Меню

Пространство время движение три измерения



Тема 7. Пространство, время, движение

Что есть пространство и что есть время? Более двух тысячелетий человеческое сознание пытается постичь очевидную и в то же время ускользающую суть пространственно-временного воплощения материального мира. Понятия пространства и времени важны не только потому, что упорядочивают вещи и явления, окружающие нас в повседневной жизни, но и потому, что они лежат в основе научных и философских построений.

Восточная философия всегда утверждала, что пространство и время – порождение ума. Епископ Беркли, философ, также полагал, что материальные тела, пространство и время – всего лишь иллюзия. Ознакомившись с мнением Беркли, его оппонент вскричал: «Я опровергаю это так!» – и ударил ногой по большому камню. Нас окружает не мир иллюзий, а реальный материальный мир, который развивается в соответствии с объективными законами. Мы пытаемся распознать и сформулировать законы природы. Но мы не можем этого сделать, не опираясь на понятия пространства и времени. Не оперируя этими понятиями, мы не можем дать описание какого-либо объекта или процесса. Представление о пространстве и времени – это основа основ, это холст, на котором пишется научная картина мира.

Рассмотрим вопрос рационально и познакомимся с теориями пространства и времени, получившими официальное признание в современной науке.

Определение пространства и времени.Пространство и время – формы существования материи. Считается, что нет материи вне пространства и времени и не существует пространства и времени вне материи.

Пространство – форма сосуществования материальных объектов и процессов, характеризует структурность и протяженность материальных систем. Время – форма последовательной смены явлений и состояний материи, характеризует длительность их бытия.

Главная метрическая характеристика пространства – протяженность, а времени – длительность. Современный уровень развития методов и техники эксперимента позволил установить максимальные и минимальные протяженности и длительности следующих порядков:

– размер области нашей Вселенной, доступной для наблюдения 10 26 м;

– размер элементарной частицы 10 –24 м;

– время существования Вселенной составляет 13,7 ± 0,2 млрд лет;

– время жизни нестабильных элементарных частиц, называемых «странными резонансами», 10 –24 с (за это время свет проходит через ядро атома водорода размером 10 –15 м).

Свойства пространства и времени. Законы сохранения.В настоящее время предполагается, что в целом в масштабах Вселенной, доступной для наблюдения, пространству и времени присущи определенные свойства. Каждому свойству симметрии пространства и времени, согласно теореме Э. Нетер, соответствует сохраняющаяся величина, для которой формулируется закон сохранения.

Непрерывность пространства состоит в том, что между любыми двумя точками пространства всегда можно найти третью. Пространство гладкое, без разрывов, нельзя выпасть из пространства.

Однородность пространства означает эквивалентность всех его точек. Перенос экспериментальной установки в пространстве не повлияет на результаты эксперимента. С этим свойством симметрии связана сохраняющаяся величина – импульc, который определяется как произведение массы тела на скорость его движения:p = mv. Закон сохранения импульса заключается в том, что в изолированной системе (на которую внешние силы не действуют) сумма импульсов всех тел не меняется с течением времени. При этом импульсы отдельных тел могут изменяться в процессе взаимодействия.

Изотропность пространства – эквивалентность всех направлений в пространстве. Поворот экспериментальной установки в пространстве не повлияет на результаты эксперимента. За счет этого свойства симметрии сохраняется момент импульса, который определяется как произведение массы тела на векторное произведение радиуса-вектора и скорости движения тела L = m[rv]. В изолированной системе (на которую внешние моменты сил не действуют) сумма моментов импульсов всех тел не меняется с течением времени.

Непрерывность времени заключается в том, что между любыми двумя моментами времени всегда можно найти третий. Нельзя выпасть из времени.

Однородность времени – эквивалентность всех его моментов. Перенос времени проведения эксперимента не повлияет на его результаты. Вследствие однородности времени сохраняется энергия. Различают энергию движения, или кинетическую, которая в классической механике рассчитывается по формуле , и энергию взаимодействия, или потенциальную, которая, например, для тела, поднятого на высоту h над земной поверхностью, зависит от высоты как Епот = mgh. Закон сохранения механической энергии: в консервативной механической системе (в которой нет трения) сумма кинетической и потенциальной энергий тела остается постоянной, независимо от того, где это тело находится в пространстве. Если в системе есть трение, то постепенно механическая энергия будет уменьшаться, переходя в тепловую.

Анизотропность времени есть отражение асимметрии, имеющей место в природе. Время самопроизвольно течет в одном направлении от прошлого к будущему, поэтому мы наблюдаем, что большинство процессов необратимы.

