Пространство время движение физика кратко

Обновлено: 05.07.2024

это все изменения и процессы во Вселенной. Это всякий процесс изменения и перехода из одного состояния в другое.

Оно делится на материальное движение и идеальное.

Материальное движение — это все изменения происходящие в объективном мире, а, по сути — способ существования материи. Следовательно, нет материи без движения, как и нет движения без материи. Состояние материи, лишённое движения, — это пустое понятие, как и движение, не имеющее материального носителя.

Материальное движение объективно, оно не зависит от человеческого сознания. Это не означает, что сознание не может влиять на конкретные проявления движения. Речь идёт лишь о том что, во-первых, движение как таковое, движение вообще существовало, и будет существовать вне зависимости от наличия или отсутствия сознания и, во- вторых, в гносеологическом плане человеческое сознание всегда вторично, то есть всегда отражает находящуюся в движении объективную реальность.

Идеальное движение — это все процессы, происходящие в субъективном мире, в сознании человека.

Движение диалектически противоречиво.

Это проявляется в следующем:

а) оно есть единство абсолютного (вечность, несотворимость и неуничтожимость) и относительного (смена форм движения и местоположений предметов) в одно и то же время;

б) оно есть единство изменчивости и устойчивости;

в) оно есть единство прерывности и непрерывности, когда в каждый данный момент времени тело находится в какой-то точке пространства, и не находится; обладает каким-либо свойством и не обладает;

г) оно есть единство качественных и количественных изменений.

Формы материального движения и их носители:

социальная (люди и их деятельность).

Типы движения (и материального, и идеального):

функционирование, когда система работает без каких-либо существенных перемен (работа любого органа человеческого организма за небольшой промежуток времени),

изменение, когда налицо, хоть часто и качественное, но обратимое превращение системы в другое (онтогенез, как воспроизводство себе подобного),

развитие, то есть необратимое, качественное, направленное превращение в другое на основе перехода от низшего к высшему и от простого к сложному или (и) обратно (филогенез, как поступательная эволюция вида).

Здесь необходимо подчеркнуть, что, во-первых, работа без коренных перемен не может длиться вечно, во-вторых, полностью обратимых процессов не существует. Рано или поздно, любое функционирование и изменение объектов под воздействием законов всей глобальной спирали развития прекращает свое существование, переходя в другие формы. Спираль же развития состоит из отдельных фрагментов самой же спирали, а не из приложенных друг к другу отдельных кругов или прямых линий. Поэтому любой фрагмент спирали обладает свойствами самой спирали. Отсюда следует, что и функционирование, и изменение есть лишь этапыпроцесса развития, при которых системы, хотя и претерпевают в какой-либо момент менее глубокие превращения, но всегда содержат в себе эту тенденцию, которая может быть реализована при определенных условиях. В нашем примере любой орган человеческого организма изнашивается и отмирает, онтогенез (понятый как индивидуальное развитие особи, включающий и процессы функционирования, и процессы изменения) прекращается смертью.

— это атрибут материи, который выражает её протяженность, структурность, существование и взаимодействие элементов в различных материальных системах.

Свойства пространства:

— неразрывная связь со временем и движением;

— зависимость от структурных отношений в материальных системах;

— протяжённость, то есть рядоположенность различных элементов (отрезков, объектов), возможность прибавления к каждому элементу следующего;

— единство прерывности и непрерывности;

— трёхмерность (линия, плоскость, тело);

— это атрибут материи, характеризующий длительность существования всех объектов и последовательность смены состояний.

Свойства времени:

— неразрывная связь с пространством и движением;

— длительность, то есть последовательность существования материальных объектов путём возникновения одного момента времени за другим;

— асимметрия (однонаправленность от прошлого к будущему). Она объясняется асимметрией причинно-следственных связей;

Проблема пространства и времени в истории философии и науки:

В кантианской концепции пространство и время не существуют объективно, независимо от сознания человека, а являются лишь априорными (данные до опыта и независимо от него) формами нашего чувственного созерцания. Другие субъективные идеалисты (махисты) рассматривали пространство и время как упорядоченные системы рядов ощущений.

Первую попытку противопоставить субстанциональному подходу понимание пространства и времени как определённого отношения между предметами и процессами, не существующего вне и без них предпринял Г. Лейбниц, правда, с позиций идеализма.

Характеристика пространства и времени в диалектико-матералистической философии включает следующие положения. Во- первых, пространство и время объективны, независимы от человеческого сознания, неотделимы от материи как её атрибуты. Во-вторых, неразрывно связаны друг с другом и всегда зависят от формы движения и от конкретного уровня развитии материи. В-третьих, они внутренне противоречивы, то есть они есть единство абсолютного и относительного, прерывного и непрерывного, качественного и количественного. В- четвёртых, пространство и время имеют специфические характеристики, отражающие их особенности как атрибутов материи.

