Фундаментальные законы и принципы

Пространство, время и системы отсчета

Любые явления и процессы, происходящие с взаимодействующими объектами, происходят в пространстве и времени. Каждое событие характеризуется местоположением относительно тех или иных объектов и моментом времени.

Реальное пространство в физике обычно моделируют геометрическим пространством (непрерывным множеством точек), каждой точке которого ставятся в соответствие числа, называемые координатами. Способов такого сопоставления, называемых системами координат, может быть много, но всех случаях необходимо измерение расстояний. Наиболее точно это осуществляется с использованием волновых свойств излучений, например, с помощью интерферометра. Поэтому эталон метра в настоящее время устанавливается на основе скорости света и эталона секунды, который базируется на периоде электромагнитной волны:

Секунда – единица времени, равная 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Метр – единица длины, равная расстоянию, проходимому в вакууме плоской электромагнитной волной за 1/299792458 долей секунды.

Опыт показывает, что пространство трехмерно, т.е. для определения положения точки необходимы три координаты. В некоторых гипотетических теориях рассматриваются большее число измерений, причем по «лишним» измерениям пространство считается свернутым.

Время моделируется одномерным однонаправленным непрерывным множеством. Арифметизация времени требует задать какой-либо способ измерения интервала времени – часы. Для этого используются периодические процессы: движение планет, механические, электромагнитные колебания и др.

Для количественного описания движения любых объектов необходимо задать систему отсчета. Под системой отсчета понимают систему координат и часы, связанные с телом отсчета, т.е. с телом относительно которого рассматриваются положения точек в пространстве.

Если тело отсчета является свободным от взаимодействия с другими объектами, то систему отсчета называют инерциальной. Конечно, инерциальная система отсчета является идеализированной. Можно ли ту или иную реальную систему отсчета считать инерциальной, зависит от того, можно ли пренебречь взаимодействиями тела отсчета с окружением. В настоящее время наиболее инерциальным считается система отсчета, связанная с реликтовым излучением. Всякая система отсчета, движущаяся относительно некоторой инерциальной равномерно и прямолинейно, является инерциальной.