Сущностные характеристики пространства и времени с точки зрения современной науки

Оглавление

Введение .                                                                                                                                     3     

1. Покажите сущностные характеристики пространства и времени с позиции современного научного познания .                                                                                                                  4-8

2. Выясните межнаучный характер пространственно-временных представлений в современной науке .                                                                                                                9-11

3. Покажите значение понятий пространства и времени не только для естественных, но и для гуманитарных наук .                                                                                                             12-15

Заключение .                                                                                                                               16

Список литературы .                                                                                                                  17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

Данная  контрольная работа  представляет собой взгляд на представления о  сущности и свойствах  пространства и времени с позиции современного научного познания. 

       Пространство и время менялось  в различных картинах мира, в  связи с развитием научного  познания. Современные  научные  представления претерпели в прошлом  много дополнений и изменений.

      В процессе написания контрольной  работы необходимо выявить основные  характеристики времени и пространства. Без них невозможно будет представить  всю значимость их для наук. Естественные науки не могут  обходиться без свойств пространства и времени. Физические, химические и другие величины непосредственно и опосредованы, связаны с измерением длин и длительности, т.е. пространственно-временных характеристик объектов. Но как доказывает практика гуманитарные науки тоже не могут обходиться без пространственно-временных характеристик.

     Развитие взглядов на пространство  и время это одно из ведущих  направлений в будущем науки.  Уже сейчас ученые выдвигают  смелые гипотезы о существовании  параллельных миров, о возможности  создания «машины времени». Более  детальное внедрение различных  научных концепций, как естественнонаучных, так и гуманитарных     могут расширить и изменить  наше представление о строение  Вселенной, как это было в  прошлом. Ещё большие, чем годы  и десятилетия, отрезки времени  требуются для изучения прошлого  человечества, возникновения, развития  и гибели древних культур, без  чего нельзя понять современное  состояние общества и его перспективы  развития. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Сущностные характеристики  пространства и  времени

     с точки зрения современной  науки 

          Исследования характеристик пространства  и времени целесообразно начать  с их определения.

Понятие пространства опирается на понятие  протяженности. Протяженность объекта  выражает его структурность, взаимоотношение  его частей. Обнаруживается протяженность  благодаря конечности скорости распространения  взаимодействий – для «движения» с бесконечной скоростью любые  расстояния одинаковы, а именно точечны. Протяженность, следовательно, обусловлена системной природой материи, выражая ее многокачественность и многокомпонентность.

     Понятие времени базируется на понятии длительности. Длительность выражает несотворимость и неуничтожимость системно организованной материи, последовательное пребывание материальных объектов и явлений в определенных состояниях.

     Опираясь  на сказанное, можно дать следующие  определения:

- пространство – это отношения взаимоположения объектов, сосуществующих в некоторый момент времени (при измерении пространственных размеров, обратим внимание, измеряемый объект совмещается с эталоном);

- время – это отношения последовательности объектов, сосуществующих в некоторой точке пространства (сравнение временных параметров разноместных событий, обратим внимание, требует синхронизации часов, что связано с комплексов не столь уж тривиальных допущений и процедур).

Выделим два следствия  из определений пространства и времени.

     Во-первых, пространство и время объективны.

     Во-вторых, пространство и время неразрывно связаны друг с другом  и с  движением материи. Более того, пространство и время – это стороны движения. В самом деле: поскольку пространство – это отношения сосуществующих в некоторый момент времени объектов, постольку оно есть то, что остается от движения, когда мы отвлекаемся  от времени; поскольку время –  это отношения объектов, сосуществующих в некоторой точке пространства, постольку оно есть то, что остается от движения, когда мы отвлекаемся от пространства. Таким образом, пространство и время не существуют вне движения материи, как и оно – вне пространства и времени.

     Данный  подход к определению пространства и времени именуется реляционным. Сторонники этой концепции понимают пространство и время не как самостоятельные сущности, а как системы отношений, образуемых взаимодействующими материальными объектами. Вне этой системы взаимодействий пространство и время считаются несуществующими. В этой концепции пространство и время выступают как общие формы координации материальных объектов и их состояний. Соответственно допускается и зависимость свойств пространства и времени от характера взаимодействия материальных систем.

