6.2 Свойства пространства и времени

Прежде всего, пространство и время объективны и реальны, т. е. существуют независимо от сознания людей и познания ими этой объективной реальности. Человек все более и более углубляет свои знания о ней.

Пространство и время являются также универсальными, всеобщими формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени.

Важным свойством пространства является его трехмерность. Положение любого предмета может быть точно определено только с помощью трех независимых величин — координат. В прямоугольной декартовой системе координат это — X, У, Z, называемые длиной, шириной и высотой. В сферической сис­теме координат — радиус-вектор r и углы? В цилиндриче­ской системе — высота r, радиус-вектор и угол?

В науке используется понятие многомерного пространства (n-мерного). Это понятие математической абстракции играет важную роль. К реальному пространству оно не имеет отноше­ния. Каждая координата, например, 6-мерного пространства может указывать на какое-то любое свойство рассматриваемой физической реальности: температуру, плотность, скорость, мас­су и т. д. В последнее время была выдвинута гипотеза о реаль­ных 11 измерениях в области микромира в первые моменты рождения нашей Вселенной: 10 — пространственных и одно — временное. Затем из них возникает 4-мерный континуум (лат. continuum — непрерывное, сплошное).

В отличие от пространства, в каждую точку которого можно снова и снова возвращаться (и в этом отношении оно является как бы обратимым), время — необратимо и одномерно. Оно те­чет из прошлого через настоящее к будущему. Нельзя возвра­титься назад в какую-либо точку времени, но нельзя и пере­скочить через какой-либо временной промежуток в будущее. Отсюда следует, что время составляет как бы рамки для при­чинно-следственных связей. Некоторые утверждают, что необ­ратимость времени и его направленность определяются при­чинной связью, так как причина всегда предшествует следст­вию. Однако очевидно, что понятие предшествования уже предпо­лагает время

Пространство обладает свойством однородности и изотропности, а время — однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность — в равноправии всех направлений. Во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчета, любую можно принимать за начальную.

Указанные свойства пространства и времени связаны с главными законами физики — законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это — одно из существенных выражений симметрии в мире. Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относитель­но пространственного сдвига (однородности пространства) — закон сохранения импульса; симметрии по отношению поворота координатных осей (изотропности пространства) — закон хранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем системам отсчета.

Система отсчета длительных промежутков времени, в которой установлен определенный порядок отсчета дней в году и указана эпоха, от которой ведется счет лет, называется календарем. Длительность года, т.е. время обращения Земли вокруг Солнца, составляет 365,2422 суток, а длительность лунного месяца – 29. С древних времен было придумано много различных систем, но все они, включая используемую нами, имеют определенные неудобства.

В I веке до н.э. в Риме был принят юлианский (правил Юлий Цезарь) календарь, который называют старым стилем. В нем за основу взята длительность одного оборота Земли вокруг Солнца. Этот промежуток, равный 365,2422 суткам, называется тропическим годом. В юлианском календаре длительность года принята равной 365,25 суток. При этом три года – по 365 дней, а каждый четвертый – состоял из 366 дней и назывался високосным. Из-за этой поправки (разница в год в среднем составляет 11 мин 14 сек) одни сутки накапливались за 128 лет.

С течением времени неучтенное расхождение между календарным и тропическим годом накапливалось, и действительное начало весны (равенство дня с ночью) все больше расходилось с календарным годом. В ХIV веке это расхождение уже превысило 7 дней, и встал вопрос об исправлении календаря. В 1582 году Папа Григорий ХIII утвердил новый календарь, который используется и поныне. Он известен как григорианский или новый стиль.

При введении григорианского календаря день, следующий после четверга 4 октября 1582 года стал считаться пятницей 15 октября того же года. Это позволило исправить накопленное расхождение в счете дней. Согласно новому календарю, високосными считаются 97 из каждых 400 лет, а не 100, как это было принято в юлианском календаре. Не считаются високосными года, оканчивающиеся на два нуля и которые не делятся на 400 (2000 год был високосным, а 2100 – им не будет). В григорианском календаре расхождение в сутки накапливается уже за 3280 лет.

Сейчас предложено несколько проектов новых календарей. Так, например, в «стабильном» год делится на 12 месяцев по 30 дней в каждом. В месяце выделяется 5 шестидневных недель. Каждый квартал состоит из 90 дней, причем все дни недели приходятся на одни и те же числа месяцев. Для согласования этого календаря с солнечным годом в конце каждого квартала вставляются праздничные дни. В обычном году их 5, в високосном – 6 (День весны, День лета, День лета, День осени, День зимы, День мира и дружбы народов, День високосного года).