Читайте также:  Что такое социальное измерение человека

Математическое пространство.Пытаясь выразить сущность реального пространства, мы строим его модель. Любая модель содержит качественное описание объекта на уровне понятий, а также математический аппарат, позволяющий делать количественные оценки. Таким образом, физическому пространству ставится в соответствие абстрактное математическое пространство. Свойства математического пространства описывает геометрия.

Уверенность в том, что математика внутренне присуща природе, берет начало в греческой философии. Геометрия представляла собой основной раздел греческой математики и оказала сильное воздействие на греческую философию. Греческая философия усвоила ее метод построения теорем на основе принятых на веру, без доказательств, аксиом при помощи дедукции, и поэтому геометрия лежала в основе любой умственной деятельности – обучение философии тоже включало в себя геометрию. На воротах Академии Платона в Афинах было выбито изречение: «Не позволено входить тому, кто не сведущ в геометрии». Греки считали, что их математические теоремы являются выражением вечных, неоспоримых истин, а геометрические формы воплощают в себе абсолютную красоту. Геометрия считалась совершенным соединением логического и прекрасного, поэтому ей приписывалось божественное происхождение. Отсюда и афоризм Платона: «Бог – это геометр».

Как отмечает японский физик Рею Утияма, «можно сказать, что математическое пространство – это портрет реального, и этот портрет станет только совершеннее, если мы будем чаще исправлять его, соотнося с оригиналом». Когда появляется новая модель физического пространства, требуется изменение соответствующего математического пространства, требуется другая геометрия.

Плоское трехмерное математическое пространство, построенное Евклидом, хорошо подходит для описания явлений классической физики Ньютона. В специальной теории относительности Эйнштейна четырехмерный пространственно-временной континуум наглядным образом представляется как мир Минковского. Общая теория относительности вписана в рамки искривленного риманова пространства.

И все же абстрактное математическое пространство – это не более чем портрет. Реальное пространство сложнее идеализированных математических построений, которые не отражают, например, такие свойства физического пространства, как его способность обеспечивать распространение света или передавать электрическую и магнитную силы.

История развития представлений о пространстве и времени.Представления о сущности категорий пространства и времени начали складываться в Древней Греции. Их историческое развитие проходило по двум направлениям в тесной связи с различными философскими учениями.

Одно направление основано на идеях первых атомистов – Левкиппа, Демокрита, Эпикура и Лукреция, приписывающих пустоте особый вид бытия.

Всю, самое по себе, составляют природу две вещи:

Это, во-первых, тела, во-вторых же, пустое пространство,

Где пребывают они и где двигаться могут различно…

Действовать иль подвергаться воздействию тело лишь может,

Быть же вместилищем тел может только пустое пространство.

Лукреций «О природе вещей»

Идея пустого пространства воплотилась в ньютоновских понятиях абсолютного пространства и абсолютного времени.

Другое представление восходит от Аристотеля, трактовавшего пространство и время как определенные типы соотношений между объектами и их изменениями, не имеющих самостоятельного существования. Аристотель в сочинении, которое называлось «Физика», писал: «Не существует пустоты как чего-то отдельного. Всякое движение находится в некотором числовом отношении со всяким другим движением (так как оно существует во времени, а всякое время находится в отношении со временем)». Данная концепция была развита в специальной теории относительности Альбертом Эйнштейном, который ввел понятие единого неразделимого пространства-времени и установил, что протяженность предметов и длительность процессов относительны, их величины обусловлены скоростью движения наблюдателя.

Свойства пространства и времени, обусловленные влиянием массы, рассматриваются в общей теории относительности Эйнштейна.

Теория относительности рассматривается как необходимый элемент научного мировоззрения, поскольку представляет собой современную теорию пространства-времени. Утверждения, противоречащие ей, отбрасываются как неправильные.

Дата добавления: 2015-01-15 ; просмотров: 1076 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Движение, пространство, время

Материя обладает многочисленными свойствами: несотворимость, неуничтожимость, познаваемость, неисчерпаемость строения и т. д. Но среди них есть такие, без которых она не может существовать. Такие свойства называются атрибута­ми. К ним относятся движение, пространство, время. В истории философии до XIX в. движение понималось как возникновение и уничтожение тел, а также их механическое перемещение. Не было представления о внутреннем движении и самодвижении, поэтому в картину мира добавляли божественный перводвигатель, который сам был неизменен и неподвижен, зато придавал импульс движения всем телам. Диалектический материализм отказался от сведения движения только к одной механической форме и определил его как любое изменение (Ф. Энгельс).

Читайте также:  Манипуляция техника измерения артериально давление

Философское понятие движения обозначает любые взаимодействия, а также изменения состояний объектов, которые происходят в процессе этих взаимодействий. По­этому движение есть изменение вообще.

Все вещи окружающего нас мира находятся в постоянном движении, изменении. Есть такие состояния движения, кото­рые не изменяют качественных характеристик предметов. На­пример, все знают, что внутри предметов происходит «беше­ная пляска» электронов и других элементарных частиц, но при этом внешний вид, место расположения предметов сохра­няются неизменными. Мы воспринимаем их как находящиеся в покос. Покой— это состояние движения, которое не нару­шает качественной специфики предмета, его стабильно­сти. Существуют состояния движения, которые приводят к изменению качественного состояния предметов. Здесь воз­можны два результата: распад предмета па более простые элементы (например, в процессе гниения) и, наоборот, обра­зование нового, более сложного объекта. Изменение, сопровождающееся появлением новых качест­венных состояний, называют развитием. Развитие – это закономер­ные качественные изменения сложных системных объектов, отличаю­щиеся направленностью и необратимостью. Развернутая концептуальная модель развития была разработана в классической философии. Постклассическая философия наделяет представление о развитии многомерным и разнообразным содержанием. Так, философия постструктурализма в лице Ж. Делёза и Ф. Гваттари образно сравнивает процессы изменения с особым (ризомным) способом роста, не имеющим преобладающего направления, а идущим во все стороны без какой-либо регулярности, позволяющей предсказать следующее изменение.

Каждому структурному уровню материи соответствует своя основная форма движения материи: механическая, физическая, химическая, биологическая, социальная. Формы движения материи взаимосвязаны. Так, механическое движение обус­ловлено глубинным процессами взаимопревращения эле­ментарных частиц, взаимовлиянием электромагнитных и гравитационных полей, сложными переплетениями силь­ных и слабых взаимодействий в микромире. Каждая последующая форма существует на основе предыдущей, но имеет и свои специфические черты, поэтому недопустим радикальный редукционизм — полное сведение закономерностей высших форм движения к низшим (биологизаторство и фрейдизм, социал-дарвинизм).

Взаимодействие форм движения материи лежит в основе развития мира. Пространство и время — такая структурная организация материи и движения, которая обусловлена взаимодействиями в масштабе Вселенной.

Пространство — форма бытия материи, выражающая протяженность составляющих ее объектов, их строение из элементов и частей. Пространство нашего мира имеет три измерения, а потому его называют трехмерным. Оно является необходимым условием существования устойчи­вых систем, состоящих из двух тел. Если бы наше простран­ство имело бы больше размерностей, то планеты не смогли бы двигаться по замкнутым орбитам, а значит не было бы планетных систем. Время — форма бытия материи, выражающая длительность протекающих процессов, последовательность смены состояний в ходе изменения и развития материальных сис­тем.

Традиционно в классической философии различались реальное, концептуальное и перцептуальное пространство и время. Реальное про­странство и время понимались как характеристики объективной дей­ствительности. Перцептуальное пространство и время трактовались как формы упорядочения человеческих восприятий, представлений, пере­живаний и т. д. Под концептуальным пространством и временем име­лось в виду воспроизведение реального пространства и времени в со­держании теоретических моделей.

В истории философии сложились два основных подхода к трак­товке пространства и времени: субстанциальный и реляционный. В раз­личных версиях субстанциального подхода пространство и время понимались как универсальные и абсолютные формы бытия. В идеали­стической философии они определялись через соотнесение с духовным началом — абсолютным духом (Г. Гегель) или индивидуальным созна­нием (И. Кант, Дж. Беркли). В метафизической традиции пространство и время рассматривались как независимые от материи сущности, вечные и неизменные вместилища предметов (И. Ньютон). Реляционный подход (Аристотель, Г. Лейбниц, философия марксиз­ма) трактует пространство и время как формы отношений между объ­ектами, явлениями и процессами. Сами по себе, вне этих процессов и независимо от них пространство и время не существуют. В начале XX века под влиянием достижений релятивистской физики формируется представление о пространстве-времени как континууме (неразрывном единстве) отношений и разного рода взаимодействий между матери­альными образованиями. Оказалось, что время есть четвертое измерение мира, а пространственно-временной срез нашей Метагалактики характеризуется формулой 3+1 (три пространственных измерения и одно временное). При рождении нашей Метагалактики только четыре из десяти измерений пространства-времени обрели макроскопический статус, а остальные оказались как бы свернутыми в глубинах микромира. Современные космологические представления допускают, что Большая Вселенная состоит из множества миров, аналогичных нашему. В этих мирах могут быть принципиально иные формы пространства и времени. Происхождение же нашей Метагалактики не означало творения времени и пространства как таковых, а лишь возникновение характерных для нашего мира специфических пространственно-временных структур. Каждому струк­турному уровню материи соответствует специфическая форма пространства и времени.

Читайте также:  Анализ состояния системы обеспечения единства измерений

Источник

Что такое измерение и сколько всего измерений существует?

Как мы объясняем способность двигаться через пространство? Являются ли измерения чем-то большим, чем просто пространственное движение? Давайте узнаем больше о измерениях.

Как вы, вероятно, заметили, мы живем в мире, определяемом тремя пространственными измерениями и временным измерением. Другими словами, только три числа необходимы, чтобы определить ваше физическое местоположение в данный момент времени. На Земле эти координаты подразделяются на широту, долготу и высоту, которые представляют измерения длины, ширины и высоты (или глубины). Если вы отметите эти координаты отметкой времени, они также будут идентифицированы во времени.

Одномерный мир похож на шарик на мерной нити. Вы можете толкать шарик вперед и назад, но вам нужно только одно число, чтобы определить точное положение нити: длина. Где шарик? На отметке 15 см.

Теперь давайте перейдем к двухмерному миру. По сути, это плоская карта, игровое поле в играх, как «Морской бой» или «Шахматы». Для определения местоположения требуется только длина и ширина. В шахматах вы просто должны сказать «E5» и знать, что местоположение – это схождение горизонтальной линии «E» и вертикальной линии «5».

Теперь давайте добавим еще одно измерение. Это будет наш мир, и в уравнение мы добавляем высоту (глубину). Если точное местоположение корабля в «Морском бою» требует только двух чисел, настоящий корабль лодка требует третьей – глубины.

Может ли быть четвертое пространственное измерение? Ну, это сложный вопрос, поскольку мы не можем воспринимать и измерять что-либо за пределами размеров длины, ширины и высоты. Точно так же, как три числа необходимы для определения места в трехмерном мире, четырехмерный мир потребует четырех.

В настоящий момент вы, вероятно, находитесь в месте с определенной долготой, широтой и высотой. Пройдите немного влево и измените долготу, широту или и то, и другое. Встаньте на стул на том же месте, и вы измените высоту. А теперь начинается самое трудное: сможете ли вы отойти от своего текущего местоположения, не меняя долготу, широту или высоту? Это невозможно, потому что нет четвертого пространственного измерения, через которое мы можем двигаться.

Однако тот факт, что мы не можем двигаться или воспринимать что-то через четвертое пространственное измерение, не обязательно исключает его существование.

Математик Теодор Калуца в 1919 году выдвинул теорию о том, что четвертое пространственное измерение может объединить общую теорию относительности и электромагнитную теорию.

Но где оно находится? Физик-теоретик Оскар Клейн позже пересмотрел теорию и предположил, что четвертое измерение просто свернуто, в то время как другие три измерения расширены. Другими словами, четвертое измерение присутствует, просто свернутое и невидимое, немного похожее на полностью убранную рулетку. Более того, это означает, что каждая точка в нашем трехмерном мире имеет дополнительное четвертое пространственное измерение.

Тем не менее, апологеты теории струн нуждаются в немного более сложном видении, чтобы усилить свои суперструнные теории о космосе. На самом деле, довольно легко предположить, что они требуют немногого, предлагая 10 или 11 измерений, включая время.

Подождите, не отвлекайтесь. Один из способов визуализировать это состоит в том, чтобы представить, что каждая точка в нашем трехмерном мире содержит не сложенную рулетку, а свернутую шестимерную геометрическую форму. Одним из таких примеров является пространство Калаби – Яу, которая напоминает помесь моллюска, рисунок Эшера и орнамент из «Стар Трека».

Представьте себе: бетонная стена издалека выглядит твердой и прочной. Однако, подойдите поближе, и вы увидите углубления и отверстия на её поверхности. Приблизьтесь ещё, и вы увидите, что она состоит из молекул и атомов. Или посмотрите на кабель: на некотором расстоянии он кажется единой толстой жилой. Подойдите к нему, и вы увидите, что он соткан из бесчисленных нитей. Существует всегда бо́льшая сложность, чем можно заметить на первый взгляд, и эта «невидимая» сложность может скрывать все эти маленькие, свернутые измерения.

Однако мы можем быть уверены только в наших трех пространственных измерениях и во времени. Если другие измерения есть, они находятся за пределами нашего ограниченного восприятия – во всяком случае пока.

Спасибо за чтение! Если понравилось, ставьте лайк, подписывайтесь на наш канал, рассказывайте, что ещё чудесного происходит в мире!

Источник