19. Специфіка наукових картин світу: простір і час

Научная картина мира. Один из двух блоков оснований науки составляет научная картина мира. В развитии современных научных дисциплин особую роль играют обобщенные схемы - образы предмета исследования, посредством которых фиксируются основные системные характеристики изучаемой реальности. Эти образы часто именуют специальными картинами мира. Термин "мир" применяется здесь в специфическом смысле - как обозначение некоторой сферы действительности, изучаемой в данной науке ("мир физики", "мир биологии" и т.п.). Чтобы избежать терминологических дискуссий, имеет смысл пользоваться иным названием - картина исследуемой реальности. Физиическая – наиболее изученнаая.

Обобщенная характеристика предмета исследования вводится в картине реальности посредством представлений:

о фундаментальных объектах, из которых полагаются построенными все другие объекты, изучаемые соответствующей наукой;

о типологии изучаемых объектов;

об общих закономерностях их взаимодействия;

о пространственно-временной структуре реальности.

Эти представления дают определенную онтологию (структуру бытия, мира), систематизацию знаний в рамках соответствующей науки, исследовательскую программу, которая целенаправляет постановку задач как эмпирического, так и теоретического поиска и выбор средств их решения

Пространство и время в современной научной картине мира

Пространство и время как всеобщие и необходимые формы бытия материи являются фундаментальными категориями в современной физике и других науках. Физические, химические и другие величины непосредственно или опосредованно 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.

Развитие взглядов на пространство и время в истории науки

Античність (1-3)

Представители элейской школы в Древней Греции отрицали возможность существования пустого пространства или, по их выражению, небытия.

Эмпедокл, поддерживал учение о невозможности пустоты, утверждал реальность изменения и движения. Он говорил, что рыба, например, передвигается в воде, а пустого пространства не существует.

Демокрит утверждал, что пустота существует, как материи и атомы, и необходима для их перемещений и соединений.

В доньютоновский период развитие представлений о пространстве и времени носило стихийный и противоречивый характер. В "Началах" Евклида пространственные характеристики объектов впервые обрели строгую математическую форму. В это время зарождаются геометрические представления об однородном и бесконечном пространстве.

Геоцентрическая система К. Птолемея( труд "Альмагест") господствовала в естествознании до XVI в. Первая универсальная математическая модель мира, в которой время было бесконечным, а пространство конечным, включающим в себя равномерное круговое движение небесных тел вокруг неподвижной Земли.

Коренное изменение в гелиоцентрической системе мира, развитой Н. Коперником ( "Об обращениях небесных сфер"). Принципиальное отличие — 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 естественнонаучной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства.

Космологическая теория Д. Бруно связала воедино бесконечность Вселенной и пространства.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. В гелиоцентрической картине движения планет Кеплер уви¬дел действие единой физической силы. Он установил универсальную зависимость между периодами обращения планет и средними расстояниями их до Солнца, ввел представление об их эллиптических орбитах. Концепция Кеплера способствовала развитию математического и физического учения о пространстве. Общий принцип классической механики — принцип относительности Галилея: все физические (механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной по величине и направлению скоростью. Инерциальные системы.

Рационалистическая физика Р. Декарта, создал первую универсальную физико-космологическую картину мира. В основе: все явления природы объясняются механическим воздействием элементарных материальных частиц. Он ввел координатную систему, 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. Соотношении длительности и времени. Длительность "соприсуща материальному миру. Время — соприсуще человеку и потому является модулем мышления.

Ньютон. закон всемирного тяготения. Распространив на всю Вселенную закон тяготения, Ньютон рассмотрел и возможную ее структуру. В рамках гравитационной модели Вселенной утверждается представление о бесконечном пространстве, в котором находятся космические объекты, связанные между собой силой тяготения. два типа понятий пространства и времени: абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные)

Пространство считалось бесконечным, плоским, "прямолинейным", евклидовым. Его метрические свойства описывались геометрией Евклида. Оно рассматривалось как абсолютное, пустое, однородное и изотропное (нет выделенных точек и направлений) и выступало в качестве "вместилища" материальных тел, как независимая от них инерциальная система.

Время понималось абсолютным, однородным, равномерно текущим. Оно идет сразу и везде во всей Вселенной "единообразно и синхронно" и выступает как независимых материальных объектов процесс длительности.

Теории относительности Эйнштейна. Спеціальна теорія відносності внесла фундаментальні зміни в закони класичної механіки. З точки зору спеціальної теорії відносності простір і час тісно пов'язані між собою. Їх слід вважати єдиним чотиривимірним многовидом, що має назву „простір-час”. Спостерігачі, що рухаються один відносно одного, по-різному визначають "просторові" і "часовий" напрямки у цьому многовиді. Тому простір і час більше неможливо розглядати як дві окремі сутності.

Загальна теорія відносності доповнила цю картину тим, що енергія гравітаційного поля (породжена матерією) здатна деформувати простір-час так, що „прямі” лінії в просторі та часі мають властивості „кривих” ліній. Поблизу масивного тіла викривляється не лише простір, а простір-час, внаслідок чого змінюється не лише просторова форма траекторій, а й часові параметри руху: тіла зазнають прискорення (сповільнення). Реальний простір є тривимірним, а простір-час — чотиривимірним.

Если специальная теория относительности — это теория неискривлённого пространства, то общая теория относительности, по замыслу Эйнштейна, должна была рассмотреть более общий случай, пространство-время с переменной метрикой (псевдориманово многообразие). Причиной искривления пространства-времени является присутствие материи, и чем больше её энергия, тем искривление сильне