Общие и специфические свойства пространства и времени

КРАСНОЯРСКИЙ  ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОЙ  АКАДЕМИИ

УПРАВЛЕНИЯ  И ЭКОНОМИКИ (НОУ ВПО) 
 
 
 
 
 
 

Факультет:   «Экономики и управления» 

            Специальность:   «Социально-культурный  сервис и туризм» 
 
 

     КОНТКОЛЬНАЯ РАБОТА 
 
 

                           По дисциплине:    Концепции современного естествознания

                       Тема:    Общие и специфические  свойства

                     пространства и времени

                                 . 
 
 
 
 
 
 

                                                        Выполнил:   Студентка 4 курса,

                                                                               5-6331д/4-2 группы

                                                                      Ткаченко М.И. 

                                                      Проверил:    Гуртовенко Г.А.. 
 
 
 
 

Г.Красноярск, 2010 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВедение …………………………………………………………………....3

1. Понятия пространства  и времени ………………………………………4

2. Общие свойства пространства и времени …………………...................5

3  Специфические  свойства пространства и времени………………….....5

    3.1. Трехмерность  пространства………………………………………  ..7

    3.2. n-мерность  пространства………………………………………….…8

4. Время………………………………………………………………………9

  4.1. Длительность  времени…………………………………………….…..11

    4.2. Прерывность  и непрерывность…………………………………...…12

    4.3. Вечность  времени………………………………………………….....12

    4.4. Необратимость  времени………………………………………..….…13

    4.5. Одномерность  времени………………………………………….…....15

    4.6. Проекции  времени на сознание человека……………………….…..15

    4.7. Социальное  время………………………………………………….…17

Вывод…………………………………………………………………………20

Используемая  литература…………………………………………………...21

ВВЕДЕНИЕ

     Важнейшей задачей современного естествознания является создание естественнонаучной картины мира. В процессе ее создания возникает вопрос о происхождении и изменении различных материальных продуктов и явлений, об их количественных, качественных характеристиках. Физические, химические и другие величины непосредственно связаны с изменением длин и длительностей, т.е. пространственно-временных характеристик объектов. Выделение и фиксация во времени части пространства дает состояние объекта. Упорядоченная последовательность состояний объекта составляет процесс его развития (жизни, существования) во времени. Философия определяет пространство и время как всеобщие формы существования материи. Пространство и время не существуют вне материи и независимо от нее. Для их описания в естествознании исторически формировались различные представления о пространстве и времени.

1. ПОНЯТИЯ ПРОСТРАНСТВА  И ВРЕМЕНИ

    Для обыденных житейских представлений пространство и время — нечто привычное, известное, очевидное. Но если задуматься, то возникают сложные вопросы, напряженно обсуждавшиеся во все периоды развития естествознания.

       Пространство и время относятся к числу важнейших форм бытия материи или ее атрибутов, без которых невозможно существование материи. В мире нет материи, не обладающей пространственно-временными свойствами, как не существует пространства и времени самих по себе вне материи или независимо от нее.

   Пространство есть форма бытия  материи, характеризующая ее протяженность,  структурность, сосуществование  и взаимодействие элементов во всех материальных системах. Пространство выражает сосуществование, протяженность и структурность любых взаимодействующих объектов.

   Время характеризует последовательность  смены состояний и длительность  бытия любых объектов и процессов, внутреннюю связь изменяющихся и сохраняющихся состояний.

   В обыденной жизни и практике  понятие времени образуется благодаря  сравнению, сопоставлению различных  процессов движения. Например, мы  говорим: «Лекция длится полтора  часа». Это означает, что сложные, развертывающиеся один за другим качественно специфические процессы, такие как изложение лектором текста, запись и усвоение этого текста и т.п. — взяты как единой целое, сравниваются, сопоставляются с другим процессом — колебаниями маятника часов и вызванным этими колебаниями движением часовой и минутной стрелок. Для того чтобы произвести отсчет времени, мы всегда находим какой-то квазипериодический (повторяющийся в некоторых основных чертах) процесс, который выбирается за эталон, и с ним сопоставляются непериодические, более сложные процессы.

2. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

   Из свойств материи быть объективной  реальностью следует ОБЪЕКТИВНОСТЬ  пространства и времени.

