Соотношение пространства и времени

Пространство и время. Основные свойства движущейся материи.

Основные предельно общие, априорные свойства материи -пространство и время.

Пространство - характеристика дифференцированности, структурированности материи. Общие свойства пространства -его протяженность, структурность, сосуществование и взаимо­действие элементов в различных материальных системах.

Основные топологические свойства пространства: не­прерывность (континуальность), размерность - реальное про­странство трехмерно, связность - реальное пространство состо­ит из множества связанных кусков, ориентируемость.

В пространстве проявляется единство прерывности и не­прерывности. Прерывность относительна и проявляется на кон­кретных материальных телах, имеющих определенные границы, материальные поля и пространственное перемещение тел - не­прерывно.

С протяженностью пространства связаны метрические от­ношения, выражающие структуру связи пространственных эле­ментов. Метрические отношения отражаются в различных ти­пах геометрии - евклидовой и неевклидовой.

Время - характеристика движения и развития материи. Об­щая характеристика времени - длительность и скорость развер­тывания процессов, их ритм и темп.

Время обладает многими топологическими свойствами пространства: непрерывность, связность, ориентируемость. Время, в отличие от пространства, не трехмерно, а одномерно.

Соотношение пространства и времени.

Обратимость времени в "ньютоновских законах". Инвер­сия (обратимость) времени в физических процессах - удобный гносеологический прием, не имеющий реальной основы. На­пример, даже движение планет со временем замедляется. Инвер­сия времени противоречит принципу причинности. Чрезвычай­но важной характеристикой времени является его направлен­ность от настоящего к будущему. Асимметрия времени. Необ­ратимость времени - стрела времени.

Взгляды древних философов на проблему пространства и времени: статическая картина Вселенной, которая ярко выра­жена в системе аксиом и теорем евклидовой геометрии.

Взгляды Ньютона на пространство и время, концепция аб­солютного пространства и времени: пространство и время оп­ределяются как некоторые самодовлеющие сущности, существующие вне и независимо от материальных объектов. Про­странство и время по Ньютону - это арена или субстрат, кото­рые не меняются от того, что происходит на или в нем с мате­риальными телами. Пространство в определенных условиях способно воздействовать на материю, обратное действие мате­рии на пространство исключается. И. Ньютон сформулировал законы движения материальных тел: тела при движении прохо­дят путь в пространстве в течении времени, и таким образом пространство связано со временем через систему законов.

Реляционные концепции пространства и времени (Лейбниц и др.): пространство и время - особые отношения между объек­тами и процессами и вне их не существуют.

Инерциальная система отсчета - система, в которой все те­ла, включая наблюдателя, движутся равномерно.

Релятивистская революция в представлении о пространстве и времени. Кризис представлений о пространстве и времени в конце XIX века. Теория эфира и эфирного ветра, опыт Май­кельсона-Морли, показавший отсутствие эфирного ветра.

Специальная (частная) теория относительности СТО Эйн­штейна (1905): в реальном физическом мире пространственные и временные интервалы меняются при переходе от одной систе­мы отсчета к другой. Прежняя физика считает, что при инерци-альном движении пространственные и временные интервалы не меняются. СТО - показало ограниченную применимость этого закона. При движениях со скоростями, близкими к скорости света, изменения пространственных и временных интервалов становятся заметны. При увеличении относительной скорости движения системы отсчета пространственные интервалы со­кращаются, а временные растягиваются. Парадокс близнецов: специальная теория относительности позволяет путешествовать во времени - при движении в ракете почти со скоростью света происходит замедление времени, поэтому брат-близнец при возвращении на Землю стал старше брата на Земле.

Понятие единого пространства-времени. Объект обладает неизменной пространственно-временной протяженностью, а ее проекции на пространство и время меняются соответственно величине относительной скорости. Единое пространство-время: свойства такой четырехмерной структуры впервые были рас­смотрены Г. Минковским - (3+1)-мерное пространство Минковского. Это пространство в математическом смысле слова, но нельзя отсюда заключить, что пространство в действительности четырехмерно или что время на самом деле род пространства. Теория относительности просто констатирует тот факт, что свойства пространства и времени тесно переплетаются, а по­строить модели каждого из них по отдельности невозможно.

Реальное пространство и время, каждое в отдельности выступают как проекции единого пространства-времени, на ко­торые она по-разному расщепляется в зависимости от характе­ра движения тел. Отделение пространства от времени - абстра­гирующая способность человеческого мышления. СТО показа­ла, что в зависимости от характера движения систем отсчета друг относительно друга происходит различное расщепление единого пространства-времени таким образом, что изменение одного параметра компенсирует изменение другого. Совмест­ное пространство-время остается инвариантом (неизменным). СТО раскрыла внутреннюю связь между собой пространства и времени как формы бытия материи.