Основные категории естествознания

К наиболее общим, важным, фундаментальным категориям естествознания относятся материя, движение, пространство, время.

Материя – это философская категория, служащая для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них. В современных представлениях материя может существовать в трех формах: вещества, поля и физического вакуума, связанных взаимными переходами.

1. вещество – материальная основа реальных объектов,

2. поле - особая форма материи для передачи взаимодействий,

3. вакуум – отсутствие вещества (состояние физической системы, когда в ней нет ни частиц, ни полей, либо поле с минимальной энергией).

Пространство – характеристика протяжённости материальных объектов и процессов. И. Ньютон (классическая механика) ввел понятие абсолютного пространства, которое может быть совершенно пустым и существует независимо от наличия в нем физических тел. Свойства такого пространства описываются Евклидовой геометрией. С точки зрения современного естествознания пустое пространство – это идеализация. Реальный окружающий нас мир полон материальных объектов (физический вакуум – одна из форм существования материи). А. Эйнштейн (теория относительности) показал, что линейные характеристики пространства определяются гравитационным полем, и зависят от движения объекта, то есть выявил относительность пространства.

Согласно современным концепциям пространство обладает следующими свойствами:

Неоднородность – в разных точках пространства, его физические свойства различны.

Относительность – свойства пространства зависят от заполняющей его материи.

Непрерывность – между двумя ближайшими точками в пространстве всегда есть третья

Трехмерность – каждая точка пространства определяется набором 3 координат

Время – характеристика продолжительности материальных процессов. Является объективной характеристикой любого физического процесса или явления. И. Ньютон выделял абсолютное и относительное время. Абсолютное, истинное время протекает равномерно и иначе называется длительностью. Относительное время - это кажущееся или обыденное время, то есть постигаемая чувствами внешняя мера продолжительности, совершаемая при посредстве какого-либо движения. Употребляется в обыденной жизни: час, день, месяц, год…

С течением времени, учёным стало понятно, что абсолютное время не имеет физического смысла, оно – лишь идеальное математическое представление. Течение времени зависит от многих факторов, например скорости движения системы отсчета. При достаточно большой скорости, близкой к скорости света, время замедляется, то есть возникает релятивистское замедление времени. Поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени. Т.о., время течет с различной скоростью в различных условиях, то есть время всегда относительно.

Основные свойства времени:

1. однородность – любые явления протекают в одних и тех же условиях одинаково в разные моменты времени,

2. непрерывность – между двумя близкими моментами времени можно выделить третий,

3. однонаправленность (направлено из прошлого в будущее)

Взаимосвязь пространства и времени. Понятие о 4-мерном пространственно-временном континууме.

Вместо разобщенных координат пространства и времени теория относительности рассматривает взаимосвязанный мир физических событий, который часто называют четырехмерным миром Минковского, немецкого математика и физика, впервые предложившего такую трактовку. В этом мире положение каждого события определяется 4 числами: тремя пространственными координатами движущегося тела X, Y, Z и четвертой координатой – временем t. Четырехмерное «пространство-время» подчиняется соотношениям неевклидовой геометрии. Такая геометрия переменной кривизны была создана еще до открытия теории относительности немецким математиком Бернхардом Риманом (1826-1886) и положена А. Эйнштейном в основу его ОТО. С точки зрения ОТО пространственно-временной континуум носит риманов (а не эвклидов) характер, т.е. пространство характеризуется постоянной положительной кривизной (его наглядный образ – поверхность обычной сферы). Кривизна пространства меняется от точки к точке и определяется полем тяготения, которое зависит от распределения тяготеющих масс в пространстве. В результате движение точки уже не является прямолинейным и равномерным, а происходит по геодезической линии искривленного пространства.

Согласно СТО, характеристики пространства и времени зависит от движения системы. Не существует абсолютного пространства и времени (самих по себе, независимых от материи), пространство и время – формы существования движущейся материи.

Движение. В физике движение рассматривается в самом общем виде как изменение состояния физической системы. Выделяют три основные группы форм движения материи: движение в неорганической природе (физическое, химическое), в живой природе, в обществе. Движение не существует само по себе, оно всегда присуще определенным материальным образованиям, которые являются его носителем.

Движение как свойство материи изменяться, может быть:

1. внешнее – характеризует изменение в пространстве относительно каких-либо объектов,

2. внутреннее - характеризует изменение внутри объекта относительно каких-либо частей того же объекта, его характеристик и параметров (например, химические превращения).

Для характеристики любого вида движений сначала в физике, а затем в других естественных науках, введено понятие скорости – характеризует быстроту изменения чего-либо с течением времени.

Изменения бывают:

1. количественные – изменение каких-либо параметров, характеризуемые числами (скаляр),

2. качественные – изменение направления в пространстве относительно других объектов,

3. качественные и количественные одновременно (вектор).