Второе  свойство — АБСОЛЮТНОСТЬ. Третье - ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ. Четвертое общее свойство пространства и времени — БЕСКОНЕЧНОСТЬ, вытекающая из признания бесконечности материального мира. Пространство и время существуют вне и независимо от сознания человека, т.е. они объективны. Свойство абсолютности вытекает из признания тезиса о том, что бытие вне времени есть такая же бессмыслица, как и бытие вне пространства. Человеческие представления о пространстве и времени относительны. Из этих относительных представлений складывается абсолютная истина, эти относительные представления, развиваясь, идут по линии абсолютной истины, приближаясь к ней.

   Так как существуют различные  толкования понятия формы в  отношении пространства и времени  к движущейся материи, нет единодушия  по поводу того, какие свойства  пространства и времени имеют  универсальный характер. Выяснение универсальных свойств пространства и времени связано с большими трудностями и предельными экстраполяциями всеобщих законов движения материи. Всякие суждения на этот счет отражают существующий уровень наших знаний и могут претерпевать существенные изменения в будущих теориях в соответствии с диалектикой абсолютного и относительного в научном познании. Познание развивается по линии преемственности объективных истин и интеграции достоверного содержания научных теорий. Многие современные теории об общих свойствах пространства и времени, проверенные и подтвержденные практикой и системой доказательств современной теории, сохранят свое значение и в будущей научной картине мира.

3. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

   Пространство и время имеют не только общие характеристики, но и специфические свойства, которые относятся только к пространству или только ко времени, что позволяет рассматривать их как разные атрибуты материи.

   Наряду с такими свойствами, как  прерывность и непрерывность, противоречивость, к наиболее общим свойствам пространства и времени относят:

- структурность;

- протяженность;

- трехмерность пространства;

- одномерность, однонаправленность и необратимость времени.

   Мнение об универсальности таких  свойств пространства и времени, как прерывность и непрерывность, трехмерность пространства, не может быть обосновано логически, хотя принципиально предположение об универсальности этих свойств не противоречит принципам диалектического материализма.

   Однако условия изучения пространства и времени иные, чем других понятий, так как нам знаком только единственный вид пространства — пространство трех измерений, в котором протекает наша жизнь, существуют наше тело, наша Земля, наша звездная система. Чем ограничено наше пространство и время и каков характер этого ограничения — на этот вопрос пока нет материала для ответа. Проблема была бы намного проще, если бы существовала только одна форма пространства и времени, как предполагали представители механистического материализма. Но диалектический подход к рассмотрению пространства и времени, основанный на достижениях современного естествознания, заставляет сомневаться в правильности такого взгляда и приводит к гипотезе существования многих форм пространства и времени. В этих условиях определение общих свойств пространства и времени превращается в сложную проблему.

3.1. Трехмерность пространства

   Вопрос о том, почему наше  пространство трехмерно, можно  обсуждать:

1)    с позиций теологии;

2) с позиций научно-материальных, основываясь на фундаментальных физических теориях.

   С первой, т.е. ненаучной, точки  зрения, трехмерный мир — самый  совершенный из всех миров.

   Рассмотрим вторую точку зрения. Трехмерность является общим  свойством пространства, обнаруживаемым  на всех известных структурных уровнях. Все материальные процессы и измерения реализуются в пространстве трех измерений. Трехмерность пространства органически связана со структурностью систем и их движением.

   В одномерном (линия) или двухмерном (плоскость) пространствах не  могли бы происходить взаимодействия частиц и полей. Три измерения являются тем необходимым и достаточным минимумом, в рамках которого могут осуществляться все типы взаимодействий материальных объектов. Не известно каких-либо форм движения и взаимодействия, которые требовали бы четырех- или пятимерного пространства. Возможность таких процессов и взаимодействий не вытекает ни из каких установленных законов природы.

   Трехмерность пространства имеет  место и в микропроцессах (электромагнитная  волна имеет три координаты). Обнаружена трехмерность внутреннего пространства микрообъектов, их взаимопревращений.

   Реальное пространство как атрибут  материи в его отмеченном выше  содержании всегда остается трехмерным. Любые сколь угодно сложные  явления можно отобразить пространством трех измерений и одной временной координатой, но с изменением способа описания.

3.2. n-мерность пространства

   Разговоры о возможности пространства  большего, чем три числа измерений  ведутся постоянно. Подобные мнения  навеяны понятием абстрактных многомерных пространств в математике и физике. В физике это понятие используется в качестве удобного способа описания, когда к трем пространственным координатам добавляется время и ряд других параметров. Если число таких параметров вместе с пространственно-временными характеристиками — n, то считается, что они образуют n-мерное пространство. При достаточно большом количестве свойств и взаимосвязанных переменных можно прийти к понятию многомерного и даже бесконечного пространства, но это понятие будет носить довольно условный характер, так как оно будет применяться для характеристик совершенно других свойств.