Развитие науки пролило новый свет на проблему пространства и времени — была создана реляционная концепция пространства и времени. Исследования Н. Лобачевского, А. Эйнштейна, Г. Минковского, Н. Козырева убедительно доказали тесную взаимосвязь и взаимозависимость пространства, времени и движения.

Так, Н. Лобачевский доказал зависимость геометрических свойств пространства от происходящих материальных процессов. Геометрия Н. Лобачевского явилась убедительным аргументом против априоризма И. Канта и подорвала представления об однородности пространства.

А. Эйнштейн в частной теории относительности установил, что абсолютной одновремённости событий происходящих в разных материальных системах, то есть в разных условиях движения, не может быть, ибо не существует единого всегда и везде потока времени. Эта теория выявила также зависимость пространства и времени от скорости движущихся относительно друг друга материальных систем. Общая теория относительности показала зависимость пространства и времени от концентрации и движения материальных масс.

Г. Минковскому удалось доказать, что существует единое пространство — время. Изменения в нём, по исследованиям Н. Козырева, происходят при необратимых причинно-следственных переходах.

ГЛАВА 10. ПРОСТРАНСТВО. ВРЕМЯ. ДВИЖЕНИЕ

ГЛАВА 10. ПРОСТРАНСТВО. ВРЕМЯ. ДВИЖЕНИЕ ПРОСТРАНСТВОСловари русского языка определяют пространство как форму существования материи, характеризующуюся протяженностью и объёмом, как неограниченную протяжённость во всех измерениях, направлениях; как промежуток между

2.5. Пространство и время

2.5. Пространство и время Объект со стороны явления кроме качественных и количественных характеризуется пространственно-временными моментами.В истории философии и науки продолжительное время ведущей была метафизическая концепция пространства и времени, в которой

4. Пространство и время

4. Пространство и время Понятие пространства и времениДля обыденно-житейских представлений пространство и время — нечто привычное, известное и даже в какой-то мере очевидное. Но если задуматься над тем, что же все-таки такое пространство и время, то возникают сложные

Пространство-время

Пространство-время То, что пространство и время не являются абсолютными, полностью независимыми друг от друга категориями, нам известно благодаря теории относительности, объединившей их в единое четырехмерное пространство-время. Однако представляется, что это единство

Пространство и время

Пространство и время Пространство и время – важнейшие атрибуты бытия. В мире нет материальных систем, не обладающих пространственно временными свойствами. Пространство характеризует протяженность, структурность, сосуществование и взаимодействие элементов во всех

24. Пространство и время. Пространство и время как всеобщие формы существования материи. Принцип единства мира

24. Пространство и время. Пространство и время как всеобщие формы существования материи. Принцип единства мира Пространство — это некая материальная или логически мыслимая среда совместного существования материальных или мыслимых объектов.Логически мыслимое

Единство мира. Материя и движение как способ ее бытия. Время и пространство

2. Движение. Пространство и время

2. Движение. Пространство и время Исходные положения диалектической и метафизической концепций движения были сформулированы еще в античной философии. Истоки диалектической концепции движения восходят к Гераклиту. Как отмечал Ф. Энгельс, «первоначальный, наивный, но по

ДВИЖЕНИЕ, ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ

ДВИЖЕНИЕ, ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ Движение:это все изменения и процессы во Вселенной. Это всякий процесс изменения и перехода из одного состояния в другое.Оно делится на материальное движение и идеальное.Материальное движение — это все изменения происходящие в

Пространство и время

Пространство и время Чему могут нас научить, спрашивал Кант, эти, сбивающие нас с толку, антиномии? Его ответ гласит: наши представления о пространстве и времени неприменимы к миру как целому. Представления о пространстве и времени применимы, разумеется, к обычным

2. Время и познание. Припоминание. Время, движение и изменение. Ускорение времени и техника

2. Время и познание. Припоминание. Время, движение и изменение. Ускорение времени и техника Познание связано со временем. Оно есть выход из данного времени. Платон учил о познании как припоминании. Это значит, что познание есть победа над властью времени. Связь познания и

5. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ

5. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ Признавая существование объективной реальности, т.е. движущейся материи, независимо от нашего сознания, материализм неизбежно должен признавать также объективную реальность времени и пространства, в отличие, прежде всего, от кантианства, которое

9. Пространство и время

9. Пространство и время Понятия пространства и времени. Все тела имеют определенную протяженность — длину, ширину, высоту. Они различным образом расположены друг относительно друга, составляют части той или иной системы. Пространство есть форма координации

Первое, что поражает воображение человека, когда он наблюдает окружающий мир, - это удивительное многообразие предметов, процессов, свойств и отношений.

Уже первые мыслители заметили, что некоторые свойства и состояния вещей во всех превращениях сохраняются. Эту постоянно сохраняющуюся основу вещей они назвали первоматерией. Это естественное воззрение на происхождение всего многообразия мира из некой первоосновы положило начало научному объяснению многих явлений природы и общества. В дальнейшем представление о материи углубляется и одновременно утрачивает чувственно-конкретные черты.

Материя предстала в новом свете — без цвета, запаха, твердости, без тех свойств, с которыми люди привыкли связывать понятие материального. На основании новых данных науки создавались новые концепции.

С точки зрения диалектики, материя есть объективная реальность - причина, основа, содержание и носитель (субстанция) всего многообразия мира. Она проявляется в бесчисленных свойствах. Важнейшие из них - объективность существования, структурность, неуничтожимость, движение, пространство, время, отражение. Это атрибуты материи, т.е. всеобщие ее свойства, без которых невозможно ее бытие.

Материю вообще нельзя видеть, осязать, пробовать на вкус. Материя не есть одна из вещей, существующих наряду с другими, внутри или в основе их. Все существующие конкретные материальные образования и есть материя в различных ее формах, видах, свойствах и отношениях.

Материя имеет сложное строение. Она состоит из элементарных частиц, атомов, молекул, макромолекул, планет, звезд, галактик и т.д. Кроме того, есть разные виды полей - гравитационные, электромагнитные, ядерные. Они связывают частицы материи, позволяют им взаимодействовать и тем самым существовать. Все частицы независимо от их природы обладают волновыми свойствами.

Материя имеет разные уровни, каждый из которых характеризуется особой системой закономерностей и своим носителем. Различные структурные образования материи - это разные степени сложности. Каждая форма материи качественно своеобразна. Но поскольку сложные формы материи включают в качестве своих элементов низшие, то это нужно учитывать в процессе изучении животных и растений.

Одним из атрибутов материи является ее неуничтожимость. Закон сохранения и превращения энергии гласит: какие бы процессы превращения ни происходили в мире, общее количество массы и энергии остается неизменным. Ни один элемент материи не уничтожается, не превращается в ничто, а оставляет определенное следствие и не возникает из ничего, а всегда имеет определенную причину. Гибель конкретной вещи означает лишь ее превращение в другую.

Мир находится в постоянном движении. Движение многообразно. Движение - это способ существования бытия, материи. Быть - значит быть в движении, изменении. Нет в мире неизменных вещей, свойств и отношений. Движение несотворимо и неуничтожимо, абсолютно, всеобще. Оно проявляется в виде конкретных форм движения. Формы и виды движения многообразны. Они связаны с уровнями структурной организации бытия, материи. Каждой форме движения присущ определенный носитель — субстанция.

Покой как момент движения всегда имеет только видимый и относительный характер.

Все тела различным образом расположены друг относительно друга. Пространство есть форма координации сосуществующих объектов, оно характеризует положение объектов друг подле друга (рядом, сбоку, внизу вверху, внутри, сзади, спереди и т.д.). Порядок сосуществования этих объектов и их состояний образует структуру пространства.

Явления характеризуются длительностью существования, последовательностью этапов развития. Процессы совершаются либо одновременно, либо один раньше или позже другого; таковы, например, взаимоотношения между днем и ночью, зимой и весной, летом и осенью. Все это означает, что тела существуют и движутся во времени. Время - это форма координации сменяющихся объектов и их состояний, оно характеризует положение объектов друг после друга. Порядок смены этих объектов и состояний образует структуру времени.

Пространство и время — это всеобщие формы существования материи, бытия. В мире все простирается и длится. Пространство и время обладают своими особенностями. Пространство трехмерно, разнонаправлено, обратимо. Время однонаправлено, одномерно, необратимо.

Некогда существовало воззрение, согласно которому пространство представляло собой грандиозное вместилище, куда помещена материя, а время мыслилось наподобие потока, все увлекающего за собой и все поглощающего. Изменение физической картины мира изменило представление о пространстве и времени. Огромный вклад в разработку научных представлений о связи пространства и времени с движущейся материей внес Н.И. Лобачевский. Он создал неевклидову геометрию, которая является более общей и включает в себя евклидову геометрию как частный случай, отражающий пространственные отношения, воспринимаемые нами в повседневном опыте. Сумма углов треугольника в геометрии Лобачевского не остается постоянной и равной 180°, а меняется в зависимости от изменения длины его сторон и при этом всегда оказываем меньше 180°. Б. Риман создал еще одну неевклидову геометрию. В ней вообще нет параллельных прямых, а сумма углов треугольника 6oльше 180°. Эти парадоксальные положения очевидны и имеют смысл, если геометрические фигуры нарисовать не на плоскости а, например, на поверхности сферы. У нарисованного на сфере треугольника сумма yглов больше 180°.

Великое научное открытие двадцатого века - теория относительности, созданная А.Эйнштейном. В ней установлена связь пространства и времени с движущейся материей и друг с другом. В мире нет единственного “сейчас”, разделяющего все прошлые события и события будущего. Каждая система имеет свое “сейчас”, свое прошлое и будущее.

