Уявлення про час і простір

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ЗМІСТ
Введення
1. Уявлення про простір
1.1. Еволюція базових понять простору
1.2. Теорія простору
2. Уявлення про час
2.1. Історія розвитку уявлень про час
2.2. Фізична теорія часу
Висновок
Список літератури

Введення
Все, що існує у Всесвіті, живе і неживе, має просторово-часовий вимір Простір і час невіддільні від матерії, нерозривно пов'язані з її рухом і один з одним, кількісно і якісно нескінченні. Таким чином, матерія, простір, час, рух є основними поняттями науки.
Прагнення зрозуміти навколишній світ, його структуру, сформулювати приватні і загальні закони його існування та розвитку на основі вивчення взаємозв'язків між природними явищами і процесами завжди було притаманне людству.
Так, стародавні греки створили дві точні науки: геометрію, що виросла з техніки землемір, і астрономію, викликану до життя потребою вимірювати час.
Ми пізнаємо світ, перш за все за допомогою органів почуттів - природних фізичних приладів людського організму.
Основну інформацію, яка формує наші уявлення про цей світ, ми отримуємо через органи зору - очі, але вони інколи "обманюють" нас. При досить швидкому русі спостережуваних нами об'єктів очі "змішують" їх зображення (на цьому явищі заснована кіно), занурена у воду палиця здається заломленої, а оптичні ілюзії (міражі, гало і т. д.) ми приймаємо за реально існуючі явища.
Світ наповнений найрізноманітнішими звуками, по не всі з них ми сприймаємо, зате людям з різними психічними відхиленнями можуть чутися не існують в даний момент звуки (слухові галюцинації).
Чи достатньою мірою суб'єктивні і наші смакові відчуття, сприйняття запахів (нюх), дотик, теплові відчуття (озноб у хворого, купання загартованих людей - "моржів" - в ополонці), відчуття болю.
Поступово людина навчилася створювати пристрої та системи для отримання об'єктивної інформації про навколишній світ.
У зв'язку з цим метою даного реферату є розгляд і вивчення сучасних уявлень про простір і час.
Відповідно до поставленої мети в роботі передбачається вирішити такі завдання:
- Розглянути подання про простір;
- Вивчити уявлення про час.

1. Уявлення про простір

1.1. Еволюція базових понять простору

Евклід побудував геометрію тривимірного простору, відому в науковому побуті як евклідова геометрія. Для визначення положення в просторі Рене Декарт (1596-1650) ввів прямокутну систему координат ("декартові координати") - х, у, z. Фізичний світ Декарта складається з двох сутностей: матерії (простий "протяжності, наділеною формою") і руху. Оскільки "природа не терпить порожнечі" (Арістотель), у нього протяжність заповнена "тонкою матерією", яку Бог наділив безперервним рухом. Встановивши закони руху, Декарт записав механічно всі світові процеси і на основі своїх законів руху побудував "космологічний роман" (трактати "Мир" та "Начала філософії").
Декартово уявлення про флюїди, що заповнюють простір, панувало в науці XIX і частково XX ст., Надавши істотний вплив на розвиток таких розділів фізики, як оптика і електрику. Вага, як і будь-яка сила, у Декарта є властивістю руху тонкої матерії, ототожнюється з простором. Тому механіцизм Декарта зводить сили до властивостей простору.
Ісаак Ньютон (1643-1727) відкрив нові властивості простору, вивчаючи рух переміщаються тел. Він розглядав простір як субстанцію, здатну динамічно діяти на матеріальні тіла. Модель простору, запропонована Ньютоном, - це модель незалежно існуючої субстанції, в якій можуть переміщатися матеріальні тіла і частки світла. Тому кожен об'єкт володіє в просторі певним становищем та орієнтацією, а відстань між двома подіями точно визначено, навіть якщо ці події відбулися в різні моменти часу. Визначити положення тіла в просторі можна тільки щодо системи якихось об'єктів, тому має сенс говорити про швидкість об'єкта в просторі, оскільки відчувається лише нерівномірний рух (а не рух з постійною швидкістю). Ньютон у своїх "Математичних засадах натуральної філософії" (1687) переклав на математичну мову суто буденні відчуття, записавши закони руху так, що вони визначаються тільки прискоренням.
Таким чином, всі рівномірні руху у Ньютона відносні, а прискорені - абсолютні. Причини, що викликають прискорені руху, він назвав силами. Сили пропорційні прискоренню тіл з коефіцієнтом М, званим інертною масою: F = Mω. Якщо цей закон Ньютона прочитати справа наліво, то з нього випливає, що при рівномірному русі системи її складові частини не відчувають силового впливу. Це означає, що рівномірний рух не можна механічними засобами відрізнити від іншого такого ж стану, отже, і простір саме по собі не надає силового впливу на рухомі тіла. Механіка Ньютона дозволяє спостерігати в просторі тільки прискорені руху. Прискорення призводить до виникнення сил інерції. Такі, наприклад, тиск ніг людини, спрямоване вниз при короткочасній зупинці ліфта, що рухається в напрямку вгору, або відцентрова сила на обертається каруселі. Ньютон приписував появу сил інерції простору, в якому відбувається прискорення, що доводить реальність існування його простору.
Після створення теорії електромагнетизму Максвелла з'явилася можливість використовувати оптичні явища - поширення світлових сигналів - для вимірювання швидкості руху в просторі. Цей рух можна було визначити по його переміщенню щодо ефіру - якоїсь рідини, що заповнює простір. Теорія Максвелла пророкувала, що світло поширюється в ефірі з постійною швидкістю, що залежить від "пружності" ефіру. Тоді швидкість світла, виміряна спостерігачем, повинна бути різною в залежності від того, в якому напрямі світло поширюється - за течією в ефірі чи проти. Але досвід, проведений в 1887р. Альбертом Майкельсона (1852-1931) і Едвардом Морлі (1838-1923), показав, що ефекту, пов'язаного з ефіром, немає, тобто і немає самого ефіру.

1.2. Теорія простору

Стало ясно, що необхідно відмовитися від наочних і звичних ньютоново уявлень про простір і час, і в 1905р. Альберт Ейнштейн (1879-1955) запропонував абсолютно нову теорію простору і часу - так звану спеціальну теорію відносності (СТО). Основу його теорії складають два постулати: 1 - швидкість світла у вакуумі постійна і не залежить від руху спостерігача або джерела світла; 2 - всі фізичні явища (механічні та електродинамічні) відбуваються однаково в усіх тілах, що рухаються відносно один одного прямолінійно і рівномірно. Прийняття цих принципів означало зміна довжин і часів у відповідності з перетвореннями Лоренца для тіл, що рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості світла. Це було вже кардинальне перетворення наочних уявлень. "Відтепер простір і час, взяті окремо, приречені тягнути примарне існування, і тільки єдність їх обох збереже реальність і самостійність" (Г. Мінковський). Час і простір об'єднуються в 4-мірний простір-час.
У 1916р. Ейнштейн включив СТО в свою загальну теорію відносності (ЗТВ), або узагальнену теорію тяжіння. Властивості простору і часу в його теорії визначаються розподілом і рухом матерії у просторі. При наявності в просторі тяжіють мас, а отже, і поля тяжіння, простір викривляється, стає неевклідових.
Хоча співвідношення між кількістю матерії та ступенем кривизни просте, але складні розрахунки - для опису кривизни в кожній точці потрібно знати значення двадцяти функцій просторово-часових координат. Десять функцій відповідають тій частині кривизни, яка поширюється у вигляді гравітаційних хвиль, тобто у вигляді "брижів" кривизни, інші десять - визначаються розподілом мас, енергії, імпульсу, кутового моменту, внутрішніх напружень в речовині і значення універсальної гравітаційної постійної G. Через малість величини G потрібно багато мас, щоб істотно "зігнути" простір-час. Тому 1 / G часом розглядають як міру жорсткості простору-часу. З точки зору нашого повсякденного досвіду простір-час дуже жорстке. Вся маса Землі створює кривизну, складову порядку однієї мільярдної кривизни своїй поверхні. Щоб уявити кривизну простору-часу поблизу Землі, підкинемо м'яч в повітря. Якщо він буде перебувати в польоті 2с і опише дугу в 5м, то світло за ці 2с пройде відстань 600 000км. Якщо уявити дугу висотою 5м, витягнуту по горизонталі до 600 000км, то її кривизна і буде відповідати кривизні простору-часу. На відміну від теорії гравітації Ньютона, теорія Ейнштейна претендує на теорію простору-часу, тобто на теорію Всесвіту в цілому.
Багатьох цікавило питання, чому ми здатні сприйняти тільки простір трьох вимірів. П. Еренфест у 1917р. досліджував це питання спеціально і вказав, що "закон зворотних квадратів", за яким діють один на одного точкові гравітаційні маси або електричні заряди, обумовлений тривимірністю простору. У просторі n вимірювань точкові частинки взаємодіяли б за законом зворотної ступеня (n - 1). Тому для n = 3 справедливий закон зворотних квадратів, тому що 3-1 = 2. Він показав, що при n = 4, що відповідає закону зворотних кубів, планети рухалися б по спіралях і швидко б впали на Сонці. В атомах при числі вимірювань, більшому трьох, також не існувало б стійких орбіт, тобто не було б хімічних процесів і життя. На зв'язок тривимірності простору з законом тяжіння вказував ще і Кант.
Крім того, можна показати, що поширення хвиль "в чистому вигляді" неможливо в просторі з парним числом вимірів. З'являються спотворення, що порушують стерпну хвилею структуру (інформацію). Приклад тому - поширення хвилі по гумовому покриттю (по поверхні розмірності 2). У 1955р. математик Г. Дж. Уітроу уклав, що оскільки живим організмам необхідні передача та обробка інформації, то вищі форми життя не можуть існувати в просторах парному розмірності. Цей висновок відноситься до відомих нам форм життя і законам природи і не виключає існування інших світів, іншої природи.
У науці виробляються кількісні порівняння і тому важливі вимірювання. Вимірювання - це визначення невідомої величини відомої встановленої одиницею заходи.

2. Уявлення про час

2.1. Історія розвитку уявлень про час

Говорячи про "часу", люди вживають це слово в самих різних значеннях. Час пов'язане зі звичайною, повсякденним життям, воно безпосередньо доступно нашій свідомості, формуючи наші відчуття, погляди, мову. У життєвому розумінні час сприймається як потік, перехід з минулого в майбутнє, що переносить наше "тепер" і "зараз" в інший світ, воно наповнене дією на відміну від нерухомого і порожнього простору, "вмістища" подій.
Російське прислів'я говорить: "Час - око історії". Наукова теорія часу не містить такого "психологічного" сприйняття часу, відволікається від нього. Існують навіть уявлення, що протягом часу лише ілюзія людського сприйняття. В. І. Даль у "Тлумачному словнику живої великоросійської мови" так визначає це поняття: "Час - I) тривалість буття; простір в бутті; послідовність існування; продовження випадків, подій. До того приклад:" Час за нами, час перед нами , а при нас його немає ", 2) пора, година, термін - конкретний час, його відрізок, 3) погода, стан повітря; 4) щастя, земне благоденство".
Розуміння часу, захопливого світ в безперервний рух, найбільш яскраво висловив Геракліт (бл. 530-470 до н. Е..): "В одну річку не можна піти двічі", "Все тече, все змінюється", "Світ є сукупністю подій, а не речей ". Закони природи незмінні, вони зберігаються в будь-якому місці і в будь-який час. У Прокла (бл. 410-485 до н. Е..) Геометричні міркування: "Час не подібно прямої лінії, безмежно триває в обох напрямках. Воно обмежене і описує коло. Рух часу з'єднує кінець з початком, і це відбувається незліченну кількість разів. Завдяки цьому час нескінченно ". У Платона (бл. 428-347 до н. Е..) Протягом часу, його причина і походження зв'язувалися з Всесвіту. Він писав: "Оскільки день і ніч, кругообіг місяців і років, рівнодення і сонцестояння зримі, очі відкрили нам число, дали поняття про час і спонукали дослідити природу Всесвіту". У своєму трактаті "Про спіралі" Архімед показував, що спіраль з'єднує циклічність з поступальним рухом. Може бути, спіраль підійде для наочного образу часу, з'єднавши потік і коло?! Візерунок з спіралі з сонцями був знайдений на залишках глечиків неоліту і на древньому календарі - палиці з бивня мамонта, знайденому нещодавно у Східному Сибіру. Археологи тлумачать ці візерунки як відображення ідеї Часу.

2.2. Фізична теорія часу

Перша фізична теорія часу дана в "Засадах" Ньютона, причому він ставить час першим серед основних понять фізики, за ним слідують простір, місце і рух. Це було в XVII столітті, коли формувалася сучасна наука і коли відбувалося різке розмежування точних і описових дисциплін.
Визначення Ньютона таке: "Абсолютна, справжнє математичний час, саме по собі і по самій своїй суті, без жодного відношення до будь-чого зовнішнього, протікає рівномірно й інакше називається тривалістю". Абсолютна час - ідеальна міра тривалості всіх механічних процесів. Як ми не спостерігаємо істинно рівномірного руху через тертя або інших причин, так і вимірювати час можна тільки наближаючись до істинного, математичного, що входить в рівняння. Абсолютна час однорідне, це означає симетрію щодо зрушень, і зокрема, що точка відліку часу, його початку не має значення. Тривалість часу від цього не змінюється. Те ж можна сказати і про просторові симетрія класичної механіки. У просторі немає ні виділених точок, ні виділених напрямків, тобто воно однорідний і изотропно.
За висловом бельгійського фізика і фізико-хіміка Іллі Пригожина, лауреата Нобелівської премії 1977р. з хімії, "для більшості засновників класичної науки (і навіть А. Ейнштейна) наука була спробою вийти за рамки світу спостережуваного, досягти позачасового світу вищої раціональності - миру Спінози". Фактично всі картини світу, народжені точною наукою, звільнені від розвитку, "заперечують час". Ньютон не тільки виключив час зі своєї картини Всесвіту, але і затвердив його у свідомості як зовнішній параметр. Стало можливим розглядати безперервні періодичні процеси рівною тривалості для побудови моделі, легко вводити метрику часу. Це дозволило побудувати всю систему світу, підтвердити вражаючі передбачення теорії Ньютона для Всесвіту. Г. Лейбніц вважав час відносним, "порядком послідовностей". В інших природничих науках, наприклад у геології, час розглядалося абсолютно інакше. Так, основоположник геології данець Нільс Стенсила (1638-1686) будував просторові відносини на основі не руху або переміщення тіл у ньому, а з точки зору часовій послідовності "раніше - пізніше". Цей підхід природний для геолога, який розглядає історію планети через нашарування в камені.

Висновок

Айзек Азімов, відомий американський фантаст і популяризатор наукових ідей, писав: "І в наші дні безпосередньому сприйняттю людини є тільки те ж саме - маленький клаптик плоскої Землі і, зрозуміло, небосхил над головою з маленькими світяться точками та гуртками. І небосхил цей здається таким близьким. Який же хід логічних міркувань змусив ці видимі нами тісні межі розсуватися все більше, і більше, і більше, гублячись у незмірну дали, так що тепер людський розум не в силах ні осягнути Всесвіт, про яку ми говоримо, ні уявити, наскільки мізерно в порівнянні з нею все те, що нас оточує? [1]
У давнину в різних народів були і різні уявлення про Землю і її формі, залежали від тих природно-кліматичних умов, в яких проживали ці народи. Так, індійці уявляли собі Землю у вигляді площини, що лежить на спинах слонів, жителі Вавилона - у вигляді гори, на західному схилі якої знаходиться Вавилон, євреї - у вигляді рівнини і т.д. Але в будь-якому випадку вважалося, що і одному місці небесний купол з'єднується із земною твердю.
Своїй появі та розвитку наука про Землю - географія, або землеопісаніе, багато в чому зобов'язана древнім грекам, який представляв світ у вигляді круглої коржі з Грецією в центрі. Гекатей Мілетський (бл. 546-480 до н.е.) навіть обчислив її діаметр - 8000 км .
Для наших далеких предків орієнтація в просторі мала величезне значення. Порядок забезпечував безпеку. Недарма безсмертний твір Данте починається з розповіді про те, як він заблукав у темному лісі і почала свою подорож тільки з першими променями Сонця в день весняного рівнодення в повний місяць в 1300 році.
Зазвичай під простором (у тому числі і космічним) ми розуміємо якусь протяжну порожнечу, в якій можуть (але не обов'язково) перебувати будь-які предмети. Однак між небесними тілами (зірками, планетами, кометами) завжди є деяка кількість речовини, тому в науці простір розглядається не як вмістилище матерії, а як фізична сутність, що має конкретними властивостями і структурою.
Для визначення положення в просторі необхідно задати три координати - широту, довготу і висоту. Це означає, що простір тривимірно. Птолемей у своїй головній праці "Альмагест" приділив особливу увагу розмірності простору, стверджуючи, що в природі не може бути більше трьох просторових вимірів.
Ньютоново ставлення до часу збереглося і в спеціальній теорії відносності Ейнштейна, званої "некласичної", яка замінила простір і час Ньютона на простір-час Германа Мінковського (1864-1909). У самому справі, з точки зору Ейнштейна, просторово-часовий континуум - це новий засіб характеристики фізичних явищ, використовуючи яке "для опису подій у природі потрібно застосовувати не два, а чотири числа. Фізичне простір, що осягається через об'єкти та їх руху, має три виміру, і положення об'єктів характеризується трьома числами. Момент події є четверте число. Кожному події відповідають чотири числа, світ подій є чотиривимірний континуум ". У Ейнштейна не має сенсу поділ цього світу на час і простір, оскільки опис світу подій "за допомогою статичної картини на тлі чотиривимірного просторово-часового континууму" зручніше і об'єктивно. Таким чином, традиція класичної фізики збережена. За висловом Вернадського, теорія відносності "заперечила лише незалежна від простору, абсолютний час, але не надавала йому ніяких нових властивостей - брала його тим же ізотропним, аморфним часом, яким розумів його Ньютон".
Дивно, що таке ж відношення до часу збереглося і в ОТО, хоча в ній властивості простору-часу залежать від розподілу тяжіють мас. Але вплив мас позначається тільки на метричних властивості годин, оскільки змінюється лише частота при переході між точками з різними гравітаційними потенціалами. На думку Ейнштейна, у фундаментальних законах фізики не повинно бути незворотності, так як "різниця між минулим, сьогоденням і майбутнім - не більше ніж ілюзія, хоча і дуже нав'язлива". Ейнштейна турбувала спрямованість часу, пов'язана з другим початком термодинаміки і зростанням ентропії в необоротних процесах. Хоча рішення, відповідне нестаціонарного Всесвіту, було отримано А.А. Фрідманом з його космологічних рівнянь і пізніше підтвердилося виявленням червоного зсуву спектрів далеких галактик, Ейнштейн вважав гіпотезу вибухає Всесвіту тимчасовою і ставився до неї з недовірою.
У 60-80-і роки нашого століття ставлення до еволюційних процесів стало змінюватися, світ постав істотно нелінійним з необоротними процесами у своїй основі. Тому і часу в новій еволюціонує картині світу уготована інша роль.

Список літератури

1. Горєлов А.А. Концепції сучасного природознавства: Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів, що навчаються за гуманітарними спеціальностями. - М.: Гуманит. вид. центр ВЛАДОС, 2002.
2. Дорфман Я.Г. Всесвітня історія фізики з початку 19 століття до середини 20 століття. М., 2003.
3. Кемпфер Ф. Шлях в сучасну фізику. М., 2002.
4. Концепція сучасного природознавства: Під ред. професора С.І. Самигіна. Вид. третє. Ростов н / Д: «Фенікс», 2004
5. Меріон Дж. Б. Фізика і фізичний світ. М., 2002
6. Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства. Навчальний посібник. М., 2001.
7. Ніколіс Г., Пригожин І. Пізнання складного. М., 2000.
8. Пригожин І. Від існуючого до виникає. М., 2002.
9. Стьопін В.С. Філософська антропологія та філософія науки. М., 2002.
10. Фейнберг Є.Л. Дві культури. Інтуїція і логіка в мистецтві та науці. М., 2002.


[1] А. Азимов. Всесвіт. - М.: Світ, 1969. - С. 12.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
43.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Нове уявлення про простір і час в рамках цілісної парадигми
Становлення міфологічних уявлень про простір і час
Абхідхармакоша Васубандху як джерело уявлень про час простір і карму
Абхідхармакоша Васубандху як джерело уявлень про час простір і карму
Емпіричний і теоретичний рівні наукового пізнання Розвиток уявлень про простір і час
Простір і час
Простір - Час
Простір і час
Рух Простір і час
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru