Пространство и время движение и развитие современная космология кратко

Обновлено: 05.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Пространство и время – фундаментальные категории современного естествознания. Физические, биологические, географические и другие величины непосредственно или опосредованно связаны с пространственно-временными характеристиками объектов. Проблемы пространства и времени во многом решаются в рамках господствующей в конкретную эпоху парадигмы. Картинам мира разных исторических эпох с присущими им культурами соответствовали свои пространственно-временные представления. Более того, выбор самих моделей пространства и времени зависит от конкретных целей и масштабов, в которых существует изучаемое явление или объект.

Прошло более 2500 лет с той поры, как было положено начало осмыслению времени и пространства, тем не менее, и интерес к проблеме и споры философов, физиков и представителей других наук вокруг определения природы пространства и времени нисколько не снижаются. Значительный интерес к проблеме пространства и времени естественен и закономерен, влияния данных факторов на все аспекты деятельности человека нельзя переоценить.

Диалектический материализм исходит из того, что "в мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени". Пространство и время, здесь выступают в качестве фундаментальных форм существования материи. Классическая физика рассматривала пространственно - временной континуум как универсальную арену динамики физических объектов. В прошлом веке представители неклассической физики (физики элементарных частиц, квантовой физики и др.) выдвинули новые представления о пространстве и времени, неразрывно связав эти категории между собой. Возникли самые разные концепции: согласно одним, в мире вообще ничего нет, кроме пустого искривленного пространства, а физические объекты являются только проявлениями этого пространства. Другие концепции утверждают, что пространство и время присущи лишь макроскопическим объектам. Наряду с интерпретацией времени – пространства философией физики существуют многочисленные теории философов, придерживающихся идеалистических взглядов, так Анри Бергсон утверждал, что время может быть познано только нерациональной интуицией, а научные концепции, представляющие время, как имеющее какое-либо направление, неверно интерпретируют реальность.
Начинать исследование целесообразно с представлений античной натурфилософии, анализируя затем весь процесс развития пространственно - временных представлений вплоть до наших дней.

Целью данного реферата является рассмотрение и изучение современных представлений о пространстве и времени.

В соответствии с поставленной целью в работе предполагается решить следующие задачи :
- рассмотреть представления о пространстве;
- изучить представления о времени.

Понятие пространства

В обыденном восприятии под пространством понимают некую протяженную пустоту, в которой могут находиться какие-либо предметы. Однако между небесными телами есть некоторое количество вещества, да и физический вакуум содержит виртуальные частицы. В науке пространство рассматривается как физическая сущность, обладающая конкретными свойствами и структурой.

Пространство – характеристика протяженности материальных объектов и процессов. Количественным выражением пространства является расстояние, которое в системе единиц СИ измеряется в метрах.

Абсолютность пространства означает его независимость от материи (также от движения и времени). То есть по классическим представлениям пространство служит вместилищем материи.

Однородность пространства означает, что во всех его точках физические свойства пространства одинаковы.

Непрерывность пространства означает, что какой бы малый объем
его мы не выделяли, оно не исчезает, а остается.

Современные концепции о физических свойствах пространства оказываются диаметрально противоположны классическим концепциям:

- пространство неоднородно, т.е. его физические свойства различаются в разных точка;

- пространство дискретно, т.е. перестает существовать ниже некоторой малой длины, так называемого кванта пространства.

Пространство имеет свои геометрические характеристики. Точки зрения классических концепций: пространство трехмерно, двунаправлено и неевклидово.

Мерность пространства означает число независимых координат, необходимых и достаточных для точного задания положения материальной точки.

Двунаправленность пространства означает, что положительные и отрицательные направления осей координат равноправны.

Евклидовость пространства означает, что для него выполняются правила Евклида – математика эпохи эллинизма. По современным концепциям естествознания классические геометрические характеристики пространства, если и выполняются, то приблизительно (неевклидово).

Специфическими пространственным свойствами являются:

1. Конкретные пространственные формы и размеры тел, их положение по отношению друг к другу, скорость перемещения.

2. Наличие у них внутренней симметрии или асимметрии. Различные виды симметрии свойственны макромиру и микромиру, являясь фундаментальным свойством неживой природы. Живому веществу присуще свойство пространственной асимметрии, которым обладает уже молекула живого вещества.

3. Изотропность и однородность пространства. Изотропность означает отсутствие выделенных направлений (верха, низа и других), независимость свойств тел, движущихся по инерции, от направления их движения. Полная изотропность присуща лишь вакууму, а в структуре вещественных тел проявляется анизотропия в распределении сил связи. Они расщепляются в одних направлениях лучше, чем в других. Точно так же полная однородность, свойственная лишь абстрактному евклидовому пространству, является идеализацией. Реальное пространство материальных систем неоднородно, различается метрикой и значениями кривизны в зависимости от распределения тяготеющих масс.

Понятие времени

Время – характеристика продолжительности материальных процессов. Количественным выражением такой характеристики является промежуток времени, который в системе СИ измеряется в секундах.

На протяжении истории естествознания представления ученых о времени изменялось. Платоновская концепция времени во многом близка к современной.

Современные концепции о физических свойствах времени противоположны классическим представлениям:

- время неоднородно, т.е в разных точках пространства течет по-разному.

- время дискретно, т.е. перестает существовать для промежутка времени, меньшего некой предельно малой величины, так называемого кванта времени.

Геометрические характеристики времени:

Свойство одномерности времени означает, что для его задания (описания промежутка времени) достаточно одной числовой оси – хронологической. Начало отсчета может быть задано произвольно, масштаб тоже (в годах, веках).

Свойство однонаправленности означает, что время течет в одном направлении - из прошлого в будущее.

Специфическими свойствами времени являются:

1. Конкретная длительность существования материальных систем от их возникновения до распада, ритмы процессов в них, соотношение между циклами изменений.

2. Скорость протекания процессов, темпы развития и соотношение между ними на разных этапах эволюции. С увеличением скорости движения тел и в мощных полях тяготения происходит относительное замедление всех процессов в телах, их собственное время как бы сокращается по отношению ко времени внешних систем.

Конечность скорости распространения взаимодействий обусловливает относительность одновременности в различных системах. События, одновременные в одной системе, могут быть неодновременными по отношению к другой системе, движущейся относительно первой. Все это приводит к тому, что во Вселенной отсутствует единое время, как и одно единое пространство. Каждая относительно меньшая материальная система существует и движется в пространстве и во времени большей системы, и между ними существует двусторонняя взаимосвязь.

Пространство-время — физическая модель , дополняющая пространс тво равноправным временным измерением и, таким образом, создающая новую теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом. В соответствии с теорией относител ьности , Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное измерение. Пространство-время неразрывно.

В контексте теории относительности время неотделимо от трех пространственных измерений и зависит от скорости наблюдателя.

Концепция пространства-времени сыграла исторически ключевую роль в создании геометрической теории гравитации. В рамках общей теории отн осительности гравитационное поле сводится к проявлениям геометрии четырехмерного пространства-времени, которое в этой теории не является плоским (гравитационный потенциал в ней отождествлен с метрикой пространства-времени).

Количество измерений, необходимых для описания Вселенной, окончательно не определено.

Первый развёрнутый вариант модели естественного объединения пространства и времени, пространство Минковского , был создан Германом Минковским в 1908 году на основе специальной теории относительности Эйнштейна , а несколько ранее (в 1905 году ), существенное продвижение на этом пути сделал Анри Пуанкаре , заложивший основы четырехмерного пространственно-временного формализма.

Пространство и время в античной философии

Для того, чтобы узнать современные представления о пространстве и времени, прежде всего, следует узнать, как представляли его в античной философии.

Рациональные идеи, согласующиеся с сегодняшними представлениями о времени и пространстве можно найти в учениях почти всех античных мыслителей. Так в учении Гераклита центральное место занимает идея всеобщего изменения – в одну реку нельзя войти дважды. Атомизм Демокрита и система Аристотеля – две наиболее полные античные доктрины о пространстве и времени.

Демокрит во многом предвосхитил фундаментальные открытия ученых прошлого века. Он сказал, что всё природное многообразие состоит из мельчайших частичек материи (атомов), которые двигаются, сталкиваются и сочетаются в пустом пространстве. Атомы (бытие) и пустота (небытие) являются первоначалами мира. По Демокриту атомы физически неделимы. Они не возникают и не уничтожаются, их вечность проистекает из отсутствия начала у времени. Атомы двигаются в пустоте. Атомы в сочетании с пустотой образуют всё содержание реального мира. В основе атомов лежат амеры. Отсутствие у амеров частей служит критерием математической неделимости. Атомы не распадаются на амеры, а последние не существуют в свободном состоянии.

Характеризуя систему Демокрита как теорию структурных уровней материи - физического (атомы и пустота) и математического (амеры), мы сталкиваемся с двумя пространствами: непрерывное физическое пространство и математическое пространство, основанное на амерах. У Демокрита сложились представления о природе времени и движения. Они были развиты Эпикуром в стройную систему. Эпикур рассматривал свойства механического движения исходя из дискретного характера пространства и времени. Например, он сказал, что все атомы движутся с одинаковой скоростью.

Дальнейший анализ времени ведётся Аристотелем на физическом уровне, где основное внимание он уделяет взаимосвязи времени и движения. Аристотель показывает, что время немыслимо, не существует без движения, но оно не есть и само движение. В такой модели времени впервые реализована реляционная концепция.

Пространство для Аристотеля выступает в качестве некоего отношения предметов материального мира, оно понимается как объективная категория, как свойство природных вещей.

Механика Аристотеля функционировала лишь в его модели мира. Она была построена на очевидных явлениях земного мира. Но это лишь один из уровней космоса Аристотеля. Его космологическая модель функционировала в неоднородном конечном пространстве, центр которого совпадал с центром Земли. Космос был разделен на два уровня: земной и небесный. Земной уровень состоял из четырёх стихий - земли, воды, воздуха и огня; небесный - из эфирных тел, пребывающих в бесконечном круговом движении.

Аристотелю удалось создать самую совершенную, для своего времени модель пространства – времени. Она просуществовала более двух тысячелетий.

Измерить время и выбрать единицы его измерения можно с помощью любого периодического движения, но, для того чтобы полученная величина была универсальной, необходимо использовать движение с максимальной скоростью. В современной физике это скорость света, в античной и средневековой философии - скорость движения небесной сферы.

Специальная теория относительности, созданная в 1905 г. А. Эйнштейном, стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галелея - Ньютона и электродинамики Максвелла - Лоренца. “Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения, близких к скорости света, но без учета поля тяготения. При уменьшении скоростей движения она сводится к классической механике, которая, таким образом, оказывается ее частным случаем”.

Исходным пунктом этой теории стал принцип относительности. Классический принцип относительности был сформулирован еще Г. Галилеем: “Если законы механики справедливы в одной системе координат, то они справедливы и в любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой”. Такие системы называются инерциальными, поскольку движение в них подчиняется закону инерции, гласящему: “Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменить его под влиянием движущихся сил”.

Галилей разъяснял это положение различными наглядными примерами. Представим путешественника в закрытой каюте спокойно плывущего корабля. Он не замечает никаких признаков движения. Если в каюте летают мухи, они отнюдь не скапливаются у задней стенки, а спокойно летают по всему объему. Если подбросить мячик прямо вверх, он упадет прямо вниз, а не отстанет от корабля, не упадет ближе к корме. Из принципа относительности следует, что между покоем и движением - есть оно равномерно и прямолинейно - нет никакой принципиальной разницы. Разница только в точке зрения. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и он имеет все основания считать, что книга движется и притом с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или нет? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить просто “да” или “нет”. Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал только свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Они оба правы, и чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем. Таким образом, слово “относительно” в названии принципа Галилея не скрывает в себе ничего особенного. Оно не имеет никакого иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в движение о том, что движение или покой - всегда движение или покой относительно чего-то, что служит нам системой отсчета. Это, конечно, не означает, что между покоем и равномерным движением нет никакой разницы. Но понятие покоя и движения приобретают смысл лишь тогда, когда указана точка отсчета.

Если классический принцип относительности утверждал инвариантность законов механики во всех инерциальных системах отсчета, то в специальной теории относительности данный принцип был распространен также на законы электродинамики, а общая теория относительности утверждала инвариантность законов природы в любых системах отсчета, как инерциальных, так и неинерциальных. Неинерциальными называются системы отсчета, движущиеся с замедлением или ускорением.

В соответствии со специальной теорией относительности, которая объединяет пространство и время в единый четырехмерный пространственно-временной континуум, пространственно - временные свойства тел зависят от скорости их движения. Пространственные размеры сокращаются в направлении движения при приближении скорости тел к скорости света в вакууме (300 000 км/с), временные процессы замедляются в быстродвижущихся системах, масса тела увеличивается.

Находясь в сопутствующей системе отсчета, то есть, двигаясь параллельно и на одинаковом расстоянии от измеряемой системы, нельзя заметить эти эффекты, которые называются релятивистскими, так как все используемые при измерениях пространственные масштабы и части будут меняться точно таким же образом. Согласно принципу относительности, все процессы в инерциальных системах отсчета протекают одинаково. Но если система является неинерциальной, то релятивистские эффекты можно заметить и изменить. Так, если воображаемый релятивистский корабль типа фотонной ракеты отправится к далеким звездам, то после возвращения его на Землю времени в системе корабля пройдет существенно меньше, чем на Земле, и это различие будет тем больше, чем дальше совершается полет, а скорость корабля будет ближе к скорости света. Разница может измеряться даже сотнями и тысячами лет, в результате чего экипаж корабля сразу перенесется в близкое или отдаленное будущее, минуя промежуточное время, поскольку ракета вместе с экипажем выпала из хода развития на Земле.

2Развитие естествознания при переходе от средневековья к Новому времени изменило оценку многих понятий, критике подверглись представления, согласно которым пространство и время существуют независимо от материальных процессов.В Новое время, с появлением философского противостояния между идеалистами и материалистами, возникли две концепции, по-разному трактоавшие пространство и время. Философы-идеалисты ставили эти понятия в зависимость от содержания индивидуального сознания (Беркли, Юм, Мах), рассматривали их в качестве априорных форм чувственного созерцания (Кант) или как категории абсолютного духа (Гегель). Мыслители-материалисты подчеркивали объективный характер времени и пространства, их универсальность, всеобщность и неотделимость от материи. Диалектический материализм признает связь этих понятий с движущейся материей, а движение рассматривает как сущность времени и пространства.

4)В науке XX в., благодаря открытиям Энштейна в области физики, на место представлений о пространстве как пустом вместилище тел пришла концепция о неразрывности и универсальной взаимосвязи между временем, пространством, движением и материей. Было доказано, что течение времени и протяженность тел напрямую зависят от скорости движения этих тел и что структура пространственно-временного континуума изменяется в зависимости от скопления масс вещества.

5)В современной философии (Хайдеггер) доминирует понимание времени как условия возможности,предпосылки субъективности и объективности, а следовательно, постулирование отсутствия времени и в субъекте, и в объекте.

СОЗНАНИЕ

СОЗНАНИЕСознание - фундаментальное понятие философии, психологии, социологии. Оно позволяет целенаправленно, обобщенно и оценочно отражать объективную реальность в чувственных и логических образах; обеспечивает возможность вырабатывать знания о связях, закономерностях и отношениях объективного мира; конструирует теоретические модели, разрабатывает прогнозы развития социальных и природных явлений. Изучая сознание, философия стремится дать ответ на вопросы: что такое сознание, какова его структура и функции, как оно возникло.В истории философии можно выделить различные традиции анализа сознания.

1) Классическая традиция, характерная для античности, не выделяла сознание отдельно от духовного (идеалистического) начала в человеке. Доминирующим было представление о душе и теле, чувствах и
разуме. В философии Платона, а затем Аристотеля духовное и телесное разделено, а душа трактуется как организующий принцип жизни.

2)В средневековой философии сознание и душа рассматривались как часть божественной искры.
Большинство мыслителей признавали активность души, проявляющуюся как самопознание, общение с
высшим разумом или своеволие3) В философии Нового времени было сформировано представление о сознании как о замкнутом в себе внутреннем мире, наделенном рефлексией и самосознанием (Декарт, Лейбниц). Одновременно формируется натуралистически-функциональный подход (Ламери, Гольбах), в котором в соответствии с данными медицины и физиологии сознание рассматривается в качестве особой сложной и многоуровневой функции мозга, благодаря которой человек может приобретать знания о себе и природе.

4)В немецкой классической философии сознание рассматривалось как сложная, многоуровневая структура, в которой важную роль играют общение и
формирование самосознания, воли и ценностей. В диалектическом материализме сознание выступало как функция мозга, отражающая объективный мир и являющаяся необходимым компонентом предметно-практической деятельности человека.

. 45 Сознание, самосознание и личность
Существование отдельных представителей человечества фиксируется понятием "индивид" -- это единичный представитель человеческого рода, конкретный носитель всех психофизиологических и социальных черт человечества: разума, воли, потребностей, интересов и т. д. Чтобы отразить конкретно-исторические особенности развития человека на различных уровнях его индивидуального и исторического развития наряду с понятием "индивид" используется и понятие "личность". Индивид в данном случае рассматривается как отправной момент для формирования личности. Он - исходное состояние для онтогенетического и филогенетического развития человека. Личность же - итог развития индивида, наиболее полное воплощение человеческих качеств. Личность - это автономный человек, то есть человек в определённой степени выступающий независимо от общества, способный противопоставить себя обществу. Личная независимость сопряжена с умением властвовать над собой, а это, в свою очередь, предполагает наличие у личности не просто сознания, то есть мышления и воли, а самосознания, то есть самоанализа, самооценки, самоконтроля за своим поведением. Самосознание личности по мере своего развития трансформируется в жизненную позицию, которая представляет собой основанную на мировоззренческих установках и жизненном опыте готовность к действию, которая выступает прежде всего как готовность к пониманию личностью целей и смысла жизни. Личность - это полноценный субъект предметно-преобразовательной и культурно-исторической деятельности. Фундаментальное качество человеческой личности – свобода

СОЗНАНИЕ

С самых ранних веков человечество задавалось вопросами о том, какое место оно занимает в мире, что его окружает и как это называется. Звёзды и планеты являются частицами Вселенной, в которой мы находимся. Знания об этих элементах, теории о возникновении мира, физические гипотезы, математические законы, философия – все это впоследствии включилось в одну единую науку. Её назвали космология. Но что собой представляет современная космология и на чём она основана?