Пространство и время обусловлены материей, как форма своим содержанием, и каждый уровень движения материи характеризуется своей пространственно-временной структурой.

Движение. Пространство и время.

Что делает мир единым? Пытались найти основу всего сущего. Основа всего сущего–субстанция(категория философии).

Понятие субстанции сформировалось не сразу. Первоначально субстанция–субстрат. Сегодняшнее понимание–многообразие вещей, явлений, которые существуют через субстанцию, благодаря ей, но сами субстанцией не являются.

В зависимости от того, что понималось под С., легко классифицировать все философские течения:

§ Плюралисты–монисты(материальные, идеальные).(Плюрализм–в основе всего сущего–множество изолированных равнозначных сущностей, не сводимых к единому началу; монизм–в основе всего сущего одно начало).

Идеализм.

Материализм

Материалистический монизм–под субстанцией бытия понимается некоторое материальное начало–элементы природы(воздух, вода), абстрактная материя–апейрон.

Материалистический плюрализм–в основе–несколько сущностей.

Ньютон: время, пространство, движение–три состояния.

В это же время–механистический взгляд на материю. Все явления объяснялись действием сил притяжения и отталкивания. Это толкование исходило из состояния науки.

Середина 19 века. Максвелл, Фарадей- о существовании невещественной материи(появление электричества).

Вещественное представление о материи поддерживалось до конца 19 века. Физики вновь пытались поднять вопрос о первоматерии. Но все многообразие свести к материальной частице было нельзя. Открытия того времени: рентгеновские лучи(отвергло понятие о непроницаемости атома), открытие электрона в атоме(отвергло понятие о неделимости атома). Понятие поля–как самостоятельной физической реальности, которая существует независимо от материального объекта. В заключение Эйнштейн: Е= mc 2 .

Конец 19 века–начало 20 века–кризис в науке. Это кризис мировоззренческих установок ученых–исчезла материя. Постепенно появились новые теории.

Это определение–в основе диалектического материализма. Здесь дается определение материи через идеальное. Но сущность сознания–в отражении окружающей действительности. Парадокс: ученые, независимо от их убеждений, должны были согласиться с этим определением. Наука не может развиваться, если не согласиться с ним. Сейчас говорят, что это определение–естественно–научного материализма.

I. Системность и структурность материи.

Этот принцип- в основе современных представлений о мире. Мир–как особая целостность, состоящая из элементов и связей между этими элементами.

Структурность–системная организованность внутренне расчлененного материального мира. Выделяем принципы организации материальных объектов:

1. Неживая(неорганическая) природа.

1.1 Ядерный уровень

1.2 Атомарный уровень

1.3 Макротела(кристаллы) и т.д.

2. Живая(органическая ) природа.

2.1 Доклеточный уровень(ДНК)

2.2 Клетки, организмы

2.3 Многоклеточные организмы

2.5 Биоценоз и т.д.

3. Социум(общество)

3.6 мировое сообщество

II. Взаимодействие–процесс взаимодействия объектов друг на друга(в мире все связано). Если изолированно рассматриваем объект, мы абстрагируемся от связей.

Взаимодействие в неживой природе–процесс передачи вещества либо энергии.

Взаимодействие в живой природе–связи и взаимодействия заключаются в том, что они вступают в отношения с окружающей средой и между собой(Биоценоз: продукты жизнедеятельности одних организмов- результат жизнедеятельности других).

Духовная компонента определяет сущность личностных отношений. Взаимодействие–онтологическая база принципа всеобщей связи и взаимообусловленности явлений.

Частный элемент взаимодействия- отражение–способность материальных систем воспроизводить в своих свойствах особенности взаимодействующих с ними систем.

48. Движение – способ существования материи. Виды и формы движения.

Изменчивость(движение)

В философии движение–любое изменение вообще. Быть–это значит быть в движении. Незнание движения необходимо влечет за собой незнание природы.

В 19–20 вв. движение как способ бытия материи. У Эйнштейна: материя и движение немыслимы друг без друга(Е=mc 2 )/

Иногда движение соотносят с покоем. Покой–отсутствие движения–понятие относительное. Движение–понятие абсолютное.

Типы движения:

§Движение, при котором сохраняются качества предмета.

§Движение, которое связано с переходом от одного качества в другое–такой процесс характеризуется как развитие(переход одного качества в другое).

Формы движения:

1. Механическое движение

2. Физическое движение

3. Химическое движение

4. Биологическое движение

5. Социальное движение

Биологическое движение нельзя представить как сумму движений(в редукционизме–представление высшей формы через сумму низших форм, он не учитывает качественных преобразований). Физика: атом H=электрон+протон, изучив е и протон–будем знать, что такое атом H–это неверно. Выводы:

§Каждому уровню организации материи соответствуют специфические формы движения.

§Между уровнями движения существует связь.

§Высшие формы движения качественноспецифичны и несводимы к низшим(можно суммировать, если движение принадлежит к одному уровню).

Что является причиной движения? В зависимости от ответа на данный вопрос идут различные концепции.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между.

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.).

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем.

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Какой опыт выявил противоречия с классическими представлениями о пространстве и времени? Как теория относительности изменила наши взгляды на пространство, время и материю? Что означает взаимосвязь пространства и времени и как она проявляется? Какое значение для развития науки имеет теория относительности?

Глоссарий по теме:

Инерциальная система отсчёта – это система отсчёта, в которой справедлив закон инерции: тело в отсутствии взаимодействия с другими телами находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Принцип относительности Галилея – во всех инерциальных системах законы механики имеют одинаковый вид.

Преобразования Галилея – в классической механике преобразование координат и времени при переходе от одной инерциальной системы (неподвижной) к другой (движущейся относительно первой равномерно и прямолинейно относительно оси Х).

Теория относительности – физическая теория, рассматривающая пространственно-временные свойства физических процессов.

Континуальная концепция (от лат. continuum – непрерывное, сплошное) – концепция, согласно которой материя непрерывна (делима до бесконечности).

Корпускулярная концепция (от лат. corpusculum – тельце) – концепция, согласно которой материя имеет дискретную (прерывистую) структуру и состоит из отдельных, предельно малых частиц.

Дискретный (от лат. discretus – разделённый, прерывистый) – прерывистый, состоящий из отдельных частей.

Субстанциальная концепция (от лат. substantia – сущность; то, что лежит в основе) – концепция, согласно которой пространство и время рассматриваются как самостоятельно существующее наряду с материей, как ее пустые вместилища, никак от нее не зависящие.

Реляционная концепция (от лат. relation – соотношение) – концепция, согласно которой пространство и время не являются самостоятельными сущностями, а рассматриваются как особый вид отношений между материальными объектами.

Концепция дальнодействия – концепция, согласно которой взаимодействие между телами осуществляется на любых расстояниях через пустоту мгновенно, т.е. с бесконечно большой скоростью.

Концепция близкодействия – концепция, согласно которой взаимодействие между телами осуществляется с конечной скоростью через материального посредника, непрерывно распределенного в пространстве.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

2. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика Ч. 1. Биография физики. Путешествие в глубь материи. Механическая картина мира / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – С. 300-312.

3. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч. 2. Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – С. 90-115.

4. Эйнштейн А., Инфельд Л. Поле и относительность // Эволюция физики: развитие идей от первоначальных понятий до теории относительности и квантов / А. Эйнштейн, Л. Инфельд. – СПб.: Амфора, 2013. – С. 147-203.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

О том, как устроен материальный мир, человек пытался понять с давних времён. Как Вы знаете, ещё с античной эпохи существовало два подхода к объяснению природы. По одним представлениям в основе всего, что существует, лежит непрерывная, однородная материя, заполняя собой всё, она не оставляет пустоты. Это представление получило название континуальное (от лат. continuum – непрерывное, сплошное). Представителем такого объяснения материального мира был, например, древнегреческий философ Аристотель. Истоки противоположной концепции, объяснявшей материальный мир как дискретный (от лат. discretus – разделённый, прерывистый), структурный, состоящий из бесконечного числа неизменных и неделимых частиц (атомов), движущихся в пустоте, связывают с учением древнегреческого философа Демокрита. Надо сказать, эти представления о строении материи неразрывно связаны с такими понятиями как движение, пространство и время. Так, представления о дискретности материи приводили к пониманию пространства как пустого вместилища, абсолютного и неизменного, в которое помещены атомы, меняющие в нём свое положение в процессе движения, длящегося во времени. Пространство и время никак не связаны ни с самими движущимися атомами, ни между собой. Такое представление о пространстве и времени получило название субстанциональное (от лат. substantia – сущность) – время и пространство – отдельные субстанции или сущности (как материя). А как же тогда представляется пространство и время с противоположной позиции описания материального мира? Ведь если материя непрерывна и заполняет собою всё пространство, то существует только пространство заполненное материей, без материи пространство существовать не может (пустота не существует). Движение материи рассматривается как происходящее с ней изменение, а время характеризует последовательность состояний материальных объектов. Такое представление о пространстве и времени получило название реляционное (от лат. relation – соотношение) – пространство и время характеристики материи, и без неё существовать не могут.

Становление физики в XVII веке, ознаменованное экспериментами Галилея и созданием Ньютоном основ классической механики, которая основывалась на представлениях о дискретности материи и абсолютности пространства и времени, существенно укрепило позиции атомистики. В то же время представление о непрерывности материи нашло свое отражение в развитии концепции эфира и волновой оптики (Р. Декарт, Х. Гюйгенс).

Механическая физическая картина, которая вплоть до середины XIX века претендовала на статус универсальной, рисовала материальный мир как слаженный механизм, запущенный однажды создателем. Всё в этом мире может быть описано законами механики и жестко детерминировано. В неизменном пространстве перемещаются абсолютно непроницаемые и неделимые частицы (корпускулы, атомы), обладающие массой, и между которыми действуют силы, мгновенно передающиеся через пустоту.