     Но  данный подход был не единственным. Согласно широко ранее распространенной субстанциальной концепции пространство и время трактуются как самостоятельные  сущности, существующие наряду с материей и независимо от нее. Соответственно отношение между пространством, временем и материей представлялось как отношение между двумя  видами самостоятельных субстанций. Это вело к выводу о независимости  свойств пространства и времени от характера протекающих в них материальных процессов.

     В начале 20-го века была создана теория относительности, которая заставила  отказаться от субстанциальной концепции. Специальная теория относительности  А.Эйнштейна показала, что многие пространственно-временные свойства, считавшиеся до сих пор неизменными, абсолютными, фактически являются релятивными. Так, в СТО утратили свой абсолютный характер такие пространственно-временные  характеристики, как длина, временной  интервал, понятие одновременности. Все эти характеристики оказываются  зависящими от взаимного движения материальных объектов.

       Общая теория относительности  (1916г.) дала новые подтверждения  правильности реляционной концепции  пространства и времени, показав  зависимость пространственно-временных  свойств от характера движения  и взаимодействия материальных  систем и подтвердив правильность  трактовки пространства и времени  как основных форм существования  материи, в качестве содержания  которых выступает движущаяся  материя. Сам Эйнштейн, отвечая  на заданный ему вопрос о  теории относительности, сказал: «Суть такова: раньше считали,  что если каким-нибудь чудом  все материальные вещи исчезли  бы вдруг, то пространство и  время остались бы. Согласно же  теории относительности, вместе  с вещами исчезли бы пространство  и время».

     Поскольку пространство и время неотделимы от материи, правильнее было бы говорить о пространственно-временных свойствах  и отношениях материальных систем. Но при познании пространства и времени ученые часто абстрагируются от их материального содержания, рассматривая их как самостоятельные формы бытия. Обычно выделяют всеобщие и специфические свойства пространства и времени, а также исследуют особенности пространства и времени в микромире и мегамире. К всеобщим относятся такие пространственно-временные характеристики, которые и неразрывно связаны и с другими ее атрибутами. Специфические, или локальные, свойства проявляются лишь на определенных структурных уровнях, присущи только некоторым классам материальных систем.

     Из  всеобщих свойств  пространства и времени  следует, прежде всего отметить:

1. Их объективность и независимость от человеческого сознания и сознания других разумных существ в мире (если такие есть).
2. Их абсолютность – они являются универсальными формами бытия материи, проявляющимися на всех структурных уровнях ее существования.
3. Неразрывную связь друг с другом и с движущейся материей.
4. Единство прерывности и непрерывности в их структуре – наличие отдельных тел, фиксированных в пространстве при отсутствии каких-либо «разрывов» в самом пространстве.
5. Количественную и качественную бесконечность, неотделимую от структурной бесконечности материи – невозможность найти место, где отсутствовали бы пространство и время, а также неисчерпаемость их свойств.

     Общие свойства, характеризующие пространство и время, вытекают из их характеристик  как основных, коренных форм существования  материи. К свойствам пространства относятся протяженность, однородность и изотропность, трехмерность. Время обычно характеризуется такими свойствами как длительность, одномерность, необратимость, однородность.

     К наиболее характерным свойствам  пространства относится его трехмерность. Положение любого объекта может быть определено с помощью трех независимых величин. Время одномерно, ибо для фиксации положения события во времени достаточно одной величины. Под заданием положения события, объекта в пространстве или времени имеется в виду определение его координат по отношению к другим событиям и объектам. Факт трехмерности реального физического пространства не противоречит существованию в науке понятия многомерного пространства с любым числом измерений.

       Понятие многомерного пространства  является чисто математическим  понятием, которое может быть  использовано для описания взаимосвязи  различного рода физических величин,  характеризующих реальные процессы. Если же речь идет о фиксации  события в реальной физическом  пространстве, то при использовании  любой системы координат трех  измерений всегда будет достаточно. И хотя до сих пор вопрос  об обоснованности трехмерности пространства является открытым вопросом, решение его должно лежать в установлении связи трехмерности с фундаментальными физическими процессами.

