Пространство и время реферат физика

Обновлено: 01.05.2024

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, следовательно, выступают фундаментальными формами существования материи. Классическая физика рассматривала пространственно - временной континуум как универсальную арену динамики физических объектов. Однако развитие неклассической физики ( физики элементарных частиц, квантовой физики и др. ) выдвинуло новые представления о пространстве и времени. Оказалось, что эти категории неразрывно связаны между собой. Возникли разные концепции: согласно одним, в мире вообще ничего нет, кроме пустого искривленного пространства, а физические объекты являются только проявлениями этого пространства. Согласно другим, пространство и время присущи лишь макроскопическим объектам.

Как видно, современная физика настолько разрослась и потеряла единство, что в ее различных разделах существуют прямо противоположные утверждения о природе и статусе пространства и времени. Этот факт требует тщательного исследования, так как может показаться, что представления современной физики противоречат фундаментальным положениям диалектического материализма.

Правда, следует отметить, что в современной физике речь идет о пространстве и времени как о физических понятиях, как о конкретных математических структурах, наделенных соответствующими семантическими и эмпирическими интерпретациями в рамках оределённых теорий, и что выяснение макроскопичности подобных структур не имеет прямого отношения к положению диалектического материализма об универсальности пространства и времени, так как в этом речь идет уже о философских категориях.

Начинать исследование целесообразно с представлений античной натурфилософии, анализируя затем весь процесс развития пространственно - временных представлений вплоть до наших дней.

ДДДДДДДДД (*) Ленин В.И. ПСС, т. 18, с. 181.

1. РАЗВИТИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО - ВРЕМЕННЫХ

ПРЕДСТАВЛЕНИЙ В КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ.

В анализе античных доктрин о пространстве и времени остановимся на двух: атомизме Демокрита и системе Аристотеля.

Атомистическая доктрина была развита материалистами Древней Греции Левкиппом и Демокритом. Согласно этой доктрины, 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. Атомы не возникают и не уничтожаются, их вечность проистекает из безначальности времени. Атомы двигаются в пустоте бесконечное время. Бесконечному пространству соответствует бесконечное время.

Сторонники этой концепции полагали, что атомы физически неделимы в силу плотности и отсутствия в них пустоты. Множество атомов, которые не разделяются пустотой, превращаются в один большой атом, исчерпывающий собой мир.

Сама же концепция была основана на атомах, которые в сочетании с пустотой образуют всё содержание реального мира. В основе этих атомов лежат амеры ( пространственный минимум материи ). Отсутствие у амеров частей служит критерием математической неделимости. Атомы не распадаются на амеры, а последние не существуют в свободном состоянии. Это совпадает с представлениями современной физики о кварках.

Характеризуя систему Демокрита как теотию структурных уровней материи - физического ( атомы и пустота ) и математического ( амеры ), мы сталкиваемся с двумя пространствами: непрерывное физическое пространство как вместилище и математическое пространство, основанное на амерах как масштабных единицах протяжения материи.

В соответствии с атомистической концепцией пространства Демокрит решал вопросы о природе времени и движения. В дальнейшем они были развиты Эпикуром в систему. Эпикур рассмотривал свойства механического движения исходя из дискретного характера пространства и времени. Например, свойство изотахии заключается в том, что все атомы движутся с одинаковой скоростью. На математическом уровне суть изотахии состоит в том, что в процессе перемещения атомы проходят один "атом" пространства за один "атом" времени.

Таким образом, древнегреческие атомисты различали два типа пространства и времени. В их представлениях были реализованы

4 субстанциальная и атрибутивная концепции.

Аристотель начинает анализ с общего вопроса о существовании времени, затем трансформирует его в вопрос о существовании делимого времени. Дальнейший анализ времени ведётся Аристотелем уже 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 реализована реляционная концепция. 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.

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 конечном неоднородном пространстве, центр которого совпадал с центром Земли. Космос был разделен на земной и небесный уровни. Земной состоит из четырёх стихий - земли, воды, воздуха и огня; небесный - из эфирных тел, пребывающих в бесконечном круговом движении. Эта модель просуществовала около двух тысячелетий.

Однако в системе Аристотеля были и другие положения, которые оказались более жизнеспособными и во многом определили развитие науки вплоть до настоящего времени. Речь идёт о логическом учении Аристотеля на основе которого были разработаны первые научные теории, в частности геометрия Евклида.

В геометрии Евклида наряду с определениями и аксиомами встечаются и постулаты, что свойственно больше физике, чем арифметике. В постулатах сформулированы те задачи, которые считались решёнными. В таком подходе представлена модель теории, которая работает и сегодня: аксиоматическая система и эмпирический базис связываются операционными правилами. Геометрия Евклида является первой логической системой понятий, трактующих поведение каких-то природных объектов. Огромной заслугой Евклида является выбор в качестве объектов теории

5 твёрдого тела и световых лучей.

Г.Галилей вскрыл несостоятельность аристотелевской картины мира как в эмпирическом, так и в теоретико-логическом плане. С помощью телескопа он наглядно показал насколько глубоки были революционные представления Н. Коперника, который развил гелиоцентрическую модель мира. Первым шагом развития теории Коперника можно считать открытия И.Кеплера: 1. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. 2. Площадь сектора орбиты, описуваемая радиус-вектором планеты, изменяется пропорционально времени. 3. Квадраты времён обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от Солнца.

Галилей, Декарт и Ньютон рассматривали различные сочетания концепций пространства и инерции: у Галилея признаётся пустое пространство и круговое инерциальное движение, Декарт дошёл до идеи прямолинейного инерциального движения, но отрицал пустое пространство, и только Ньютон объединил пустое пространство и прямолинейное инерциальное движение.

Для Декарта не характерен осознанный и систематический учёт относительности движения. Его представления ограничены рамками геометризации физических объектов, ему чужда ньютоновская трактовка массы как инерциального сопротивления изменению. Для Ньютона же характерна динамическая трактовка массы, и в его системе это понятие сыграло основопологающую роль. Тело сохраняет для Декарта состояние движения или покоя, ибо это требуется неизменностью божества. То же самое достоверно для Ньютона вследствие массы тела.

Понятия пространства и времени вводятся Ньютоном на начальном уровне изложения, а затем получают своё физическое содержание с помощью аксиом через законы движения. Однако они предшествуют аксиомам, так как служат условием для реализации аксиом: законы движения классической механики справедливы в инерциальных системах отсчёта, которые определяются как системы, движущиеся инерциально по отношению к абсолютному пространству и времени. У Ньютона абсолютное пространство и время являются ареной движения физических объектов.

После выхода в свет "Начал" Ньютона физика начала активно развиваться, причём этот процесс происходил на основе механистического подхода. Однако, вскоре возникли разногласия между механикой и оптикой, которая не укладывалась в классические представления о движении тел.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.

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.

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.

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.

Естественнонаучные представления о пространстве и времени прошли длинный путь становления и развития. Самые первые из них возникли из очевидного существования в природе и в первую очередь в макромире твердых физических тел, занимающих определенный объем. Здесь основными были обыденные представления о пространстве и времени как о каких-то внешних условиях бытия, в которые помещена материя и которые сохранились бы, если бы даже материя исчезла.

Содержимое работы - 1 файл

КСЕ.doc

1. Концепция пространства и времени в современной физике.

1.1. Теория относительности А. Эйнштейна.

Современное понимание пространства и времени было сформулировано в теории относительности А. Эйнштейна, по-новому интерпретировавшей реляционную концепцию пространства и времени и давшей ей естественнонаучное обоснование.

Специальная теория относительности, созданная в 1905 г. А. Эйнштейном, стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галилея - Ньютона и электродинамики Максвелла - Лоренца.

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.

Специальная теория относительности базируется на расширенном принципе относительности Галилея. Кроме того, она использует еще одно новое положение: скорость распространения света (в пустоте) одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

1.2. Форма бытия материи - пространство-время.

Итак, теория относительности показала единство пространства и времени, выражающееся в совместном изменении их характеристик в зависимости от концентрации масс и их движения. Время и пространство перестали рассматриваться независимо друг от друга и возникло представление о пространственно-временном четырехмерном континууме.

2. Биосфера Земли.

1. В. И. Вернадский и учение о биосфере.

Самый высокий уровень организации жизни на Земле - биосфера. Этот термин появился в конце XIX в. и характеризует область активной жизни, охватывающую нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В. И. Вернадский создал учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов, включая человека, является геохимическим фактором планетарного масштаба и значения. Он выделял в биосфере косное (солнечная энергия, почва и т. д.) и биокосное (органическое) вещества.

В/атмосфере наиболее заселен слой толщиной до 50 метров. Вынос микроорганизмов на высоты более 15 км возможен конвекционными потоками. За верхнюю границу биосферы условно принимается озоновый слой (около 10-15 км), выше него мощный поток ультрафиолетового излучения убивает, вероятно, все живое.

Нижняя граница распространения живых организмов в литосфере определяется температурой. По современным представлениям, живые организмы могут жить при температурах до 100°С. Однако этот фактор может быть несущественным.

