Пространство и время - основные формы существования материи

     РЕФЕРАТ 

     по  ФИЗИКЕ 

     на  тему:  

     «Пространство и время – основные формы существования  материи» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      План: 

1. Введение……………………………………………………………
2. Основы концепций пространства и времени…………………….

3. Диалектико-материалистическое учение о пространстве и времени……………………………………………………………..

4. Взаимосвязь законов сохранения со свойствами пространства и времени…………………………………………………………..
5. Теория относительности А.Эйнштейна
1. Предпосылки создания теории относительности………
2. Специальная теория относительности…………………..
3. Общая теория относительности…………………………
6. Заключение………………………………………………………...
7. Список литературы………………………………………………..

    Введение.

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

    В данном реферате я делаю попытку рассмотреть фундаментальные категории физической реальности, каковыми являются пространство и время.

    Большую группу философских вопросов физики составляют ее теоретические проблемы, связанные с конкретизацией таких философских категорий, как ”материя”, ”движение”, ”пространство”, ”время”, ”отражение” и т.п. 

    Важно проследить то, как с развитием наук менялось представление об этих категориях и их взаимосвязи, и чем современное понимание этих вещей отличается от представлений древних.

    Основы  концепций пространства и времени.

    О том, что такое пространство и  время, люди задумывались еще в глубокой древности. В наиболее отчетливой форме  представления о пространстве и  времени сложились в виде двух противоположных концепций, названных  впоследствии концепциями Демокрита-Ньютона  и Аристотеля-Лейбница. Первая концепция  допускала существование пространства как некоторой пустоты, не связанной  с материальными предметами. При  этом считалось также, что время  представляет собой самостоятельную  сущность, не связанную с материей и пространством. С точки зрения второй концепции, не мыслились пространство и время, оторванные от вещей. В науке  до конца XIX и начала ХХ в. господствовала первая концепция. Древнегреческие  философы Демокрит, Эпикур, Лукреций Кар  и др. пришли к пониманию пространства как пустоты исходя из своего атомистического  учения. Они считали, что для существования  и движения атомов требуется пустота - некое вместилище, где атомы, сочетаясь  различным образом в движении, образуют многообразие тел. С развитием  классической физики идеи Демокрита  о сущности пространства и времени  были развиты в трудах Бруно, Галилея, Декарта и др. Особенно большой  вклад в этом отношении был  сделан Ньютоном, искавшим при создании классической механики универсальную  систему отсчета, относительно которой  происходит механическое движение тел. В качестве такой универсальной  системы Ньютон и выбрал пространство. По Ньютону, пространство суть пустое абсолютное вместилище, в котором  располагаются все тела как нечто  внешнее по отношению к нему. Все  тела обладают протяженностью независимо от существования других тел. Ньютон полагал, что пространство трехмерно, непрерывно, однородно и изотропно. Его различные части ничем  не отличаются друг от друга, и, значит, пространственные отношения были всюду  одними и теми же и описывались  единой геометрией - геометрией Евклида. Время суть чистая длительность, присущая любому единичному явлению самому по себе. Оно также абсолютно. Абсолютность пространства и времени Ньютоном понималась в двух различных, хотя и  взаимосвязанных, аспектах. Во-первых, "абсолютным пространством" Ньютон называл пустое и неподвижное  по отношению к материи пространство (некое вместилище тел), с которым  связывалась привилегированная  система координат. Во-вторых, термин абсолютности употребляется для  характеристики инвариантности, т.е. неизменности длин отрезков в любых системах отсчета. Аналогично понятие "абсолютное время" характеризовало его, с одной  стороны, как чистую длительность, с  другой стороны, как неизменность (инвариантность) временных интервалов в любых  системах отсчета. Это означало, что  всюду в пространстве существует единое "мировое" время, не зависящее  от выбора системы координат и  взаимного движения тел. Ньютоновские представления о пространстве и  времени удовлетворяли потребностям классической физики, так как была найдена универсальная система  отсчета, относительно которой совершалось  любое механическое движение, - абсолютное пространство.

    Далее рассмотрим кратко сущность второй концепции  пространства и времени. Аристотель, выступая против идеи атомистического  строения мира, отбросил вместе с ней  и идею пустого пространства. С  точки зрения Аристотеля, пространство представляет собой совокупность мест занимаемых телами. Иными словами, пространство - это порядок взаимного расположения множества различных тел, а время - порядок сменяющих друг друга  явлений и состояний тел, т.е. время  связывалось с движением, изменением тел. Дальнейшее развитие вторая концепция  получила в трудах Лейбница, Гюйгенса, Дидро и др. Согласно Лейбницу, пространство и время не могут существовать вне материи и процессов, происходящих в ней. Лейбниц выступал против Ньютоновского  понимания чистой протяженности  и чистой длительности. С точки  зрения диалектического материализма пространство и время неразрывно связаны между собой и с  движущейся материей, формами существования  которой они являются. По этой концепции  бытие вне времени есть такая  же величайшая бессмыслица, как бытие  вне пространства, пространство и  время без материи - пустые представления, абстракции, существующие только в  нашей голове. Конечно, в диалектико-материалистической концепции раскрыта сущность пространства и времени в основном с общефилософских  позиций. Однако с развитием современной  науки ее выводы получили естественно-научное  подтверждение. Научное определение  пространства и времени, и также  более или менее полное раскрытие  их свойств связано с развитием  современной науки, прежде всего  физики и философии. В настоящее  время, как мне кажется, достаточно точно выражается сущность пространства и времени в следующих определениях. "Пространство - это совокупность отношений выражающих координацию  материальных объектов, их расположение друг относительно друга и относительную  величину (расстояние и ориентацию). Пространство выражает порядок расположения одновременно существующих объектов, их протяженность. Время - совокупность отношений, выражающих координацию  сменяющих друг друга состояний (явлений), их последовательность и  длительность". Приведенные определения  носят диалектико-материалистический характер. Они показывают невозможность  дать понятия пространства и времени  в их отрыве от материи, невозможность  их рассмотрения как некоторых абсолютно  самостоятельных сущностей. Здесь  пространство и время не мыслятся иначе, как определенные свойства бесконечной  совокупности материальных объектов. Только через существование последних, благодаря тому, что они обладают протяженностью, размерами, взаимным расположением  друг относительно друга, последовательностью  смены состояний и длительностью  их бытия, мы можем понять, что такое  пространство и время. Зависимость  пространства и времени от материи  определяет и все их основные свойства. При этом следует подчеркнуть, что  хотя они в равной степени есть формы существования материи, однако между ними есть и различия. А  поэтому они имеют ряд свойств, как общих, так и отличающих их друг от друга.

    Общим свойством, во-первых, является их объективность. Поскольку материя не зависит  от сознания людей, постольку пространство и время также независимы от него. В этот вопрос идеалисты внесли путаницу. Так, Беркли считал, что пространство есть не что иное, как сосуществование  ощущений в духе, субъекте; время - последовательность ощущений. По Канту, пространство и  время есть априорные (доопытные) формы  чувственности. Накладываясь на хаос ощущений, эти априорные формы упорядочивают  их в пространстве и времени. Во-вторых, в силу вечности существования материи, вечны пространство и время. Не может  быть такого положения, когда материя  существовала бы или до того, как  появились пространство и время, как после того, как они уже  исчезли. С попытками мыслить  пространство и время как имеющими начало или конец мы встречаемся  у Гегеля, Дюринга и др. У Гегеля природа развертывается сначала  в пространстве, а затем уже  во времени. А следуя Дюрингу, необходимо вообще признать, что было время, когда  времени не было. Третьим свойством  пространства и времени является их бесконечность и безграничность. В применении к пространству безграничность означает, что в какую бы сторону  и на какое бы расстояние ни двигаться, нигде и никогда мы не достигнем  такой границы, которую можно  считать пределом. Бесконечность  пространства проявляется в том, что как бы велики не были размеры  системы, всегда найдется такая система  большего порядка, которая будет  включать в себя первую систему в  качестве одного из своих элементов. Относительно времени безграничность и бесконечность проявляются в отсутствии событий, после которых уже не будет никакой длительности, не будет неисчислимого количества процессов, следующих один за другим. В-четвертых, пространство и время обладают свойствами абсолютности и относительности. Причем абсолютность здесь мыслится не в ньютоновском смысле. Она проявляется в том, что, независимо от смены явлений, от любых изменений в материальных телах, пространство и время объективно существуют. Иначе говоря, ни один материальный объект, какими бы он свойствами ни обладал, не может оказаться вне времени и пространства. Вместе с тем свойства пространства и времени могут изменяться с изменением свойств материи. Например, в зависимости от материальных условий может изменяться кривизна пространства (что нашло отразилось в создании неевклидовых геометрий). Эйнштейн показал, что в разных инерциальных системах отсчета длины отрезков и промежутки времени различны. Эти примеры свидетельствуют об относительности пространства и времени. Важным свойством является то, что пространство и время непрерывны и вместе с тем прерывны (дискретны). Непрерывность пространства и времени выражается в том, что между любыми двумя элементами пространственной протяженности всегда существует такой элемент протяженности, который соединяет оба первых в единую пространственную протяженность. Точно так же между двумя любыми временными интервалами всегда найдется третий, соединяющий их в единую временную длительность. Прерывность пространства и времени заключается в том, что они включают элементы, различающиеся по своим внутренним свойствам, по структуре, т.е. по своим качественным характеристикам.

    Отметим еще одно общее свойство пространства и времени. Этим свойством является их внутренняя противоречивость. Предыдущие два свойства являются примерами  ее проявления. Бесконечность пространства и времени складывается соответственно из конечных длительностей отдельных  процессов. Какие же свойства отличают пространство и время друг от друга? Частным свойством пространства является его трехмерность. Она выражается, во-первых, в том, что тело в пространстве сможет перемещаться в любом направлении: вверх, вниз, вправо, влево, вперед, назад. Во-вторых, все материальные тела обладают трехмерной пространственной формой - протяженностью в длину, ширину и  глубину. Математически трехмерность пространства выражается во взаимооднозначном  соответствии между его точками  и тройками чисел – их координатами в заданной произвольной системе  координат. Время, в отличие от пространства, одномерно. Это означает, что если задано начало отсчета во времени, то начало или конец какого-либо процесса, длина временного промежутка будут  описаны одним числом. Кроме того, время обладает свойством необратимости. Во времени невозможно движение вспять. Оно течет всегда и всюду в  одном и том же направлении: от прошлого к настоящему, от настоящего к будущему. Отсюда, заметим попутно, следует необратимость во времени  причинно-следственных связей. Из вышеуказанных  свойств пространства и времени  вытекает то, что пространство обладает свойствами симметрии, а время - асимметрично. Симметричность пространства выражается в том, что объекты, расположенные  в одной части пространства, могут  являться зеркальным отражением материальных объектов в другой части пространства относительно определенной линии. Имеет  место и симметрия пространства относительно оси вращения его около  произвольной точки. Симметрия пространства проявляется в симметричной конфигурации различных материальных тел. Например, в форме кристаллов, строения бабочек. В классической физике и специальной  теории относительности господствующее значение имеют постулаты об однородности и изотропии пространства и однородности времени, вытекающие из их свойств. Однородность пространства состоит в равноправии  всех его точек, а изотропия - в  равноправии всех его направлений. Однородность времени предполагает равноправие всех моментов времени. Это значит, что в каждой точке  пространства, в любом направлении  и в любой момент времени законы физики действуют одинаково. Изменение  представлений о пространстве и  времени, связанное с созданием  неевклидовых геометрий, открытием  специальной теории относительности, вызвало большой резонанс и в  области философии. Ряд философов  и физиков пришли к выводу: поскольку  наши представления о пространстве и времени меняются, следовательно, они субъективны. Между тем абстрактные  понятия пространства и времени  являются относительными, они могут  изменяться, уточняться с развитием науки, однако отсюда не следует, что изменяются в зависимости от этого, приспосабливаясь к нашему опыту, объективные пространство и время. Изменчивость представлений о пространстве и времени означает лишь, "что наш опыт" и наше познание все более приспосабливаются к объективному пространству и времени, все правильнее и глубже их отражая. Обоснование объективности пространства и времени имеет актуальное значение для современной физики, встретившейся с их новыми свойствами в области микромира. Открытие неевклидовых геометрий, наряду с доказательством материальности электромагнитного поля, создали предпосылки для коренного изменения представлений о пространстве и времени. С открытием поля, по словам Эйнштейна, стала возможной победа над ньютоновским абсолютным пространством, поскольку не стало отграниченных друг от друга предметов. Все оказалось заполненным материей и не стало пустоты. Следующим важным моментом в развитии физики было установление в 1881 г. американским физиком Майкельсоном независимости скорости света относительно движущихся тел. В физике возникло противоречие между законами классической физики и новыми открытиями.