Тема 4. Пространство и время

В самом широком смысле под пространством и временем понимаются общие формы координации материальных объектов и их состояний.

В науке исторически сложились две концепции в понимании пространства и времени:

1. Субстанциальная концепция (Р. Декарт, И. Ньютон): пространство и время – нечто самостоятельно существующее наряду с материей, как ее пустые вместилища. Пространство – чистая протяженность, время – чистая длительность, в которые как бы «погружены», «помещены» материальные объекты.

2. Реляционная концепция (Аристотель, Г. Лейбниц): пространство и время – не особые субстанциальные сущности, а формы существования материальных объектов. Пространство выражает сосуществование объектов, а время – последовательность их состояний.

Пространство и время в классической физике.

1. Пространство

1.1 абсолютно, т.е. не зависит от явлений, протекающих в нем, его свойства неизменны. Абсолютное пространство по своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным;

1.2 однородно, т.е. все точки пространства совершенно одинаковы, нет выделенных точек пространства, отличающихся друг от друга, события и процессы не зависят от точек пространства;

1.3 изотропно, что означает равноправность всех направлений в пространстве, т.е. в нем нет каких-либо преимущественных направлений с точки зрения протекания процессов;

1.4 евклидово, т.е. трехмерно.

2. Время

2.1 абсолютно, т.е. не зависит от явлений, протекающих в нем, его свойства неизменны. Абсолютное, истинное математическое время само по себе и своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью;

2.2 однородно, т.е. время равномерно, одинаково течет все время, нет выделенных моментов, на события не влияет момент времени;

2.3 одномерно.

2.4 Пространство и время характеризуется отсутствием меток: в пространстве и времени нет обозначений удаленности в пространстве и времени. Человеку приходится вводить их искусственно. В однородном без меток пространстве и времени невозможно определить, перемещается данное тело или нет. Поэтому в механике изучается изменение положения одних тел относительно других в пространстве и времени.

Пространство и время в теории относительности А. Эйнштейна.

Специальная теория относительности (СТО), 1905 г.

1. Установила, что абсолютной одновременности событий, происходящих в разных системах, т.е. в разных условиях движения, не может быть, ибо не существует единого всегда и везде равномерного потока времени, что эта одновременность носит относительный характер;

2. доказала, что пространственные и временные характеристики в различных соотносительных материальных системах отсчета будут различными. Эти изменения зависят от скорости относительного движения тел. По мере возрастания скорости движения длина движущегося тела в направлении движения сокращается и течение времени замедляется (релятивистское замедление времени);

3. установила зависимости пространственных и временных характеристик от движущихся относительно друг друга материальных систем;

4. установила органическую связь пространства и времени, связав их в единое целое – пространственно-временной континуум.

Общая теория относительности (ОТО), 1916 г.

1. Доказала еще большую непосредственную зависимость свойств пространства-времени от движущейся материи, в частности от концентрации и движения материальных масс;

2. установила, что отклонение реальных свойств пространства от евклидовых («кривизна» пространства), а также изменение ритма течения времени обусловливаются материальными массами, полями тяготения. При наличии сильных полей тяготения искривление пространства увеличивается, а ход времени замедляется;

3. пространство-время является выражением наиболее общих отношений материальных объектов и вне материи существовать не может;

4. пространство и время – не самостоятельные субстанции, а формы существования единственной субстанции – материи.

План семинара

1. Эволюция представлений о пространстве и времени.

2. Субстанциальная и реляционная концепции пространства и времени.

3. Пространство и время в теории относительности.

4. Пространство и время в микро-, макро- и мегамире.

Примерные вопросы для повторения и самопроверки

1. Как рассматривались понятия пространства и времени в классической механике?

2. Как изменяется характер времени в движущейся и покоящейся инерциальных системах? Объясните, исходя из этого, парадокс близнецов.

3. К каким новым философским выводам о природе пространства и времени приводит теория относительности?

4. Какие существуют альтернативные современные научные концепции пространства и времени?