Подробнее остановимся на том, как в классической физике понималось пространство и время. В рамках классических представлений пространство трехмерно. Чтобы описать положение тела или материальной точки в пространстве необходимо выбрать систему координат и указать ее координаты (х,у,z). Координаты, числа, определяющие положение тела в пространстве, зависят от выбора системы координат, а расстояния между телами будут в разных системах координат сохраняться. Пространство и время в классической модели существуют сами по себе – никак друг с другом не связаны. Т.е. движутся часы в пространстве или нет, время они будут показывать одинаковое. Также и измеренное расстояние будет одинаковым независимо от того в какой интервал времени оно производится. Свойства тел, которые находятся в области пространства, где производятся измерения времени и расстояния, никак не влияют на их результаты. Т.е. пространство и время никак не зависят от свойств материальных объектов.

С XIX века механическая картина мира, объясняющая все явления механическими законами и основывающаяся на дискретной модели реальности и концепции дальнодействия (мгновенная передача взаимодействия через пустое пространство), стала сдавать свои позиции. Изучение явлений электромагнетизма привело в середине XIX века к созданию Максвеллом новой теории – теории электромагнитного поля. Описывая электромагнитное поле как непрерывный материальный объект, а движение как распространение волн, эта теория укрепила позиции сторонников континуальной концепции.

Однако, электродинамика Максвелла, доказавшая, что свет является волной, распространение которой осуществляется со скоростью около 300000 км/с, не согласовывалась с принципом относительности Галилея. По существующим тогда представлениям всё мировое пространство заполняла всепроникающая тонкая среда, субстанция – эфир (от греч. aither – верхний слой воздуха). Пытаясь обнаружить эфир и влияние движения Земли вокруг Солнца на скорость распространения света, в 1887 году учёные Альберт Майкельсон и Эдвард Морли провели эксперимент, основанный на интерференции волн. Обнаружить изменение скорости света не удалось, она оставалась постоянной величиной, никак не зависящей от движения Земли вокруг Солнца. Полученный результат – постоянство скорости света в разных системах отсчета, противоречил закону сложения скоростей Галилея и классическим представлениям о пространстве и времени.

Теория относительности, описывающая пространственно-временные свойства физических процессов, представляет собой два теоретических учения: специальную (частную) теорию относительности (СТО) – рассматривает взаимосвязь физических процессов в инерциальных системах отсчёта, и общую теорию относительности (ОТО) – рассматривает взаимосвязь физических процессов в неинерциальных системах. Общая теория относительности является релятивистской теорией гравитации.

Научные работы нидерландского физика Хендрика Антона Лоренца и французского математика Жюля Анри Пуанкаре внесли существенный вклад в развитие идей теории относительности.

Какие же свойства пространства и времени следуют из специальной теории относительности?

Во-первых, время перестало рассматриваться как абсолютное. Одновременность двух событий в одной системе отсчёта не означает, что они будут одновременными в другой. Промежуток времени между двумя событиями, протекающими в одной системе отсчёта, будет отличаться от измеренного промежутка времени между этими же событиями в движущейся системе отсчёта. Т.е. время, которое показывают часы, зависит от того движутся часы или находятся в покое, в отличие от классических представлений, для которых это не имело значения.

Во-вторых, пространство также перестало рассматриваться как абсолютное. Расстояние между двумя точками, измеренными в одной системе отсчёта, будет отличаться от расстояния, измеренного между этими же точками в движущейся системе отсчёта. Размер тела будет зависеть от того движется тело или находится в покое. Например, длина тела, измеренная в покоящейся системе отсчёта, будет отличаться от его длины, измеренной в движущейся системе отсчёта.

Кроме того что, промежутки времени и промежутки расстояний зависят от системы отсчёта, они еще связаны между собой. При переходе из одной системы отсчёта в другую изменение промежутков расстояний и времени происходят таким образом, что, если временной параметр увеличивается, то пространственный при этом сокращается. Эту взаимосвязь описывают с помощью четырехмерного пространства-времени.

Для перехода из одной инерциальной системы отсчёта в другую в теории относительности используются преобразования Лоренца, вместо преобразований Галилея, справедливых для классической механики. Релятивистские эффекты проявляются при очень больших скоростях. При скоростях много меньше скорости света преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея.

В классической физике масса считалась величиной постоянной, т.е. движется тело или нет, его масса всегда одинакова. Согласно теории относительности масса тела не остается постоянной, а зависит от скорости. С увеличением скорости масса увеличивается. При этом при приближении скорости тела к скорости света, его масса стремится к бесконечности.

Кроме того, если в классической физике масса и энергия рассматривались раздельно, то теория относительности связала массу с энергией знаменитой формулой: E = mc 2 . Т.е. даже покоящееся тело обладает энергией – энергией покоя. Энергия покоящегося тела пропорциональна его массе покоя. При движении тела его масса и энергия увеличиваются.

Закон сохранения массы и закон сохранения энергии, отдельно рассматриваемые в классической физике, были теорией относительности объединены в один закон – закон сохранения массы-энергии. При изменении энергии системы изменяется и ее масса: ∆m = ∆E/c 2 .

Таким образом, согласно теории относительности одновременность событий, расстояния и промежутки времени не являются абсолютными, а зависят от системы отсчета. Эта связь проявляется в том, что при переходе из одной системы отсчёта в другую временные и пространственные промежутки изменяются. При этом эти изменения взаимосвязаны, т.е. если временной промежуток между событиями увеличивается, то пространственный сокращается. Эффекты изменений временных промежутков и расстояний объясняются на основе представления о четырехмерном пространстве-времени (пространственно-временной континуум). Удлинение временных промежутков и сокращение расстояний оказывается пропорционально коэффициенту

где v – скорость системы отсчета, а c – скорость света.

В любых доступных человеку системах отсчета этот коэффициент оказывается очень близким к единице. Именно поэтому опыт, накопленный в период развития физики до XX в., не позволял выявить данные свойства пространства и времени.

В заключение отметим, что теория относительности, изменив наши представления о пространстве и времени, не опровергла прежние представления. Новые свойства пространства, времени и материи проявляются лишь при очень больших скоростях. Теория относительности указала рамки, в которых прежние представления оказываются справедливыми. Данный факт называется принципом соответствия, согласно которому вновь возникающие теории не опровергают предшествующие теории, а лишь определяют границы их применения.

1. Классическая физика основывается на дискретной модели реальности и концепции дальнодействия, согласно которой взаимодействие между телами передается через пустое пространство мгновенно, т.е. с бесконечной скоростью. Пространство и время считаются абсолютными, независимыми от друг от друга и от материальных процессов, в них протекающих. Переход от одной системы отсчёта в другую осуществляется с помощью преобразований Галилея.

2. Теория относительности основывается на континуальной модели реальности и концепции близкодействия, согласно которой взаимодействие между телами осуществляется с конечной скоростью через материального посредника, непрерывно распределенного в пространстве. Материальным посредником является поле, а скорость взаимодействия ограничивается скоростью света. Пространство и время считаются относительными, они связаны друг с другом и зависят от материи. Связь между пространством и временем описывается четырех мерным пространственно-временным континуумом. Переход от одной системы отсчёта в другую осуществлялся с помощью преобразований Лоренца.

3. Постулаты специальной (частной) теории относительности:

1. Физические законы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга (инерциальные системы отсчёта).

2. Скорость света в вакууме остается неизменной в любой инерциальной системе отсчёта (не зависит ни от скорости источника света, ни от скорости приемника светового сигнала).

4. Согласно теории относительности удлинение временных промежутков и сокращение расстояний оказывается пропорционально коэффициенту

где v – скорость системы отсчета, а c – скорость света.

В любых доступных человеку системах отсчета этот коэффициент оказывается очень близким к единице.

5. Теория относительности связала массу с энергией: E = mc 2 . Даже покоящееся тело обладает энергией – энергией покоя. При движении тела его масса и энергия увеличиваются. Закон сохранения массы и закон сохранения энергии в теории относительности объединены в один закон – закон сохранения массы-энергии. При изменении энергии системы изменяется и ее масса: ∆m = ∆E/c 2 .

6. Теория относительности, изменив представления о пространстве и времени, не опровергла законы классической физики. Новые свойства пространства, времени и материи проявляются лишь при очень больших скоростях. Теория относительности указала рамки, в которых представления классической физики оказываются справедливыми. Теория относительности дает более точную по сравнению с классической механикой модель существующей реальности.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Укажите верные утверждения:

Утверждение

Правильный ответ и пояснение

А. При больших скоростях размеры тела зависят от скорости его движения.

Правильное утверждение. Согласно СТО размеры тела зависят от скорости его движения.

Б. Теория относительности опровергла законы классической механики

Неправильное утверждение. Теория относительности указала рамки, в которых представления классической механики оказываются справедливыми.

В. Взаимодействие между телами не может осуществляться мгновенно

Правильное утверждение. Согласно СТО скорость передачи взаимодействия не может превышать скорость света.

Правильный ответ: А, В.

2. Установление соответствие между элементами двух множеств. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.

Альберт Эйнштейн — великий физик-теоретик, имя которого на слуху у каждого из нас еще со школьной скамьи. Обладатель Нобелевской премии, автор почти 500 книг, посвященных физике, философии и истории. Именно он перевернул научное представление о природе пространства и времени, движении и законах механики теорией относительности, которую открыл в 1905 году.

Согласно его теории, мир состоит из четырех измерений:

вправо-влево;
вверх-вниз;
вперед-назад.

