Лекция №5 Пространство и время в современной картине мира

1. Эволюция представлений о пространстве и времени..

2. Инвариантность. Принципы симметрии и законы сохранения.

1. Эволюция представлений о пространстве и времения

Для количественного описания движения сформировались представления о пространстве и времени. Концепции пространства и времени прошли длительный путь развития . Уже в древности задумывались над природой и сущностью пространства и времени. Одни философы отрицали существование пустого пространства, другие, например, ДЕМОКРИТ, понимали пространство как пустоту, необходимую для перемещения материи.

Для количественного описания движения сформировались представления о пространстве и времени. Концепции пространства и времени прошли длительный путь развития . Уже в древности задумывались над природой и сущностью пространства и времени. Одни философы отрицали существование пустого пространства, другие, например, ДЕМОКРИТ, понимали пространство как пустоту, необходимую для перемещения материи.

В доньютоновский период зарождаются представления об однородном и бесконечном пространстве.

Первой научной моделью мира была геоцентрическая система ПТОЛЕМЕЯ, которой время было бесконечным, а пространство конечным («АЛЬМАГЕСТ»).

В доньютоновский период зарождаются представления об однородном и бесконечном пространстве.

Первой научной моделью мира была геоцентрическая система ПТОЛЕМЕЯ, которой время было бесконечным, а пространство конечным («АЛЬМАГЕСТ»).

Аристотель (384-322 до н.э.) считал, что шарообразная Земля находится в центре мира. Клавдий Птолемей (87-165 н.э.) уточнил систему мира Аристотеля, введя движение планет по кругам – эпициклам, центры которых, в свою очередь, движутся по другим кругам – деферентам – и тем самым объяснил петлеобразное движение планет.

В гелиоцентрической системе мира КОПЕРНИКА («ОБ ОБРАЩЕНИИ НЕБЕСНЫХ СФЕР») Вселенная представляется бесконечной и все ее точки равноправными. Из множества равноправных точек КОПЕРНИК выбирает одну –СОЛНЦЕ.

Такая модель мира могла быть проверена практическими наблюдениями. Принципиальное отличие этой системы мира в том, что в ней концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела реальный эмпирический базис.

В центре системы мира находится Солнце, вокруг которого вращаются по круговым орбитам шесть планет Солнечной системы.

Основываясь на учении Коперника Джордано БРУНО развивает учение о множественности миров (« О бесконечности Вселенной и мирах»). Практическое обоснование выводы Бруно получили в «ФИЗИКЕ НЕБА» И. КЕПЛЕРА и небесной механике ГАЛИЛЕЯ.

Концепция Кеплера способствовала развитию математического и физического учения о пространстве.

С созданием классической механики вплоть до конца 19 века в науке господствовала ньютоновская концепция пространства и времени.

Пространство рассматривалось как нечто абсолютное, пустое, однородное, оторванное от времени, материальных тел и реальных процессов.

Время у Ньютона течет повсюду равномерно само по себе.

Он предлагает различать 2 типа понятий пространства и времени: абсолютные и относительные.

Абсолютное, истинное, математическое время протекает равномерно, без всякого отношения к чему-либо внешнему и иначе называется длительностью.

Относительное, кажущееся время есть изменчивая, постигаемая чувствами внешняя мера продолжительности (час, день, год).

Абсолютное пространство по своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему всегда остается одинаковым и неподвижным.

Относительное пространство есть мера, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел.

С критикой ньютоновских представлений о пространстве и времени выступил немецкий ученый ЛЕЙБНИЦ. Он отрицал существование пространства и времени как абсолютных сущностей, считал, что они должны рассматриваться в неразрывной связи с материей.

Первая законченная теория пространства – геометрия ЕВКЛИДА. Ньютон положил ее в основу своей механики.

В результате отказа от 5-го постулата евклидовой геометрии (постулат о параллельных) Н.И.ЛОБАЧЕВСКИЙ создал нелинейную гиперболическую геометрию. Она действует на огромных расстояниях, а в малых областях совпадает с евклидовой.

Одновременно к аналогичным идеям пришли венгерский математик Янош БОЯИ (БОЛЬЯЙ) и немецкий математик ГАУСС.

Большой вклад в развитие идей о геометрии пространства сделал немецкий математик Бернгард РИМАН. Он развил эллиптическую геометрию и указал на возможность конечного физического пространства. Заслуга его в развитии идеи о соотношении между геометрией и физикой. Он утверждал, что геометрические соотношения тел могут быть обусловлены физическими причинами т.е силами.

Таким образом, к середине 19 столетия математическая мысль пришла от обычного трехмерного евклидового плоского пространства к многомерному искривленному пространству.

Свойства пространства и времени

• Пространство – форма сосуществования материальных объектов и процессов. Характеризует структурность и протяженность материальных систем. Всеобщие свойства пространства – протяженность, единство прерывности и непрерывности, однородность, изотропность.

• Важным свойством пространства является его трехмерность.

• Предполагают, что при рождении нашей Вселенной существовало 10 – мерное пространство – время. Четыре измерения стали формами бытия на макроскопическом уровне, а 6 – определили структуру микромира.

• Время -форма последовательной смены явлений и состояний материи. Характеризует длительность их бытия. Универсальные свойства времени – длительность, необратимость, однородность.