Концепция относительности пространства и времени

Понятие пространства и времени

Два часа, проведенные в обществе любимой девушки, покажутся вам минутой. Напротив, если вам придется минуту посидеть на раскаленной докрасна печке, то эта минута покажется двумя часами. Вот это и есть относительность времени.

А. Эйнштейн

Когда говорят, что все явления природы и процессы происходят в пространстве и времени, подразумевают при этом, что для их описаний требуется указание места, где они происходят, и времени, когда происходят. То, что происходит в данной точке и в данный момент времени, называют элементарным событием. Совокупность же всех возможных событий принят называть миром, где каждому отдельному событию соответствует мирова точка, а процессу, т. е. последовательности элементарных событий, — мировая линия.

Реальное пространство принимается трехмерным, а время одномерным. Поэтому положение произвольной точки задается тремя числами или параметрами, а время — одним числом. Способ, посредством которого каждом событию ставится в соответствие набор четырех чисел, называют системо отсчета.

При практическом построении координатной системы отсчета выбирают тело отсчета или совокупность тел отсчета и некоторую точку — начало отсчета, а также три фиксированных направления — оси координат К ним добавляют эталонный масштаб длины, позволяющий определят расстояния, единицы угловых измерений, а также соответствующие приборы и инструменты, с помощью которых находят три параметра, которы принимаются в качестве координат выбранной точки.

Для измерения промежутков времени и определения моментов наступления событий задаются начало отсчета времени и эталонные часы, причем предполагается, что часами снабжены все точки пространства и часы синхронизированы между собой. Под часами понимают любой строг периодический процесс, продолжительность которого принимается за единицу.

Пространство и время традиционно рассматривались в философии и науке как основные формы существования материи, ответственны за расположение, структурность и протяженность отдельных элементо материи друг относительно друга и за закономерную координацию сменяющихся друг друга явлений. Характеристиками пространства считались однородность-одинаковость свойств во всем пространстве и изотропность — независимость свойств от направления. Время также считалос однородным, т. е. любой процесс в принципе повторим через некоторы промежуток времени. С этим свойством связана симметрия мира, котора имеет большое значение для его познания. Пространство рассматривалос как трехмерное, а время как одномерное и идущее в одном направлении —В от прошлого к будущему. Время необратимо, но во всех физических законах от перемены знака времени на противоположный ничего не меняетс и, стало быть, физически будущее неотличимо от прошедшего.

Таким образом, пространство есть всеобщая объективная форма существования материи, являющаяся необходимым условием возникновения и движения конкретных материальных систем. Понятие пространств выражает:

• — взаимное расположение материальных систем (объектов): впереди позади, вне, внутри, около, далеко, близко и т. д.;
• — способность их занимать определенный объем, иметь протяженность — длину, ширину и высоту;
• — свойство материальных объектов иметь определенную форму, струк

туру;

Время есть всеобщая объективная форма существования движущейся материи, являющаяся необходимым условием возникновения и изменения конкретных материальных систем и выражающая структурность, тем п длительность материальных процессов и объективную последовательность событий.

Следовательно, понятие «время» выражает также всеобщее свойство материальных систем и процессов как:

• — длительность существования предметов, систем и развития их отдельных фаз, сторон, ступеней и т. д.;
• — порядок следования и смену состояний, известную последовательность процессов (до, после, одновременно и т. п.).

Пространство и время — это не самостоятельные сущности, а коренные формы бытия, существования движущихся материальных систем. Пространство и время представляют собой формы, в которых проявляетс активность материи. Им присущи такие всеобщие свойства, как объективность, безграничность и бесконечность, единство абсолютности и относительности, прерывности и непрерывности. Так, например, они абсолютн в том смысле, что составляют всеобщие условия всякого бытия; они относительны, потому что в своих конкретных свойствах зависят от состояни движущейся материи.

Несмотря па наличие общих свойств, пространство и время имеют свою специфику, а в ряде существенных свойств они различны. Пространств трехмерно и обладает свойством симметрии, а время — одномерно и одно направленно, течет от прошлого к настоящему и от него к будущему. В одномерном времени, его необратимости выражены непосредственны характер связи между меняющимися состояниями материальных объектов, а также общая тенденция следования одних материальных явлений за другими, переход от низших форм к высшим, от простых к более сложны системным образованиям.

Пространство и время есть единство бесконечного и конечного. Бесконечность пространства проявляется абсолютным характером движущейся материи, отсутствием каких-либо конечных, застывших состояний, неисчерпаемость в структурном отношении и качественных превращений материи. Бесконечность времени состоит в том, что материя вечна в прошло и будущем, что время — это всеобщая форма существования бесконечно материи.

Конечность пространства выражается в прерывности движения, дискретности и дифференцированности материальных систем. Точно так же время складывается из бесконечного множества длительностей существования отдельных материальных систем, где протекают необратимые процессы.

В физике теория пространства и времени с метафизических позиций была обоснована Ньютоном. Он различал абсолютные и относительны пространство и время. Относительные пространство и время — это чувственно воспринимаемые зависимости между материальными телами, абсолютные — это математические пространство и время, которые независим от материи, друг от друга и составляют пустые вместилища для материи Тела, находясь в пространстве и двигаясь в нем, не взаимодействуют с ним Пространство, но Ньютону, является абсолютной системой отсчета и остается всегда неподвижным, однородным, обладает всюду, во всех точка и направлениях одинаковыми геометрическими свойствами. Время Ньюто определял как чистую длительность и считал, что оно так же, как пространство, служит абсолютной системой отсчета, благодаря чему якобы становится возможным измерение во времени тех или иных реальных процессов происходящих в пустом пространстве. Но эти реальные процессы, происходящие во времени, не взаимодействуют с абсолютным временем. Это бы метафизический взгляд на пространство и время, применительно к механическим процессам. При этом основой пространственных понятий в механике Ньютона служила геометрия Евклида с ее представлением об однородности и действительности свойств всего бесконечного пространства.

Создание в первой половине XIX в. Н. Лобачевским, а затем Б. Риманом неевклидовой геометрии устранило один из основных доводов в польз ньютоновой концепции пространства и времени — наличие только одно евклидовой геометрии. Так, геометрия, созданная Н. Лобачевским, отражает новые, неизвестные ранее, свойства пространства. Она исходи из материалистического принципа зависимости геометрических свойст пространства от материи, от происходящих материальных процессов Идеи Лобачевского значительно подорвали метафизическое представление об однородности и абсолютности пространства. Вместе с тем эти новы идеи явились сильнейшим ударом по априоризму Канта, который рассматривал пространство и время как априорные формы человеческого созерцания, предшествующие всякому опыту. Тем самым Лобачевский показал, что пространственные формы присущи самому объективному миру и чт геометрические положения отражают свойства реального пространства имеют опытное происхождение.

Идеи Лобачевского получили свое дальнейшее развитие в теории относительности А. Эйнштейна. Согласно теории относительности Эйнштейна время и пространство существуют сами по себе и находятся в прямой неразрывной связи с движущейся материей. Теория относительности, котора включает в себя частную и общую теорию относительности, вскрыла конкретные формы органичной взаимосвязи пространства и времени. Установила их зависимость от распределения и движения материи, показав те самым, что пространство и время не существуют отдельно друг от друг и от материи и что они не являются абсолютными в смысле классическо физики.