Пространственно-временные характеристики мира. Различные модели пространства и времени

Оглавление:

Пространство и время — это категории, обозначающие фундаментальные формы существования материи. Пространство выражает порядок существования отдельных объектов, а время — порядок смены явлений и состояний материи. Пространство и время также служат одним из основных средств построения теоретических моделей, интерпретирующих экспериментальные данные.

Все тела имеют определенную окружность — длину, ширину, высоту. Они по-разному расположены друг к другу, образуют части той или иной системы. Пространство — это форма координации существующих объектов, состояний материи. Порядок сопоставления этих объектов и их состояния формируют структуру пространства.

Явления характеризуются продолжительностью существования, последовательностью стадий развития. Процессы происходят либо одновременно, либо один раньше или позже другого. Все это означает, что тела существуют и движутся (изменяются) во времени.

Время — это форма координации изменяющихся объектов и их состояний. Порядок, в котором меняются эти объекты и состояния, образует структуру времени.

Пространство и время — это универсальные формы существования, координации объектов. Универсальность этих форм бытия заключается в том, что они являются формами бытия всех объектов и процессов, которые были, есть и будут в мире. Все расширяется и сохраняется в мире.

Свойства пространства и времени

Единство и множественность свойств пространства и времени. Поскольку пространство и время неотделимы от материи, правильнее было бы говорить о пространственно-временных свойствах и отношениях материальных систем. Выделяются общие и специфические свойства пространства и времени, изучаются особенности пространства и времени в микромире и мегамире. Среди универсальных свойств пространства и времени следует отметить:

объективность и независимость от человеческого сознания и сознания всех других разумных существ в мире.
абсолютность — это универсальные формы существования материи, проявляющиеся на всех структурных уровнях ее существования.
неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей.
единство прерывности и непрерывности в его структуре — существование отдельных тел, закрепленных в пространстве, при отсутствии какой-либо «прерывности» в самом пространстве.
количественная и качественная бесконечность, неотделимая от структурной бесконечности материи — невозможность найти место, где бы не присутствовали пространство и время, а также неисчерпаемость их свойств.

Общие свойства пространства

Там, где есть взаимодействие и движение материи, сопоставление и соединение ее элементов, там должны быть пространство и время; там, где есть сохранение материи, длительность ее существования и последовательность изменений состояния, там будет время, которое включает все эти процессы в свое содержание.

К общим свойствам пространства относятся:

расширение — положение линии, наличие и соединение различных элементов (точек, отрезков, объемов и т.д.), возможность добавления к любому данному элементу другого элемента или возможность уменьшения количества элементов. Протяженность тесно связана со структурированностью материальных объектов, которая обусловлена взаимодействием элементов материи, образующих тело.
связность и непрерывность — выражаются в характере перемещений тел из одной точки в другую, в распространении воздействий через различные материальные поля в виде тесного взаимодействия материи и передачи энергии. Связность означает отсутствие «разрывов» в пространстве и прерываний в распространении влияний в полях.
трехмерность — это общее свойство пространства, встречающееся на всех известных уровнях структуры и органически связанное со структурированностью систем и их движением. Все материальные процессы и взаимодействия реализуются в пространстве трех измерений (длина, ширина, высота). Три измерения — это необходимый и достаточный минимум, в рамках которого могут быть реализованы все виды взаимодействий материальных объектов.
единство метрических и топологических свойств присуще пространству на всех известных структурных уровнях материи. Метрические свойства проявляются в протяженности и характере связи элементов тел. Метрики могут быть разными — евклидовыми и неевклидовыми, и возможны многие варианты неевклидовых пространств с различными значениями кривизны. Топологические свойства характеризуют связность, трехмерность, непрерывность, неоднородность, бесконечность пространства, его единство со временем и движением.

Общие свойства времени

длительность — последовательность чередующихся моментов или состояний, возникновение последующих после любого данного промежутка времени, предполагает возможность добавления еще одного момента времени к любому данному, а также возможность разделения каждого отрезка времени на более мелкие интервалы. Длительность определяется сохранением материи и ее свойств, единством стабильности и изменчивости в мире. Ни один процесс в природе не может быть мгновенным, мгновенным, он обязательно длится во времени из-за конечной скорости распространения взаимодействий и изменений состояния.

Подобно расширению пространства, длительность также является одним из свойств метрики. Отсутствие какой-либо длительности, связанной, например, с состоянием материи, подобным сингулярности (объект с бесконечной плотностью, гравитационным полем и точечными измерениями), означало бы, что материя в этом состоянии не имеет способности поддерживать и последовательно менять состояния, что равносильно отрицанию всего материального бытия.

длительность существования объектов во времени выступает как единство прерывного и непрерывного. Непрерывность материи и непрерывная последовательность ее изменений, тесное взаимодействие в причинно-следственных связях определяют общую непрерывность времени, которая проявляется в непрерывном переходе предыдущих состояний в последующие. Время, как способ существования материи, состоит из множества последовательностей и длительностей существования определенных объектов, каждый из которых существует в течение конечного периода времени. Таким образом, время характеризуется прерывностью существования конкретных качественных состояний; оно относительно, поскольку между всеми изменяющимися качествами существует внутренняя связь и непрерывный переход.
общая характеристика времени — необратимость, т.е. однонаправленное изменение от прошлого к будущему. Прошлое рождает настоящее и будущее и переходит в них. Прошлое относится ко всем тем событиям, которые уже произошли и трансформировались в последующие события. Будущие события — это события, которые станут результатом настоящих и непосредственно предшествующих событий. Настоящее включает в себя все те объекты, системы и процессы, которые реально существуют и способны взаимодействовать друг с другом. Взаимодействие возможно только при одновременном сосуществовании объектов. Объекты, которые сосуществовали в прошлом, но перешли в другие последующие агрегатные состояния, больше не доступны для влияния. Невозможно физически повлиять на прошлое, а только изменить представление о нем в сознании реально существовавших людей.

Даже на отдаленное будущее нельзя повлиять, пока оно не появится, потому что оно еще не существует в реальности. Можно влиять на настоящие события и ближайшие будущие события, которые непосредственно вытекают из них. Понятие «настоящее» полисемантично (как и понятие «настоящее») в том смысле, что оно охватывает различные промежутки времени. Таким образом, для человека крайне ограниченное настоящее — это доля секунды, которую очень трудно осознать. Все, что было раньше, относится к прошлому, все, что будет потом, относится к будущему. Но это настоящее, в зависимости от интервала и масштаба сравниваемого события, может быть расширено до часа, дня, года и большего интервала времени, как и понятие одновременности.

Изотропия и неоднородность пространства

Для объективно существующих систем настоящее охватывает период времени, в течение которого они могут физически взаимодействовать друг с другом посредством обмена веществом и энергией. Если бы скорость распространения влияний была бесконечной, то настоящее представляло бы собой произвольно малый момент времени, который обеспечивает мгновенный срез всех событий во Вселенной — настоящего, прошлого и будущего. Однако скорость распространения воздействий всегда конечна и не превышает скорость света в вакууме. Для элементарных частиц это будут очень маленькие отрезки, но для галактики они увеличиваются до сотен тысяч лет, а в больших системах они будут еще более значительными. В рамках этого настоящего для больших систем могут быть размещены события прошлого, настоящего и будущего малых систем, которые существуют гораздо более короткое время, например, жизнь определенных поколений людей. Действие всегда происходит только в одном направлении: из прошлого в настоящее и из настоящего в будущее, но никогда наоборот.

одномерность времени проявляется в линейной последовательности событий, связанных друг с другом. Если для определения положения тела в пространстве требуется три координаты, то для определения времени достаточно одной. Если бы время имело не одно, а два, три и более измерений, это означало бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и не связанные между собой миры-близнецы, в которых те же события происходят в том же порядке.

Теперь рассмотрим специфические и локальные пространственно-временные свойства систем. Пространственные свойства включают:

конкретные пространственные формы тел, их положение в пространстве по отношению друг к другу, скорость пространственного движения, размеры тел.
внутренняя симметрия или асимметрия. Различные виды симметрии присущи как макрокосмосу, так и микрокосмосу, являясь фундаментальным свойством неживой природы. Для живой материи характерно свойство пространственной асимметрии, которым обладает молекула живой материи. 3.

Изотропия и неоднородность пространства. Изотропия означает отсутствие изолированных направлений (вверх, вниз и т.д.), независимость свойств тел, движущихся по инерции, от направления их движения. Полная изотропия существует только в вакууме, тогда как в структуре реальных тел наблюдается анизотропия в распределении сил связи. В одних направлениях они расходятся лучше, чем в других. Аналогично, полная однородность свойственна только абстрактному евклидову пространству и является идеализацией. Реальное пространство материальных систем неоднородно и отличается метрикой и величиной кривизны в зависимости от распределения гравитационных масс.

Специфические свойства пространства-времени

В биологических системах существуют специфические свойства пространства-времени: Асимметрия в расположении атомов в молекулах белков и нуклеиновых кислот, присущие организму временные ритмы и темпы изменений внутри организменных и надорганических биосистем, взаимосвязь и синхронизация ритмов друг с другом и с вращением Земли вокруг своей оси и сменой времен года.

Точно так же в обществе существуют специфические пространственные отношения между его элементами, собственные ритмы и темпы изменений в различных сферах общественной жизни, проявляется ускорение темпов развития с прогрессом науки и техники.

Но во всех этих и других системах проявляются вышеупомянутые общие свойства пространства и времени и большинство их общих свойств.

Поле и вещество и их взаимосвязь

Под веществом подразумеваются различные частицы и тела, которым присуща масса покоя, в то время как поля и их кванты не имеют массы покоя, хотя обладают энергией, импульсом и многими другими свойствами. Поля и материя не могут находиться в оппозиции друг к другу. Если рассматривать структуру материи, то во всех системах внутреннее пространство будет «занято» полями, сами частицы будут иметь ничтожно малую долю от общего объема системы, т.е. поля являются частью структуры материи. Кванты полей, в свою очередь, являются частицами, принадлежащими материи. В этой неразрывной взаимосвязи частиц и полей проявляется одна из важнейших особенностей проявления единства прерывности и непрерывности в природе.

Между тем, идея Планка была обоснована экспериментами с различными объектами в микросостояниях, из которых следует одно и то же значение h. Они подтвердили универсальный характер постоянной Планка, которая характеризует не любое конкретное микросостояние объекта или любое конкретное действие (включая наблюдение), а фундаментальный закон природы — существование универсального предела минимально возможного значения квантового действия. В этом смысле постоянная Планка h является такой же фундаментальной физической величиной, как скорость света в вакууме c, значение которой также характеризует не только скорость конкретного физического процесса, но и фундаментальный закон природы — c

Универсальный характер постоянной Планка проявляется также в том, что все физические свойства, которыми обмениваются два взаимодействующих объекта (один из которых обязательно микроскопический), могут быть выражены через нее. Действительно, размерность элементарного кванта действия.

Поскольку в микромире время и расстояние остаются непрерывными, из этого непосредственно следует понятие дискретности, квантование энергии, импульса и порыва.

Осознание значения открытия Планка как скачка в духовном развитии всего человечества может прийти только после глубокого осмысления идей неклассической физики. Речь идет о решении проблемы сочетания целостности и сложности в микромире.

Принцип причинности

Классическая физика предполагает следующее понимание причинности: состояние механической системы в начальный момент времени с известными законами взаимодействия частиц является причиной, а ее состояние в последующее время — следствием.

Известны простые причинно-следственные связи: одна причина — одно следствие; сложные причинно-следственные связи: несколько причин — одно следствие; одна причина — несколько следствий; прямые и косвенные причинно-следственные связи. Различайте взаимодействие: Явление-причина испытывает эффект, обратный своему собственному эффекту. Дальнейшее развитие причинно-следственных связей — рассмотрение условий, причин, причинных оснований.

Что представляет собой наш мир: является ли он событийным или процессным, и каковы причины необратимости и многовариантности, наблюдаемых в нашем мире? Вывод таков: мир событийен, многовариантность присуща событиям, отсутствие жесткого детерминизма делает невозможным отмену событий, что делает наш мир необратимым.

Необратимость — это необратимое свойство реальности. Стрела времени. Существование парадокса времени было отмечено почти одновременно в конце девятнадцатого века как с научной, так и с философской точек зрения. В работах философа Анри Бергсона время или «длительность» играет центральную роль в обсуждении отношений между человеком и природой и границ науки. Наука достигла успеха только тогда, когда ей удалось свести природные процессы к монотонному повторению. Но всякий раз, когда наука пыталась описать творческую силу времени, возникновение нового, она неизбежно терпела неудачу. Согласно Бергсону, наше понимание природы должно основываться не на объектах, выделенных наукой за их повторяющееся временное поведение, а на нашем собственном субъективном опыте, который в первую очередь является опытом длительности и творения. Проблема времени стала частью нового осознания становления как фундаментальной категории осознанности.

Две концепции времени

В XIX веке возникли две концепции времени. Один из них восходит к динамике, другой — к термодинамике. С точки зрения классической динамики, время не означает становление. Возникло противоречие теорий: обратимые во времени законы динамики против второго закона термодинамики, связанного с необратимой эволюцией к равновесию. Из классической динамики следует отрицание стрелы времени. Принцип, которым руководствовались Галилей и Гюйгенс, был четко сформулирован Лейбницем, который назвал его «принципом достаточного основания». До Больцмана принцип достаточного основания традиционно приравнивался к детерминистическому отношению между причиной и следствием, поскольку он утверждает, что в природе «полной» причине любого преобразования соответствует его «полное» следствие. Эквивалентность между причиной и следствием, требуемая принципом достаточного основания, была главной отправной точкой.

В мире не существует обратимых процессов. Мы живем в «невероятном» мире, и «стрела времени», указывающая на различия между прошлым и будущим, является следствием этого факта. Почему кажется, что единственная стрела времени управляет всем наблюдаемым миром? Открытие самоорганизации, детерминированного хаоса указывают в направлении науки, ориентированной на время, свободной от парадокса времени, квантового парадокса и космологического парадокса.

Пространство и время в специальной теории относительности (СТО). В специальной теории относительности А. Эйнштейн показал взаимозависимость пространственных и временных свойств объектов и их зависимость от скорости движения относительно данной системы отсчета.

Относительность длины и временного интервала

Рассматривая относительность длин и временных интервалов, А. Эйнштейн пришел к выводу о бессмысленности понятия одновременности: «Два события, наблюдаемые одновременно из одной системы координат, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной». Это потребовало преобразования координат (положения тел) и времени от системы, находящейся в состоянии покоя, к системе, движущейся равномерно и прямолинейно относительно первой. Из этих преобразований следует отрицание неизменности протяженности и длительности, величина которых зависит от движения системы отсчета.

Была установлена относительность длины и временного интервала, равенство пространства и времени и инвариантность пространственно-временного интервала.

Важный вклад в концепцию «равенства» пространства и времени внес Г. Минковский. Он показал органическую взаимосвязь пространства и времени, которые оказались компонентами единого четырехмерного континуума (три пространственные и одна временная координата). С этой точки зрения разделение пространства и времени не имеет смысла. Согласно СТО, статус независимой субстанции природы имеет единое четырехмерное пространство-время.

Пространство и время в общей теории относительности (ОТО). Еще более сложную связь между пространством и временем, с одной стороны, и движением и материей (массой материи) — с другой, по сравнению с СТО, имеет А. Эйнштейн в рамках созданной им общей теории относительности (ОТО).

Оказалось, что наличие в пространстве материальных тел (массы тел) приводит к изменению структуры пространства и оно искривляется. Поэтому для пространственно-временного описания событий в ГТР необходима другая геометрия пространства — неевклидова геометрия. При разработке ГТР А. Эйнштейн опирался на геометрию искривленного пространства, которая ранее была разработана немецким математиком Б. Риманом.

Структура четырехмерного пространства-времени

Так, А. Эйнштейн доказал в ОТО, что структура четырехмерного пространства-времени определяется распределением масс материи. Сам А. Эйнштейн так определил суть ОТО: Раньше считалось, что если каким-то чудом все материальные вещи вдруг исчезнут, то пространство и время останутся. Согласно теории относительности, пространство и время исчезнут вместе с вещами. Следует подчеркнуть, что современная концепция пространства и времени как форм существования материи находит наиболее полное воплощение в ОТО.

Общая относительность — это теория гравитации, теория гравитационного поля. Ее законы проявляются в основном в космических масштабах. Новые свойства искривленного пространства-времени подняли ряд новых вопросов и проблем в космологии и космогонии. Это, например, вопросы однородности и изотропии в искривленном пространстве, вопросы конечности или бесконечности Вселенной и ряд других.

Современные представления о пространстве и времени

Ранее мы выяснили, какие из свойств пространства и времени являются универсальными (общезначимыми), а какие — специфическими (их универсальность не доказана). Отнесение к специфике некоторых свойств пространства и времени еще не означает, что где-то в опыте встречаются исключения. Однако логика стремительного развития естественных наук в прошлом веке показывает, что такие открытия возможны.

Есть основания полагать, что на глубинных уровнях микромира пространство и время прерывны и, подобно материи, квантованы, то есть состоят из неделимых «порций». Предполагаемые кванты пространства могут иметь размер порядка 10-33 см (на порядок планковской длины, которая характеризует масштаб квантовых свойств), но до вхождения в мир таких масштабов современной науке еще далеко.

В настоящее время однонаправленность времени из прошлого в будущее не считается универсальным свойством. Таким образом, в модели «пульсирующей Вселенной» предполагается, что наблюдаемое в настоящее время расширение Вселенной может быть заменено сжатием при определенных условиях. И в математических уравнениях, описывающих эту фазу его эволюции, время поменяет свой знак с положительного на отрицательный, то есть «потечет вспять». Есть и ряд других явлений, парадоксальных с нашей точки зрения.

Специальная относительность объединила пространство и время в единый четырехмерный пространственно-временной многогранник (spacetime). СТО установила зависимость свойств пространства-времени от скорости тел.

Общая относительность (ОО) привела к утверждению о пространстве-времени. Его общий смысл заключается в следующем: метрические свойства пространства-времени определяются распределением и движением гравитационных масс материи, и наоборот, гравитационные силы в любой точке пространства зависят от его метрики. Пространство и время существуют не «сами по себе», а в тесной зависимости от свойств материи.

На странице рефераты по философии вы найдете много готовых тем для рефератов по предмету «Философия».

Здесь темы курсовых работ по философии

Читайте дополнительные лекции: