Phoenix Criminal Lawyer
ноября 15, 2009

 


 


Представление о пространстве и времени  Важной предпосылкой создания теории относительности явились новые представления о свойствах пространства и времени.
В обыденном сознании время заключается в объективно существующей закономерной координации сменяющих друг друга явлений. Пространственными характеристиками служат положения одних тел относительно других и расстояния между ними.

В теоретической системе Ньютона была четко сформулирована первая научная концепция времени как объективной, ни от чего не зависящей сущности – субстанциальная концепция времени. Эта концепция берет свое начало у античных атомистов и переживает расцвет в учении Ньютона об абсолютном пространстве и времени. После Ньютона именно эта концепция была ведущей в физике до начала ХХ века. Ньютон использовал двойственный подход к определению времени и пространства. Согласно этому подходу существует как абсолютное, так и относительное время.

Абсолютное, истинное и математическое время само по себе без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и называется длительностью.

Относительное, кажущееся или обыденное время есть мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо математического времени — это час, месяц, год и т.д.

Абсолютное время не может быть изменено в своем течении.

На бытовом уровне возможна система отсчета длительных промежутков времени. Если она предусматривает порядок счета дней в году и в ней указана эпоха, то это календарь.

Реляционная концепция времени столь же древняя, как и субстанциальная. Она разработана в трудах Платона и Аристотеля. Впервые развернутое представление об этой концепции времени дал Аристотель в своей «Физике». В этой концепции время не является чем-то самостоятельно существующим, а есть нечто производное от более фундаментальной сущности. Для Платона время сотворено богом, у Аристотеля – результат объективного материального движения. В философии нового времени, начиная с Декарта и кончая позитивистами Х1Х века, время есть свойство или отношение, выражающее различные стороны деятельности сознания человека.

Проблема пространства при ближайшем рассмотрении оказывается тоже непростой. Пространство – это логически мыслимая форма, служащая средой, в которой существуют другие формы и те или иные конструкции. Например, в элементарной геометрии плоскость – это пространство, которое служит средой, где строятся разнообразные, но плоские фигуры.

В классической механике Ньютона абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему-либо внешнему остается всегда одинаковым и неподвижным. Оно выступает как аналог пустоты Демокрита и является ареной динамики физических объектов.

Идея изотропного пространства Аристотеля отошла от однородности и бесконечности пространства Демокрита. Согласно Аристотелю и его последователям, пространство приобрело центр — Землю, с обращающимися вокруг нее сферами, причем наиболее отдаленная небесная сфера звезд служит границей конечного мирового пространства. Аристотель отвергает бесконечность пространства, однако придерживается концепции бесконечного времени. Эта концепция выражена у него в идее сферического пространства Вселенной, которая хоть и является ограниченной, не является конечной.

Классическое ньютоново пространство базируется на идее его однородности. Это основная идея классической физики, последовательно развивавшаяся в трудах Коперника, Бруно, Галилея и Декарта. Уже Бруно отказался от идеи центра Вселенной и объявил ее бесконечной и однородной. Эта идея достигла завершения у Ньютона. В однородном пространстве изменяется идея абсолютного движения, то есть тело в нем движется в силу инерции. Силы инерции не возникают в отсутствие ускорения. Смысл прямолинейного и равномерного движения сводится к изменению расстояния между данным телом и произвольно выбранным телом отсчета. Прямолинейное и равномерное движение является относительным.

Исторически первым и важнейшим математическим пространством является плоское евклидово пространство, представляющее абстрактный образ реального пространства. Свойства этого пространства описываются с помощью 5 основных постулатов и 9 аксиом. В геометрии Евклида был слабый пункт, так называемый пятый постулат о непересекающихся параллельных прямых. Математики древности и нового времени безуспешно пытались доказать это положение. В XVIII — XIX веках эту проблему пытались решить Д.Саккери, Ламберт и А.Лежандр. Неудачные попытки доказательства 5-ого постулата принесли большую пользу. Математики пошли по пути видоизменения понятий геометрии евклидова пространства. Самое серьезное видоизменение было введено в первой половине XIX века Н. И. Лобачевским (1792 – 1856).

Он пришел к выводу, что вместо аксиомы о двух параллельных прямых можно выдвинуть прямо противоположную гипотезу и на ее основе создать непротиворечивую геометрию. В этой новой геометрии некоторые утверждения выглядели странно и даже парадоксально. Например, евклидова аксиома гласит: в плоскости через точку, не лежащую на данной прямой можно провести одну и только одну прямую, параллельную первой. В геометрии Лобачевского эта аксиома заменена на следующую: в плоскости через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести более одной прямой, не пересекающей данную. В этой геометрии сумма углов треугольника меньше двух прямых и т.д. Но, несмотря на внешнюю парадоксальность, логически эти утверждения совершенно равноправны с евклидовыми. Они коренным образом изменили представления о природе пространства. Почти одновременно с Лобачевским к подобным выводам пришел венгерский математик Я. Бойяи и знаменитый математик К. Гаусс. Современники ученых скептически отнеслись с неевклидовой геометрии, считая ее чистой фантазией. Однако римский математик Э. Бельтрами нашел модель для неевклидовой геометрии, которой является псевдосфера:

ПсевдосфераРис 1. Псевдосфера

Следующий крупный шаг в понимании природы пространства, сделал Б. Риман (1826 – 1866) . Окончив в 1851 году Гёттингенский университет, он уже в 1854 году (28 лет от роду) сделал доклад «О гипотезах, лежащих в основании геометрии», где дал общую идею математического пространства, в которой геометрии Евклида и Лобачевского были частными случаями. В n-мерном пространстве Римана все линии подразделяются на элементарные отрезки, состояние которых определяется коэффициентом g. Если коэффициент равен 0 , то все линии на данном отрезке – прямые – работают постулаты Евклида. В других случаях пространство будет искривленным. Если кривизна положительная, – то пространство называют римановым сферическим. Если отрицательная, – псевдосферическим пространством Лобачевского. Таким образом, к середине XIX столетия место плоского трехмерного пространства Евклида занимает многомерное искривленное пространство. Понятия Риманова пространства, в конечном счете, послужили одной из основных предпосылок для создания Эйнштейном общей теории относительности.

Риманово сферическое пространствоРис 2 Риманово сферическое пространство

Окончательную подготовку пространственно-геометрической подоплеки теории относительности дал непосредственный учитель Эйнштейна Г. Минковский (1864 – 1909), сформулировавший представление о четырехмерном пространственно-временном континууме, объединяющем физическое трехмерное пространство и время. Он активно занимался электродинамикой движущихся сред на основе электронной теории и принципа относительности. Полученные им уравнения, названные позднее уравнениями Минковского, несколько отличаются от уравнений Лоренца, но согласуются с экспериментальными фактами. Они составляют математическую теорию физических процессов в четырехмерном пространстве. Пространство Минковского позволяет наглядно интерпретировать кинематические эффекты специальной теории относительности, и лежит в основе современного математического аппарата теории относительности.

Эта идея единого пространства и времени, позже названного пространство-время, и его принципиальное отличие от ньютоновских независимых пространства и времени, по-видимому, завладела Эйнштейном задолго до 1905 года, и не связана напрямую ни с опытом Майкельсона, ни с теорией Лоренца-Пуанкаре.

В статье Новый вариант большого взрыва и новый 1000 вопрос рассматривается очень красивая и интересное, но по своей сущности весьма фантастическая идея.

 

Комментировать