Свойства пространства и времени с точки зрения современной науки

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ВСЕРОССИЙСКИЙ  ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ» (ВЗФЭИ)		ALL-RUSSIAN DISTANCE INSTITUTE OF FINANCE & ECONOMICS
Филиал ВЗФЭИ  в г. Архангельске

Кафедра ФНО

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

 

Вариант № 15

 

студента	Прусак Оксана Леонидовна
Номер личного дела	11флд40774
Специальность	ФНО
Курс	-
Группа	22
Форма обучения
Руководитель	Преподаватель: Шубина Т.Ф.

 

 

 

 

 

 

Архангельск 2012

 

Свойства пространства и времени

с точки зрения современной  науки

 

План

 

1. Основные характеристики пространства и времени с позиции современного научного познания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3

 

2.  Межнаучный характер пространственно-временных представлений в современной науке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  5

 

3. Значение понятий пространства и времени не только для естественных, но и для гуманитарных наук . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

 

Список использованной литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные характеристики пространства и времени с позиции   современного научного познания

 

  Пространство и время как всеобщие и необходимые формы бытия материи являются фундаментальными категориями в современной физике и других науках. Физические, химические и другие величины непосредственно или опосредованно связаны с измерением длин и длительностей, т.е. пространственно-временных характеристик объектов. Поэтому расширение и углубление знаний о мире связано с соответствующими учениями о пространстве и времени.

  К основным свойствам пространства и времени современная наука относит прежде всего объективность и реальность, т.е. они существуют независимо от сознания людей и познания ими этой объективной реальности. Однако в истории науки и философии существовал и другой взгляд на пространство и время – пространство и время не присущи самим вещам, а зависят от познающего субъекта. Эта точка зрения отстаивается сторонниками философии И.Канта.

  Пространство и время являются также универсальными, всеобщими формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени.

  Важным свойством пространства является его трехмерность. Положение любого предмета может быть точно определено только с помощью трех независимых величин – координат. В прямоугольной декартовой системе координат это – X, Y,Z, называемые длиной, шириной, высотой. В сферической системе координат – радиус-вектор r и углы a и b . В цилиндрической системе – высота z, радиус-вектор и угол a.

  В науке используется понятие многомерного пространства (n-мерного). К реальному пространству оно не имеет отношения. Каждая координата, например 6-мерного пространства может указывать на какое-либо свойство рассматриваемой физической реальности: температуру, плотность, скорость, массу и т.д. В последнее время была выдвинута гипотеза о реальных 11 измерениях в области микромира в первые моменты рождения нашей Вселенной: 10 –пространственных и одно – временное. Затем из них возникает – 4-мерный континуум (лат. continuum – непрерывное, сплошное).

  В отличие от пространства, в каждую точку которого можно снова и снова возвращаться (и в этом отношении оно является как бы обратимым), время – необратимо и одномерно.  Оно течет из прошлого через настоящее к будущему. Нельзя возвратиться назад в какую-либо точку времени, но и нельзя перескочить через какой-либо промежуток времени в будущее. Время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей. Некоторые утверждают что направленность и необратимость времени определяются причинной связью, так как причина всегда предшествует следствию. Но очевидно, что понятие предшествования уже предполагает время.

Пространство обладает свойством однородности и изотропности, а время – однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность – в равноправии всех направлений. Во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчета, любую можно принимать за начальную.

Связь между свойствами пространства, времени и законами сохранения установила немецкий математик  Эмми Нётер (1882-1935). Если свойства системы  не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон  сохранения. Она сформулировала и доказала названную впоследствии ее именем фундаментальную теорему математической физики: из однородности пространства и времени следуют соответственно импульса и энергии, а из изотропности пространства – закон сохранения момента импульса.

 

 

 

 

 

2.  Межнаучный характер пространственно-временных представлений в  современной науке

 

  Исследуя основные характеристики пространства и времени с позиции   современного научного познания мы уже столкнулись с тем, как широко эти формы существования материи применяются в исследованиях таких наук как физика, математика. Категории пространства и времени применяются также в космологии, химии, науке о микромире и других.

  Так для характеристики однонаправленности и необратимости времени английский астрофизик А.Эддингтон (1882-1944)  в 1928 году ввел понятие стрелы времени. Оно применимо к описанию таких природных процессов, которые протекают спонтанно, самопроизвольно и только в одном направлении. К ним относится большинство реальных физических процессов (теплопередача, теплообмен, диффузия, вязкость, распад элементарных частиц, процессы трения), а также процессы космической, химической и психологической эволюции. При описании этих процессов в современной научной картине мира принято различать три стрелы времени: 1) термодинамическую, 2) психологическую, 3) космологическую.

  Термодинамическая стрела времени характеризует то направление времени, в котором энтропия (мера внутренней неупорядоченности системы) возрастает. Реальные процессы всегда необратимы.  Максимально возможное значение энтропии замкнутой системы достигается в тепловом равновесии.

  Психологическая стрела времени связана с особенностями восприятия длительности протекающих в мире процессов органами чувств человека. Она позволяет установить различие между прошлым, настоящим и будущим и характеризует направленность времени от прошлого к будущему. При этом нельзя отождествлять процедуру измерения времени с самим временем [4, с. 62].

  Космологическая стрела времени определяет направление эволюции нестационарной, неравновесной Вселенной. Согласно современной космологической модели Фридмана-Хаббла, Вселенная расширяется, а не сжимается. По предположению американского физика Р.Дикке, Вселенная расширяется не в пустоту, а в среду, уже заполненную элементарными частицами. Они вступают во взаимодействие с нашей Вселенной и в процессе расширения Вселенной оказываются в ней. Так происходит, по мнению Дикке, пополнение нашей Вселенной «новой материей» [1, с. 124].

Во второй половине ХХ в. с появлением синергетики и физики неравновесных процессов появилась возможность математическим путем объяснить существование стрелы времени. При этом синергетика исходит из следующих положений:

1. Все системы, допускающие несводимое вероятностное описание, будут считаться хаотическими, так как эти системы можно описать не в терминах отдельных траекторий, а только в терминах пучков (ансамблей) траекторий.

2. Хаос позволяет включить стрелу времени в фундаментальное описание материальных систем.

3. Вероятностное описание системы в терминах пучка (ансамбля) траекторий невозможно и не может быть применимо к отдельной траектории. В таком необратимом вероятностном описании прошлое и будущее играют различные роли. [8, с. 9]

Различные виды симметрии  в природе – предмет теоретических исследований разных свойств материальных объектов микро-, макро- и мегамира с применением сложного и абстрактного математического аппарата теории групп. Значительный вклад в ее развитие внес французский математик Эварист Галуа (1811-1832). С помощью теории групп российский минералог и кристаллограф Е.С.Федоров (1853-1919) предложил классификацию правильных пространственных систем точек, составляющую основу современной кристаллографии. С учетом симметрии пространства и времени в результате решения уравнения общей теории относительности российский математик и геофизик А.А.Фридман (1888-1925) предсказал расширение Вселенной.

Особо следует сказать  о структуре микро- и мегапространства. Микропространство является квантованным, ему присуща ячеистая структура. Специфика микропространства связана и существованием виртуальных частиц, взаимным превращением элементарных частиц. В микромире действует больше, чем в макромире, законов сохранения. Одна и та же элементарная частица может подчиняться нескольким законам сохранения [5, с.25].

В мега мире метрические  свойства пространства зависят от распределения  полей тяготения. Чем больше поле тяготения, тем сильнее сокращается  протяженность пространственных объектов. При этом пространство оказывается не плоским, а приобретает кривизну. Кривизна пространства увеличивается по мере приближения к областям с повышенной плотностью материи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Значение понятий пространства и времени не только для естественных, но и для гуманитарных наук

 

В современной науке  используются понятия биологического, психологического и социального  пространства и времени. Эти понятия введены в связи с особенностями проявления пространственно-временных свойств нефизических объектов. Метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства пространства и времени в таких объектах могут существенно отличаться.

Так, 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 (1863-1945). Специфику биологического пространства  он связывал с важнейшим отличительным признаком живого – наличием ассиметричности пространственной структуры органических молекул^*. Из особенностей биологического пространства Вернадский выводил и особенности протекания, в том числе прерывности и непрерывности, биологического времени. Оно является определенным параметром состояния живого вещества. Вернадский объединяет его в единое биологическое пространство-время и связывает с ним процессы смены поколений, старения многоклеточных организмов, а также смерть как разрушение пространства-времени тел организмов. [2, с.62]

Как установила современная  биохимия, все живое,  в отличие  от неживого, обладает фундаментальным  свойством: белки содержат только «левые»  аминокислоты, а нуклеиновые кислоты  – только «правые» сахара. Эта особенность пространственной асимметрии живого известна в современной науке под названием хиральности (от греч.heir – рука).

 

^* - Асимметрия – отсутствие у органических объектов свойства быть зеркально симметричными; у неорганических объектов строение молекул симметрично.

 

Возникновение хиральной  чистоты живого, как подтверждают современные научные исследования, произошло на определенном этапе  эволюции природы. На этом этапе под  воздействием пока неизвестных науке  причин наступило полное разрушение зеркальной симметрии предбиологической среды. И только затем началось образование коротких нуклеотидных цепочек – простейших нитей будущих ДНК и РНК.

Наиболее ярко отличия  пространственно-временных свойств  проступают на следующем этапе эволюции, когда под действием поисковой и трудовой деятельности, перестройки физиологических механизмов деятельности мозга, происходит становление человеческой психики. Одновременно идет формирование нового феномена – психологического пространства и времени. Моторное поле психики индивида создается посредством поисковых движений. На основе этих движений в психике индивида и его психомоторике формируется обобщенный образ пространства: криволинейность, отсутствие жесткой привязки координат к координатам внешнего физического пространства, относительное безразличие к положению, преобладание топологии над метрикой, отсутствие право-левосторонней симметрии. При этом поиск и опробование будущих предметных действий индивид осуществляет посредством идеальных образов, которые строятся на основе речевого общения с помощью таких психических процессов, как ощущение, восприятие, память, мышление. Благодаря идеальным образам индивид обретает способность выходить за рамки данного мгновения, перемещаться в прошлое и будущее, во времени и пространстве как на осознаваемом уровне (в уме), так и на бессознательном – в сновидениях и галлюцинациях.

В наибольшей степени  особенности психологического пространства и времени проявляются на бессознательном  уровне. Впервые систематическое исследование сновидений как основной содержательной структуры психологического пространства и времени предпринял основоположник психоанализа З.Фрейд (1856-1939).Он выявил неоднородность психологического пространства сновидений, его асимметрию, символизм, смещение. Бессознательное не знает жизни и смерти, оно живет всевременно, т.е. одновременно прошлым, настоящим и будущим. Особенности психологического пространства и времени проявляются и на уровне коллективного бессознательного. Одни и те же повторяющиеся психические переживания индивида не подчиняются законам времени, пространства и причинности. Существует также синхронизм психических процессов, состоящий в одновременном параллельном проявлении одинаковых психических переживаний у двух или нескольких личностей.