   Если взять, например, стопку листов  бумаги (все, что находится в  плоскости листа, есть пространство  двух измерений) и проколоть  эту стопку вилкой, то в каждом листе (пространстве двух измерений) останется след от вилки в виде четырех отверстий. Те, кто «живет» в пространстве двух измерений, никогда не сможет связать эти четыре отверстия в одно целое, т.е. представить, что они являются «следом» вилки, взаимодействия с ней. Таким образом, с позиций двухмерного пространства и его «обитателей», вилка недоступна представлению.

   Другой пример. Если представить  горизонтальную плоскость, пересекающую  вершину дерева параллельно земле,  то на этой плоскости разрезы ветвей покажутся отдельными и совершенно не связанными друг с другом. А в нашем пространстве — это разрез ветвей одного дерева, составляющих вместе одну вершину, питающихся от одного корня, имеющих одну тень. Так, может быть, трехмерные тела нашего пространства есть изображения в нашей сфере непостижимых для нас четырехмерных тел? Или, может, всевозможные аномальные явления — это «следы», оставленные в нашем трехмерном пространстве обитателями четырехмерного?

   Науке известны четыре фундаментальных взаимодействия в природе:

- электромагнитное и гравитационное в масштабах макромира;

- слабое и сильное в масштабах микромира.

Однако  в последние годы в научных  трудах обсуждается возможность  существования еще одного дистанционного взаимодействия в макромире — спинового, или торсионного, фиксирующего и передающего информацию посредством торсионного поля. Физическая природа этого пятого взаимодействия, по-видимому, совершенно иная, чем у остальных четырех взаимодействий, так как передача информации здесь осуществляется вроде бы без затрат энергии.

   В наше время эта область  деятельности перестала быть  экзотической. Сейчас в нее вовлечены  многие организации, предприятия,  научно-исследовательские институты.  Организовано производство синтетических  противотор-сионных экранов из пленок для продажи населению, которые можно использовать в качестве защиты от геопатогенных излучений, излучений ЭВМ, компьютеров, телевизионных приемников и других радиоэлектронных приборов. Создаются новые конструкционные материалы с уникальными свойствами. Например, учеными России и Украины создана сталь в два раза прочнее и в шесть раз пластичнее, чем обычная. Разрабатываются самые различные типы датчиков, реагирующих на торсионные поля.

4. ВРЕМЯ

   «Я прекрасно знаю, что такое  время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься — и вот я уже не знаю, что есть время», — слова, сказанные много веков назад Августином Блаженным, верны и в наши дни. Но это не значит, что над сущностью времени не надо вообще задумываться. И на пороге нового тысячелетия мы подводим итоги своих знаний о природе времени, чтобы затем вновь отправиться в путешествие сквозь годы, познавая суть времени все лучше и все глубже.

   Время — это расстояние, разделяющее  события в порядке их следования  и связывающее их в единое целое. Время — это последовательность несущихся друг за другом событий. Издревле люди обращали внимание на чередование событий в природе, выделяя среди них главные, связанные непосредственно с практической деятельностью. Промежутки между двумя такими событиями составляли временной отрезок — интервал (например, астрономический год). Вообще любая принятая единица времени — это учитываемый людьми период между повторяющимися событиями. Вне каких-либо конкретных событий понятие времени теряет всякий смысл для нас. Таким образом, средствами измерения времени являются сами события. А если чередование событий идет с разной скоростью, возникают различные временные системы. Ускоренная съемка раскрытия цветка нас не удивляет.

   Приборы, именуемые часами —  от солнечных до атомных, — измеряют в действительности скорость событий, периодичность процессов.

  Всеобщие и специфические  свойства времени

   К всеобщим временным отношениям  всех материальных систем относятся:

• объективность времени;
• его неразрывная связь с движением, пространством и другими атрибутами материи;
• длительность времени;
• единство прерывного и непрерывного;
• вечность времени;
• необратимость и однонаправленность времени;
• одномерность.

Можно также выделить неоднородность времени.

   Объективность времени, его неразрывная связь с движением, пространством и другими атрибутами материи уже рассматривались вместе со всеобщими свойствами пространства и времени. Рассмотрим подробно следующие свойства.

       4.1. Длительность времени

   Длительность — это последовательность сменяющих друг друга моментов или состояний. Она предполагает возникновение за каждым данным интервалом последующих. Все структурные элементы материального мира находятся в непрерывном развитии и движении, т.е. являются процессами, имеющими свои этапы. Эти этапы и характеризуются длительностью. Причем стадии, сменяющие одна другую, могут характеризоваться определенной повторяемостью, поэтому для их характеристики необходимо ввести длительность. В теоретическом аспекте длительность предполагает возможность прибавления к каждому моменту времени другого, а также возможность деления любого отрезка времени на более мелкие интервалы.

