Современный статус концепций пространства и времени в физике



Псковский Государственный Политехнический Институт

Факультет Управления и Экономики

 

 

 

 

 

 

 

Эволюция понятий пространства и времени

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по Концепциям Современного Естествознания

Руководитель: Однобоков В.В.

Автор: Студент 011-013 группы 1-ого курса Еникан Ю.Ю.

 

 

 

 

Псков

2011 г.

 

Оглавление

I.Введение.              3

II. Пространственно-временные представления в мифологическом мышлении.              4

       1.Первое понятие о пространстве и времени.              4

      2.Развитие взглядов на пространство и время в истории науки.              5

III. Абсолютное пространство и время в классическом естествознании.              7

        1. Теория относительности Г.Галилея.              7

      3. Рационалистическая физика Р. Декарта.              8

       4. Новая картина мира И.Ньютона.              9

IV.Современный статус концепций пространства и времени в физике.              14

1.Пространство и время в теории относительности А.Эйнштейна.              14

2.Свойства пространства и времени.              16

Список литературы.              25

 

 

I.Введение.

     В механистической картине мира понятия пространства и времени рассматривались вне связи и безотносительно к свойствам движущейся материи. Пространство в ней выступает в виде своеобразного вместилища для движущихся тел, а время-никак не учитывает реальные изменения, происходящие с ними, и поэтому выступает просто как параметр, знак которого можно менять на обратный. Иными словами, в механике рассматриваются лишь обратимые процессы, что значительно упрощает действительность.

Другой недостаток этой картины состоит в том, что в ней пространство и время как формы существования материи изучаются отдельно и обособленно, вследствие чего их связь остается невыявленной. Современная концепция физического пространства-времени значительно обогатила наши естественно-научные представления, которые стали ближе к действительности. 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 связаны с измерением дли и длительностей , то есть пространственно-временных характеристик объектов. Поэтому расширение и углубление знаний о мире связано с соответствующими учениями о пространстве и времени.

 

II. Пространственно-временные представления в мифологическом мышлении.

       1.Первое понятие о пространстве и времени.

     В материалистической картине мира понятие пространства возникло на основе наблюдения и практического испоьзования объектов, их объема и протяженности.Естественнонаучные представления о пространстве и времени прошли длинный путь становления и развития. Самые первые из них возникли из очевидного существования в природе в первую очередь в макромире твердых физических тел, занимающих определенный объем. Здесь основными были обыденные представления о пространстве и времени как о каких-то внешних условиях бытия,в которые помещена материя и которые сохранились бы,если бы даже материя исчезла. Первое понятие о пространстве возникло у племен и родовых общин. Под этим понятием они понимали территорию, на которой жили. Понятие времени было введено как промежуток между событиями. Обычно это был восход солнца. В дальнейшем за промежутки брали сутки, часы, года. Для отсчета времени существовало множество календарей, они создавались на основе периодичности (по полнолуниям например). Эти клендари обладали цикличностью. В современном календаре ученые взяли период, за который Земля вращается вокруг Солнца. Сейчас существуют разные виды календарей,например: Пролептический календарь.

     Пролептическим называется календарь, используемый для обозначения дат, более ранних, чем дата введения самого́ календаря. Например, для обозначения всех дат до нашей эры чаще всего используется юлианский календарь, введённый только в 45 году до н. э. — следовательно, более ранние даты обозначаются по пролептическому юлианскому календарю. Так же существует всем известный садоводческий календарь. Садоводческим календарём пользуются садовники и огородники для точного определения дат посадки своих растений. Даты напрямую зависят от погодных условий, и свойств самих растений. И так же вечный календарь.Вечный календарь — это матрица, позволяющая узнать, на какой день недели приходится любая дата в пределах длительного промежутка времени (как правило, нескольких десятков или сотен лет). Многие из вечных календарей фактически создают сетку календаря на выбранный месяц выбранного года. Вечные календари могут также использоваться не только для определения дня недели, но и, например, церковных праздников без фиксированной даты.

      2.Развитие взглядов на пространство и время в истории науки.

   Уже в античном мире мыслители задумывались над природой и сущностью пространстваи времени. Так, одни из философов отрицали возможность существования пустого пространства или, по их выражению, небытия. Это были представители элейской школы в Древней Греции. А знаменитый врач и философ из г.Акраганта Эмпедокл, хотя и поддерживал учение о невозможности пустоты, в отличие от элеатов утверждал реальность изменения и движения. Он говорил,что рыба, например, передвигается в воде, а пустого пространства не существует. Некоторые философы, в том числе Демокрит, утверждали, что пустота существует, как материи и атомы,и необходима для их перемещений и соединений.

    В доньютоновский период развитие представлений о пространстве и времени носило примущественно стихийный и противоречивый характер. И только в «Началах» древнегреческого математика Евклида пространственные характеристики объектов впервые обрели строгую математическую форму. В это время зарождаются геометрические представления об однородном и бесконечном пространстве. Геоцентрическая система К.Птолемея, изложенная им в труде «Альмагест», господствовала в естествознании до 16 века. Она представляла собой первую универсальную математическую модель мира,в которой время было бесконечным, апространство конечным, включающим равномерное круговое движение небесных тел вокруг неподвижной Земли. Коренное изменение пространственной и всей физической картины произошло в гелиоцентрической системе мира, развитой Н.Коперником в работе «Об обращениях небесных сфер». Принципиальное отличие этой системы мира от прежних теорий состояло в том,что в ней концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела реальный эмпирический базис. Признав подвижность Земли, Коперник в своей теории отверг все ранее существовавшие представления о ее уникальности, «единственности» центра вращения во Вселенной. Тем самым теория Коперника не только изменила существовавшую модель Вселенной,но и направила движение естественно-научной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства.

     Космологическая теория Д.Бруно связала воедино бесконечность Вселенной и пространства. В своем произведении «О бесконечности, Вселенной и мирах» Бруно писал:»Вселенная должна быть бесконечной благодаря способности и расположению бесконечного пространства и благодаря возможности и сообразности бытия бесчисленных миров, подобных этому...». Представляя Вселенную как «целое бесконечное», как «единое,безмерное пространство», Бруно делает вывод и о безграничности пространства, ибо оно «не имеет края, предела и поверхности». Практическое основание выводы Бруно получилив «физике неба» И.Кеплера. В гелиоцентрической картине движения планет Кеплер увидел действие единой физической силы. Он установил универсальную зависимость между периодами обращения планет и средними расстояниями их до Солнца, ввел представлени об их орбитах. Концепция Кеплера способствовала развитию математического и физического учения о пространстве.

III. Абсолютное пространство и время в классическом естествознании.

        1. Теория относительности Г.Галилея.

     Подлинная революция в механике связана с именем Г.Галилея. Он ввел в механику точный количественный эксперимент и математичкескоей описание явлений. Первостепенную роль в развитии представлений о пространстве сыграл открытый им общий принцип классической механики-принцип отностительности Галилея. Согласно этому принципу все физические (механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной по величине и направлению скоростью. Такие системы называются инерциальными. Математические преобразования Галилея отражают движение в двух инерциальных системах, движущихся с относительно малой скоростью (меньшей, чем скорость света в вакууме). Они устанавливают инвариантность,то есть неизменность в системах длины, времени и ускорения.     Г.Галилей ввел 2 понятия пространства, это абсолютное пространство и относительное. Абсолютное пространство-это вместилище всех тел, а относительное пространство понимает под собой пространство относительное какой-то системе отсчета (аудитории,памятнику,магазину). В нашем мире Земля и ее атмосфера перемещаются относительно Солнца. Пространство обладает двумя свойствами: однородностью и изотропностью. Однородность — одно из ключевых свойств пространства в классической механике. Пространство называется однородным, если параллельный перенос системы отсчета не влияет на результат измерений.Из свойства однородности пространства следует фундаментальный физический закон сохранения импульса. Закоон сохранения импульса (Закон сохранения количества движения) утверждает, что сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная.    Но следует различать однородность и изотропность пространства.  Изотропность пространства означает, что в пространстве нет какого-то выделенного направления, относительно которого существует «особая» симметрия, все направления равноправны.

     2. Понятие времени в классическом естествознании.

      В классическом естествознании понятие «время» разделялось на абсолютное и относительно,так же как и пространство. Абсолютное время представляет собой промежуток времени, не имеющий начала и непрерывно текущий, а относительное время подразумевает под собой  промежуток, начало которого относится к какой-то точке отсчета (наша эра, до нашей эры, каждый день мы отсчитываем время относительно 00.00 часов). Время обладает несколькими свойствами. Время непрерывно-текущее и временно промежуток не обратим. Мы не можем вернутся в тот момент когда нам было 5 лет,или когда мы только поступили в институт. Так же время однородно и не может в разных моментах идти быстрее или медленнее.

      3. Рационалистическая физика Р. Декарта.

    Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени связано с рационалистической физикой Р.Декарта, который создал первую универсальную физико-космологическую картину мира. В основу ее Декарт положил идею о том, что все явления природы объясняются механическим воздействием элементарных материальных частиц. Взаимодействием элементарных частиц Декарт пытался объяснить все наблюдаемые физические явления? Теплоту, свет, электричество, магнетизм. Само же взаимодействие он представлял в виде давления или удара при соприкосновении частиц друг с другом и ввел таким образом в физику идею близкодействия. Декарт обосновывал единство физики и геометрии. Он ввел координатную систему (названную впоследствии его именем) , в которой время представлялось как одна из пространственных осей. Тезис о единстве физики и геометрии привел его к отождествлению материальности и протяженности. Исходя из этого тезиса он отрицал пустое пространство и отождествил простраство с протяженностью. Декарт развил так же представление о соотношении длительности и времени. Длительность, по его мнению, «соприсуща материальному миру. Время же-соприсуще человеку и потому является модулем мышления». «...Время, которое мы отличаем от длительности, -пишет Декарт в «Началах философии»,-есть лишь известный способ,каким мы эту длительность мыслим...»
Таким образом, развитие представлений о пространстве и времени в доньютоновский период способствовало созданию концептуальной основы изучения физического пространства и времени. Эти представления подготовили математическое и экспериментальное обоснование свойств пространства и времени в рамках классической механики.

       4. Новая картина мира И.Ньютона.

    Новая физическая гравитационная картина мира, опирающаяся на строгие математические обоснования, представлена в классической механике И.Ньютона. Ее вершиной стала теория тяготения, провозгласившая универсальный закон природы-закон всемирного тяготения.


Согласно этому закону сила тяготения универсальна и проявляется между любыми материальными телами независимо от их конкретных свойств. Она всегда пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна произведению квадрату расстояния между ними.

    Распространив на всю Вселенную закон тяготения, Ньютон рассмотрел и возможную ее структуру. Он пришел к выводу, что Вселенная является не конечной,а бесконечной. Лишь в этом случае в ней может существовать множество космических объектов-центров гравитации. Так,в рамках ньютоновской гравитационной модели Вселенной утверждается представление о бесконечном пространстве, в котором находятся космические объекты, связанные между собой силой тяготения. В 1687 году вышел основополагающий труд Ньютона «Математические начала натуральной философии». Этот труд более чем на два столетия опередил развитие всей естественно-научной картины мира. В нем были сформулированы основные законы движения и дано определение понятий пространства, времени, места и движения. Раскрывая сущность времени и пространства, Ньютон характеризует их как «вместилища самих себя и всего существующего. Во времени все располагается в смысле порядка последовательности, в пространстве-в смысле порядка и положения». Он предлагает  разливать два типа понятий пространства и времени: абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные) и дает им следующую типологическую характеристику:

•                      Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью.

•                      Относительное,кажущееся, или обыденное, время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как:час, день,месяц, год.

•                      Абсолютное пространство по своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным.

•                      Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное.

Из определений Ньютона следовало, что разграничение им понятий абсолютного и относительного пространства и времени связано со спецификой теоретического и эмпирического уровней их познания. На теоретическом уровне классической механики представления об абсолютном пространстве и времени играли существенную роль во всей причинной структуре описания мира. Оно выступало в качестве универсальной системы отсчета, так как законы движения классической механики справедливы в инерциальных системах отсчета. На уровне эмпирического познания материального мира понятия «пространства» и «времени» ограничены  чувствами и свойствами познающей личности,а не объективными признаками реальности как таковой. Поэтому они выступают в качестве относительного времени и пространства. Ньютоновское понимание пространства и времени вызвало неоднозначную реакцию со стороны его современников-естествоиспытателей и философов. С критикой ньютоновских представлений о пространстве и времени выступил немеций ученый Г.В.Лейбниц. Он развивал реляционную концепцию пространства и времени как абсолютных сущностей.

     Указывая на чисто относительный характер пространства и времени, Лейбниц пишет: «Считаю пространство так же,как и время, чем-то чисто относительным: пространство-порядком сосуществований,а время-порядком последовательностей».Предвосхищая положения теории относительности Эйнштейна о неразрывной связи пространства и времени с материей, Лейбниц считал, что пространство и время не могут рассматриваться в «отвлечении» от самих вещей. «Мгновения в отрывае от вещей ничто,-писал он,- и они имеют свое существование в последовательном порядке самих вещей. Однако данные представления Лейбница не оказали заметного влияния на развитие физики, так как реляционная концепция пространства и временибыла недостаточна для того, чтобы служить основой принципа инерции и законов движения, обоснованных в классической механике Ньютона. Впоследствии это было отмечено и А.Эйнштейном. Успехи ньютоновской системы (поразительная точность и кажущаяся ясность) привели к тому, что многие критические соображения в ее адрес обходились молчанием. А ньютоновская концепция пространства и времени, на основе которой строилась физическая картина мира, оказалась господствующей вплоть до конца 19 века.

    Основные положения этой картины мира, связанные с пространством и временем, заключаются в следующем:

•                      Пространство считалось бесконечным, плоским, «прмолинейным», евклидовым. Его метрические свойства описывались геометрией Евклида. Оно рассматривалось как абсолютное,пустое, однородное и изотропное (нет выделенных точек и направлений) и выступало в качестве «вместилища» материальных тел, как независимая от них инерциальная система.

•                      Время понималось абсолютным, однородным, равномерно текущим. Оно идет сразу и везде во всей Вселенной «единообразно и син хронно» и выступает как независимый от материальныз объектов процесс длительности. Фактически классическая механика сводила время к длительности, фиксируя определяющее свойство времени «показывать продолжительность события». Значение указаний времени в классической механике считалось абсолютным, не зависящим от состояния движения тела отсчета.

•                      Абсолютное время и пространство служили основой для преобразований Галилея-Ньютона, посредством которых осуществлялся переход к инерциальным системам. Эти системы выступали в качестве избранной системы координат в классической механике.

•                      Принятие абсолютного времени и постулирование абсолютной и универсальной одновременности во всей Вселенной явилось основой для теории дальнодействия. В качестве дальнодействующей силы выступало тяготение, которое с бесконечной скоростью, мгновенно и прямолинейно распространяло силы на бесконечные расстояния. Эти мгновенные, вневременные взаимодействия объектов служили физическим каркасом для обоснования абсолютного пространства, существующего независимо от времени.

      До 19 века физика была в основном физикой вещества, то есть она рассматривала поведение материальных объектов с конечным числом степеней свободы и обладающих конечной массой покоя. Изучение электромагнитных явлений в 19 веке выявило ряд существенных отличий их свойств по сравнению с механическими свойствами тел.

       5.М.Фарадей, Дж.К. Максвелл.

   Если в механие Ньютона силы зависят от расстояний между телами и направлены по прямым,то в электродинамике, созданной в 19 веке английскиими физиками М.Фарадеем и Дж.К.Максвеллом, силы зависят от расстояний и скоростей и не направлены по прямым, соединяющим тела. А распространение сил просиходит не мгновенно, а с конечной скоростью. Как отмечал Эйнштейн, с развитием элктродинамики и оптики становилось все очевиднее, что» недостаточно одной классической мехаики для полного описания явлений природы». Из теории Максвелла вытекал вывод о конечной скорости распрстранения электромагнитных волн. Свет, магнетизм, электричество стали рассматриваться как проявление единого элктромагнитного поля. Таким образом, Максвеллу удалось подтвердить действие законов сохранеия и принципа близкодействия благодаря введению понятия электромагнитного поля.

   Итак, в физике 19 века появляется новое понятие- «поле», что, по словам Эйнштейна, явилось «самым важным достижением со времени Ньютона». Открытие существования поля в пространстве между зарядами и частицами было очень существенно для описания физических свойств пространства и времени. Структура электромагнитного  поля описывается с помощью четырех уравнений Максвелла, устанавливающих связь величин, характеризующих электрические и магнитные поля с распределением в пространстве зарядов и токов. Как заметил Эйнштейн, теория  относительности возникает из проблемы поля.

      Специального объяснения в рамках существовавшей в конце 19 века физической картины мира требовал и отрицательный результат по обнаружению мирового эфира, полученный американским физиком А.Майкельсоном. Его опыт доказал независимость скорости света от движения Земли. С точки зрения классической механики, результаты опыта Майкельсона не поддавались объяснению. Некоторые физики пытались истолковать их как указывающие на реальное сокращение размеров всех тел, включая и Землю, в направлени движения под действием возникающих при этом электромагнитных сил.

     Создатель электронной теории материи Х.Лоренц вывел математические уравнения (преобразования Лоренца) для вычисления реальных сокращений движущихся тел и промежутков времни между событиями, происхоящими на них, в зависимости от скорости движения. Как показал позднее Эйнштейн, в преобразованиях Лоренца отражаются не реальные изменения размеров тел при движении ( что можно представить лишь в абсолютном пространстве), а изменения результата измерения в зависимости от движения системы отсчета.

Таким образом, относительными оказывались и «длина», и «промежуток времени» между событиями, и даже «одновременность» событий. Иначе говоря, не только всякое движение, но и пространство,и время.

IV.Современный статус концепций пространства и времени в физике.

1.                 Пространство и время в теории относительности А.Эйнштейна.

    Специальная теория относительности, созданная в 1905 году А.Эйнштейном, стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галилея-Ньютона и электродинамики Максвелла-Лоренца. «Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения, близких к скорости света, но без учета поля тяготения. При уменьшении скоростей движения она сводится к классической механике, которая, таким образом, оказывается ее частным случаем».

Если бы были найдены абсолютные пространство и время, а следовательно, и абсолютные скорости, то пришлось бы отказаться от принципа относитльности, в соответствии с которым инерциальные систеы равноправны. Создатель теории относитльности сформулировал обобщенный принцип относительности, который теперь распространяется и на электромагнитные явления, в том числе и на движение света. Этот принцип гласит, что никакими физическими опытами (механическими, электромагнитными и др.), производимыми внутри данной системы отсчета, нельзя установить различие между состояниями покоя и равномерного прямолинейного движения. Классическое сложение скоростей неприменимо для распространения электромагнитных волн, света. «Для всех физических процессов скорость света обладает свойством бесконечной скорости. Для того чтобы сообщить телу скорость, равную скорости тела, требуется бесконечное количество энергии,и именно поэтому физически невозможно, чтобы какое-нибудь тело достигло этой скорости. Этот результат был подтвержден измерениями, которые проводились над электронами. Кинетическая энергия точечной массы растет быстрее, нежели квадрат ее скорости, и становится бесконечной для скорости, равной скорости света».
Скорость света является предельной скоростью распространения материальных воздействий. Она не может складываться на с какой скоростью и для всех инерциальных систем оказывается постоянной. Все движущиеся тела на Земле по отношению к скорости света имеют скорость, равную нулю. Замечательный русский поэт Л.Мартынов сказал об этом так:
 

Это почти неподвижности мука,

Мчаться куда-то со скоростью звука,

Зная при этом, что есть уже где-то

Некто, летящий со скоростью света.

И в самом деле, скорость звука всего лишь 340 м/с. Это неподвижность по сравнению со скоростью света. Из этих двух принципов-постоянства скорости света и расширенного принципа относительности Галилея-математически следуют все положения специальной теории относительности. Если скорость света постоянна для всех инерциальных систем, а они все равноправны, то физические величины длины тела, промежутки времени, массы для разных систем отсчета будут различными. Так,длина тела в движущейся системе будет наименьшей по отношению к покоящейся. По формуле:

 

 

где      - длина тела в движущейся системе со скоростью    по отношению к неподвижной системе

           -длина тела в покоящейся ситеме

Для промежутка же времени, длительности какого-либо процесса-наоборот. Время будет как бы растягиваться, течь медленнее в движущейся системе по отношению к неподвижной, в которой этот процесс будет более быстрым.

2.                 Свойства пространства и времени.

  Какие же основные свойства пространства и времени мы можем указать? Прежде всего пространство и время объективны и реальны, то есть существуют независимо от сознания людей и познания ими этой объективной реальности. Человек все более и более углубляет свои знания о ней. Однако в истории науки и философии существовал и другой взгляд на пространство и время-как только субъективных всеобщих форм нашего созерцания. Согласно это точке зрения пространство и время не присущи самим вещам, а зависят от познающего субъекта. В данном случае преувеличивается относительность нашего знания на каждом истоическом этапе его развития. Эта точка зрения отстаивается сторонниками философии И.Канта. Пространство и время являются так же универсальными, всеобщими формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов,которые существовали бы вне пространства или вне времени. У Гегеля высшей реальностью является абсолютная идея, или абсолютный дух, который существует вне пространства и вне времени. Только производная от абсолютной идеи природа развертывается в пространстве. 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 и высотой. В сферической системе координат- радиус-вектор r и углы альфа и бетта. В цилиндрической системе- высота z, радиус-вектор и угол альфа.

    В науке используется понятие многомерного пространства (n-мерного).  Это понятие математической абстракции играет важную роль. К реальному пространству оно не имеет отношения. Каждая координата, например 6-мерного пространства, может указывать на какое-то любое 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 1-временное. Затем з них возникает 4-мерный континуум ( от лат.-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 будушему. Нельзя возвратиться назад в какую0либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-то промежуток в будущее. Отсюда следует, что время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей. Некоторые утверждают, что необратимость времени и его направленность определяются причинной связью, так как причина всегда предшествует следствию. Однако очевидно, что понятие предшествования уже предполагает время. Более прав поэтому Г.Рейхенбах, который пишет: «Не только временной порядок, но и объединенный пространственно-временной порядок раскрываются как упорядочивающая схема, управляющая причинными целями, и, таким образом, как выражение каузальной структуры вселенной».

     Необратимость времени в макроскопических процессах находит свое воплощение в законе возрастания энтропии. В обратимых процессах энтропия (мера внутренней неупорядоченности системы) остается постоянной, в необратимых-возрастает. Реальные же процессы всегда необратимы. Взамкнутой системе максимально возможная энтропия соответствует наступлению в ней теплового равновесия: разности температур в отдельных частях системы исчезают и макроскопические процессы становятся невозможными. Вся присущая системе энергия превращается в энергию неупорядоченного, хаотического движения микрочастиц, и обратный переход тепла в работы невозможен. Писатель-фнтаст Р.Брэдбери в одной из своих повестей иллюстрирует свойство необратимости и однонаправленности времени на примере эксперимента, который якобыпроводят существа, обитающие в четвертом измерении, над землянами. Они ставят над небольшим городком колпак, представляющий собой слой воздуха, в котором время на одну секунду отстает от течения времени в городке. Машины, идущие в город или из города, самолеты, взлетающие в воздух, обнаруживают вдруг невидимое препятствие для тех, кто мог бы проникнуть в город или выйти из него.

     Пространство обладает свойством однородности и изотропности, а время- однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек,а изотропность-равноправие всех направлений. Во времени все точки равноправны, не существует преимущественноей точки отсчета, любую можно принимать 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 (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 системам отсчета.

В современной науке используются понятия биологического, психологического и социального пространства и времени. Эти понятия введены в связи с особеннотями проявления пространственно-временных свойств нефизических объектов. Метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства пространства и времени в таких объектах могут быть существенно отличны. 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. Специфику биологического пространства он связывал с важнейшим отличительным признаком живого-наличием асимметричности пространственной структуры органических молекул. Впервые свойство ассиметрии органических молекул было обнаружено французским ученым, основателем научной микробиологии Луи Пастером. Развивая идеи Пастера, В.И.Вернадский представил молекулярную асимметрию как особое свойство пространства, связанно с жизнью. Неотъемлимым признаком живого, по мнению Вернадского, являетя особая симметрия пространства, занятого живым веществом, а именно-резкое проявление левизны в материальном суьстрате живого вещества. Под живым веществом Вернадский подразумевает всю совокупность растительных и животных организмов, в том числе и человека. Из особенностей биологического пространства Вернадский выводил и особенности протекания, в том числе прерывности и непрервыности, биологического времени. Это время должно отвечать пространству специфического строения живого вещества и не противоречить ему. 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 так же смерть как разрушение пространства-времени тел организмов. Действительно, как установила современная биохимия, все живое, в отличие от неживого, обладает фундаментальным свойством: белки содержат только «левые» аминокислоты, а нуклеиновые кислоты-только «правые» сахара. Главный биологический смысл этой асимметрии живого-в обеспечении молекулярно-пространственной комплементарности (соответствия) при взаимодействии молекул. Это особенность пространственной ассиметрии живого известна в современной науке под названием хиральности ( от греч.-рука). Возникновение хиральной чистоты живого, как подтверждают современные научные исследования, произошло на определенном этапе эволюции природы. На этом этапе под действием пока неизвестных науке причин наступло полное разрушение зеркальной симметрии предбиологической среды. И только затем началось образование в хирально чистой среде коротких и нуклеотидных цепочек-простейших ниток будущих ДНК и РНК.