Здавалка
Главная | Обратная связь

Эволюция представлений о пространстве и времени



 

Материальные структуры (все, существующее во Вселенной, живое и неживое) определенным образом упорядочены. Существуют две формы описания упорядоченности материальных тел и процессов: пространственная и временная.

 

Сторонники субстанциональной концепции (Демокрит, Аристотель, Ньютон и др.) трактовали пространство и время как инвариантные самостоятельные сущности, существующие наряду с материей и независимо от нее. Поэтому, соотношение между пространством и временем, с одной стороны, и материей – с другой, представлялось как отношение между двумя самостоятельными субстанциями.

Демокрит: пространство ассоциируется с пустотой, в которой происходит вечное движение атомов, т.е. пространство – это «вместилище» тел

Аристотель, отрицая пустоту, делает вывод, что пространство – это совокупность мест, занимаемых телами; понятия «предыдущее» и «последующее» являются выражением изменения движения.

Таким образом, по Аристотелю:

– пространство определяется местом расположения тел

– время есть мера движения

Ньютон (механистическая картина мира) развил идеи Демокрита, Аристотеля и др. до четкого представления об абсолютном пространстве и абсолютном времени, независимых друг от друга и не связанных с материей. Пространство у него неизменно и неподвижно и, т.к. его свойства не зависят ни от чего, в том числе и от времени, то убрав из пространства все материальные тела, пространство останется и его свойства сохранятся. Время, по Ньютону, течет одинаково во всей Вселенной, и это течение не зависит ни от чего.

 

Ньютоновские представления о пространстве, времени и следствия из этих представлений:

абсолютное пространство – это независимо существующее «вместилище» материальных тел

абсолютное время – это независимое от материи «вместилище» событий

относительное время задается последовательностью событий

– пространство однородное, изотропное, трехмерное и описывается геометрией Евклида

– пространственные размеры тел, в покоящихся и движущихся системах отсчета, остаются одинаковыми

– справедлив классический закон сложения скоростей (например: скорость человека, идущего по движущемуся вагону, для наблюдателя, находящегося на земле, складывается из скорости человека относительно вагона и скорости вагона относительно земли)

 

Концепция мирового эфира: вплоть до XX века в физике господствовало представление о невидимой субстанции («тонкой материи»), заполняющей мировое пространство – мировом эфире

 

Опыты Майкельсона – Морли, пытающихся обнаружить мировой эфир, заключались в измерении скорости света в направлениях по движению и перпендикулярно направлению движения Земли вокруг Солнца.

Впервые подобный опыт был поставлен Макйкельсоном на своем интерферометре в 1881 году, с целью измерения зависимости скорости света от движения Земли относительно эфира. Под эфиром тогда понималась среда, аналогичная объемнораспределенной материи, в которой свет распространяется подобно звуковым колебаниям.

Опыт Майкельсона—Морли был принципиально направлен на то, чтобы подтвердить (или опровергнуть) существование мирового эфира посредством выявления «эфирного ветра» (или факта его отсутствия). Действительно, двигаясь по орбите вокруг Солнца, Земля совершает движение относительно гипотетического эфира полгода в одном направлении, а следующие полгода в другом. Следовательно, полгода «эфирный ветер» должен обдувать Землю и, как следствие, смещать показания интерферометра в одну сторону, полгода – в другую. Итак, наблюдая в течение года за своей установкой, Майкельсон и Морли не обнаружили никаких смещений в интерференционной картине: полный эфирный штиль! Результат эксперимента по мнению Майкельсона был отрицательным – смещения полос не совпадают по фазе с теоретическими, а колебания этих смещений только немного меньше теоретических.

Таким образом, опыты показали:

– скорость света в различных направлениях есть величина постоянная (т.е. не зависит от движения источника света)

– нарушение классического закона сложения скоростей

– неверность гипотезы «мирового эфира». Итак: эфирного ветра, а, стало быть, и эфира не существует.

 

В современной картине мира понимание пространства и времени сформировано теорией относительности Эйнштейна:

– пространство и время неразрывно связаны между собой, т.е. составляют единое четырехмерное пространство-время (специальная теория относительности)

– вблизи тяготеющих масс (под действием сил гравитации) пространство-время «искривляется» и уже не является Евклидовым пространством (общая теория относительности)

– пространство и время имеют относительный характер: так результаты измерений длин объектов и интервалов времен зависит от того, в какой системе отсчета они измеряются

– отказ от идеи абсолютного пространства и времени, мирового эфира и других выделенных систем отсчета

– существует тесная взаимосвязь между пространством, временем, материей и ее движением

– убрав из пространства все материальные объекты – исчезает пространство и время.

 

В специальной теории относительности, предложенной А. Эйнштейном в 1905 году, впервые в истории науки было вскрыто единство пространства и времени. Оказалось, что, хотя пространство и время обладают разными свойствами (пространство трехмерно, время одномерно; пространство изотропно, время – анизотропно), они не существуют друг без друга и при смене систем отсчета изменяются строго согласованным образом. Именно поэтому как в специальной, так и в общей теориях относительности рассматривается не пространство и время, а пространство-время.

 

Резюмируем некоторые положения:

 

1.Пространство и время взаимосвязаны. Это означает, что нет пространства вне времени, и нет времени вне пространства. В настоящее время пространство–время представляется 4-х мерным – это представление ввел математик Минковский (один из основателей неэвклидовых геометрий). Оно характеризуется четырьмя равноправными координатами (х, у, z, t).

 

2.Пространство - время относительно. В общем случае движения объектов со скоростями, близкими к скорости света в вакууме, пространство – время зависит от скорости движения.

Примечание. Если скорость движения объекта значительно меньше скорости света в вакууме, то пространство–время может считаться абсолютным и невзаимосвязанным (евклидовым), т.е. не зависящим от скорости движения объектов друг относительно друга. В пределах классической механики (Галилея – Ньютона) пространство–время является абсолютным и невзаимосвязанным.

 

3.Пространство - время неразрывно связано с движущейся материей, т.е. нет материи вне пространства–времени, как нет пространства без материи.

Примечание. Это не означает, что между пространством и временем нет различий.







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.