Тема 1 теории физического пространства и времени

1.1. Общая картина мироздания и.Ньютона.

Первой теорией физического пространства, плоского и не искривленного, является геометрия Евклида.

В 1915 году А. Эйнштейном создана общая теория относительности – логически очень стройная теория, объединяющая пространство-время и материю с учетом только одного (одного из четырех известных) – гравитационного взаимодействия.

Три знаменитых вывода ОТО (искривление световых лучей, гравитационное красное смещение и смещение перигелия Меркурия) получили экспериментальное подтверждение.

В процесс создания общей картины мироздания внес величайший вклад ученый всех времен, английский физик Иссак Ньютон, рассматривая вслед за Демокритом и Эпикуром понятия пространства и времени. В 1687 году он опубликовал труд «Математические начала натуральной философии».

По Ньютону, мир состоит из материи, пространства и времени. Они независимы друг от друга. Материя размещается в бесконечном пространстве. Движение материи происходит в пространстве и времени.

Ньютон разделил пространство на абсолютное и относительное.

Абсолютное пространство неподвижно, бесконечно. Относительное – часть абсолютного. Аналогично Ньютон классифицировал время. Абсолютное, истинное (математическое) время течет всегда и равномерно. Относительное время как мера продолжительности, существует в реальности (секунда, минута, час, сутки, месяц, год).

У Ньютона абсолютное время существует и длится равномерно само по себе, безотносительно событий.

Абсолютное время и пространство – вместилище всех материальных тел и процессов.

Изучив и выявив закономерности движения, Ньютон сформулировал его основные законы, в наше время они формулируются в форме:

- всякое материальное тело сохраняет состояние покоя или равномерно движения до сих пор, пока воздействие со стороны других тел не зависит его изменить это состояние. Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного движения называется инертностью (закон инерции);

- ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе тела;

- силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению.

Научное доказательство существования всемирного тяготения возможно на основе открытых Ньютоном законов механики. Ньютоновская механическая парадигма в естествознании господствовала более 200 лет.

В конце XIX в. и в начале XX в. возникли принципиально новые научные представления об окружающей природе. Появились новые парадигмы: релятивистская (любая энергия и сигнал не могут распространяться быстрее скорости света), затем квантовая (физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения на микроуровне).

1.2. Фундаментальные категории классической механики.

Важнейшим моментом в подготовке научной революции XVI—XVII вв., приведшей к рождению нового естествознания, было изменение взглядов на состояние Земли во Вселенной – переход от геоцентрической картины мира к гелиоцентрической.

Законы движения планет, сформулированные И.Кеплером, послужили фундаментом для закона всемирного тяготения.

Закон инерции, сформулированный Галилео Галилеем, положил конец физике Аристотеля – это с одной стороны, и послужил толчком, с другой стороны, развития физической мысли в направлении, приведшем к специальной и общей теории относительности Эйнштейна в ХХ столетии.

Классическая механика дала четкие ориентиры в понимании фундаментальных категорий – пространства, времени и движения материи.

Законы классической механики с большой точностью (но все же приближенно) отражают истинные законы природы. До сих пор с помощью законов, сформулированных И.Ньютоном, производится, например, расчет траекторий искусственных спутников Земли. Пределы применимости классических законов механики устанавливаются в другой теории, возникшей в XX веке – в специальной теории относительности Эйнштейна.

Формирование классической физики, начатое в XVII веке работами Галилея, завершилось в XIX веке созданием Дж. Максвеллом теории электромагнитного поля, положившему начало в XX веке новому этапу в науке – неклассическому.

Невообразимо широк спектр использования этой теории в науке, технике, быту.