Космология

Как возникла современная космология

Если говорить о периоде, когда вышеназванная наука получила наибольшее развитие, то стоит сказать о 20 веке. Тогда Альберт Эйнштейн выдвинул сразу несколько теорий относительно Вселенной. Впоследствии он доказал их на примере уравнения гравитационного поля. Обозначенные исследования были связаны с общей теорией относительности, которая на тот момент получила общественную огласку.

Альберт Эйнштейн

В своем первой работе (Космологические соображения к общей теории относительности) Эйнштейн вывел три предположения. В них он рассматривал Вселенную однородной, стационарной и изотропной.

Прежде всего, для доказательства сказанного он использовал уравнения гравитационного пола — ввёл дополнительную переменную. В итоге, удалось получить решение задачи. Именно оно послужило доказательством его предположений.

Получается, что Вселенная имеет определенные границы и положительную кривизну.

Однако, на этом исследования не закончились. Следующим работу над уравнением продолжил Александр Александрович Фридман (1922 г). Он выдвинул другое, нестационарное решение. По его мнению, Вселенная расширялась из начальной сингулярности.

Физик Александр Александрович Фридман

Между прочим, предположение Фридмана подтвердилось — когда Эдвин Хаббл открыл космологическое красное смещение. За счет вышеназванных открытий удалось получить актуальную по сей день теорию Большого Взрыва. Если говорить обобщенно, фундаментом современной космологии являются именно открытия 20 века. Несмотря на то, что начало изучения науки было положено в гораздо более ранние времена.

На самом деле современная космология установила возраст Вселенной. Как оказалось, он составляет 13,8 миллиарда лет.

Принятая в настоящее время периодизация

На данный момент самой ранней эпохой считается планковское время. Потому как наиболее ранние теоретические идеи возникли именно в этот период. Согласно имеющимся данным, в этом периоде гравитационное взаимодействие стало самостоятельным. К тому же, оно отделилось от остальных фундаментальных сил.

Следующий период обозначается в науке, как появление первых частиц кварков и разделение сил взаимодействия. Так как эпоха обусловлена более поздним промежутком времени, то ученые смогли получить достаточно подробное описание всех происходящих тогда процессов.

Последний же отрезок характеризуется созданием небесных тел (звезд), галактики и Солнечной системы в целом. Более того, это время и по сей день считается незавершённым.

Стоит отметить, что одной из одной из важнейших эр для эволюции Вселенной является эра рекомбинации. Именно в это время Вселенная стала прозрачной для излучения. А значит его можно увидеть, например, в виде реликтового фона. Подобный эксперимент стал наглядным подтверждением наличия моделей Вселенной.

Реликтовое излучение

Как развивалась современная наука космология

Прежде, чем перейти к современным достижениям в области космологии, стоит сказать о некоторых других этапах исследований.

В первую очередь нужно отметить труды Николая Коперника (15 век). В своих работах он обобщил все накопленные за прошлые периоды знания. Сюда же вошли труды Самосского, Леонардо да Винчи, Гераклита и Кузо. Основой идеи стало то, что Солнечная система была инерциальной. То есть, в центре находилось солнце. вокруг которого двигались планеты, в том числе и Земля.

Солнечная система

Несколько позднее свой вклад внёс Кеплер. В конце концов, он основал три важнейшие теории. На самом деле именно их впоследствии использовал Ньютон для законов динамики.

В остальном же, другие наиболее существенные открытия произошли в 20 веке. Как мы уже упоминали выше, первыми своими наработками поделились Эйнштейн, Фридман и Хаббл. Далее же Фриц Цвикки выдвигает идею о существовании определенного вещества — тёмной материи. Она не реагирует с электромагнитным излучением, но участвует в гравитационном воздействии.

Тёмная материя

Следующими выделились Гамов (с теорией горячей Вселенной), Пензиас и Вилсон (открыли изотропный источник помех в радиодиапазоне).

В заключении, можно сказать что физические законы достаточно плотно связаны с космологией. Многие результаты и доказательства теорий были обоснованы именно с физической точки зрения.

Основные концептуальные взгляды космологии

На самом деле идей возникновения Вселенной несколько. Одну из них можно назвать теологической. То есть той, которая прописана в Библии. Согласно писаниям, до определенного момента Вселенная была скрыта от других и являлась чем-то невидимым, недостижимым для чужих глаз.

Вселенная

Другие же предположения исходили из научных соображений. Первым был Эйнштейн, утверждавший, что Вселенная находится в стационарном положении. Впоследствии его опроверг Фридман, доказавший её сужение и расширение за счёт определенных движений. Далее, по результатам исследований Хаббла, выяснились наиболее точные расстояния от других галактик и была создана теория Большого взрыва.

В истории науки рассмотрение идеологических понятий пространства и времени обычно начинается с сравнения понятий Демокрита и Аристотеля.

Первая из описанных здесь концепций, атомистическая доктрина, была разработана материалистами Древней Греции Леуциппом и Демокритом. Согласно этой доктрине, все природное разнообразие состоит из мельчайших частиц материи (атомов), которые движутся, сталкиваются и объединяются в пустом пространстве. Атомы (бытие) и пустота (небытие) с этой точки зрения являются происхождением мира. Атомы не рождаются и не умирают; их вечность вытекает из бесконечности времени. Атомы движутся в пустоте бесконечное время. Бесконечное пространство соответствует бесконечному времени.

Сторонники этой концепции считали, что атомы физически неразделимы из-за их плотности и отсутствия пустоты. Набор атомов, не разделенных пустотой, становится одним большим атомом, который истощает мир.

Аристотель, в свою очередь, начинает анализ пространства и времени с общего вопроса о существовании времени, а затем превращает его в вопрос о существовании кратного времени. Аристотель проводит еще один анализ времени уже на физическом уровне, где он фокусируется на связи между временем и движением. Аристотель показывает, что время немыслимо, не существует без движения, но само по себе оно не является движением.

В такой модели времени реализуется так называемая реляционная концепция. Измерять время из этих позиций и выбирать единицы его измерения можно только с помощью любого периодического движения, но для того, чтобы полученная величина стала универсальной, необходимо использовать движение с максимальной скоростью. В современной физике это скорость света, в древней и средневековой философии это скорость небесной сферы.

Для Аристотеля пространство функционирует как определенное отношение объектов материального мира и понимается как объективная категория, свойство природных вещей.

Система Аристотеля содержала положения, которые во многом определили развитие науки до настоящего времени. Речь идет о логических учениях Аристотеля, на основе которых были разработаны первые научные теории, в частности, геометрия Евклида.

В геометрии Евклида, помимо определений и аксиом, есть постулаты, которые больше свойственны физике, чем арифметике. В постулатах сформулированы задачи, которые считаются решенными. Этот подход представляет собой модель теории, которая работает и сегодня: Аксиоматическая система и эмпирическая база связаны между собой правилами эксплуатации. Геометрия Евклида, таким образом, является первой логической системой понятий, которая имеет дело с поведением некоторых природных объектов. Выбор Евклидом теории тел и световых лучей как объектов — большая заслуга.

Г. Галилей разоблачил противоречивость аристотелевского мировоззрения, как эмпирическую, так и теоретически-логическую. С помощью телескопа он продемонстрировал глубину революционных концепций Николая Коперника, разработавшего гелиоцентрическое мировоззрение.

Галилео, Декарт и Ньютон рассматривали разные комбинации понятий пространства и инерции: Галилео распознавал пустое пространство и круговое инерциальное движение, Декарт приходил к идее прямолинейного инерциального движения, но отрицал пустое пространство, и только Ньютон комбинировал пустое пространство и прямолинейное инерциальное движение.

Развитие физических представлений о пространстве и времени в истории естественных наук

В то же время ряд физиков придерживался противоположной точки зрения, что понятие абсолютного прямолинейного и равномерного движения, как движения относительно абсолютного пространства, не имеет никакого научного содержания, как и понятие абсолютной системы отсчета. Вместо концепции абсолютной системы отсчета они предложили более общую концепцию инерциальной системы отсчета (координат), которая не связана с концепцией абсолютного пространства. Из этого следует, что понятие абсолютной системы координат также становится бессмысленным. Другими словами, все системы, связанные со свободными телами, которые не затронуты никаким другим телом, одинаковы. Мы подчеркиваем, что инерциальные системы — это системы, движущиеся прямолинейно и равномерно относительно друг друга.

Переход от одной инерциальной системы к другой происходит в соответствии с галилейскими преобразованиями. Именно галилейские преобразования характеризуют в классической механике законы перехода от одной инерциальной системы отсчета к другой.

Преобразования Галилея считались само собой разумеющимися на протяжении нескольких веков и не требовали оправдания. Но время показало, что это не так.

С точки зрения Маха все движение не имеет смысла по отношению к пространству, о движении можно говорить только по отношению к телам, и поэтому все количества, определяющие состояние движения, являются относительными. Следовательно, ускорение также является относительной величиной. Более того, опыт не может дать никакой информации об абсолютном пространстве. Он обвинил Ньютона в отклонении от принципа, согласно которому в теории должны вводиться только те ценности, которые непосредственно вытекают из опыта.

Однако, несмотря на субъективно-идеалистический подход к проблеме относительности движения, послания Маха содержали очень плодотворные идеи, которые так или иначе не могли не способствовать появлению научной идеологии, приведшей к общей теории относительности. Здесь мы имеем дело с так называемым принципом Маха, согласно которому инерционные силы должны рассматриваться как эффект полной массы Вселенной. Впоследствии этот принцип оказал значительное влияние на А. Эйнштейн.

Проблема пространства и времени в специальной теории относительности А. Эйнштейна.

Он видел, что за преобразованиями Галилея стоит некая концепция пространственно-временных отношений, не соответствующая физическому опыту и реально существующим пространственно-временным отношениям вещей. Таким слабым звеном в фундаментальных основах классической механики было понятие абсолютной синхронности событий. Это понятие, не осознавая своей сложной природы и не объясняя ее, использовалось классической механикой.

Как можно совместить эти два принципа? Их одновременная работа кажется невозможной.

Однако Эйнштейн находит выход из этой парадоксальной ситуации, анализируя концепцию одновременности. Этот анализ приводит его к выводу об относительной природе понятия. В реализации относительности одновременности лежит кульминация всей теории относительности, выводы которой, в свою очередь, приводят к необходимости пересмотра понятий пространства и времени — основных понятий всей естественной науки.

В классической физике всегда предполагалось, что можно просто говорить об абсолютной синхронности событий во всех точках пространства. Эйнштейн убедительно показал ошибочность этого понятия.

Новое понимание одновременности, осознание ее относительности приводит к необходимости признания относительности размеров тел. Чтобы измерить длину тела, необходимо одновременно отмечать его границы на шкале. Но то, что является одновременным для наблюдателя, находящегося в состоянии покоя, больше не является одновременным для наблюдателя, находящегося в движении, поэтому длина тела, измеренная разными наблюдателями, двигающимися относительно друг друга с разной скоростью, должна быть разной.

Проблема пространства и времени в общая теория относительности А. Эйнштейна

Одной из причин создания общей относительности было намерение Эйнштейна освободить физику от необходимости введения инерциальных рамок в качестве фундаментальных рамок отсчета.

Создание новой теории началось с пересмотра понятия пространства и времени в теории поля Фарадея-Максвелла и в специальной теории относительности. Эйнштейн подчеркнул важный момент, который до этого момента оставался нетронутым.

