Концепции пространства и времени

Введение

      Данный реферат написан по дисциплине «Основы современного естествознания» на тему «Концепции пространства и времени».

      Главной задачей естествознания является создание естественнонаучной картины мира. При её создании возникают вопросы о происхождении и изменении различных материальных продуктов и явлений, об количественных и качественных характеристиках. Как необходимые и всеобщие формы бытия материи пространство и время являются фундаментальными категориями в современной физике и других науках. Физические, химические и другие величины непосредственно связаны с измерением длин и длительностей, т.е. пространственно-временных характеристик объектов. Поэтому расширение и углубление знаний о мире связано с соответствующими учениями о пространстве и времени.

  Понятие пространства - времени является важнейшим и самым загадочным свойством природы или, по крайней мере, человеческой природы. Представление о пространстве времени подавляет наше воображение. Недаром попытки философов античности и современных ученых, владеющих знанием наук и опытом их истории, понять сущность времени - пространства не дали однозначных ответов на поставленные вопросы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Пространство и время - формы существования движущейся материи.

      Понятие пространства опирается на понятие протяженности. Протяженность объекта выражает его структурность, взаимоотношение его частей. 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).

Развитие представлений о пространстве и времени 

Доньютоновский период 

   Пространство и время являются основными категориями в физике, т.к. большинство физических понятий вводятся посредством операциональных правил, в которых используются расстояния в пространстве и времени. В тоже время пространство и время относятся к фундаментальным понятиям культуры.

Даже в античном мире мыслители задумывались над природой и сущностью пространства и времени. Так, одни из философов отрицали возможность существования пустого пространства или, по их выражению, небытия. А другие наоборот поддерживали учение о невозможности пустоты, утверждали реальность изменения и движения.

Большое влияние на формирование понятий пространства и времени как научных категорий сыграла пифагорейская школа. Пустота у пифагорейцев означала неоформленное, безграничное пространство. «В этом беспредельном пространстве зародилась Единица, сыгравшая роль семени, из которого вырос весь Космос. Вытягиваясь в длину, она порождает число 2, что геометрической интерпретации означает линию; линия, вытягиваясь в ширину, порождает число 3 - плоскость; плоскость, вытягиваясь в высоту, порождает число 4 - объем ».Таким образом, уже пифагорейцы, описывая Космос, осознают  факт трехмерности пространства, в котором мы живем.

   Платон, развивая учение пифагорейцев о математическом начале мира, впервые в античной науке вводит понятие геометрического пространства. До Платона в античной науке пространство не рассматривалось как самостоятельная категория, отдельно от его наполнения. Пространство воспринимается им как «интеллигибельная материя».

Сформировав впервые в истории науки философию объективного идеализма, признавая идеи - первичными сущностями (бытием), Платон, тем не менее считал, что идея (единое) не может не существовать, не быть познанной без соотнесенности с другими, с материей, представляющей собой множество чувственно воспринимаемых вещей.

Таким образом, Платон рассматривает 3 реальности:

Бытие - сфера идеального;

Возникновение - сфера чувственных вещей;

Пространство - не идеальное и не чувственное.

  Соответственно математика выполняет роль посредника между  сферами чувственного и идеального бытия; геометрические же объекты являются результатом  сращивания идеи с интеллигибельной материей, то есть с пространством. Платон приводит классификацию математики, делит ее на 4 части: арифметику, геометрию, геометрию изучающую тела, имеющие три измерения, и астрономию. Так что философия Платона так же использует представления о трехмерности пространства. Познать природные элементы, по Платону, это значит познать их геометрически, то есть определить их пространственное образование. Поэтому и атомы Платона, соответствующие 4 стихиям: огонь, воздух, вода и земля, различны, ибо представляют собой различные геометрические многоугольники: атомы Земли имеют форму куба, огня - форму тетраэдра (четырехугольника), воздуха - форму октаэдра (восьмиугольника), воды - Фому икосаэдра (двадцатигранник). Учение Платона может быть рассмотрено как попытка геометризации мира.

  Платоново - пифагорейская научно-исследовательская программа была развита в работах Клавдия Птолемея, Аполлония, Архимеда и Евклида.

      В это время зарождаются геометрические представления об однородном и бесконечном пространстве. Геоцентрическая система К. Птолемея, изложенная им в труде «Альмагест», господствовала в естествознании до XVI века. Она представляла собой первую универсальную математическую модель мира, в которой время было бесконечным, а пространство конечным, включающим равномерное круговое движение небесных тел вокруг неподвижной Земли.

     Коренное изменение пространственной и всей физической картины произошло в гелиоцентрической системе мира, развитой 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 Бруно связала воедино бесконечность Вселенной и пространства. В своем произведении «О бесконечности, Вселенной и марах» Бруно писал: «Вселенная должна быть бесконечной благодаря способности к расположению бесконечного пространства и благодаря возможности и сообразности бытия бесчисленных миров, подобных этому...» [1] Бруно 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 обоснование выводы Бруно получили в "физике неба" И. Кеплера и в небесной механике Г. Галилея.

     Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени связано с рационалистической физикой Р. Декарта. 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 пространство с протяженностью.

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. 

Ньютоновский период 

     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.

     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 г. вышел основополагающий труд Ньютона "Математические начала натуральной философии". Этот труд более чем на два столетия определил развитие всей естественнонаучной картины мира. В нем были сформулированы основные законы движения и дано определение понятий пространства, времени, места и движения.

     Раскрывая сущность пространства и времени, Ньютон предлагает различать два вида понятий: абсолютные (истинные, материалистические) 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-то: 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.

      Время и пространство составляют как бы вместилища самих себя и всего существующего.

     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 инерциальной 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 немецкий ученый Г.В. Лейбниц. Он развивал реляционную концепцию пространства и времени, отрицающую существование пространства и времени как абсолютных сущностей.

     Указывая на чисто относительный (реляционный) характер пространства и времени, Лейбниц пишет: "Считаю пространство так же, как и время, чем-то чисто относительным: пространство -- порядком сосуществовании, а время -- порядком последовательностей".