Теория пространства и времени

Содержание

Введение

1.Общие понятия пространство и времени ………………………………………………………6

2.Сущность пространства и времени………………………………………………………………….8

3. Свойства пространства и времени…………………………………………………………………10 

4. Отношения между  пространством и  временем ……………………………………………12

5. Заключение………………………………………………………………………………………………………14

Список  используемый литературы…………………………………………………………………….15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

В моем реферате я  хочу рассмотреть такие понятия  как время и пространство. Я  выбрала эту тему, так как в  существующим нашем мире мне кажется  много из нас задаются именно этими  вопросами и сама по себе это тема очень интересная и имеет специфическое  значение для нашего времени. Объекты  моего исследования – это непосредственно  пространство и время, а также  вопрос их сущности, отношения между  ними и их свойствами.

Пространство и  время - фундаментальные категории  современного естествознания'. Физические, биологические, географические и другие величины непосредственно или опосредованно  связаны с пространственно-временными характеристиками объектов. Ученые ведут  дискуссии о сущности пространства и времени, об их основных свойствах. Проблемы пространства и времени  во многом решаются в рамках господствующей в данную эпоху парадигмы. Картинам мира разных исторических эпох с присущими  им культурами соответствовали свои пространственно-временные представления. Более того, выбор самих моделей  пространства и времени зависит  от конкретных целей и масштабов, в которых существует изучаемое  явление или объект.                                                                                                                  Что же такое пространство и время? Пространство и время- это всеобщие формы существования материи. Нет  и не может быть материи вне  пространства и времени. Как и  материя, пространство и время объективны, независимы от сознания. Структура  и свойства движущейся материи определяют структуру и свойства пространства и времени. Пространство и время  зависят не только от материи, но и  друг от друга. Это обнаруживается даже при простом механическом перемещении: по положению солнца на небе можно  определить время, а для определения  координат космического корабля  нужно задать время. Более глубоко  связь пространства и времени  раскрыла теория относительности. Она  ввела единое понятие четырехмерного пространства и времени.

Пространство - есть форма бытия материи, характеризующая  ее протяженность, сосуществование  и взаимодействие материальных тел  во всех системах.                                                                                                           Время - форма бытия материи, выражающая длительность ее существования, последовательность смены состояний всех материальных систем.                    В современной науке используются такие понятия, как физическое, геологическое, географическое, биологическое, психологическое, социальное пространство и время.                                                                            Пространство и время обладают свойствами всеобщими и локальными. К всеобщим относятся такие характеристики, которые проявляются на всех уровнях материи (из известных нам), а специфические свойства проявляются лишь на определенных структурных уровнях и присущи определенным классам материальных тел.

Свойства пространства и времени зависят от концентрации масс и скорости движения. Любая  масса создает искажение пространства, в прямо пропорциональной зависимости  от массы тела.

Актуальность данной тематики обусловлена тем, что уже  до нашей эры в античной науке  укоренилось представление о  физическом (математическом) времени  как мере движения. Время считалось  безграничным. 
В средние века окрепло убеждение в конечности времени, в неизбежности конца мира (тут проявились не научные выводы, а религиозные предрассудки). До прошлого века наука вынуждена была считаться с представлениями о времени, отводившими на все существование мира лишь несколько тысячелетий. Правда, индийская философия утверждала идею необычайной длительности (едва ли не бесконечности) жизни Вселенной. Однако в науку эта мысль не вошла. 
В эпоху Возрождения отдельные мыслители вернулись к античным представлениям о безграничности времени (Д. Бруно) и о времени как мере движения (Г. Галилей). Позже Ньютон ввел понятие абсолютного времени. Это означало, что время исчезло как предмет научного изучения, ибо оно было поставлено вне реальных явлений как нечто всеобщее, безотносительное ко всему окружающему. А ведь наука изучает только реальность, доступную наблюдению. 
С начала XX века стало популярным понятие об едином и неразделимом пространстве-времени. Эта идея неоднократно высказывалась еще со времен Ньютона (например, философом Д. Локком). В XVIII веке д'Аламбер упомянул даже о возможности принять в механике время как четвертую координату. Позже подобные взгляды развивали некоторые другие мыслители. Почва для современных представлений о времени подготовлялась издавна. 
Итак, пространство-время стало объектом научных исследований. 

1. Общие понятия пространство и времени 

Понятие пространства опирается на понятие протяженности. Протяженность объекта выражает его структурность, взаимоотношение его часте. 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 и материалистически интерпретируя известные положения Г.Лейбница, 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 комплексом не столь уж тривиальных допущений и процедур).

В истории философии  существовали две точки зрения об отношении пространства и времени  к материи. Первую из них можно  условно назвать субстанциальной концепцией. В ней пространство и время трактовали 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.

Вторую концепцию  об отношении  пространства и времени к материи можно именовать реляционной (от слова relatio — отношение). Ее сторонники понимали пространство и время не как самостоятельные сущности, а как системы отношений, образуемых взаимодействующими материальными объектами. Вне этой системы взаимодействий пространство и время считались несуществующими. В этой концепции пространство и время выступали как общие формы координации материальных объектов и их состояний. Соответственно допускалась и зависимость свойств пространства и времени от характера взаимодействия материальных систем.                                  Пространство - временной континиум — физическая модель, дополняющая пространство равноправным временны́м измерением и, таким образом, создающая теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом.

В соответствии с теорией относительности, Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное измерение, и все четыре измерения органически связаны в единое целое, являясь почти равноправными и (в определенных рамках, см.примечания ниже), способные переходить друг в друга при смене наблюдателем системы отсчета.

В рамках общей теории относительности пространство-время имеет и единую динамическую природу, а его взаимодействие со всеми остальными физическими объектами (телами, полями) - есть гравитация. Таким образом, теория гравитации в рамках ОТО есть теория пространства-времени (полагаемого в ней не плоским, а способным динамически менять свою кривизну).

Пространство-время непрерывно и с математической точки зрения представляет собой многообразие, которое обычно наделяют лоренцевой метрикой. 
 
 
 
 
 
 

2. Сущность  пространства и времени

Среди важнейших  философских понятий, на которых  держатся основы нашего мировоззрения, понятия “пространство” и “время”  находятся на особом положении. Многие великие мыслители старались  проникнуть в сущность этих понятий. И, хотя даже ребёнку интуитивно ясно, что такое пространство и время, но попытки мыслителей выразить словами  эту ясность не дают удовлетворительных формулировок – что-то важное непременно ускользает, и даже несколько томов  комментариев не помогают ухватить это  ускользнувшее нечто.

Ситуация  сложна ещё и тем, что пространство и время недоступны нам на опыте  непосредственно. Никто никогда  не измерял пространство – а измеряли длины, площади, объёмы; аналогично, никто  никогда не измерял время –  а измеряли длительности. Это делалось так: выясняли, сколько раз вдоль  забора уложится эталонный метр, или  сколько раз от звонка до звонка протикают эталонные часы. Получали соотношения между длинами да между длительностями – и ничего сверх этого, никаких прикосновений  к пространству и ко времени! Рассуждая  непредвзято, мы должны сделать вывод: ни один эксперимент не подтверждает того, что пространство и время  являются объективной реальностью. Сразу приходит крамольная мысль  – а не являются ли пространство и время реальностью субъективной, т.е. порождением самого мыслящего  субъекта? Причём - мыслящего не свободно!

Действительно, интуитивная ясность, но невозможность  сформулировать – сопоставление  этих симптомов наводит на подозрение о том, что в вопросе о сущности пространства и времени мы имеем  дело с работой какого-то специального ограничителя нашего мышления. Известно ведь, что свои ограничители имеют  как восприятие, так и мировоззрение  субъекта – например, фильтры восприятия, а также предубеждения насчёт того, “что может быть, а чего не может быть”. Поэтому неудивительно, что мышление субъекта также имеет  ограничители, которые мы будем называть фильтрами мышления. Происхождение  фильтров мышления очень простое: всё  наше мышление организовано алгоритмически, и каждый алгоритм, по которому мы мыслим, уже сам по себе является фильтром мышления – поскольку, когда он работает, субъект мыслит именно так, как предписывает этот алгоритм, и не иначе. Заметим, что субъект волен в широких пределах перенастраивать свою систему фильтров мышления – как и наборы фильтров восприятия и предустановок в мировоззрении. Однако, что касается фильтров мышления, связанных с сущностью пространства и времени, то создаётся впечатление, что над этими фильтрами субъект не властен.

Если это  действительно так, то это означает, что пространственно-временные фильтры  внедрены в наше мышление очень прочно: фактически, они участвуют в формировании всех наших мыслей. Другими словами: мыслить в обход этих фильтров мы не можем. И такое положение  вещей не лишено смысла!

В самом  деле, этот смысл проясняется, если допустить, что пространственно-временные  фильтры были намеренно установлены  в мыслительные процессоры людей  – для того, чтобы максимально  приспособить их мышление к реалиям  физического мира, в котором живут  и действуют их физические тела. Уже младенцы, учась ориентироваться  в обстановке, начинают различать, что  такое “здесь”, а что такое  “там”, да не просто “там”, а “близко” или “далеко”, а также что  такое “сейчас” и “не сейчас”, да не просто “не сейчас”, а “до” или “после”, причём если “после”, то “скоро” или “не скоро”. Выражаясь  на жаргоне программистов, пространственно-временные  фильтры в мышлении субъекта создают  максимально дружественную к  пользователю среду, в рамках которой  пользователь, т.е. субъект, формулирует  свои суждения – поскольку эта  среда максимально адекватно  соответствует законам бытия  на физическом уровне реальности.  
 
 
 
 
 
 

3. Свойства  пространства и времени

Какие же основные свойства пространства и времени мы можем  указать? Прежде всего пространство и время ; объективны и реальны, т. е. 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 этой точке зрения, пространство и время  не присущи самим вещам, а зависят  от познающего субъекта. В данном случае преувеличивается относительность  нашего знания {на каждом историческом этапе его развития. Эта точка  зрения отстаивается сторонниками философии  И. Канта. Пространство и время являются также универсальными, всеобщими  формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени. 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, У, Z, называемые длиной, шириной и высотой. В сферической  системе координат — радиус-вектор г и углы а и 3. В цилиндрической системе — высота z, радиус-вектор и угол <х. 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 одно — временное. Затем из них  возникает 4-мерный континуум (лат. continuum — непрорывное, сплошное). В отличие  от пространства, в каждую точку  которого можно снова и снова  возвращаться (и в этом отношении  оно является как бы обратимым), время  — необратимо и одномерно. Оно  течет из прошлого через настоящее  к будущему. Нельзя возвратиться назад  в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо временной 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 цепями, и, таким образом, как выражение каузальной структуры вселенной"¹. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Отношения между пространством  и временем

Пространственно-временные  отношения и закономерности —  это очередной этап сложности  реально (действительно) существующего  мира, отношения, понимаемые первоначально  на обыденном (созерцательном) уровне сознания, а в современную эпоху  постигаемые на уровне научного сознания. 
   С античных времен наиболее известными были две концепции совместного рассмотрения пространства и времени. Одна из них идет от древних атомистов — Демокрита, Эпикура и Лукреция, позднее тщательно разработана Ньютоном, которые ввели понятие пустого однородного и бесконечного пространства, а время рассматривали как субъективное ощущение действительности. Другая концепция восходит еще к Аристотелю, разработана в Новое время Лейбницем, опиравшимся также на некоторые идеи Декарта. Все они фактически придерживались идеи о заполненном мировом пространстве (без пустоты), то есть идеи о тождестве протяженной материи и пространства. 
   Ньютон представил понятия пространства и времени как особые начала, существующие независимо от материи и друг от друга. Абсолютное пространство, или пространство само по себе, есть пустое “вместилище тел”, оно неизмеримо и непознаваемо. От абсолютного пространства Ньютон отличал протяженность тел — их основное свойство, благодаря которому они занимают определенные места в абсолютном пространстве, совпадают с этими местами. Положения тел и расстояния между ними можно определить только по отношению к другим телам. Время так же абсолютно, как и пространство, есть чистая длительность, как таковая, равномерно текущая от прошлого к будущему. Оно является пустым “вместилищем событий”, которые могут его заполнять, а могут и не заполнять, ход событий не влияет на течение времени. 
   Время универсально, непрерывно, бесконечно, одномерно. От абсолютного времени, также неизмеримого, Ньютон отличал относительное или обыденное время. Парадокс ньютонова пространства и времени состоит в том, что не существует опытов, которые позволили бы измерять положение тела в пространстве или момент времени события — экспериментально можно измерять только расстояния между телами или промежутки времени между событиями. Таким образом, чтобы сопоставлять пространству и времени какие-либо физические величины, мы должны выбрать некоторое тело, в качестве начала отсчета расстояний, и некоторый момент времени, в качестве начала отсчета его промежутков, что в конечном итоге ведет к необходимости введения некоторой системы отсчета. Вот с этого выбора и начинается ньютонова наука о движении — механика. 
   Согласно концепции Лейбница, пространство и время не есть самостоятельные начала бытия. Пространство — это порядок взаимного расположения множества тел, сосуществующих вне друг друга, время — порядок сменяющих друг друга явлений или состояний тел. Протяженность любого объекта не есть первичное свойство, а обусловлено силами, действующими внутри объекта; внутренние и внешние взаимодействия определяют и длительность состояния. Что же касается самой природы времени как порядка сменяющих друг друга явлений, то оно отражает их причинно-следственную связь.

 В истории естественнонаучных  представлений о времени, как  отдельном феномене, можно выделить  четыре его концепциии, группируемых  обычно попарно. Первая пара  концепций времени расходится  по вопросу о природе времени: 1) субстанциальная концепция рассматривает  время как особую субстанцию, субстрат, наряду с пространством,  веществом и другими физическими  характеристиками; 2) реляционная концепция  считает время отношением (или  системой отношений) между физическими  событиями. Вторая пара концепций  времени выражает разные точки  зрения на процесс становления  времени: 1) статическая концепция  считает события прошлого, настоящего  и будущего существующими реально  и в известном смысле одновременно, а становление и исчезновение  материальных, физических объектов  — это иллюзия, возникающая  в момент осознания того или  иного изменения; 2) динамическая  концепция, напротив, считает, что  реально существуют только события  настоящего времени, события прошлого  уже реально не существуют, а  события будущего еще реально  не существуют. Видно, что в  этих концепциях смешиваются  физика и философия и как  трудна и неоднозначна проблема  времени. 
 
 

Заключение

 
Целью данной контрольной работы выступал анализ пространства и времени. Итак поставленная задача выполнена.                   
И в заключение необходимо отметить, что во времена Ньютона считалось, что свойства пространства и времени абсолютны, т.е. не зависят от наличия материальных тел, протекающих процессов и наблюдателей. Современная физика показала ограниченность таких представлений: геометрические свойства пространства и времени тесно связаны с наличием и расположением массивных тел, зависят от характера протекающих процессов и даже от состояния наблюдателя. В связи с этим сейчас принято говорить, что свойства пространства и времени относительны. 
В классическом естествознании рассматриваются макроскопические объекты и явления, происходящие в существующих независимо от них и друг от друга пространстве и времени, носящих абсолютный характер. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список используемой литературы:

1. Свиридов, В. В. Концепции современного естествознания : учеб. пособие / В. В. Свиридов. 2-изд. СПб. : Питер, 2005. 349 с.

2. Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. -Ростов н/Д: Феникс, 2005. -480 с.

3. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания: Учебник. -6-е изд., перераб. и доп. -М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2007. -540 с

4. 7. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов / Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова -3-е изд., перераб. и доп. -М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 317 с.

5. Савченко В. Н. Начала современного естествознания: тезаурус / В.Н. Савченко, В.П. Смагин. -Ростов н/Д.: Феникс, 2006. -336 с.