IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

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 механики (принцип относительности Галилея²). Опыты Майкельсона³ 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 пространства-времени. 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 Ньютону⁵. 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 Гильберт⁶. 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.

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%8F (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.

1^ Жюль Анри́ Пуанкаре́ (фр. Jules Henri Poincaré; 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 член-корреспондент 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)

2^ Галиле́о Галиле́й (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

3^ О́пыты Ма́йкельсона – 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^ Альбе́рт Эйнште́йн (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 теорийru.wikipedia.org

5^ Сэр Исаа́к Нью́тон (или Ньюто́н) (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

6^ Дави́д Ги́льберт (нем. David Hilbert; 23 января 1862 – 14 февраля 1943) – немецкий математик-универсал, 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

Код для цитирования: Скопировать