       К специфическим свойствам пространства относятся однородность и изотропность. Однородность пространства означает отсутствие в нем каких-либо выделенных точек, а изотропность – равноправность всех возможных направлений. В отличие от пространства время обладает только свойством однородности, заключающимся в равноправии всех его моментов.

     Характерным специфическим свойством времени  является его необратимость, которая  проявляется в невозможности  возврата в прошлое. Время течет  от прошлого через настоящее к  будущему, и обратное его течение  невозможно. Прошлое порождает настоящее  и будущее, переходит в них. К  прошлому относятся только 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 существовании объектов.

     Отсюда  следует, что время составляет как  бы рамки для причинно-следственных связей. Некоторые утверждают, что  необратимость времени и его  направленность определяются причинной  связью, та как причина всегда предшествует следствию. Однако очевидно, что понятие  предшествования уже предполагает время. Прав поэтому Г.Рейхенбах, который пишет: «Не только временной порядок, но и объединенный пространственно-временной порядок раскрываются как упорядочивающая схема, управляющая причинными цепями, и, таким образом, как выражение каузальной структуры вселенной». 

     Одномерность  времени проявляется в линейной, генетически связанной между  собой, системе измерений. Если для  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.

     Однородность  времени означает, что во времени  все точки  равноправны, не существует преимущественной точки отсчета, любую  можно принять за начальную.

     Указанные свойства пространства и времени  связаны с главными законами физики - законами сохранения. Если свойства системы  не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон  сохранения. Это – одно из существенных выражений симметрии в мире. Симметрии  относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига (однородности пространства) – закон сохранения импульса; симметрии по отношению поворота координатных осей (изотропность пространства) – закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем система отсчета. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.  Межнаучный характер пространственно-временных представлений в современной науке

     Так что же это такое – пространство и время? Когда идет речь о самых  общих, фундаментальных свойствах  природы – описание должно быть очень общим, абстрактным. Можно  думать, что в своем глубинном  значении пространство – это то, что выражает устойчивость существования  различных явлений и объектов в мире, а время – то, что  характеризует их взаимодвижение, изменяемость. Кратко говоря – пространство и время – это структура сосуществования и изменения всего материального в мире. Это предельно общие понятия, более общих уже не придумать. Такие предельные понятия изучаются философией, которая как раз и является наукой о самых общих законах природы. Понятия пространства и времени являются необходимой составной частью картины мира в целом, поэтому входят в предмет философии. Для философского осмысления трудным и интересным оказывается вопрос о соотношении времени и вечности. Касаясь этого вопроса, Н.А.Бердяев отмечал следующее: «Время разбивается на прошлое, настоящее и будущее, и если мы подумаем об этих трех частях, то придем к странному выводу о том, что их нет. Настоящее есть лишь какое-то бесконечно мало продолжающееся мгновение, когда прошлого уже нет, а будущего еще нет, но которое само по себе представляет некую отвлеченную точку, не обладающую реальностью. Прошлое призрачно потому, что его уже нет. Будущее призрачно потому, что его еще нет. Нить во времени разорвана на три части, нет реального времени.  Будущее пожирает прошлое для того, чтобы потом превратиться в такое же прошлое, которое в свою очередь будет пожираемо последующим будущим».  С точки зрения Н.А.Бердяева, исторический  процесс имеет двойственную природу: он что-то истребляет, но, с другой стороны, сохраняет. В мире действует истинное время, в котором нет разрыва между прошлым, настоящим и будущим, время ноуменальное, а не феноменальное. Учение о пространстве и времени углубляется и развивается вместе с развитием естествознания, прежде всего физики.

     Основные  свойства пространства и времени (однородность времени и изотропность пространства) связаны с главными законами физики - законами сохранения. Если свойства системы  не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон  сохранения. Это – одно из существенных выражений симметрии в мире.

     Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного  сдвига (однородности пространства) –  закон сохранения импульса; симметрии  по отношению поворота координатных осей (изотропности пространства) – закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем система отсчета.

     Представления о пространстве и времени, формулирующиеся  в теории относительности Эйнштейна, на сегодняшний день являются наиболее последовательными. Но они являются макроскопическими, так как опираются  на опыт исследования макроскопических объектов, больших расстояний  и  больших промежутков времени.

     В квантовой физике была поставлена важная проблема о необходимости пересмотра пространственно-временных представлений  классической физики. В физике элементарных частиц представления о пространстве и времени столкнулись с большими трудностями. На субатомном уровне структурной  организации материи определяющую роль играют сильные взаимодействия элементарных частиц. На повестку дня  встает вопрос о  зеркальной симметрии  – симметрии левого и правого. Как ни странно, часть объектов и  событий в микромире просто не имеют зеркального отражения. В  микромире не у каждого «правого»  есть «левое». Таких взаимно полярных, обязательных свойств не существует – так уж «устроено» расстояние на очень малых расстояниях.

     Спустя  какое-то время после обнаружения  этого факта физикам пришла в  голову мысль: а что если в микромире  нельзя противопоставлять не только правое левому, но и будущее прошлому? Результаты научных экспериментов  произвели огромное впечатление  на физиков и показали, что при  определенных условиях в природе  могут нарушаться, казалось бы, самые  фундаментальные свойства пространства и времени. Эти свойства не абсолютны, а изменяются в зависимости от конкретных условий. В макромире  они одни, а в микромире могут  быть совсем другими.

     Такое фундаментальное свойство времени  как причинность также было поставлено под сомнение. Советскому академику  Н.Н.Боголюбову после ряда экспериментов  удалось доказать, что никаких  отклонений причинности в микромире  не было обнаружено. По крайней мере, до расстояний, которые в несколько  сотен раз меньше размеров протона. Можно ожидать отклонений на меньших  расстояниях – там, где теряется симметрия прошлого и будущего и  где, возможно, существуют микрочастицы, движущиеся быстрее света.

     К проблемам пространства и времени  относится вопрос о числе измерений. Предполагается, что у нашего пространства может быть, например, дополнительная размерность. Сейчас известны четыре измерения  – пространство плюс время. Но может  быть и пятая, и шестая размерность, которые настолько малы, что мы их в обычной жизни не замечаем. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырех, которые предполагают существование «суперсимметрии», например, теория струн. Ученые пытаются получить доказательства существования дополнительных измерений в ходе эксперимента по запуску Большого адронного коллайдера – ускорителя протонов и тяжелых ионов. В случае удачи этого эксперимента предполагается, что ход времени может быть замедлен или повернут вспять, а также создана теория, объединяющая теорию относительности и квантовую теорию поля, которые до сих пор считались несовместимыми друг с другом.

     Как видим,  вся наука, все отрасли  научного познания направлены на изучение проблем пространства и времени. В конечном счете, для того, чтобы  решить одну из важнейших задач современности -  понять, как же устроен наш  мир.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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

      В современной науке используются  такие понятия, как физическое, геологическое, географическое, биологическое,  психологическое, социальное, историческое  пространство и время. Это даёт  нам право говорить о значимости  пространственно-временных представлений  не только для современных  естественных наук, но и для  гуманитарных.

Пространство  и время в географии

     Почти все науки независимо от того, являются ли они общественными, естественными  или гуманитарными или техническими, включают в свой инструментарий понятие  ”пространство”. Однако немного найдется наук, для которых это понятие  было бы одним из базовых. К их числу  наряду с физикой и геометрией, несомненно, принадлежит и география. В географии с помощью понятия пространства удачно схватываются единство 
(совместимость) разнородных вещей и целостность мира. О важности понятия пространство для географии свидетельствует то, что о пространственном подходе говорят как о ядре географического познания. Значение пространства и времени в географии отражено в хорологической концепции А.Геттнега . Он рассматривал в качестве предмета географии, во- первых, пространственное соотношение явлений живой и неживой природы и человеческого общества на земной поверхности. Во-вторых, он считал предметом географии пространственное соотношение социальных объектов и объектов живой и неживой природы, и размещение их в такой системе, как географический ландшафт. Однако эта концепция рьяно критиковалась сторонниками материалистической диалектики. С их зрения хорологическая концепция имеет ряд существенных недостатков.

