Концепция относительности пространства-времени

    К общим свойствам пространства относятся:

    1. Протяженность - рядоположенность, существование и связь различных элементов (точек, отрезков, объемов и др.), возможность прибавления к каждому данному элементу некоторого следующего элемента либо возможность уменьшения числа элементов. Протяженность тесно связана со структурностью материальных объектов, обусловлена взаимодействием между составляющими тела элементов материи. Непротяженные объекты не обладали бы структурой, внутренними связями и способностями к изменениям, из них не могли бы образовываться никакие системы.

    2. Связность и непрерывность - проявляются в характере перемещения тел от точки к точке, в распространении воздействий через различные материальные поля в виде близкодействия в передаче материи и энергии. Связность означает отсутствие каких-либо “разрывов” в пространстве и нарушений в распространении воздействий в полях. Вместе с тем пространству свойственна относительная прерывность, проявляющаяся в раздельном существовании материальных объектов и систем, имеющих определенные размеры и границы, в существовании многообразных структурных уровней материи с различными пространственными отношениями.

    3. Трехмерность - общее свойство пространства. обнаруживающееся на всех известных  структурных уровнях, органически  связано со структурностью систем и их движением. Все материальные процессы и взаимодействия реализуются в пространстве трех измерений (длина, ширина, высота). В одномерном или двумерном пространстве (линия, плоскость) не могли бы происходит взаимодействия частиц и полей. Три измерения являются тем необходимым и достаточным минимумом, в рамках которого могут осуществляться все типы взаимодействий материальных объектов.

    4. Пространству на всех известных  структурных уровнях материи  присуще единство метрических и топологических свойств. Метрические свойства проявляются в протяженности и характере связи элементов тел. метрика может быть различной - евклидовой и неевклидовой, причем возможно много разновидностей неевклидовых пространств с различными значениями кривизны. Топологические свойства характеризуют связность, трехмерность, непрерывность, неоднородность, бесконечность пространства, его единство со временем и движением.

    Общие свойства времени:

    1. Длительность - выступает как последовательность  сменяющих друг друга моментов  или состояний, возникновение  за каждым данным интервалом времени последующих. Длительность предполагает возможность прибавления к каждому данному моменту времени другого, а также возможность деления любого отрезка времени на меньшие интервалы. Длительность обусловлена сохранением материи и ее атрибутов, единством устойчивости и изменчивости в мире. Никакой процесс в природе не может происходить сразу, мгновенно, он обязательно длится во времени, что обусловлено конечной скоростью распространения взаимодействий и изменения состояний. Аналогично протяженности пространства длительность относиться к метрическим свойствам. Отсутствие же всякой длительности, связанное, например, с состоянием материи типа сингулярности (объект с бесконечной плотностью, гравитационным полем и точечными размерами), означало бы, что материя в этом состоянии не обладает способностью к сохранению и последовательной смене состояний, что равносильно отрицанию всякого материального бытия.

    2. Длительность бытия объектов  во времени выступает как единство  прерывного и непрерывного. Сохраняемость  материи и непрерывная последовательность ее изменений, близкодействие в причинных отношениях определяют и общую непрерывность времени, проявляющуюся в непрерывном переходе предшествующих состояний в последующие. Прежде чем произойдет какое-либо явление в будущем, должны осуществиться все предшествующие ему изменения, которые его вызывают. Но время как форма бытия материи складывается из множества последовательностей и длительностей существования конкретных объектов, каждый их которых существует конечный период. Поэтому время характеризуется прерывностью бытия конкретных качественных состояний. Но эта прерывность относительна, так как между всеми сменяющими друг друга качествами имеется внутренняя связь и непрерывный переход.

    Всеобщим  свойством времени является необратимость, означающая однонаправленное изменение от прошлого к будущему. Прошлое порождает настоящее и будущее, переходит в них. К прошлому относятся все те события, которые уже осуществились и превратились в последующие. Будущие события - это те, которые возникают из настоящих и непосредственно предшествующих им событий. Настоящее охватывает все те объекты, системы и процессы, которые реально существуют и способны к взаимоотношению между собой. Взаимодействие возможно лишь при одновременном сосуществовании объектов. Объекты, сосуществовавшие в прошлом, но перешедшие в другие последующие состояния материи, уже недоступны никакому воздействию. На прошлое физически воздействовать невозможно, можно только изменить представление о прошлом в сознании реально существующих людей. На отдаленное будущее также нельзя воздействовать, пока оно не возникает, поскольку реально оно еще не существует. Воздействовать можно на события настоящего и на те ближайшие события будущего, которые из них непосредственно вытекают. Понятие настоящего многозначно (как и понятие современности), ибо охватывает различные временные интервалы. Так, для человека предельно суженное настоящее - это сиюсекундное переживание, фиксируемое с большим трудом. Все, что было до него, относится к прошлому, все последующее - к будущему. Но это настоящее может быть расширено, в зависимости от сопоставляемых интервалов и масштабов события, до часа, дня, года и большего отрезка времени, как и понятие современности.

    Для объективно существующих систем настоящее время охватывает тот интервал, в течение которого они физически могут взаимодействовать между собой путем обмена материей и энергией. Если бы скорость распространения воздействий была бесконечной, то это настоящее представляло бы собой сколь угодно малый миг, дающий мгновенное сечение всех событий во Вселенной - настоящих, прошлых и будущих. Но скорость распространения воздействий всегда конечна и не превышает скорости света в вакууме. Поэтому физически проявляющееся во взаимодействиях настоящее материальных систем охватывает тот временной интервал, в течение которого они способны провзаимодействовать. Для элементарных частиц это будут очень малые отрезки, но для Галактики они возрастут до сотни тысяч лет, а в больших системах они будут еще более значительными. Внутри этого настоящего для больших систем могут укладываться события прошлого, настоящего и будущего малых систем, существующих намного меньшее время, например, жизни конкретных поколений людей. Мы сейчас воспринимаем свет от далеких галактик, испущенный миллионы лет назад. То, что для нас воспринимается как настоящее, для этих галактик является уже прошлым. Может быть, некоторые из этих звезд уже не существуют, а вспыхнув как сверхновые, превратились затем в пульсары или черные дыры. Но при этом можно быть уверенным, что от событий и систем будущего никаких воздействий и информации не может поступать, ибо эти системы еще не возникли, не обладают реальным существованием. Действие всегда происходит только в одном направлении: от прошлого к настоящему и от него к будущему, но никогда наоборот.

    Какие причины лежат в основе асимметрии и необратимости времени ? Сегодня  их связывают с процессами самоорганизации  материи, законами неравновесной термодинамики. Обратное движение времени означало бы обращение вспять всех процессов развития в мире и причинных отношений, что привело бы к нарушению закона причинности. Наглядной иллюстрацией обратного хода времени могут служить события на киноэкране при движении киноленты в обратном направлении. Здесь нарушаются все законы развития, причинности.

    Необратимость времени, неэквивалентность прошлого и будущего во все большей мере осознаются различными науками. Раньше считалось, что все физические законы инвариантны относительно замены знака  времени, поскольку время в уравнениях квантовой и классической механики берется в квадрате. Это наводило на мысль, что все физические процессы могут происходить одинаково как в прямом, так и в обратном направлении. Но за последние годы были открыты процессы, демонстрирующие необратимость изменений в микромире: распады неустойчивость частиц (нейтронов, мезонов) с излучением нейтрино. Установлено, что и протоны могут распадаться за период времени порядка 1031 лет.

    4. Одновременность времени проявляется  в линейной генетически связанных между собой. Если для определения положения тела в пространстве необходимо задать три координаты, то для определения времени достаточно одной. Если бы время имело не одно, а два, три и больше измерений, то это означало бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с ним миры - двойники, в которых те же самые события разворачивались бы в одинаковой последовательности.

    Рассмотрим  теперь специфические и локальные  пространственно - временные свойства систем. К пространственным свойствам относятся:

    1. Контрольные пространственные формы  тел, их положение в пространстве по отношению друг к другу, скорость пространственного перемещения, размеры тел.

    2. Наличие у них внутренней симметрии  или асимметрии. Различные виды  симметрии (речь идет о них пойдет ниже) свойственны как макромиру, так и микромиру, являясь фундаментальным свойством неживой природы. Живому веществу присуще свойство пространственной асимметрии, которым обладает молекула живого вещества.

    3. Изотропность и неоднородность  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 также полная однородность свойственна лишь абстрактному евклидному пространству и является идеализацией. Реальное пространство материальных систем неоднородно, различается метрикой и значениями в зависимости от распределения тяготеющих масс.

    По  отношению ко времени специфическими являются такие свойства:

    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. Но каждая относительно меньшая материальная система существует и движется в пространстве и во времени большей системы, и между ними существует двусторонняя взаимосвязь.

    Некоторые авторы в качестве самостоятельных  выделяют биологическое и социальное пространство и время, индивидуальное, психологическое, художественное историческое и т.д.

    Основания для этого есть.

    В биологических системах есть специфические  пространственно - временные свойства: асимметрия расположения атомов в молекулах белка и нуклеиновых кислот, собственные временные ритмы и темпы изменения внутриорганизменных и надорганизменных биосистем, взаимосвязь и синхронизация ритмов друг с другом, а также с вращением Земли вокруг оси и сменой времен года.

    Так же и в обществе есть специфические  пространственные отношения между  его элементами, собственные ритмы  и темпы изменения в различных сферах общественной жизни, проявляется ускорение темпов развития с прогрессом науки и техники.

    Но  во всех этих и других системах проявляются  указанные выше всеобщие свойства пространства и времени и большинство их общих свойств. 

    Заключение 

    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.

    Теория  относительности основана на основных постулатах:

    1. Принцип относительности: все  законы природы одинаковы во  всех инерциальных системах отсчета;

    2. Принцип постоянства скорости  света: скорость света в пустоте одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от движения источников и приемников света.

    Отсюда  можно сделать вывод об основных результатах к которым приходит теория относительности:

    - относительность свойств пространства-времени;

    - относительность массы и энергии;

    - эквивалентность тяжелой и инертной  масс. 

    Список  используемой литературы 

    1. Т.Г. Грушевицкая Концепция современного  естествознания. - М.1998.

    2. Концепция современного естествознания / под ред. В.Н. Лавриненко -М. 1997.

    3. А.А. Горелов Концепция современного  естествознания. - М. 1998.

    4. Еремеева А.И. Астрономическая  картина мира и ее творцы. -М. 1984.

    5. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция  физики.

    6. Рейхенбах Г. Философия пространства  и времени. - М. 1985.

    7. Эйнштейн А. Сборник научных  трудов. Т. II -М. 1966. 

    План 

    Введение

    I. Развитие представлений о пространстве  и времени.

    II. Теория относительности.

    III. Единство и многообразие свойств  пространства и времени.

    Заключение 

    1 Еремеева А. И. Астрономическая картина мира и ее творцы. - М.: Наука, 1984. С. 157

    2 Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюйия  физики. -С. 130.

    3 Там же. - С. 126.

    4 Рейхенбах Г. Философия пространства  и времени. - М.: Наука, 1985. С. 225.

    5 Эйнштейн А. Сборник научных  трудов Т II. М, 1966. С.243