Наиболее всеобъемлющей является биогеохимическая концепция биосферы, сформулированная В. И. Вернадским. В этой концепции основу биосферы как геологической оболочки составляет живое вещество, понимаемое как совокупность химических элементов, сосредоточенных во всех живых организмах, вместе взятых.

2.2. Основные биогеохимические принципы эволюции биосферы.

Три основных биогеохимических принципа эволюции биосферы как целостного образования, сформулированы В. И. Вернадским.

Первый принцип вытекает из факта устойчивости геологических процессов в ходе исторического времени и состоит в том, что биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному значению.

Вовлекая неорганическое вещество в биотический круговорот, живое способно со временем проникать в ранее недоступные области и увеличивать перерабатывающую активность.

Другим проявлением этого принципа можно считать постоянство среднего химического состава живого вещества с момента его формирования по настоящее время.

Второй принцип связывает воедино эволюцию в целом биосферы и отдельных видов. Эволюция видов, приводящая в ходе геологического развития к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию составляющих биосферы. Этот принцип задает правило направленности эволюционных изменений органического мира. Появление человека есть закономерный процесс, так как выделение его из животного мира связано с резким ростом процесса переработки окружающей среды.

Третий принцип основывается на геометрической прогрессии размножения живых организмов. В соответствии с ним в течение всего геологического времени заселение планеты должно быть максимально возможным для всего живого вещества.

Вернадский предложил рассматривать скорость заселения земной поверхности тем или иным видом как характеристику его геохимической функции. Чем больше скорость заселения, тем сильнее вид перерабатывает окружающую среду. Учитывая исключительно высокие темпы размножения живых организмов, этот принцип можно интерпретировать как правило полной заселенности Земли в любое геологическое время.

Эта функция живого вещества ставит биосферу в особое положение в структуре геологических оболочек.

3. Концепция самоорганизации. Синергетика и неравновесная термодинамика.

3.1. Основные понятия и принципы синергетики

Синергетика как понятие означает совместное, согласованное, кооперативное действие, сотрудничество, взаимодействие различных элементов системы. По словам ее создателя - немецкого физика Германа Хакена (род. в 1927 г.), который занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем самой различной природы - электронов, атомов, молекул, клеток, механических элементов, фотонов, органов животных и даже людей, это наука о самоорганизации, о превращении хаоса в порядок.

Объект изучения синергетики независимо от его природы обязан удовлетворять следующим требованиям:

1) открытость - обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой (реализуется т.н. процесс метаболизма);

2) существенная неравновесность - при определенных значениях параметров, характеризующих систему, она переходит в критическое состояние, сопровождаемое потерей устойчивости;

3) выход из критического состояния, часто под воздействием малых флуктуации (случайное отклонение величины от ее среднего значения) осуществляется через скачок, т.е. резко, и система переходит в качественно новое состояние с более высоким уровнем упорядоченности.

Скачок - это крайне нелинейный процесс, при котором малые изменения параметров системы (обычно они называются управляющими) вызывают очень сильное изменение состояния системы, ее переход в новое качество.

Такие критические точки, вблизи которых система ведет себя неустойчиво и осуществляет смену режима развития или движения, называют точками бифуркации. Обнаружение феномена бифуркации ввело в физику элемент исторического подхода.

Любое описание системы, претерпевшей бифуркацию, требует включения как вероятностных представлений, так и классического детерминизма (линейного и однозначного). Находясь между двумя точками бифуркации, система развивается закономерно, тогда как вблизи точек бифуркации существенную роль играют флуктуации, которые и определяют, какой из путей дальнейшего развития выберет система.

3.2. Понятие энтропиию

В науке XVII-XIX вв. доминировала механистическая парадигма. В ней все процессы пытались объяснить путем сведения их к законам механического движения материальных частиц.

Предполагалось, что их положение и скорость движения будут точно и однозначно определенными в любой момент в прошлом, настоящем и будущем, если заданы их начальное положение и скорость.

Следовательно, в таком механическом описании время не играет никакой роли, поэтому его знак можно менять на обратный. Вследствие этого подобные процессы стали называть обратимыми.

В некоторых случаях, когда речь идет о немногих и относительно изолированных друг от друга телах и системах, такой абстрактный подход может оказаться целесообразным и полезным. Однако в большинстве реальных случаев приходится учитывать изменение систем во времени, т.е. иметь дело с необратимыми процессами.

Впервые такие процессы стали изучаться в термодинамике, которая начала исследовать принципиально отличные от механических тепловые явления.

Тепло передается от нагретого тела к холодному, а не наоборот. С течением времени оно равномерно распределяется в теле или окружающем пространстве.

Читайте также: