3.1.2. Концепция единого пространства-времени.

Временные отношения в природе.

Все процессы, происходящие с материальными объектами, в самом общем случае можно разделить на отдельные события. Событие – это то, что где-то и когда-то произошло, происходит или произойдет: каким-либо материальным объектом. Иными словами, событие является единичным актом бытия объекта, смысл которого раскрывается через совокупность ответов на вопросы: что? где? когда? Можно сказать, что материя как целое

Пространственные отношения в природе.

Пространство – это порядок взаимного расположения материальных объектов, пространственные отношения между материальными объектами, а время – это временные отношения процессов друг к другу.

Отсюда следует первое общее свойство пространства и времени – их относительность. Второе общее свойство пространства и времени – их взаимозависимость. Чтобы описать временные отношения, вводится эталонный процесс, называемый часами. В качестве часов можно использовать любой процесс, в котором периодически повторяется одно и то же состояние материального объекта.

Движение частицы. Взаимосвязь Пространства и времени.

Описание пространственных и временных отношений мы производили в фиксированной СО, которую условно считали неподвижной. Жизненный опыт подсказывает, что в роли такой СО может выступать любой материальный объект, неподвижный или как-то движущийся. В связи с этим возникает дилемма: либо для объективного описания природы необходимо найти какую-то единственную систему отсчета, либо нужно требовать, чтобы законы природы не зависели от выбора движущихся СО. Со времен античности шли по первому пути и такой избранной системой отсчета считали Землю. И только Коперник рискнул связать СО с Солнцем. Хотя выбор Коперника облегчил описание движения планет, никакого обоснования преимуществам такого выбора он не дал.

Ответ на этот вопрос нашел Галилей, которого можно считать основателем физики как науки. Он первым понял, что описание движений любых тел выглядит одинаково как в неподвижной системе отсчета, так и в любой системе отсчета, которая движется равномерно и прямолинейно с постоянной скоростью относительно условно неподвижной СО. Такие СО называются инерциальными (ИСО). Соответственно, СО, движущиеся ускоренно, называются неинерциальными. (НСО)

Результаты исследований Галилея и затем Ньютона привели их к открытию первого фундаментального закона природы – принципа инерции. В современной формулировке он гласит: существуют такие СО, в которых любая свободная частицы, т.е. частица при отсутствии внешних воздействий на нее, движется равномерно и прямолинейно. Таким образом, ИСО от неинерциальной СО можно отличить по тому, как ведет себя в ней свободная частица (будет ли у нее вектор скорости постоянен или нет). Что касается движения с постоянной скоростью, то отличить его от покоя принципиально невозможно. Состояния равномерного прямолинейного движения и покоя является относительными.

Целостное описание пространства-времени.

Концепция единого пространства-времени предъявляет особые требования к выбору математических образов для физических величин, которые были бы аналогичны скалярам и векторам в трехмерном евклидовом пространстве. Для этого необходимо не только усовершенствовать математический аппарат, но и провести физические обобщения, введя новые величины.

Таким образом, концепция единого пространства-времени Эйнштейна противостоит представлениям Ньютона о бесконечной протяженности в виде абсолютного пространства, вмещающем материю, и равномерной длительности в виде абсолютного времени, в котором все возникает и исчезает. Именно эта концепция позволила сформулировать взгляд на природу в рамках классической стратегии познания и создать основание для единого описания частиц или электромагнитного поля. Она основана на достоверных экспериментальных фактах и охватывает самые общие формы бытия материи. Многообразие пространственно-временных отношений проявляется на всех структурных уровнях материи как в классической, так и в неклассической физике.