяготения, Ньютон рассмотрел и возможную ее структуру. Он пришел к выводу, что Вселенная является не конечной, а бесконечной. Лишь в этом  случае может существовать множество космических объектов – центров гравитации. Так, в рамках ньютоновской гравитационной модели Вселенной утверждается представление о бесконечном пространстве, в котором находятся космические объекты, связанные между собой силой тяготения.

    В 1687 году вышел основополагающий труд Ньютона «Математические начала натуральной философии». Этот труд более чем на два столетия  определил развитие всей естественно научной картины мира. В нем были сформулированы основные законы движения и дано определение понятий пространства, времени, места и движения.

    Раскрывая сущность времени и пространства, Ньютон характеризует их как «вместилища самих себя и всего существующего. Во времени все располагается в смысле порядка последовательности, в пространстве – в смысле порядка положения». Он предлагает различать два типа понятий пространства и времени: абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные) и дает им следующую типологическую характеристику:

• Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно иначе называется длительностью.
• Относительное, кажущееся, или обыденное, время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как-то: час, день, месяц, год.
• Абсолютное пространство по своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное.

   При таком понимании абсолютное пространство и время представлялись некоторыми самодовлеющими элементами бытия, существующими вне и независимо от каких-либо материальных процессов, как универсальные условия, в которые помещена материя.  Этот взгляд близок к субстанциональному пониманию пространства и времени, хотя у Ньютона они и не являются настоящими субстанциями, как материя они обладают лишь одним признаком субстанции абсолютной самостоятельностью существования и независимостью от любых конкретных процессов ,но они не обладают другим важнейшим качеством субстанции - способностью порождать различные тела, сохраняться в их основе при всех изменениях тел. Такую способность Ньютон признавал лишь за материей, которая рассматривалась как совокупность атомов. Правда, материя - тоже вторичная субстанция после Бога, который сотворил мир, пространство и время, и привел их в движение. Бог, являясь существом внепространственным и вневременным, неподвластен времени, в котором все изменчиво и преходяще. Он вечен в своем бесконечном совершенстве и всемогуществе и является подлинной сущностью всякого бытия. К нему не применима категория времени. Бог существует в вечности, которая является атрибутом Бога. Чтобы полнее реализовать свою бесконечную мудрость и могущество, он создает мир из ничего, творит материю, а вместе с ней пространство и время как условия бытия материи. Но когда-нибудь мир полностью осуществит заложенный в нем при творении божественный план развития и его существование прекратится, а вместе с миром исчезнут пространство и время. И снова будет только вечность как атрибут Бога и его бесконечная вездесущность. Подобные взгляды выражались в общем виде еще Платоном, Аврелием Августином, Фомой Аквинским и ид последователями, Ньютон также разделял эти взгляды.