Розділ 1 поняття про простір і час

Простір і час – є фундаментальними поняттями сучасної науки. Вивченням цих категорій людство займалося ще зі стародавніх часів. В пам’ятнику духовного життя стародавньої Індії “Рамаяні” знання простору і часу віднесено до властивостей, що визначають гідність людини.

Так що ж таке простір і час? Філософія [7] ці поняття трактує так:

Простір – є форма буття матерії, що характеризує її протяжність, структурність, співіснування і взаємодію елементів у всіх матеріальних системах.

Час – є форма буття матерії, що виражає тривалість її існування, послідовність зміни етапів у змінюванні і розвитку всіх матеріальних систем.

Простір і час нерозривно пов’язані між собою. Всякий простір характеризується протяжністю, однорідністю, ізотропністю і тривимірністю.

Протяжність характеризує здатність існування у просторі великої кількості тіл одне поруч з іншим; однорідність простору означає відсутність у просторі яких-небудь виділених особливих точок, а ізотропність – рівноправність усіх можливих напрямів руху. Тривимірність простору характеризує його здатність розповсюджуватись у всіх напрямках: по довжині, ширині і висоті.

Головними властивостями часу є його тривалість, одномірність, незворотність і однорідність.

Тривалістю оцінюють здатність тіл змінюватись в просторі і існувати один після одного.

Важливою ознакою часу є його незворотність, яка свідчить, що плин часу йде від минулого через теперішнє до майбутнього і зворотного плину бути не може.

Однорідність часу означає рівноправність всіх його моментів, а його одномірність дозволяє однією величиною фіксувати положення, чи подію в часі. Сучасна наука вивчає і спеціальні прояви часу, серед яких особливо виділяють: біологічний час, яким оцінюють власний вік організму; соціальний час, який характеризує трату часу на будь-який вид соціальної діяльності (навчання, праця і т. ін.); геологічний час – тривалість формування геологічних структур; історичний час – тривалість тих чи інших періодів розвитку суспільства.

Особливістю існування часу є те, що він нерозривно пов’язаний з рухом. Відомо, що в природі все безперервно рухається, тобто змінюється з часом. До появи теорії відносності А. Енштейна вважалося, що плин часу є рівномірним. Так, І. Ньютон (1643-1727) відзначив, що “Абсолютний, істинний і математичний час сам по собі і по своїй суті, без всякого відношення до чого-небудь зовнішнього, протікає рівномірно...”. Положення рівномірності плину часу є фундаментальним в класичній механіці. Але в середині ХІХ сторіччя точні астрономічні спостереження дали згоду встановити, що рух по орбіті деяких планет, особливо Меркурія – планети, найбільш близької до Сонця, проходить зі збудженнями, які неможливо пояснити законами класичної механіки. Аналогічні приклади були і у фізиці.

Для пояснення цих фактів в 1905-1908 рр. А. Енштейн розробив і опублікував спеціальну і загальну теорію відносності, згідно з якою спостерігав, що знаходиться в одній інерційній системі і спостерігає за подіями чи процесами, що проходять в іншій інерційній системі, яка рухається відносно першої з постійною швидкістю, встановить в іншій системі певну затримку плину часу. Ця затримка буде визначатися різницею інтервалів часу тривалості подій, що проходять одночасно в першій та другій інерційних системах. Для інтервалів часу формула зв’язку є такою:

, (1.1)

де: - інтервал часу, що характеризує подію в першій інерційній системі і який вимірюється хронометром, що знаходиться в цій же системі; - інтервал часу, що характеризує цю ж подію в першій інерційній системі, але який вимірюється характером, що знаходиться в другій інерційній системі; - швидкість світла у вакуумі; - відносна швидкість руху першої і другої інерційних систем.

Наприклад, якщо б відносна швидкість км/с, то відношення , а . При таких даних встановлено, що тривалість відповідних процесів в даній системі будуть проходити на 17% повільніше відносно іншої. При малих відносних швидкостях відношення , і тоді . Тому навіть при зверхзвукових швидкостях літаків у 3600 км/год., з точки зору людей на земній поверхні, час для пілота плине повільніше на 5 десятимільярдних часток відсотка, що сьогодні навіть виміряти неможливо.