Материал:

В конце XIX - начале XX века произошли глубокие изменения в научных представлениях о материи и, соответственно, радикальное изменение понятий пространства и времени. Физическую картину мира дополнила концепция поля как формы материальной связи между частицами вещества, как особой формы материи. Все тела, таким образом, представляют собой систему заряженных частиц, связанных полем, передает действия от одних частиц к другим с конечной скоростью - скоростью света. Предполагали, что поле - это состояние эфира, абсолютно недвижимого среды, заполняющей мировое абсолютное пространство. Позже было установлено (X. Лоренц и др.), Что когда движение тел происходит с очень большими скоростями, близкими к скорости света, то поле изменяется, что приводит к изменению пространственных и временных свойств тел; при этом Лоренц считал, что длина тел в направлении их движения сокращается, а ритм физических процессов, происходящих в них, замедляется, причем пространственные и временные величины изменяются согласованно.

Сначала казалось, что таким путем можно будет определить абсолютную скорость тела относительно эфира, а следовательно, по отношению абсолютного пространства. Однако вся совокупность опытов опровергла этот взгляд (более подробно этот вопрос будет обсуждаться в разделе "Теория относительности"). Было установлено, что в любой инерциальной системе отсчета все физические законы, включая законы электромагнитных (и вообще полевых) взаимодействий, одинаковы. Специальная теория относительности А. Эйнштейна, основанная на двух фундаментальных положениях, - о предельной скорости света и равноправие инерциальных систем отсчета, стала новой физической теории пространства и времени. Из нее следует, что пространственные и временные отношения - длина тел (вообще расстояние между двумя материальными точками) и длительность (а также ритм) процессов, происходящих в нем, является не абсолютным величинам, как утверждала механика Ньютона, а относительными. Частица (например, нуклон) может проявлять себя по отношению частицы, медленно движется по ней, как сферическая, а по частицы, налетает на нее с очень большой скоростью - как сплющенный в направлении движения диск. Соответственно, продолжительность существования заряженного тс-мезона, который медленно движется, составляет "10 ~ 3 сек, а того, который движется с огромной скоростью (близкой к скорости света), - во много раз больше. Относительность пространственно-временных характеристик тел полностью подтверждается с помощью опытов. Отсюда следует, что представление об абсолютности пространства и времени являются ошибочными. Пространство и время являются общими формами координации материальных явлений, а не самостоятельными началами бытия, независимыми от материи. Теория относительности опровергает представление о пустых пространство и время, которые имеют собственные измерения . Представление о пустом пространстве было отвергнуто позже и в квантовой теории поля с его новым понятием вакуума.

Дальнейшее развитие теории относительности (общей теории относительности А. Эйнштейна) показал, что пространственно-временные отношения зависят также от концентрации масс. При переходе к космическим масштабам геометрия пространства-времени не является евклидовой (или "плоской", то есть независимой от величины пространства-времени, а меняется от одной части космоса к другой в зависимости от плотности масс в этих местах и их движения). В масштабах Метагалактики геометрия пространства меняется со временем вследствие расширения Метагалактики. Таким образом, развитие физики и астрономии подтвердил несостоятельность как априоризму Канта, есть понимание пространства и времени как априорных форм человеческого восприятия, природа которых неизменна и независима от материи, так и ньютоновской догматической концепции пространства и времени.

Связь пространства и времени с материей выражается не только в зависимости законов пространства и времени от общих закономерностей, которые определяют взаимодействие материальных объектов. Он проявляется также в наличии характерного ритма существования материальных объектов и процессов - типичных для каждого класса объектов средней продолжительности жизни и средних пространственных размеров.

Из изложенного следует, что пространства и времени свойственны очень общие физические закономерности, касающиеся всех объектов и процессов. Это имеет отношение и к проблемам, связанным с топологическими свойствами пространства и времени. Проблема границы (столкновения) отдельных объектов и процессов непосредственно связана с вопросами, которые привлекали внимание еще в древности. Речь идет о конечную или бесконечную делимость пространства и времени, их дискретность или непрерывность. В античной философии этот вопрос решался только умовивидно. Высказывались, например, предположение о существовании "атомов" времени (Зенон). В науке XVII-XIX веков идея атомизма пространства и времени потеряла всякий смысл. Ньютон считал, что пространство и время реально расчленены до бесконечности. Этот вывод следовал из его концепции пустых пространства и времени, наименьшими элементами которых является геометрическая точка и момент времени ("мгновения" в буквальном смысле слова). Лейбниц считал, что хотя пространство и время делимы до бесконечности, но реально не расчленены на точки - в природе нет объектов и явлений, лишенных размеров и продолжительности. Из представления о неограниченной делимости пространства и времени не следует, что и границы тел и явлений являются абсолютными. Представление о непрерывности пространства и времени еще больше окрепло в XIX веке с открытием поля: в классическом понимании поле абсолютно непрерывный объект.

Проблема реальной делимости пространства и времени появилась в XX веке в связи с открытием в квантовой механике соотношение неопределенностей (более подробно этот вопрос рассматривается в разделе «Квантовая механика»). В соответствии с соотношением неопределенностей для абсолютно точной локализации микрочастицы необходимы бесконечно большие импульсы, в физическом аспекте является невыполнимой задачей. Более того, современная физика элементарных частиц показывает, что при очень сильных воздействиях на частицу она не сохраняется вообще, происходит даже множественное рождение частиц. На самом деле не существует реальных физических условий, при которых можно было 6 измерить точное значение напряженности поля в каждой точке. Таким образом, современная физика установила, что невозможно не только реально осуществить разделение пространства и времени на точки, но и принципиально невозможно осуществить процесс реального бесконечного их разделения. Итак, геометрические понятия точки, кривой, поверхности являются абстракциями, отражающие пространственные свойства материальных объектов лишь приблизительно. На самом деле объекты отделены друг от друга не абсолютно, а лишь относительно. Справедливо это и в отношении моментов времени. Именно такой взгляд на "точечности" событий следует из так называемой теории нелокального поля. Одновременно с идеей нелокальности взаимодействия разрабатывается гипотеза о квантования пространства и времени, то есть о существовании маленьких длин и длительностей. Сначала предполагали, что "квант" длины - 10 "15 м (порядка классического радиуса электрона или порядка" длины "сильного взаимодействия). Однако с помощью современных ускорителей заряженных частиц исследуются явления, которые имеют длины 10 ~ б-10 ~ 17 м; поэтому значение кванта длины начало смещаться к все меньшим значений (10 ~ 19 и даже 10 "35 м).

Решение вопроса о квантования пространства и времени тесно связано с проблемами структуры элементарных частиц. Появились исследования, которые вообще отрицают применимость к субмикроскопические мира понятий пространства и времени. Однако понятия пространства и времени не должны сводиться ни к метрическим, ни к топологическим отношений известных типов.

Тесная взаимосвязь пространственно-временных свойств в природе взаимодействия объектов проявляется также и при анализе симметрии пространства и времени. Еще в 1917 году Э. Нетер доказала, что однородности пространства соответствует закон сохранения импульса, однородности времени - закон сохранения энергии, изотропности пространства - закон сохранения момента количества движения. Таким образом, типы симметрии пространства и времени как общие формы координации объектов и процессов взаимосвязаны с важнейшими законами сохранения. Симметрия пространства при зеркальном отражении оказалась зависимой от существенной характеристики микрочастиц их четности.

Одной из важнейших проблем пространства и времени вопрос о направленности течения времени. В ньютоновской концепции это свойство времени считалось понятной сама собой и не требовала обоснования. В Лейбница необратимость течения времени связывалась с однозначной направленности цепи причин и следствий. Современная физика конкретизировала и развила это обоснование, связав его с современным пониманием причинности. Очевидно, направленность времени связана с такой интегральной характеристикой материальных процессов, как развитие, что является принципиально необратимым.

Среди проблем пространства и времени, которые привлекали внимание еще в древности, - вопрос о количестве измерений пространства и времени. В ньютоновской концепции это количество считалась изначально неизменной. Однако еще Аристотель обосновал трехмерность пространства в зависимости от количества возможных сечений (делений) тела. Интерес к этой проблеме возрос в XX веке с развитием топологии. Л. Бауэр установил, что размерность пространства является топологическим инвариантом - числом, не меняется при непрерывных и взаимно однозначных преобразований пространства. В ряде исследований была установлена связь между количеством измерений пространства и структурой электромагнитного поля, между трехмерностью пространства и спиральностью элементарных частиц. Все это подтвердило, что количество измерений пространства и времени неразрывно связана с материальной структурой окружающего мира.

Теория относительности

Общие замечания

В этом разделе речь идет о первой революции в научном мышлении, вызванной открытия двадцатого века. На жаргоне физика содержание всех предыдущих разделов объединяет понятия классической физики, чтобы отличить эту старую физику от новейших, современных теорий, к которым мы и переходим.

Идеи относительности встретили сначала сильное сопротивление как со стороны физиков, так и со стороны философов. Физики встретили новую гипотезу критично, как всегда они встречают новую идею, пока она не прошла их требований тройного экзамена. Во-первых, она должна оставлять нетронутыми успехи предыдущей работы и не обесценивать тех объяснений результатов наблюдений, которые использовались для обоснования более ранних идей. Во-вторых, она должна удовлетворительно объяснять новые данные, поставили под сомнение предыдущие идеи и повлекли возникновение новых гипотез. И, в-третьих, она должна прогнозировать новые явления или новые соотношения между различными явлениями, которые до сих пор были еще неизвестными или не до конца понятными.

Этот процесс требовал некоторого времени, так как учет относительности является важным только для объектов, движущихся со скоростью, сравнимой со скоростью света. Поскольку подобные объекты не всегда доступны для наблюдения, то не было достаточных возможностей для проверки, к тому же во многих случаях опыты требовали очень сложных наблюдений высокой точности. С тех пор частицы, движущиеся с высокими скоростями, стали обычными в любой физической лаборатории. Теперь мы не можем воспринимать незначительные изменения в поведении частиц, для выявления которых требуются измерения высокой точности, как несущественные; релятивистские особенности их движения связаны с большими эффектами, которыми невозможно пренебречь. Проще говоря, проектируя оборудования для физических исследований, инженеры вынуждены конструировать устройства стоимостью во много миллионов долларов, что связано исключительно с релятивистским характером движения частиц. Вряд ли склонны они считать это результатом бесполезного или ложного измышления. Сегодня ни один физик, практически знаком с опытами над быстрыми частицами, не будет возражать принципы теории относительности.

Отрицание философов возникали потому, что теория относительности начала пересмотр положений, которые считались сферой философии. Подвергалось сомнению право физиков отрицать идеи, которые философы считали очевидными и неоспоримыми истинами.

Источник: https://studbooks.net/7244/estestvoznanie/kontseptsii_sovremennogo_estestvoznaniya

Смотрите также:








ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
_Роджерс Карл, Брак и его альтернативы