8

Пространство и время

Самостоятельность пространства и времени Слайд 2

До настоящего времени нет единой модели пространства и времени, применимой во всех областях естествознания. Ско­рее можно говорить о выборе и создании подходящей модели пространства и времени для решения конкретных задач в раз­ных отраслях науки о природе. Выбор некоторой модели про­странства и времени или ее изменение имеет смысл лишь в глубокому проникновению в сущ­ность изучаемого явления, получению нового знания.

Одно из наиболее обсуждаемых свойств простран­ства и времени связано с выявлением его самостоятельной сущности. Здесь говорят о двух концепциях: субстанциальной и реляционной (релятивистской).

Субстанциальная концепция подразумевает, что при описании природных процессов используются средства классической механики и пространство и время воспринима­ются как нечто самостоятельное: пространство - некоторое пустое вместилище тел, а время - нечто протекающее равно­мерно и иначе называющееся длительностью. Само слово «субстанция» (от лат. substantia — сущность; то, что лежит в основе) подразумевает нечто относительно устойчивое или, другими словами, то, что существует само по себе, не зависит ни от чего другого.

В связи с самостоятельностью сущности пространства и вре­мени возникает потребность в поиске специфических их свойств. В литературе эта проблема рассматривается примени­тельно ко времени. Например,

советский астрофизик Н.А. Ко­зырев в 1963 г. в своей работе «Причинная механика и возмож­ность экспериментального исследования свойств времени» ввел три аксиомы причинности:

1) при­чины и следствия всегда разделяются пространством;

2) причины и следствия всегда разделяются временем;

3) время об­ладает абсолютным свойством, отличающим будущее от про­шедшего.

Если это так, то в пространстве-времени должна су­ществовать точка, не принадлежащая ни причине, ни следст­вию, а наличие хода времени должно служить объяснением того, что при изотропности пространства (независимости свойств физических явлений от направления) в нем всегда раз­личаются правое и левое начала.

Реляционная (релятивистская) концепция использу­ется в случае, если описание явлений действительно требует привлечения теории относительности А. Эйнштейна, где про­странство и время существуют постольку, поскольку сущест­вует материя, т.е. если вдруг исчезнет материя, то исчезнет и пространство, и время. Эта концепция отрицает самостоятель­ную сущность пространства и времени, рассматривая время как отношение или систему отношений между физическими событиями. В ее рамках для времени наиболее ясно раскрыва­ются отношения раньше-позже, очень важные с точки зрения причинно-следственного анализа.

Мерность пространства и времени Слайд 3

Мерность - ко­личество замеров, которые следует сделать для однозначного определения места некоторой точки. Так, чтобы однозначно определить место точки в пространстве в фиксированный мо­мент времени, необходимо и достаточно указать три ее коор­динаты. В наиболее привычной

прямоугольной декартовой сис­теме координат это x,y,z — длина, ширина и высота (рис. 5.2, а);

в сферической системе координат требуется указать радиус-вектор г и углы а и (3 (рис. 5.2, б);

в цилиндрической системе -высоту h, радиус-вектор г и угол а (рис. 5.2, в).

Три измерения являются необходимым и достаточным мини­мумом, в рамках которого могут осуществляться все типы взаимодействий материальных объектов. В настоящее время не известно каких-либо форм движения и взаимодействия, кото­рые требовали бы четырех- или пятимерного пространства, и возможность таких процессов не вытекает ни из каких уста­новленных законов природы.

В мате­матике и физике широкое применение получило представление о многомерных пространствах, бесконечномерного пространства. Однако по­нятие пространства здесь имеет условный характер, так как применяется для характеристики совершенно других свойств.

Что касается мерности времени, то чаще всего указывают на его одномерность: для определения времени достаточно за­дать одну координату.

По мнению СТ. Мелюхина, если бы время имело не одно, а два, три измерения и больше, то это означало бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с нашим миры-двойники, в которых те же события разворачиваются в той же последовательности. Соот­ветственно у каждого человека должны были бы существовать двойники в каждом из параллельных миров. Но для таких предположений нет оснований [19].

Другой точки зрения придерживается российский географ Ю.Г. Симонов [5]. Он полагает, что вполне возможно предло­жить двухмерную модель времени, полезную для описания и изучения некоторого класса событий, и рассматривает ее на примере некоторых географических явлений. Здесь следует вспомнить о двух типах времени - солнечном и лунном. С фа­зами лунного и солнечного календарей могут быть связаны различные события. Так, изучая явления на Земле, можно отыскать среди них те, которые связаны лишь с гравитацион­ными полями Земля - Луна и Земля - Солнце. Эти поля могут накладываться друг на друга, то суммируясь, то вычитаясь. В та­ком случае можно говорить об изучении гравитационной сис­темы из трех тел. В фазу новолуния силы лунного и солнечного притяжений складываются, а в фазу полнолуния - вычитаются. Поэтому в фазу новолуния максимальные гравитационные возмущения испытывают Земля и Солнце, а в фазу полнолуния - Луна и Солнце; мини­мум гравитационной напряженности Земли приходится на полнолуние, когда гравитационные поля вычитаются. Таким образом, на Земле гравитационная напряженность нарастает от полнолуния к новолунию, а затем убывает. При нарастании гравитационной волны возникают одни эффекты, а на фоне убывания (снятия) напряженности – другие.