Еще одно измерение – время. Эти четыре величины формируют пространственно–временную физическую модель.

Самое интересное в том, что восприятие времени и пространства напрямую зависит от скорости нашего движения.

Взаимосвязь трех составляющих объясняет специальная теория относительности: чем больше скорость движения объекта, тем больше искажение пространства и времени.

На основе данного учения позже Альберт Эйнштейн создал общую теорию относительности, но она понятна немногим, потому в школе мы изучали специальную теорию относительности. Именно о ней мы поговорим подробнее в статье.

Основные принципы учения

Как определить движется объект или стоит на месте? Просто оцените его состояние относительно других тел. Важно понимать, что наличие или отсутствие движения, а также скорость перемещения зависят от двух факторов: кто наблюдает за предметом и откуда наблюдает. Проще говоря, движение – это относительный параметр.

Ваш друг решил встретить вас на платформе одной из станций и уже ожидает на месте. Для него поезд и все объекты, находящиеся в нем, движутся с одинаковой скоростью, например, 50 км/ч. А если кто-то из пассажиров вагона решит перейти на ходу поезда по направлению движения состава в другой вагон, то его скорость будет еще выше, т.к. она суммируется со скоростью поезда.

Но есть одно исключение из правила — свет фар поезда. Скорость света остается неизменна и будет равна скорости движения самого поезда.

Отсюда следуют два главных принципа специальной теории относительности:

Принцип относительности: если объекты неподвижны или имеют постоянную скорость (например, вы и ваш телефон), для них все физические явления протекают одинаково.
Принцип постоянства скорости света: данная величина не зависит от других данных (например, от источника света) и является постоянной для всех наблюдателей.

На первый взгляд, скорость света кажется молниеносной, но это не так. Рассмотрим на примере распространения света в космосе. Между Солнцем и Землей 150 миллионов километров, солнечный свет доходит до земного шара за 8 минут. Соответственно, если Солнце вдруг перестанет светить, ночь нас накроет не сразу, а через 8 минут.

Два главных принципа теории рождают другие важные факты о пространственно-временной среде. Расскажем о них в следующих разделах.

Следствия учения

Важно понять, как выше изложенные принципы относятся к пространству и времени. Благодаря им Альберт Эйнштейн пришел к трем выводам:

время замедляется;
пространство расширяется;
масса увеличивается.

Чтобы понимать, о чем речь, давайте рассмотрим подробнее каждое из заключений.

Время замедляется

Время — это не абсолютная величина, она зависит от системы отсчета, в которой находится на данный момент.

Интересный опыт был проведен с применением двух атомных часов: одно устройство было отправлено самолетом вокруг планеты, а другое осталось на Земле. После посадки самолета сравнили показатели часов: те, что облетели земной шар, отставали от других часов на тысячные секунды.

Отсюда можно сделать вывод, время идет медленнее относительно объектов, находящихся в движении. При этом оно становится еще медленнее, если скорость объекта приближается к скорости света. Если космический корабль достигнет скорости света, то астронавт попадет в будущее. В этом случае время также будет относительно: недели в космосе будут равны годам на Земле. На этой теории построены сюжеты многих фантастических фильмов о космосе и его исследователях.

Пространство уменьшается

Давайте представим, что наш космический путешественник отправляется в полет на своем корабле. Скорость летательного аппарата приближается к скорости света и если наблюдать за его полетом со стороны, то можно заметить, что по направлению движения он становится короче, а перпендикулярно пути сохраняет исходные размеры, т.е. его ширина не меняется. При этом с самим астронавтом все в порядке: он на прежнем месте и прежних параметров.

Данный пример наглядно показывает, что для наблюдателя движущийся объект с увеличением своей скорости становится короче по направлению движения, а перпендикулярно ему его размеры остаются неизменными.

Масса увеличивается

E = mc² — знакомая формула из школьной программы? Своим уравнением Альберт Эйнштейн наглядно показал, что масса пропорциональна энергии тела, т.е., если увеличить скорость движения объекта, увеличивается и его масса. Отсюда следует вывод, что одна часть энергии затрачивается на изменение массы, а другая – на увеличение скорости. Это объясняет тот факт, что на деле путешествие во времени, о котором говорилось в предыдущем разделе, невозможно. Судите сами: чем больше скорость корабля, тем труднее его подтолкнуть. В итоге, приближаясь к скорости света, он достигает таких показателей, что никакая энергия вселенной не сможет его передвинуть.

Подведем итог

Почему теория относительности носит такое название?

Если скорость объекта приближается к скорости света, то его время замедляется, а пространство сжимается. Но эти показатели относительны наблюдателя, т.е. так он видит картину со своей стороны. Но для астронавта, который летит в космическом корабле, меняется только масса тела, остальные показатели остаются неизменными. При этом обе точки зрения верны, отсюда и название теории.

Читайте также: