Ім'я файлу: Концепції простору й часу.docx
Розширення: docx
Розмір: 70кб.
Дата: 27.11.2021
скачати
Пов'язані файли:
Artemenko_magistr.pdf
Мазур_курсовий,_жаростійкий_бетон.docx
завд. кредитування підприємств.doc
товарознавство виправлена курсова.docx
ТОВАРОЗНАВСТВО КУРСОВА ТКД11 ПАНТЕЛЕЄВА.docx
Ігнатов(5) (1).docx
системний аналіз.docx
Касянчук_ОснПідпр_Марк-11.docx
геніті тагуті.docx
женщтна.rtf


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ АРХІТЕКТУРИ І БУДІВНИЦТВА
Кафедра фізики

Реферат

на тему: «Концепції простору й часу»


Студент групи БУД-19А:

Мазур Владислав

Викладач:

Доц. Бурдейна Н. Б.

Київ 2016 рік


Зміст

1. Загальні зауваження
2. Основні концепції простору й часу
3. Поняття простору й часу у філософії і природознавстві XVI11 -XIX століть
4. Розвиток уявлень про простір і час у XX столітті

Загальні зауваження


Простір і час є загальними формами існування матерії. Вони не існують поза матерією й незалежно від неї.
Просторовими характеристиками є положення тіла щодо інших тіл (координати тіла), відстані між тілами, кути між різними просторовими напрямками (окремі об'єкти характеризуються довжиною і формою, що визначаються відстанями між частинами об'єкта та їх орієнтацією). Часові характеристики — "моменти", коли відбуваються явища, тривалість (час тривання) процесів. Співвідношення між цими просторовими величинами називаються метричними. Із власне просторовими співвідношеннями мають справу лише в тому випадку, коли можна абстрагуватися від властивостей і руху тіл та їхніх частин; із власне часовими — у випадку, коли можна знехтувати різноманітністю співіснуючих об'єктів.
Однак у реальній дійсності просторові й часові співвідношення пов'язані між собою. їх єдність безпосередньо виявляється в русі матерії; найпростіша форма руху - переміщення — характеризується величинами, що являють собою різні співвідношення між простором і часом (швидкість, прискорення). Усі ці співвідношення і вивчає кінематика. Сучасна фізика виявила більш глибоку єдність простору й часу, що виражається в спільній закономірній зміні просторово-часових характеристик систем залежно від руху останніх, а також у залежності цих характеристик від концентрації мас у навколишньому середовищі.
Поняття простору й часу є необхідними складовими картини світу в цілому, тому становлять предмет філософії. Учення про простір і час поглиблюється й ускладнюється разом з розвитком природознавства і, насамперед, фізики. З інших наук про природу значну роль у прогресі вчення про простір і час відіграла астрономія, особливо космологія.
Просторово-часові співвідношення підпорядковуються не тільки загальним закономірностям, але й специфічним, які властиві об'єктам того чи іншого класу, оскільки ці співвідношення залежать від структури матеріального об'єкта і внутрішньої взаємодії між його складовими. Тому такі характеристики, як розміри об'єкта і його форма, тривалість існування, ритми процесів, типи симетрії є істотними параметрами об'єкта даного типу, що залежать також від умов, в яких він існує. Особливо специфічними є просторові й часові співвідношення в таких складних, здатних до розвитку об'єктах, як організм або суспільство. У цьому випадку можна говорити про індивідуальний простір і час для таких об'єктів (наприклад, про біологічний або соціальний час).
Основні концепції простору й часу


Найважливіші філософські проблеми, що стосуються простору й часу, — це питання про сутність простору й часу, про взаємозв'язок цих форм буття з матерією, про об'єктивність просторово-часових співвідношень і закономірностей.
Протягом майже всієї історії природознавства й філософії існували дві основні концепції простору й часу. Одна з них сягає корінням учень стародавніх атомістів — Демокріта, Епікура, Лукреція, які обгрунтували поняття порожнього простору й розглядали його як однорідне (однакове у всіх точках) і нескінченне (Епікур, однак, вважав, що простір не є ізотропним, тобто він неоднаковий у різних напрямках). Поняття часу тоді було розроблене вкрай слабо й розглядалося як суб'єктивне сприйняття дійсності. У Новий час у зв'язку з розробкою основ динаміки концепцію часу й простору розвинув І. Ньютон, очистивши її від антропоморфізму. За Ньютоном, простір і час — суть особливі начала, що існують незалежно від матерії й одне від одного. Простір сам по собі (абсолютний простір) є порожнім "умістилищем тіл", абсолютно нерухомим, безперервним, однорідним та ізотропним, проникним, нескінченним; він не впливає на матерію й не піддається її впливам; має три виміри. Від абсолютного простору Ньютон відрізняв довжину тіл — їх основну властивість, завдяки якій вони займають визначені місця в абсолютному просторі, збігаються з цими місцями. Довжина, за Ньютоном, якщо йдеться про найпростіші частинки (атоми), є початкова, первинна властивість, яка не потребує пояснення. Абсолютний простір унаслідок нерозрізненості своїх частин непізнаванний і такий, який неможливо виміряти. Положення тіл і відстані між ними можна визначати тільки стосовно інших тіл. Іншими словами, наука й практика мають справу тільки з відносним простором. Час у концепції Ньютона сам по собі є чимось абсолютним і ні від чого не залежним, чистою тривалістю як такою, що рівномірно тече від минулого до майбутнього. Він є порожнім "умістилищем подій", що можуть його заповнювати, але можуть і не заповнювати; хід подій не впливає на перебіг часу. Час універсальний, одновимірний, неперервний, нескінченний, однорідний (скрізь однаковий). Від абсолютного часу, який також не можна виміряти, Ньютон відрізняв відносний час. Вимірювання часу здійснюється за допомогою годинника, тобто рухів, які є періодичними. Простір і час у концепції Ньютона незалежні один від одного. Незалежність простору й часу виявляється насамперед у тому, що відстань між двома даними точками простору й проміжок часу між двома подіями зберігають свої значення незалежно один від одного в будь-якій системі відліку, а співвідношення цих величин (швидкості тіл) можуть бути будь-якими.
Ньютон піддав критиці ідею Декарта про заповнений світовий простір, тобто про тотожність протяжної матерії і простору.
Концепція простору й часу, яку розробив Ньютон, була панівною в природознавстві протягом 17—19 століть, тому що відповідала науці того часу — евклідовій геометрії, класичній механіці й класичній теорії тяжіння. Закони ньютонівської механіки справджуються лише для інерційних систем відліку. Ця специфіка інерційних систем пояснюється тим, що рух у них відбувається поступально, рівномірно й прямолінійно саме стосовно абсолютних простору й часу і щонайкраще відповідає останнім.
Згідно з ньютонівською теорією тяжіння, дія від одних частинок речовини до інших передається миттєво через порожній простір, що розділяє їх. Ньютонівська концепція простору й часу, таким чином, повністю відповідала фізичній картині світу тієї епохи, зокрема уявленню про матерію як споконвічно протяжну й незмінну за/Своєю природою. Істотним протиріччям у концепції Ньютона було те, що абсолютні простір і час залишалися в ній непізнаванними шляхом досліду. Відповідно до принципу відносності класичної механіки, усі інерційні системи відліку є рівноправними, і неможливо виявити, рухається система відносно абсолютних простору й часу чи перебуває в стані спокою. Це протиріччя стало аргументом для прихильників протилежної концепції простору й часу, вихідні положення якої сягають корінням ще часів Арістотеля. Це уявлення про простір і час сформулював Г. Лейбніц, спираючись частково на деякі ідеї Декарта. Особливість Лейбніцевої концепції простору й часу полягає в тому, що вона заперечує уявлення про простір і час як про самостійні начала буття, які існують поряд з матерією і незалежно від неї. На переконання Лейбніца, простір — це порядок взаємного розташування безлічі тіл, що існують незалежно одне від одного, час — порядок у зміні явищ або станів тіл. При цьому Лейбніц пізніше включав у поняття порядку й поняття відносної величини. Уявлення про протяжність окремого тіла безвідносно до інших, за концепцією Лейбніца, не має змісту. Простір є відношення ("порядок"), яке стосується лише багатьох тіл, "ряду" тіл. Можна говорити тільки про відносні розміри даного тіла порівняно з розмірами інших тіл. Те ж саме можна сказати про тривалість: поняття тривалості застосовне щодо окремого явища постільки, по скільки воно розглядається як ланка в єдиному ланцюгу подій. Протяжність будь-якого об'єкта, за Лейбніцем, не є первинною властивістю, а спричинена силами, що діють усередині об'єкта; внутрішні її зовнішні взаємодії визначають і тривалість стану; що ж стосується самої природи часу як порядку явищ, що змінюють одне одного, то вона відображає причинно-наслідкові зв'язки між ними. Логічно концепція Лейбніца пов'язана з усією його філософською концепцією в цілому.
Однак, Лейбніцева концепція простору й часу не відіграла значної ролі в природознавстві XVII-XIX століть, тому що вона не могла дати відповіді на питання, поставлені наукою тієї епохи. Насамперед, погляди Лейбніца на простір, здавалося, заперечували існування вакууму (тільки після відкриття фізичного поля в XIX столітті проблема вакууму постала в новому світлі); крім того, вони явно суперечили загальному переконанню про одиничність та універсальність евклідової геометрії; нарешті, концепцію Лейбніца вважали непоєднуваною з класичною механікою, оскільки здавалося, що визнання чистої відносності руху не може задовільно пояснити визначальну роль інерційних систем відліку.
Таким чином, у той час, коли жив і творив Лейбніц, природознавство ще не могло сприйняти його концепцією простору й часу, яка базувалася на набагато ширшій філософській основі. Тільки два століття потому почалося нагромадження наукових фактів, які показали обмеженість уявлень про простір і час, що панували в той період.
Поняття простору й часу у філософії і природознавстві XVI11 -XIX століть
Філософи-матеріалісти XVIII—XIX століть вирішували проблему простору й часу в основному в дусі концепцій Ньютона або Лейбніца, хоч, як правило, повністю не сприймали жодну з двох. Більшість філоссч|)і в-матеріалістів виступили проти ньютон і вського порожнього простору. Ще Дж. Толанд зауважив, що уявлення про порожній простір пов'язане з поглядом на матерію як на інертну, бездіяльну. Такої ж думки дотримувався і Д. Дідро. Ближче до концепції Лейбніца стояв Г. Гегель. У концепціях суб'єктивних ідеалістів та агностиків проблеми простору й часу зводилися, головним чином, до питання про співвідношення між категоріями простору й часу та свідомістю, сприйняттям. Дж. Берклі відкидав ньютонівський абстрактний простір і час, але розглядав просторові й часові відносини суб'єктивно, як порядок сприйняття; про об'єктивні геометричні й механічні закони не могло бути й мови. Тому беркліанська точка зору не відіграла істотної ролі в розвитку наукових уявлень про простір і час. Інакше було з поглядами І. Канта, який спочатку підтримував концепцію Лейбніца. Суперечність між цими уявленнями й природничо-науковими поглядами того часу привела Канта до прийняття ньютонівської концепції і прагнення філософськи обгрунтувати її. Головним тут було оголошення простору й часу апріорними формами людського споглядання, тобто обґрунтування їх абсолютизації. Погляди Канта на простір і час знайшли чимало прихильників наприкінці XVIII — у першій половині XIX століття. Неспроможність цих поглядів було доведено лише після створення й прийняття неевклідової геометрії, яка, власне кажучи, суперечила ньютонівському розумінню простору. Відкинувши його, М. І. Лобачевський і Б. Ріман стверджували, що геометричні властивості простору як найбільш загальні фізичні властивості залежать від загальної природи сил, які формують тіла.
Погляди діалектичного матеріалізму на простір і час сформулював Ф. Енгельс. За Енгельсом, знаходитися в просторі — значить бути у формі розташування одного біля іншого, існувати в часі — значить бути у формі послідовності одного після іншого. Енгельс підкреслював, що "обидві ці форми існування матерії суть ніщо, порожні уявлення, абстракції, що існують тільки в нашій голові".
Криза механічного природознавства на межі XVII I—XIX століть спричинила відродження на новій основі суб'єктивістських поглядів на простір і час. Критикуючи учасників дискусії, Е. Мах розвинув погляд на простір і час як на "порядок сприйняття", підкреслюючи походження аксіом геометрії із досвіду. Але Мах сприймав досвід суб'єктивістських, тому і геометрію Евкліда, і геометрії Лобачевського й Рімана він трактував як різні способи описування однакових просторових співвідношень.
Розвиток уявлень про простір і час у XX столітті
Наприкінці XIX — початку XX століття відбулися глибокі зміни в наукових уявленнях про матерію і, відповідно, радикальна зміна понять простору й часу. Фізичну картину світу доповнила концепція поля як форми матеріального зв'язку між частинками речовини, як особливої форми матерії. Усі тіла, таким чином, являють собою систему заряджених частинок, пов'язаних полем, що передає дії від одних частинок до інших з кінцевою швидкістю — швидкістю світла. Припускали, що поле — це стан ефіру, абсолютно нерухомого середовища, що заповнює світовий абсолютний простір. Пізніше було встановлено (X. Лоренц та ін.), що коли рух тіл відбувається з дуже великими швидкостями, близькими до швидкості світла, то поле змінюється, що призводить до зміни просторових і часових властивостей тіл; при цьому Лоренц вважав, що довжина тіл у напрямку їхнього руху скорочується, а ритм фізичних процесів, що відбуваються в них, сповільнюється, причому просторові й часові величини змінюються узгоджено.
Спочатку здавалося, що таким шляхом можна буде визначити абсолютну швидкість тіла щодо ефіру, а отже, стосовно абсолютного простору. Однак уся сукупність дослідів спростувала цей погляд (більш детально це питання буде обговорюватися в розділі "Теорія відносності"). Було встановлено, що в будь-якій інерційній системі відліку всі фізичні закони, включаючи закони електромагнітних (і взагалі польових) взаємодій, однакові. Спеціальна теорія відносності А. Ейнштейна, заснована на двох фундаментальних положеннях, — про граничну швидкість світла й рівноправність інерційних систем відліку, стала новою фізичною теорією простору й часу. З неї випливає, що просторові й часові відносини — довжина тіл (узагалі відстань між двома матеріальними точками) і тривалість (а також ритм) процесів, що відбуваються в ньому, є не абсолютними величинами, як стверджувала механіка Ньютона, а відносними. Частинка (наприклад, нуклон) може виявляти себе стосовно частинки, яка повільно рухається щодо неї, як сферична, а щодо частинки, яка налітає на неї з дуже великою швидкістю, — як сплющений у напрямку руху диск. Відповідно, тривалість існування зарядженого тс-мезона, який повільно рухається, становить " 10

3 с, а того, який рухається з величезною швидкістю (близькою до швидкості світла), — у багато разів більша. Відносність просторово-часових характеристик тіл повністю підтверджується за допомогою дослідів. Звідси випливає, що уявлення про абсолютність простору й часу є хибними. Простір і час є загальними формами координації матеріальних явищ, а не самостійними началами буття, незалежними від матерії. Теорія відносності спростовує уявлення про порожні простір і час, які мають власні виміри. Уявлення про порожній простір було відкинуто пізніше й у квантовій теорії поля з його новим поняттям вакууму.
Подальший розвиток теорії відносності (загальної теорії відносності А. Ейнштейна) показав, що просторово-часові відносини залежать також від концентрації мас. При переході до космічних масштабів геометрія простору-часу не є евклідовою (або "плоскою", тобто незалежною від величини простору-часу, а змінюється від однієї частини космосу до іншої залежно від щільності мас у цих місцях і їх руху). У масштабах Метагалактики геометрія простору змінюється з часом унаслідок розширення Метагалактики. Таким чином, розвиток фізики й астрономії підтвердив неспроможність як апріоризму Канта, тобто розуміння простору й часу як апріорних форм людського сприйняття, природа яких незмінна й незалежна від матерії, так і ньютонівської догматичної концепції простору й часу.
Зв'язок простору й часу з матерією виражається не тільки в залежності законів простору й часу від загальних закономірностей, які визначають взаємодію матеріальних об'єктів. Він виявляється також в наявності характерного ритму існування матеріальних об'єктів і процесів — типових для кожного класу об'єктів середніх тривалостей життя й середніх просторових розмірів.
З викладеного випливає, що простору й часу властиві дуже загальні фізичні закономірності, що стосуються всіх об'єктів і процесів. Це має стосунок і до проблем, пов'язаних з топологічними властивостями простору й часу. Проблема межі (зіткнення) окремих об'єктів і процесів безпосередньо пов'язана з питаннями, які привертали увагу ще в давнину. Йдеться про скінченну або нескінченну подільність простору й часу, їх дискретність або неперервність. В античній філософії це питання вирішувалося лише умовивідно. Висловлювалися, наприклад, припущення про існування "атомів" часу (Зенон). У науці XVII-XIX століть ідея атомізму простору й часу втратила будь-яке значення. Ньютон вважав, що простір і час реально розчленовані до нескінченності. Цей висновок випливав з його концепції порожніх простору й часу, найменшими елементами яких є геометрична точка й момент часу ("миттєвості" в буквальному значенні слова). Лейбніц вважав, що хоч простір і час подільні до безмежності, але реально не розчленовані на точки — у природі немає об'єктів і явищ, позбавлених розмірів і тривалості. З уявлення про необмежену подільність простору й часу не випливає, що і границі тіл та явищ є абсолютними. Уявлення про неперервність простору й часу ще більше зміцніло в XIX столітті з відкриттям поля: у класичному розумінні поле є абсолютно неперервний об'єкт.
Проблема реальної подільності простору й часу постала у XX столітті у зв'язку з відкриттям у квантовій механіці співвідношення невизначеностей (більш докладно це питання розглядається в розділі "Квантова механіка"). Відповідно до співвідношення невизначеностей для абсолютно точної локалізації мікрочастинки необхідні нескінченно великі імпульси, що у фізичному аспекті є нездійсненним завданням. Більше того, сучасна фізика елементарних частинок свідчить, що при дуже сильних впливах на частинку вона не зберігається взагалі, відбувається навіть множинне народження частинок. Насправді не існує реальних фізичних умов, за яких можна було 6 виміряти точне значення напруженості поля в кожній точці. Таким чином, сучасна фізика встановила, що неможливо