       Главными недостатками являются следующие: 1) то, что при всей значимости пространственного подхода в географических исследованиях его нельзя возводить в ранг основного предмета географии; 2) в хорологической концепции пространство отрывается не только от материи, но и от движения, а все особенности пространственного соотношения компонентов системы как раз и определяются именно движением, их взаимодействием; 3) происходит отрыв пространства от времени, в то время как география относится к числу основных наук, которые изучают конкретные формы движения материи и свойственные ей пространственные и временные отношения .

Художественное  пространство и время

     Можно рассматривать их отдельно, а можно  в единстве, и тогда необходимо ввести понятие хронотопа. Хроното́п — литературоведческий термин, введённый М. М. Бахтиным в работе «Формы времени и хронотопа в романе». Под хронотопом Бахтин понимает «существенную взаимосвязь временных и пространственных отношений». Термин также активно используется в работах Бахтина «Проблемы творчества Достоевского» и «Творчество Франсуа Рабле и народная культура средневековья и Ренессанса».

     Границы хронотопического  анализа не ограничиваются пределами искусства и литературы. Во всякой области мышления, включая и науку, мы имеем дело со смысловыми моментами, и чтобы войти в наш опыт, они должны принять какое-либо пространственно-временное выражение, то есть принять знаковую форму, слышимую и видимую нами.

     Художественное  пространство и время являются неотъемлемым свойством любого произведения искусства, включая музыку, литературу, театр  и др. Литературные хронотопы  имеют прежде всего сюжетное значение, являются организационными центрами основных описываемых автором событий. Несомненно,  также изобразительное значение хронотопов, поскольку сюжетные события в них конкретизируются, а время и пространство приобретают чувственно-наглядный характер. Невозможно отождествить художественное пространство и художественное время с простым воспроизведением в искусстве реально существующего пространства и времени,   представлением об изобразительном искусстве как размещении художественных форм в научно фиксируемом трехмерном пространстве.

       Художественное пространство и  время не описываются чистой  математикой, не должны пониматься  как воспроизведение физически-технического  пространства и времени.

     Каждый  писатель осмысляет время и пространство по-своему, наделяя их собственными характеристиками, отражающими мировоззрение  автора. Определённые характеристики реального пространства и времени  одними из них игнорируются, другими – гиперболизируются. В итоге художественное пространство, создаваемое писателем, не похоже ни на какое другое художественное пространство и время, а тем более – на реальное.

Химическое  пространство и время

           Несмотря на то, что методы исследования в химических и физических науках во многом совпадают, все же можно найти определенную специфику химического знания. Согласно точке зрения многих авторов, химическая картина мира занимает промежуточное положение между физической и биологической картинами мира. Эта двойственность химии связана с тем обстоятельством, что в ней реализуется синтез физического знания, доказавшего свою эвристическую роль в познании химизма, и биологического, внесшего эволюционные идеи в такие разделы современной химии, как биогеология, палеохимия, эволюционная биохимия и космохимия.

 Специфика  химической формы движения и  отражающая ее химическая картина  мира могут быть поняты лишь  при обращении к принципу историзма  и обосновании особого этапа  эволюции материи, предшествующего  возникновению жизни.

       Что касается основных способов введения понятий пространства и времени  в структуру химических теорий, то, учитывая успехи применения в современной  химии квантовомеханических методов описания, можно сделать вывод о том, что основные способы введения понятий пространства и времени в структуру химических теорий аналогичны способам введения этих понятий в структуру квантовой механики, и проблемы, стоящие перед современной химией, связанные с пространственно-временным описанием, аналогичны проблемам, возникающим в квантовой механике.

       Имеются, конечно, определенные границы в  применении методов квантовой механики для описания химических процессов, но поиски данных границ связаны с будущим развитием химических наук и с тем многократно доказанным фактом, что любая физическая теория имеет свои пределы применимости и безгранично экстраполировать ее выводы на другие области знания нельзя. Любые физические, химические и биологические процессы сопровождаются изменением энергетического состояния систем. Именно энергетические факторы и связанные с ними энтропийные факторы объясняют практически все превращения веществ и процессы в живой и неживой природе.