   Никакой процесс в природе  не происходит сразу, мгновенно.  Он длится во времени. Это  обусловлено конечной скоростью распространения взаимодействий и изменений состояний. Понятие длительности применимо к отдельным явлениям постольку, поскольку оно рассматривается как звено единой цепи.

   Конкретная длительность существования  материальных систем от их  возникновения до распада, ритмы процессов в них, соотношение между циклами изменений, скорость протекания процессов, темпы развития и соотношение между темпами на разных этапах эволюции — все это характеризуется таким специфическим свойством времени, как длительность.

   Аналогично протяженности пространства, длительность времени относится  к метрическим свойствам. В  мире невозможны процессы без  длительности, т.е. мгновенные, но  протекающие с конечной скоростью.

    4.2. Прерывность и непрерывность.

 Длительность  бытия объектов во времени выступает как единство прерывного и непрерывного. Предшествующие состояния непрерывно переходят в последующие. Прежде чем какое-то явление произойдет 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 из которых существует конечный период. Поэтому и время характеризуется прерывностью бытия конкретных качественных состояний. Между всеми сменяющими друг друга качествами имеются внутренняя связь и непрерывный переход.

     4.3. Вечность времени

   Вечность времени вытекает из  незыблемости законов сохранения  материи и ее атрибутов, а  также из закона причинности.  Вечность времени означает бесконечную последовательность любых интервалов бытия в прошлом и будущем: столетий, тысячелетий и т.д. Вечность присуща лишь материи в целом, конечность проявляется в том, что любой конкретный предмет или система существует конечный промежуток времени, т.е. ограниченное время, и является преходящим.

   Каждый из нас может видеть  не только то, что впереди, но  и то, что сзади, стоит лишь  оглянуться. Так обстоит дело  с пространственным восприятием.  Со временем же будет иначе:  память оставляет нам воспоминания о прошлом, а будущее как бы оставлено на волю случая. Поток событий несется без остановки, и каждый из нас находится на его гребне. Гребень потока — это миг настоящего, неустанно обращающегося в прошлое. Позади — выполненные дела, воспоминания. Впереди — неведомое будущее. В одни события каждый из нас будет неумолимо вовлечен, в другие же — зависит от выбора. Природа скрывает от человека будущее, чтобы предоставить ему возможность творчески преобразовывать мир.

   Прошлое, настоящее и будущее  соотносятся в своем бытии, и это имеет научное объяснение. Прошлое превратилось в ходе изменений в последующие состояния материи, которые могут быть качественно отличны от предшествующих. В этом случае прошлого уже реально не существует, а имеется только настоящее в виде реально существующих и взаимодействующих объектов и материальных систем. Будущего тоже физически не существует, но оно должно возникнуть за счет трансформации в него современного состояния материи. Но в реально существующих системах имеются некоторые возможности будущих состояний и событий, вытекающие из законов их движения и развития. Однако не все возможности будущих систем присутствуют в настоящем, ибо сами возможности тоже возникают в процессе развития, а нереализованные исчезают, сменяясь новыми. Однозначной детерминации будущего прошлым нет, детерминация имеет вероятностный характер.

     4.4. Необратимость времени

   Всеобщим свойством времени, а  точнее, временных отношений в  материальных системах, является  необратимость времени, означающая однонаправленное изменение от прошлого к будущему. Прошлое порождает настоящее и будущее и переходит в них. К прошлому относятся все те события, которые уже осуществились и превратились в последующие. Настоящее охватывает все те процессы, объекты, системы, которые реально существуют и способны к взаимодействию между собой. Объекты, существовавшие в прошлом, но перешедшие в другие, последующие состояния материи, уже недоступны никакому воздействию. На прошлое нельзя воздействовать физически. Можно только изменить представления о прошлом в сознании реально существующих людей. Понятие настоящего многозначно, так как охватывает различный временной интервал. Для каждого человека настоящее может быть предельно сужено — это сиюминутное, сиюсекундное переживание настоящего момента, фиксируемое с большим трудом. Все, что было до него, относится к прошлому, все последующее — к будущему. Но настоящее может быть и расширено, в зависимости от составляющих интервалов и масштабов события до часа, дня, года и даже большего отрезка времени — десятилетия, например, школьные годы, и еще большего — понятия современности в истории.

   Будущие события или материальные  системы — это те, которые возникнут  из настоящего и прошлого, из  непосредственно предшествующих  им событий и систем. На отдаленные будущие события также нельзя воздействовать, пока они не возникнут, так как реально они еще не существуют. Воздействовать можно на события настоящего и ближайшего будущего, которые из них непосредственно вытекают. Для объектов существующих систем настоящее время охватывает тот временной интервал, в течение которого они могут взаимодействовать между собой путем обмена энергией и информацией.

   Наглядной иллюстрацией обратного  хода времени служит пленка  в обратном направлении, но  здесь нарушается лишь информационная последовательность событий на экране, воспринимаемая человеком. Необратимость времени, неэквивалентность прошлого и будущего осознаются многими науками. Раньше считалось, что все физические законы инвариантны относительно замены знака времени, так как время в уравнениях классической и квантовой механики берется в квадрате. Это наводило на мысль, что все физические законы могут проходить одинаково как в прямом, так и в обратном направлении, по крайней мере, в микромире, где закон возрастания энтропии не определяет взаимодействия частиц. Но за последние годы были открыты процессы, демонстрирующие необратимость изменений в микромире: распады неустойчивых частиц.

     4.5. Одномерность времени

   Из весьма общих свойств времени  следует упомянуть одномерность, проявляющуюся в линейной последовательности событий, генетически связанных между собой. Если бы время имело не одно, а несколько, например, два или три измерения, 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, а для каждого человека должны бы были существовать двойники в каждом из параллельных миров.

     4.6. Проекции времени на сознание человека

   Время не есть чистое бытие,  но именно оно создает проекции  на человеческое сознание тех  изменений, которые происходят  в телесном мире и составляют  суть бытия каждого человека. Народная мудрость гласит: «Время  надо наполнять событиями, иначе  оно летит незаметно». Поэтому все большие и малые события человек воспринимает исключительно через время. Ярчайший тому пример — библейская «Книга Екклесиаста»:

   «Всему свое время, и время  всякой вещи под небом: время  рождаться, и время умирать;  время насаждать,- и время вырывать посаженное; время убивать, и время врачевать; время разрушать, и время строить; время плакать, и время смеяться; время сетовать, и время плясать; время разбрасывать камни, и время собирать камни; время обнимать, и время уклоняться от объятий; время искать, и время терять; время сберегать и время бросать; время раздирать, и время сшивать; время молчать, и время говорить; время любить, и время ненавидеть; время войне, и время миру».

   Долгие годы часы красовались  на городских башнях, потом их стали носить на руке. Мы сверяем наши часы, так как общество существует за счет согласованного действия на разных уровнях своей организации. Однако каждая клетка нашего организма оказывается достаточно обособленной пространственно-временной системой, в которой осуществляются процессы обмена веществ. Интенсивность этого обмена у каждого организма индивидуальна. Имеются гипотезы об ускорении и замедлении самого времени в биологических системах. Люди, родившиеся в один день и год, выглядят совершенно по-разному. В 30 паспортных лет один выглядит на 25, а другой — на 40. Это потому, что каждый из нас живет по своим биологическим часам, в своем времени и старится вместе с ним, а социальное время существует для рациональной организации нашей жизни.

      Понятие времени используется везде и всюду. Все исторические события, все процессы протекают во времени. Время «течет» безостановочно. Настоящее — это неуловимое мгновение, разграничивающее прошлое и будущее («Есть только миг между прошлым и будущим, именно он называется жизнь»). Реально именно это мгновение, а вместе с ним мы все и весь наш мир непрерывно движемся в будущее, оставляя позади себя нарастающие «пласты» прошлого. Вот мы ожидаем некоторое событие, пока оно пребывает в будущем и еще не произошло. Но наступает момент, и событие свершилось, и теперь это уже история, которая со временем будет все больше отдаляться от нас в прошлое. Недаром говорят о «неумолимом ходе времени». Неспроста возникает безотчетное желание остановить этот ход: «Остановись, мгновенье, — ты прекрасно!».  Не менее удивительно присущее человеку чувство времени. Тренированный человек может приказать себе проснуться в нужное время — и он действительно проснется в это время. Создается впечатление, что человек обладает своеобразными внутренними часами. Именно так считают физиологи и психологи: ритмично бьется сердце, ритмично работает система дыхания, недавно были обнаружены ритмы головного мозга. Основоположник кибернетики Н. Винер (1894—1964) считал, что именно ритмы головного мозга объясняют нашу способность чувствовать время.