Это следующее утверждение особой относительности, согласно которому две выбранные материальные точки тела в покое всегда соответствуют интервалу определенной длины, независимо от местоположения и положения тела. и время, а два отмеченных показания стрелки часов, опирающихся на систему координат, всегда соответствуют интервалу времени определенной величины, независимо от местоположения и времени.

Специальная теория относительности не затрагивала проблему влияния материи на структуру пространства-времени, а в общей теории Эйнштейна уже непосредственно обращалась к органической взаимосвязи материи, движения, пространства и времени.

Принцип эквивалентности носит локальный характер и, как правило, не входит в структуру общей относительности, но помог сформулировать основные принципы, на которых строится новая теория. Появились гипотезы о геометрической природе гравитации, о связи между геометрией пространства-времени и материей.

Кроме того, Эйнштейн выдвинул ряд математических гипотез, без которых невозможно было бы вывести уравнения гравитации: Пространство четырехмерное, его структура определяется симметричным метрическим тензором, уравнения должны быть инвариантными к группе координатных преобразований.

Так что главный момент общей относительности заключается в том, что пространство и время существуют не как отдельные от материи особые сущности, а как формы существования самой материи.

В теории относительности предсказывались и объяснялись три общих релятивистских эффекта: предсказывались и вычислялись определенные значения сдвига перигелия Меркурия, предсказывалось и обнаруживалось отклонение световых лучей звезд при их прохождении около Солнца, предсказывался и обнаруживался красный гравитационный частотный сдвиг спектральных линий.

Здесь следует отметить, что фактические экспериментальные подтверждения общей относительности, конечно, крайне малы. Это связано с тем, что, хотя согласие теории с опытом достаточно хорошее, чистота экспериментов в большинстве случаев нарушается многими различными сложными побочными эффектами.

На основе ГР были разработаны два фундаментальных направления современной физики: геометрия гравитации и релятивистская космология, поскольку с ними связано дальнейшее развитие пространственно-временных понятий современной физики.

Геометризация гравитации была первым шагом на пути к единой теории поля. Первая попытка геометризации месторождения была предпринята Г.Вайлем, но она была проведена вне рамок риманской геометрии. В связи с этим данное направление не привело к успеху.

Классическая космология

Предпринимались также попытки ввести пространства более высокой размерности, чем четырехмерный риманский пространственно-временной коллектор: пятимерный, шестимерный и бесконечно-мерный пространственно-временной коллектор. Однако и таким образом проблему решить не удалось.

Основные постулаты релятивистской космологии могут быть представлены в сравнении с доэйнштейновскими идеями. Доэйнштейновские представления о Вселенной характеризуются следующим образом: Вселенная бесконечна и однородна в пространстве и неподвижна во времени. Они заимствованы из ньютоновской механики — это абсолютное пространство и абсолютное время, последнее по своей природе является евклидовым. Эта модель казалась очень гармоничной и единственной. Однако первые попытки применить физические законы и понятия к этой модели не привели к естественным выводам.

Даже классическая космология призывала к пересмотру некоторых фундаментальных позиций с целью преодоления противоречий в теории. В классической космологии таких утверждений было четыре: о стационарности Вселенной, ее однородности, изотропии и евклидовом характере космоса. Однако в рамках классической космологии противоречия преодолеть не удалось.

Модель Вселенной, вытекающая из общей относительности, включала в себя пересмотр всех фундаментальных положений классической космологии. Общая относительность определила гравитацию с кривизной четырехмерного пространства-времени. Для создания работоспособной, относительно простой модели ученые вынуждены ограничить универсальную ревизию фундаментальных положений классической космологии: общая относительность дополняется космологическим постулатом однородности и изотропии Вселенной.

Строгое соблюдение принципа изотропии Вселенной приводит к признанию ее однородности. На основе этого постулата в релятивистскую космологию вводится понятие пространства и времени. Однако не абсолютное ньютоновское пространство и время, которые также были однородны и изотропны, а из-за евклидового характера пространства имели кривизну нуля. Применительно к неевклидовому пространству условия однородности и изотропии обуславливают постоянство кривизны, и существует три возможных модификации такого пространства: с нулевой, отрицательной и положительной кривизной.

Возможность того, что пространство и время могут иметь различные значения постоянной кривизны, поставила в космологии вопрос, является ли Вселенная конечной или бесконечной. В классической космологии такой вопрос не возникал, потому что евклидовский характер пространства и времени четко обусловил их бесконечность. В релятивистской космологии, однако, возможен и вариант конечной вселенной — это соответствует пространству положительной кривизны.

Вселенная Эйнштейна представляет собой трехмерную сферу — автономное неевклидовое трехмерное пространство. Она конечна, хотя и бесконечна. Вселенная Эйнштейна конечна в пространстве, но бесконечна во времени. Однако стационарность противоречила общей относительности. Вселенная оказалась нестабильной и имела тенденцию либо расширяться, либо сжиматься. Для устранения этого противоречия Эйнштейн ввел в уравнения теории новую математическую величину, с помощью которой были установлены новые силы во Вселенной, пропорциональные расстоянию, которые могли быть представлены как привлекательные и отталкивающие силы.

Читайте дополнительные лекции:

Образовательный сайт для студентов и школьников

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Сущностные характеристики пространства и времени с позиции современного научного познания 4
2. Межнаучный характер пространственно-временных представлений в современной науке 7
3. Значение понятий пространства и времени для естественных и гуманитарных наук 9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 12
Список использованной литературы 13

В обыденной жизни мы постоянно сталкиваемся с понятием пространства и времени, для нас это нечто привычное, известное и даже к какой-то мере очевидное. Однако в истории философии и естествознания напряженно обсуждались сложные вопросы, которые возникали вместе с попытками понять значение этих понятий.

Современную естественнонаучную картину мира нельзя представить без объяснения таких его атрибутов, как пространство и время. Любое движение предполагает так или иначе понимаемое изменение положения в пространстве, осуществляющееся в так или иначе понимаемом времени. Несмотря на кажущуюся очевидность данных понятий, они принадлежат к числу одних из самых сложных характеристик материи.

Цель работы – проследить взаимосвязь между понятиями современной физики (пространство и время), показать различные представления о сущности данных понятий, выявить их основные характеристики и показать значение этих понятий для современных наук.

1. СУЩНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ С ПОЗИЦИИ СОВРЕМЕННОГО НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

Исследования характеристик пространства и времени целесообразно начать с их определений.

ПРОСТРАНСТВО – 1. Одна из форм (наряду со временем) существования бесконечно развивающейся материи, характеризующаяся протяженностью и объемом. Вне времени и пространства нет движения материи. 2. Протяженность, место, не ограниченное видимыми пределами.

ВРЕМЯ – 1. Одна из форм (наряду с пространством) существования бесконечно развивающейся материи последовательная смена ее явлений и состояний. 2. Продолжительность, длительность чего-н., измеряемая секундами, минутами, часами.

ПРОСТРА́НСТВО-ВРЕ́МЯ — это физическая модель, дополняющая пространство временным измерением и, таким образом, создающая новую теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом.

Если отвлечься от многообразных толкований пространства и времени на протяжении всей культурной эволюции человечества, а обратится только к истории естествознания, то можно будет выделить такие противоположные концепции - субстанциальную и реляционную. Согласно первой из них, существуют независимые от материи абсолютное пространство и время, в которых осуществляются уже собственно материальное событие и процессы. Абсолютное пространство и время - это чистая протяженность и чистая длительность, в которое помещены материальные объекты, они неизменны и постоянны. Можно убрать из пространства все тела, и все же пространство останется, а свойства его сохранятся. Тоже и со временем: оно течет одинаково во всей Вселенной, и это течение не от чего не зависит. Вторая концепция, была сформулирована в диалектическом материализме, а затем подтверждена теорией относительности Эйнштейна. Из такого понимания следует, что пространство и время, объективные свойства материи и как таковые всеобщи.

Основные характеристики пространства - протяженность, рядоположенность и сосуществование различных элементов - точек, отрезков, объемов, предполагают также возможность прибавления к каждому данному элементу некоторого следующего элемента, либо возможность уменьшения числа элементов.

Важным качеством пространства является протяженность. В природе нет объектов и явлений, лишённых размера. Отдельные объекты характеризуются протяжённостью и формой, которые определяются расстояниями между частями объекта и их ориентацией. Реальные вещи, тела и процессы объемны. Пространство характеризуется протяженностью, объемностью материальных объектов в их соотношении с другими образованиями. Она выражается в отношении "больше - меньше" - например, если один предмет более компактен и занимает меньше места (меньшее пространство), чем другой. Объемность или емкость - способность вмещать то или иное количество материи, делать его находящимся в своих пределах, границах, и представляет собой реальную пространственную протяженность. Протяженность - это нечто, прерывающее отношение взаимной зависимости, общности между двумя частями, создающее промежуток между ними по одному из трёх измерений (длине, ширине, высоте), делающее из целого отдельные части.

Другим важным свойством является то, что пространство непрерывно и вместе с тем прерывно (дискретно). Непрерывность пространства выражается в отсутствие перерывов, промежутков между его частями, в том, что между любыми двумя элементами всегда существует такой элемент протяженности, который соединяет оба первых в единую пространственную протяженность. Пространства не сводимо к сумме дискретных частей, обладает связностью, лишено каких бы то ни было разрывов. Но, обладая собственной непрерывностью, пространство заключает в себе дискретностные материальные объекты. Прерывность пространства заключается в том, что оно включает элементы, различающиеся по своим внутренним свойствам, по структуре, т.е. по своим качественным характеристикам. Условно две части пространства отделяются друг от друга поверхностью - наружной стороной, границей, отделяющей один объект (одну часть) от другого (другой части).

Еще одна характеристика пространства - бесконечность (безграничность), которая проявляется в том, что, как бы велики не были размеры объекта, всегда найдется такой объект большего размера, который будет включать в себя первый в качестве одного из своих элементов. Т.е. нигде и никогда мы не достигнем такой границы, которую можно считать пределом пространства.

К наиболее характерным свойствам пространства относится его трехмерность. Положение любого объекта может быть определено с помощью трех независимых величин. К специфическим свойством пространства относятся однородность и изотропность. Однородность пространства означает отсутствие в нем каких-либо выделенных точек, а изотропность — равноправность всех возможных направлений. Пространство обладает свойствами симметрии. Симметричность выражается в том, что объекты, расположенные в одной части пространства, могут являться зеркальным отражением объектов в другой части относительно определенной линии.

Однородность пространства состоит в равноправии всех его точек, в каждой точке пространства, в любом направлении и в любой момент времени законы физики действуют одинаково.

В отличие от пространства время является необратимым и одномерным, оно течет из прошлого в настоящее к будущему, нельзя возвратиться назад в прошлое через какую-либо точку и нельзя перескочить в будущее через какой-либо временной промежуток. Отсюда следует, что время составляет рамки для причинно-следственных связей.

Ещё время обладает такими свойствами, как длительность, асимметричность, однородность.

Теория относительности Эйнштейна вскрыла связь пространства и времени с движущейся материей и друг с другом. Фундаментальный вывод гласит: пространство и время вне материи не существуют.

2. МЕЖНАУЧНЫЙ ХАРАКТЕР ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ

Пространство и время обусловлены материей как форма своим содержанием, и потому каждый уровень движения материи обладает своей пространственно-временной структурой. Живые структуры также обладают особенными свойствами пространства и времени - их геометрия усложняется, изменяется и ритм времени. Здесь мы сталкиваемся с биологической характеристикой времени и пространства: все организмы имеют свои биологические часы.

Биологическое пространство и время характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи: биологическое бытие человеческого индивида, смену видов растительных и животных организмов, их жизнь и смерть.

Одним из первых проблему биологического пространства и времени начал анализировать В.И. Вернадский. Специфику биологического пространства он связывал с важнейшим отличительным признаком живого - наличием асимметричности пространственной структуры органических молекул. Впервые свойство асимметрии органических молекул было обнаружено французским ученым, основателем научной микробиологии Луи Пастером. Развивая идеи Пастера, В.И. Вернадский представил молекулярную асимметрию как особое свойство пространства, связанное с жизнью.

Возникновению биологических объектов и связанного с ними биологического пространства-времени предшествовали определенные этапы эволюции пространственно-временных свойств неорганических объектов.

В современной космологии фактически общепризнанной считается концепция происхождения Вселенной из Большого Взрыва. Существуют три разновидности этой концепции. В одной из них гравитационное притяжение между медленно "разбегающимися" галактиками настолько сильно, что в какой-то момент оно заставляет их начать сближаться, вплоть до обратного сжатия (коллапса). Согласно другой, галактики "разбегаются" настолько быстро, что гравитационные силы никогда не смогут остановить их, и Вселенная будет расширяться бесконечно. И согласно третьей, гравитация близка к критическому значению, которое препятствует как бесконечному развертыванию Вселенной в пространстве, так и ее обратному сжатию (т.е. позволяет избежать его).

Как же в них решается вопрос о конечности или бесконечности пространства? В первой утверждается, что пространство конечно, но без границ, в двух других - оно бесконечно. Однако во всех них остается нерешенной проблема времени, которое "упирается" в момент Большого Взрыва. Означает ли факт взрыва начало времени, а факт сжатия - его конец? Ответ, предлагаемый учеными, но еще не нашедший своего подтверждения, таков: пространство и время "кончаются" в момент взрыва и сжатия, но кончаются только в известном нам на сегодня смысле. До взрыва и после предполагаемого сжатия существуют иные пространство и время, доселе неизвестные науке. Такой ответ, по сути, полностью совпадает с ответом, даваемым диалектическим материализмом, признающим неисчерпаемость материи и форм ее существования.

3. ЗНАЧЕНИЕ ПОНЯТИЙ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ ДЛЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ И ГУМАНИТАРНЫХ НАУК

Гуманитарное познание отличается от естественнонаучного познания мира критериями, интерес гуманитарного познания состоит не в точности познания, а в глубине проникновения.

Пространство и время интересовали человека всегда, о чем известно из философской и художественной литературы. Специфика познания пространства и времени в науках об обществе и человеке заключается в том, что обсуждение времени на гуманитарном уровне не рассматривает время в обязательном единстве с пространством. В отличие от естественнонаучной сферы, на гуманитарном уровне учитываются особенности существования времени в контексте человеческих поступков, его деятельности, истории.

Время является той фундаментальной осью мировых событий, представления о которой развиваются и закрепляются в культуре, специфицируясь в зависимости от содержания ее конкретных областей.

Мировоззренческий характер философии позволяет также переосмыслить эти процессы как с точки зрения науки, так и целостности культуры общества.

Итак, время есть производная его сознания; времени вне человека не существует; все изменения в мире - суть пространственные изменения состояний, и только человеческий разум приписывает изменениям еще один вектор - временной. Такое понимание времени является хоть и дискуссионным (как и любое другое современное понимание), но естественно ведет нас к пониманию времени через субъект культуры, возвращая его циклический, субъективный и в то же время коллективно-мифологический характер.

В современной науке используют понятия биологического, психологического и социального пространства и времени. Метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства пространства и времени в таких объектах могут существенно отличаться.

Биологическое пространство и время характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи. Биологическое время имеет ряд особенностей: если физическое время характеризуется как необратимое и однонаправленное, то биологическое время может быть обратимым и разнонаправленным; остановка или торможение внутреннего биологического времени жизни.

Психологическое пространство и время. Психическая регуляция движений и предметных действий индивида происходит не только на уровне внешнего физического пространства, но и на основе собственного пространства. Психологическое время – это восприятие времени у человека, которое связано с биологическим процессами, происходящими в организме, и с социальными явлениями.

Социальное пространство и время включает в себя рассмотрение взаимодействия пространства и времени как форм социальной жизни индивидов, исследование форм и отношений пространственно-временных связей внутри общества. Социальное время представляет собой определенный период, которым располагает любой социальный объект и общество, т.е. совокупное время существования и деятельности всех объектов общества. Социальное время обладает цикличностью, линейностью, обратимостью, направленностью изменений и развития общественных явлений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вопрос о происхождении, сущности и основных свойствах пространства и времени остается открытым в современной науке. Чтобы проникнуть в смысл этих понятий, приходится много раз примерять их к различным вещам и ситуациям. Различные ученые по-разному трактуют как природу пространства и времени, так и их основные характеристики. До единодушия в этой области далеко. В какой-то мере примирить диаметрально противоположные взгляды в этой области помогут научные эксперименты, ведь то, что не доказано практически, в теории неизбежно будет вызывать разногласия. Остается надеяться на то, что последние научные достижения приоткроют завесу тайны над этой извечной проблемой. Ведь уяснение природы пространства и времени поможет в решении многих других вопросов современной науки, начиная от описания взаимодействия микрочастиц и заканчивая ответами на вопросы о происхождении Вселенной, а также возможной реализацией поистине фантастических проектов – путешествий во времени и создания новых вселенных.

Список использованной литературы

1. Концепции современного естествознания. Под ред. Лавриненко В.Н. и Ратникова В.П. М., 2004.

2. Гарднер М. Теория относительности для миллионов. М.: Атомиздат, 1967.

3. Еремеева А.И. Астрономическая картина мира и ее творцы. - М.: Наука, 1984.

4. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М.: Наука, 1983.

5. Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. М.: Наука, 1985.

6. Шкловский Н.С. Вселенная, жизнь, разум. М., 1988.

7. Ясперс К. Смысл и назначение истории. М., 1991.

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы

Понравилось? Нажмите на кнопочку ниже. Вам не сложно, а нам приятно).

Чтобы скачать бесплатно Рефераты на максимальной скорости, зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Важно! Все представленные Рефераты для бесплатного скачивания предназначены для составления плана или основы собственных научных трудов.

Друзья! У вас есть уникальная возможность помочь таким же студентам как и вы! Если наш сайт помог вам найти нужную работу, то вы, безусловно, понимаете как добавленная вами работа может облегчить труд другим.

Если Реферат, по Вашему мнению, плохого качества, или эту работу Вы уже встречали, сообщите об этом нам.

Читайте также: