Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Современная физическая картина мира: пространство и время

Современная физическая картина мира: пространство и время

План

1. Общие замечания

2. Основные концепции пространства и времени

3. Понятие пространства и времени в философии и естествознании XVI11 -XIX веков

4. Развитие представлений о пространстве и времени в XX веке

Общие замечания

Пространство и время являются общими формами существования материи. Они не существуют вне материи и независимо от нее.

пространственных характеристик является положение тела относительно других тел (координаты тела), расстояния между телами, углы между различными пространственными направлениями (отдельные объекты характеризуются длиной и формой, определяются расстояниями между частями объекта и их ориентацией). Временные характеристики "Моменты", когда происходят явления, длительность (время продолжения) процессов. Соотношение между этими пространственными величинами называются метрическими. С собственно пространственными соотношениями имеют дело только в том случае, когда можно отвлечься от свойств и движения тел и их частей; с собственно временными в случае, когда можно пренебречь разнообразием сосуществующих объектов.

Однако в реальной действительности пространственные и временные соотношения связаны между собой. их единство непосредственно проявляется в движении материи; простейшая форма движения - перемещение характеризуется величинами, которые представляют собой различные соотношения между пространством и временем (скорость, ускорение). Все эти соотношения и изучает кинематика. Современная физика обнаружила более глубокое единство пространства и времени, выражается в совместном закономерной смене пространственно-временных характеристик систем в зависимости от движения последних, а также в зависимости этих характеристик от концентрации масс в окружающей среде.

Понятие пространства и времени являются необходимыми составляющими картины мира в целом, поэтому составляют предмет философии. Учение о пространстве и времени углубляется и усложняется вместе с развитием естествознания и, насамперед, физики. Из других наук о природе значительную роль в прогрессе учения о пространстве и времени сыграла астрономия, особенно космология.

Пространственно-временные соотношения подчиняются не только общим закономерностям, но и специфическим, которые присущи объектам того или иного класса, поскольку эти соотношения зависят от структуры материального объекта и внутреннего взаимодействия между его составляющими. Поэтому такие характеристики, как размеры объекта и его форма, длительность существования, ритмы процессов, типа симметрии являются существенными параметрами объекта данного типа, зависят также от условий, в которых он существует. Особенно специфическими являются пространственные и временные соотношения в таких сложных, способных к развитию объектах, как организм или общество. В этом случае можно говорить о индивидуальное пространство и время для таких объектов (например, о биологическом или социальном время).

Основные концепции пространства и времени

Важнейшие философские проблемы, касающиеся пространства и времени, это вопрос о сущности пространства и времени, о взаимосвязи этих форм бытия с материей, об объективности пространственно-временных соотношений и закономерностей.

На протяжении почти всей истории естествознания и философии существовали две основные концепции пространства и времени. Одна из них уходит корнями ученик древних атомистов Демокрита, Эпикура, Лукреция, которые обосновали понятие пустого пространства и рассматривали его как однородное (одинаковое во всех точках) и бесконечное (Эпикур, однако, считал, что пространство не является изотропным, то есть он неодинаков в разных направлениях). Понятие времени тогда было разработано крайне слабо и рассматривалось как субъективное восприятие действительности. В Новое время в связи с разработкой основ динамики концепцию времени и пространства развил И. Ньютон, очистив ее от антропоморфизма. По Ньютону, пространство и время суть особые начала, существующие независимо от материи и друг от друга. Пространство сам по себе (абсолютное пространство) является пустым "вместилищем тел", совершенно неподвижным, безоерервним, однородным и изотропным, пропускающим, бесконечным; он не влияет на материю и не поддается ее влиянию; имеет три измерения. От абсолютного пространства Ньютон отличал длину тел их основное свойство, благодаря которой они занимают определенные места в абсолютном пространстве, совпадают с этими местами. Длина, по Ньютону, если речь идет о самых простых частицы (атомы), является начальная, первичная свойство, которое не нуждается в объяснении. Абсолютное пространство вследствие неразличимости своих частей неузнавание и такой, который невозможно измерить. Положение тел и расстояния между ними можно определять только по отношению к другим тел. Иными словами, наука и практика имеют дело только с относительным пространством. Время в концепции Ньютона сам по себе является чем-то абсолютным и ни от чего не зависящим, чистой длительностью как таковой, равномерно течет от прошлого к будущему. Он пустым "вместилищем событий", которые могут его заполнять, но могут и не заполнять; ход событий не влияет на течение времени. Время универсальный, одномерный, непрерывный, бесконечный, однородный (везде одинаковый). От абсолютного времени, также нельзя измерить, Ньютон отличал относительное время. Измерение времени осуществляется с помощью часов, то есть движений, которые являются периодическими. Пространство и время в концепции Ньютона независимы друг от друга. Независимость пространства и времени проявляется прежде всего в том, что расстояние между двумя данными точками пространства и промежуток времени между двумя событиями сохраняют свои значения независимо друг от друга в любой системе отсчета, а соотношение этих величин (скорости тел) могут быть любыми.

Ньютон подверг критике идею Декарта о заполнен мировое пространство, то есть о тождестве протяженной материи и пространства.

Концепция пространства и времени, разработанная Ньютон, была господствующей в естествознании в течение 17 19 века, так как отвечала науке того времени евклидовой геометрии, классической механике и классической теории тяготения. Законы ньютоновской механики оправдываетться только для инерциальных систем отсчета. Эта специфика инерциальных систем объясняется тем, что движение в них происходит поступательно, равномерно и прямолинейно именно по отношению абсолютных пространства и времени и наилучшим образом соответствует последним.

Согласно ньютоновской теорией тяготения, действие от одних частиц вещества к другим передается мгновенно через пустое пространство, разделяющее их. Ньютоновская концепция пространства и времени, таким образом, полностью соответствовала физической картине мира той эпохи, в частности представлению о материи как изначально протяженную и неизменную по / своей природе. Существенным противоречием в концепции Ньютона было то, что абсолютные пространство и время оставались в ней неузнавание путем опыта. В соответствии с принципом относительности классической механики, все инерционные системы отсчета равноправны, и невозможно выявить, движется система относительно абсолютных пространства и времени находится в состоянии покоя. Это противоречие стало аргументом для сторонников противоположной концепции пространства и времени, исходные положения которой восходят еще во времена Аристотеля. Это представление о пространстве и времени сформулировал Г. Лейбниц, опираясь частично на некоторые идеи Декарта. Особенность Лейбницевои концепции пространства и времени заключается в том, что она отрицает представление о пространстве и времени как о самостоятельных начала бытия, которые существуют наряду с материей и независимо от нее. По мнению Лейбница, пространство это порядок взаимного расположения множества тел, существующих независимо друг от друга, время порядок в изменении явлений или состояний тел. При этом Лейбниц позже включал в понятие порядка и понятие относительной величины. Представление о протяженности отдельного тела безотносительно к другим, по концепции Лейбница, не имеет смысла. Пространство есть отношение ( "порядок"), которое касается только многих тел, "ряда" тел. Можно говорить только о относительные размеры данного тела по сравнению с размерами других тел. То же самое можно сказать о продолжительности: понятие длительности применимо в отношении отдельного явления постольку, поскольку оно рассматривается как ланка в единой цепи событий. Протяженность любого объекта, по Лейбницем, не является первичной свойством, а вызванная силами, действующими внутри объекта; внутренние ее внешние взаимодействия определяют и длительность состояния; что же касается самой природы времени как порядка явлений, сменяющие друг друга, то она отражает причинно-следственные связи между ними. Логично концепция Лейбница связана со всей его философской концепцией в целом.

Однако, Лейбницева концепция пространства и времени не сыграла важную роль в естествознании XVII-XIX веков, потому что она не могла ответить на вопросы, поставленные наукой той эпохи. Прежде всего, взгляды Лейбница на пространство, казалось, отрицали существование вакуума (только после открытия физического поля в XIX веке проблема вакуума предстала в новом свете) кроме того, они явно противоречили общему убеждению о единственности и универсальность евклидовой геометрии наконец, концепцию Лейбница считали несочетаемого с классической механикой, поскольку казалось, что признание чистой относительности движения не может удовлетворительно объяснить определяющую роль инерциальных систем отсчета.

Таким образом, в то время, когда жил и творил Лейбниц, естествознание еще не могло воспринять его концепцией пространства и времени, которая базировалась на гораздо более широкой философской основе. Только два века спустя началось накопление научных фактов, которые показали ограниченность представлений о пространстве и времени, царившие в тот период.

Понятие пространства и времени в философии и естествознании XVI11 -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 принимали одну из двух. Большинство филоссч |) и в-материалистов выступили против ньютон и ВСК пустого пространства. Еще Дж. Толанд отметил, что представление о пустом пространстве связано со 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 и сознанием, восприятием. Дж. Беркли отвергал ньютоновский абстрактное пространство и время, но рассматривал пространственные и временные отношения субъективно, как порядок восприятия; об объективных геометрические и механические законы не могло быть и речи. Поэтому берклианська точка зрения не сыграла существенной роли в развитии научных представлений о пространстве и времени. Иначе было со взглядами Канта, который сначала поддерживал концепцию Лейбница. Противоречие между этими представлениями и естественно-научными взглядами того времени привела Канта к принятию ньютоновской концепции и стремление философски обосновать ее. Главным здесь было объявление пространства и времени априорными формами человеческого созерцания, то есть обоснование их абсолютизации. Взгляды Канта на пространство и время нашли немало сторонников в конце XVIII в первой половине XIX века. Несостоятельность этих взглядов было доказано только после создания и принятия неевклидовой геометрии, которая, собственно говоря, противоречила ньютоновскому пониманию пространства. Отбросив его, Н. И. Лобачевский и Б. Риман утверждали, что геометрические свойства пространства как наиболее общие физические свойства зависят от общей природы сил, формирующих тела.

Взгляды диалектического материализма на пространство и время сформулировал Ф. Энгельс. По Энгельсу, находиться в пространстве значит быть в форме расположения одного возле другого, существовать во времени значит быть в форме последовательности одного после другого. Энгельс подчеркивал, что "обе эти формы существования материи суть ничто, пустые представления, абстракции, существующие только в нашей голове".

Кризис механического естествознания на рубеже XVII I XIX веков вызвала возрождение на новой основе субъективистских взглядов на пространство и время. Критикуя участников дискуссии, Э. Мах развил взгляд на пространство и час как на "порядок восприятия", подчеркивая происхождения аксиом геометрии из опыта. Но Мах воспринимал опыт субъективистских, так и геометрию Евклида, и геометрии Лобачевского и Римана он трактовал как различные способы описания одинаковых пространственных соотношений.

Развитие представлений о пространстве и времени в XX веке

В конце XIX начала 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 другим с конечной скоростью скоростью света. Предполагали, что поле это состояние эфира, абсолютно недвижимого среды, заполняющей мировое абсолютное пространство. Позже было установлено (X. Лоренц и др.), Что когда движение тел происходит с очень большими скоростями, близкими к скорости света, то поле изменяется, что приводит к изменению пространственных и временных свойств тел; при этом Лоренц считал, что длина тел в направлении их движения сокращается, а ритм физических процессов, происходящих в них, замедляется, причем пространственные и временные величины изменяются согласованно.

Сначала казалось, что таким путем можно будет определить абсолютную скорость тела относительно эфира, а следовательно, относительно абсолютного пространства. Однако вся совокупность опытов опровергла этот взгляд (более подробно этот вопрос будет обсуждаться в разделе "Теория относительности"). Было установлено, что в любой инерциальной системе отсчета все физические законы, включая законы электромагнитных (и вообще полевых) взаимодействий, одинаковы. Специальная теория относительности А. Эйнштейна, основанная на двух фундаментальных положениях, о предельной скорости света и равноправие инерциальных систем отсчета, стала новой физической теории пространства и времени. Из нее следует, что простлежности законов пространства и времени от общих закономерностей, которые определяют взаимодействие материальных объектов. Он проявляется также в наличии характерного ритма существования материальных объектов и процессов типичных для каждого класса объектов средней продолжительности жизни и средних пространственных размеров.

Из изложенного следует, что пространства и времени свойственны очень общие физические закономерности, касающиеся всех объектов и процессов. Это имеет отношение и к проблемам, связанным с топологическими свойствами пространства и времени. Проблема границы (столкновение) отдельных объектов и процессов непосредственно связана с вопросами, которые привлекали внимание еще в древности. Речь идет о конечную или бесконечную делимость пространства и времени, их дискретность или непрерывность. В античной философии этот вопрос решался только умовивидно. Высказывались, например, предположение о существовании "атомов" времени (Зенон). В науке XVII-XIX веков идея атомизма пространства и времени потеряла всякий смысл. Ньютон считал, что пространство и время реально расчленены до бесконечности. Этот вывод следовал из его концепции пустых пространства и времени, наименьшими элементами которых являются геометрическая точка и момент времени ( "мгновения" в буквальном смысле слова). Лейбниц считал, что хоть пространство и время делимы до бесконечности, но реально не расчленены на точки в природе нет объектов и явлений, лишенных размеров и продолжительности. Из представления о неограниченной делимости пространства и времени не следует, что и границы тел и явлений являются абсолютными. Представление о непрерывности пространства и времени еще больше окрепло в XIX веке с открытием поля: в классическом понимании поле абсолютно непрерывный объект.

Проблема реальной делимости пространства и времени появилась в XX веке в связи с открытием в квантовой механике соотношение неопределенностей (более подробно этот вопрос рассматривается в разделе "Квантовая механика"). В соответствии с соотношением неопределенностей для абсолютно точной локализации микрочастицы необходимы нескинченно большие импульсы, в физическом аспекте является невыполнимой задачей. Более того, современная физика элементарных частиц показывает, что при очень сильных воздействиях на частицу она не сохраняется вообще, происходит даже множественное рождение частиц. На самом деле не существует реальных физических условий, при которых можно было 6 измерить точное значение напряженности поля в каждой точке. Таким образом, современная физика установила, что невозможно не только реально осуществить разделение пространства и времени на точки, но и принципиально невозможно осуществить процесс реального бесконечного их разделения. Итак, геометрические понятия точки, кривой, поверхности являются абстракциями, отражающими пространственные свойства материальных объектов лишь приблизительно. На самом деле объекты отделены друг от друга не абсолютно, а лишь относительно. Справедливо это и в отношении моментов времени. Именно такой взгляд на "точечности" событий вытекает из так называемой теории нелокального поля. Одновременно с идеей нелокальности взаимодействия разрабатывается гипотеза о квантовании пространства и времени, то есть о существовании самых длин и длительностей. Сначала предполагали, что "квант" длины 10 "15 м (порядка классического радиуса электрона или порядка" длины "сильного взаимодействия). Однако с помощью современных ускорителей заряженных частиц исследуются явления, которые имеют длины 10 ~ б-10 ~ 17 м, ибо значение кванта длины начало смещаться к все меньшим значений (10 ~ 19 и даже 10 "35 м).

Решение вопроса о квантования пространства и времени тесно связано с проблемами структуры элементарных частиц. Появились исследования, которые вообще отрицают применимость к субмикроскопические мира понятий пространства и времени. Однако понятие пространства и времени не должны сводиться ни к метрическим, ни к топологическим отношений известных типов.

Тесная взаимосвязь пространственно-временных свойств в природе взаимодействия объектов проявляется также

Загрузка...

Страницы: 1 2