не тільки реально здійснити поділ простору й часу на точки, але й принципово неможливо здійснити процес реального нескінченного їх поділу. Отже, геометричні поняття точки, кривої, поверхні є абстракціями, що відображають просторові властивості матеріальних об'єктів лише приблизно. Насправді об'єкти відділені один від одного не абсолютно, а лише відносно. Справедливо це і стосовно моментів часу. Саме такий погляд на "точковість" подій випливає з так званої теорії нелокального поля. Одночасно з ідеєю нелокальності взаємодії розробляється гіпотеза про квантування простору й часу, тобто про існування найменших довжин і тривалостей. Спочатку припускали, що "квант" довжини — 10"15 м (порядку класичного радіуса електрона або порядку "довжини" сильної взаємодії). Однак за допомогою сучасних прискорювачів заряджених частинок досліджуються явища, які мають довжини 10,б-1017 м; тому значення кванта довжини почало зміщуватися до все менших значень (1019 і навіть 10"35 м).
Вирішення питання про квантування простору й часу тісно пов'язане з проблемами структури елементарних частинок. З'явилися дослідження, які взагалі заперечують застосовність до субмікроскопічного світу понять простору й часу. Однак поняття простору й часу не повинні зводитися ні до метричних, ні до топологічних відносин відомих типів.
Тісний взаємозв'язок просторово-часових властивостей у природі взаємодії об'єктів виявляється також і при аналізі симетрії простору й часу. Ще в 1917 році Е. Нетер довела, що однорідності простору відповідає закон збереження імпульсу, однорідності часу — закон збереження енергії, ізотропності простору — закон збереження моменту кількості руху. Таким чином, типи симетрії простору й часу як загальні форми координації об'єктів і процесів взаємопов'язані з найважливішими законами збереження. Симетрія простору при дзеркальному відображенні виявилася залежною від істотної характеристики мікрочастинок їх парності.
Однією з найважливіших проблем простору й часу є питання про спрямованість перебігу часу. У ньютонівській концепції ця властивість часу вважалося зрозумілою сама собою і не потребувала обґрунтування. У Лейбніца незворотність перебігу часу пов'язувалася з однозначною спрямованістю ланцюга причин і наслідків. Сучасна фізика конкретизувала й розвинула це обґрунтування, пов'язавши його із сучасним розумінням причинності. Очевидно, спрямованість часу пов'язана із такою інтегральною характеристикою матеріальних процесів, як розвиток, що є принципово незворотним.
Серед проблем простору й часу, які привертали увагу ще в давнину, — питання про кількість вимірів простору й часу. У ньютонівській концепції ця кількість вважалася споконвічно незмінною. Однак ще Арістотель обґрунтував тривимірність простору в залежності від кількості можливих перетинів (поділів) тіла. Інтерес до цієї проблеми зріс у XX столітті з розвитком топології. Л. Бауер установив, що вимірність простору є топологічним інваріантом — числом, що не змінюється за умови неперервних і взаємно однозначних перетворень простору. У ряді досліджень було встановлено зв'язок між кількістю вимірів простору і структурою електромагнітного поля, між тривимірністю простору й спіральністю елементарних частинок. Усе це підтвердило, що кількість вимірів простору й часу нерозривно пов'язана з матеріальною структурою навколишнього світу.


Список використаної літератури
1. Абачиеп С. К. Концепции современного естествознания (в 2-х частях). Балашиха. - 1988. - I ч.: 150 с, II ч.: 190 с.
2. Ампер А. Электродинамика. М.: ИЛ. — 1954. — 369 с.
3. Античная цивилизация. — М.: Наука. — 1973. — 269 с.
4. Аристотель. Соч. В 4-х тт. Т. 4. - М.: Мысль. - 1983. - 828 с.
5. Арцимович Л. А. Управляемые термоядерные реакции. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит. - 1961.-468 с.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас