Свойства пространства и времени с точки зрения современной науки 2

Всероссийский Заочный Финансово – Экономический Институт

	

	

	

	

	Контрольная работа

	По дисциплине: Концепции Современного Естествознания

	Тема: Свойства пространства и времени с точки зрения современной науки.

	

	

	

	

	

	

	

	Исполнитель: Питейкина А.Э.

	специальность: Бухгалтерский учет,

	 анализ и аудит

		                                        группа  ФНО (вечер)

		                                         зачетная  книжка № 10УБД43393

	                                  Преподаватель: Голубева Н. А.

	















	г. Москва 2010

СОДЕРЖАНИЕ



       Введение …………………………………………………………………...3

Сущностные характеристики пространства и времени с позиции 

современного научного познания………………………………………..5                             

Межнаучный характер пространственно-временных представлений

 в современной науке.……………………………………………………..12

Значение понятий пространства и времени для современных

 естественных и гуманитарных наук……………………………………..16

Заключение…………………………………………………………………18 

	Список использованной литературы ……………………………………..19






ВВЕДЕНИЕ



Пространство и время относятся к фундаментальным понятиям, которыми философы занимались с древних времен. В двадцатом веке представление об этих понятиях были основательно уточнены. В понимании пространства и времени существовало первоначальное представление об абсолютном и пустом пространстве, заполненном неким мировым и неподвижным эфиром. Эти представления древних философов по мере накопления научных знаний о природе вещества, характера взаимодействия тел, строения и структуры материального мира постепенно преобразовывались.

Время - одно из самых знакомых человеку свойств нашего мира. И вместе с тем оно имеет репутацию самого загадочного: «Что же такое время?» И вместе с тем, едва ли многие люди считают загадочным пространство. Загадочность времени связана с его течением, с существованием потока времени, знакомого каждому человеку в личном опыте: под течением времени понимают его логическое свойство: настоящий момент, который мы называем “теперь, сейчас”, как бы постоянно движется в направлении будущего, увеличивая объем прошлого, оставляемого за собой. 

Тайна времени увлекала человеческий разум не одно тысячелетие. Самые глубокие умы человечества стремились проникнуть в нее. До сих пор не преодолены многие тупики, в которые заводила эта проблема. А когда удавалось освободиться от одних, настигали другие. Искусство и литература, наука, философия и теология вовлечены в этот нескончаемый процесс. Последние столетия бурно развивающаяся наука пролила некоторый свет на природу времени, изучив специфические для соответствующей области науки проявления временного. В итоге, оптимистические ожидания переросли в осознание того, что ускользает опять целостное проникновение в сущность времени. 

Физика Нового времени постаралась освободиться от этой загадочности, исключив течение из своей конструкции времени. Ни одна из физических теорий классического периода развития науки не обращается к потоку времени.

Пространство же никогда не вызывает такого личностного чувства, и обычно представляется более ясным, чем время. Но иногда, при особой ситуации в культуре, и пространство приобретает лика загадочности. Иногда человека тревожат вопросы о размерности пространства: нет ли в других размерностях чего-либо, с чем мы, не подозревая, соприкасаемся. Или его волнуют “размеры” мира: является Вселенная конечной или бесконечной, ограниченной или безграничной. Ведь представления человека о пространстве, в котором живет он и существует природа, и с которым, прежде всего, ассоциируется у человека представление о пространстве, есть пространство Вселенной, которое изучается в космологии. Вместе с проблемой начала мира и его судьбы.

Открытие электромагнитных явлений, микрочастиц и переход к пониманию двойной природы материи – корпускулярной и волновой, а в затем создание специальной и общей теории относительности позволяет сейчас говорить о том, что пространство и время связаны между собой, свойства пространства определяются распределением и движением в нем материи. В начале 20 века стало ясно, что время не едино для всей Вселенной. 




1. Сущностные характеристики пространства и времени

с точки зрения современной науки 



     Исследования характеристик пространства и времени целесообразно начать с их определения.

Понятие пространства опирается на понятие протяженности. Протяженность объекта выражает его структурность, взаимоотношение его частей. Обнаруживается протяженность благодаря конечности скорости распространения взаимодействий – для «движения» с бесконечной скоростью любые расстояния одинаковы, а именно точечны. Протяженность, следовательно, обусловлена системной природой материи, выражая ее многокачественность и многокомпонентность.

Понятие времени базируется на понятии длительности. Длительность выражает несотворимость и неуничтожимость системно организованной материи, последовательное пребывание материальных объектов и явлений в определенных состояниях.

Определения:

- пространство – это отношения взаимоположения объектов, сосуществующих в некоторый момент времени (при измерении пространственных размеров, обратим внимание, измеряемый объект совмещается с эталоном);

- время – это отношения последовательности объектов, сосуществующих в некоторой точке пространства (сравнение временных параметров разноместных событий, обратим внимание, требует синхронизации часов, что связано с комплексов не столь уж тривиальных допущений и процедур).

Следствия из определений пространства и времени:

1. пространство и время объективны;

2. пространство и время неразрывно связаны друг с другом  и с движением материи. 

Более того, пространство и время – это стороны движения. В самом деле: поскольку пространство – это отношения сосуществующих в некоторый момент времени объектов, постольку оно есть то, что остается от движения, когда мы отвлекаемся от времени; поскольку время – это отношения объектов, сосуществующих в некоторой точке пространства, постольку оно есть то, что остается от движения, когда мы отвлекаемся от пространства. Таким образом, пространство и время не существуют вне движения материи, как и оно – вне пространства и времени.

Данный подход к определению пространства и времени именуется реляционным. Сторонники этой концепции понимают пространство и время не как самостоятельные сущности, а как системы отношений, образуемых взаимодействующими материальными объектами. Вне этой системы взаимодействий пространство и время считаются несуществующими. В этой концепции пространство и время выступают как общие формы координации материальных объектов и их состояний. Соответственно допускается и зависимость свойств пространства и времени от характера взаимодействия материальных систем.

Но этот подход был не единственным. Согласно широко ранее распространенной субстанциальной концепции пространство и время трактуются как самостоятельные сущности, существующие наряду с материей и независимо от нее. Соответственно отношение между пространством, временем и материей представлялось как отношение между двумя видами самостоятельных субстанций. Это вело к выводу о независимости свойств пространства и времени от характера протекающих в них материальных процессов. 

В начале XX в. была создана теория относительности, которая заставила пересмотреть традиционные воззрения на пространство и время и отказаться от субстанциальной концепции. Теорию относительности можно рассматривать как концепцию, нацеленную на раскрытие диалектических связей в природе.

Теория относительности включает в себя две генетически связанные теории: специальную теорию относительности (СТО), основные идеи которой были сформулированы А.Эйнштейном в 1905 г., и общую теорию относительности (ОТО), работу над которой А. Эйнштейн закончил в 1916 г. 

СТО возникла как результат попыток А. Эйнштейна распространить действие физического принципа относительности, известного еще со времен Галилея, на законы электродинамики, которые рассматривались как противоречащие последнему. А. Эйнштейн справился с этой задачей, но цена, которую он был вынужден заплатить за обобщение принципа физической относительности и распространение его на все законы физики, заключалась в пересмотре ньютоновских пространственно-временных представлений. СТО показала, что многие пространственно-временные свойства, считавшиеся до сих пор неизменными, абсолютными, фактически являются релятивными. Так, в СТО утратили свой абсолютный характер такие пространственно-временные характеристики, как длина, временной интервал, понятие одновременности. Все эти характеристики оказываются зависящими от взаимного движения материальных объектов. 

Новые подтверждения правильности реляционной концепции пространства и времени дала ОТО. Если в СТО принцип относительности был связан только с инерциальными системами отсчета, то общая теория относительности явилась результатом распространения действия принципа относительности и на неинерциальные системы отсчета. Это в свою очередь привело к установлению тесной зависимости метрических свойств пространства-времени от гравитационных взаимодействий между материальными объектами. В СТО было установлено, что геометрические свойства пространства-времени зависят от распределения в них гравитационных масс. Вблизи тяжелых объектов геометрические свойства пространства начинают отклоняться от эвклидовых, а темп течения времени замедляется. ОТО нанесла удар по субстанциальной концепции пространства и времени.  

Поскольку пространство и время неотделимы от материи, правильнее было бы говорить о пространственно-временных свойствах и отношениях материальных систем. Но при познании пространства и времени ученые часто абстрагируются от их материального содержания, рассматривая их как самостоятельные формы бытия. Обычно выделяют всеобщие и специфические свойства пространства и времени. К всеобщим относятся такие пространственно-временные характеристики, которые и неразрывно связаны и с другими ее атрибутами. Специфические, или локальные, свойства проявляются лишь на определенных структурных уровнях, присущи только некоторым классам материальных систем. 

Прежде всего пространство и время объективны и реальны, т. е. существуют независимо от сознания людей и познания ими этой объективной реальности. Человек все более и более углубляет свои знания о ней. Однако в истории науки и философии существовал и другой взгляд на пространство и время — как только субъективных всеобщих форм нашего созерцания. 

Согласно этой точке зрения, пространство и время не присущи самим вещам, а зависят от познающего субъекта. В данном случае преувеличивается относительность нашего знания на каждом историческом этапе его развития. Эта точка зрения отстаивается сторонниками философии И. Канта. 

Пространство и время являются также универсальными, всеобщими формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени. У Гегеля высшей реальностью является абсолютная идея, или абсолютный дух, который существует вне пространства и вне времени. Только производная от абсолютной идеи природа развертывается в пространстве. 

Важным свойством пространства является его трехмерность. Положение любого предмета может быть точно определено только с помощью трех независимых величин — координат. В прямоугольной декартовой системе координат это — X, У, Z., называемые длиной, шириной и высотой. В сферической системе координат — радиус-вектор r и углы a и b (3. В цилиндрической системе — высота г, радиус-вектор и угол а. 

В науке используется понятие многомерного пространства (и-мерного). Это понятие математической абстракции играет важную роль. К реальному пространству оно не имеет отношения. Каждая координата, например, 6-мерного пространства может указывать на какое-то любое свойство рассматриваемой физической реальности: температуру, плотность, скорость, массу и т. д. В последнее время была выдвинута гипотеза о реальных 11 измерениях в области микромира в первые моменты рождения нашей Вселенной: 10 — пространственных и одно — временное. Затем из них возникает 4-мерный континуум {лат. сопйпишп — непрерывное, сплошное). 

В отличие от пространства, в каждую точку которого можно снова и снова возвращаться (и в этом отношении оно является как бы обратимым), время — необратимо и одномерно. Оно течет из прошлого через настоящее к будущему. Нельзя возвратиться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо временной промежуток в будущее. Отсюда следует, что время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей. Некоторые утверждают, что необратимость времени и его направленность определяются причинной связью, так как причина всегда предшествует следствию. Однако очевидно, что понятие предшествования уже предполагает время. Более прав поэтому Г. Рейхенбах, который пишет: "Не только временной порядок, но и объединенный пространственно-временной порядок раскрываются как упорядочивающая схема, управляющая причинными цепями, и, таким образом, как выражение каузальной структуры вселенной". 

Необратимость времени в макроскопических процессах находит свое воплощение в законе возрастания энтропии. В обратимых процессах энтропия (мера внутренней неупорядоченности системы) остается постоянной, в необратимых — возрастает. Реальные же процессы всегда необратимы. В замкнутой системе максимально возможная энтропия соответствует наступлению в ней теплового равновесия: разности температур в отдельных частях системы исчезают и макроскопические процессы становятся невозможными. Вся присущая системе энергия превращается в энергию неупорядоченного, хаотического движения микрочастиц, и обратный переход тепла в работу невозможен. 

Писатель-фантаст Р. Брэдбери в одной из своих повестей иллюстрирует свойство необратимости и однонаправленности времени на примере эксперимента, который, якобы, проводят существа, обитающие в четвертом измерении, над землянами. Они ставят над небольшим городком колпак, представляющий собой слой воздуха, в котором время на одну секунду отстает от течения времени в городке. Машины, идущие в город или из города, самолеты, взлетающие в воздух, обнаруживают вдруг невидимое препятствие и вынуждены возвращаться обратно. И в самом деле, невозможно вернуться во времени на любую долю секунды, и этот колпак является самым прочным препятствием для тех, кто мог бы проникнуть в город или выйти из него. 

Пространство обладает свойством однородности и изотропности, а время — однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность — в равноправии всех направлений. Во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчета, любую можно принимать за начальную. 

Указанные свойства пространства и времени связаны с главными законами физики — законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это — одно из существенных выражений симметрии в мире. Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига (однородности пространства) — закон сохранения импульса; симметрии по отношению поворота координатных осей (изотропности пространства) — закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем системам отсчета. 

В современной науке используются также понятия биологического, психологического и социального пространства и времени. 

Биологическое пространство и время характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи: биологическое бытие человеческого индивида, смену видов растительных и животных организмов. 

Психологическое пространство и время характеризуют основные перцептивные структуры пространства и времени, связанные с восприятиями. Перцептивные поля — поля вкусовые, визуальные и т. д. Выявлены неоднородность перцептивного пространства, его асимметрия, а также эффект обратимости времени в бессознательных и транспсихических процессах. Существует также синхронизм психических процессов, состоящий в одновременном параллельном проявлении идентичных психических переживаний у двоих или нескольких личностей. 

Социальное пространство и время характеризуют особенности протяженности и пространственности социальных объектов. Неоднородность структурных связей в социальных системах определяется распределением социальных групп и величиной их социального потенциала, а также локальными метрическими свойствами объектов. Коммуникативные и интерактивные взаимодействия социальных структур фиксируют особенности параметров времени в ретрансляции социального опыта и одновременность в протекании социальных событий.

2.  Межнаучный характер пространственно-временных представлений в современной науке



Так что же это такое – пространство и время? Когда идет речь о самых общих, фундаментальных свойствах природы – описание должно быть очень общим, абстрактным. Можно думать, что в своем глубинном значении пространство – это то, что выражает устойчивость существования  различных явлений и объектов в мире, а время – то, что характеризует их взаимодвижение, изменяемость. Кратко говоря – пространство и время – это структура сосуществования и изменения всего материального в мире. Это предельно общие понятия, более общих уже не придумать. Такие предельные понятия изучаются философией, которая как раз и является наукой о самых общих законах природы. Понятия пространства и времени являются необходимой составной частью картины мира в целом, поэтому входят в предмет философии. Для философского осмысления трудным и интересным оказывается вопрос о соотношении времени и вечности. Касаясь этого вопроса, Н.А.Бердяев отмечал следующее: «Время разбивается на прошлое, настоящее и будущее, и если мы подумаем об этих трех частях, то придем к странному выводу о том, что их нет. Настоящее есть лишь какое-то бесконечно мало продолжающееся мгновение, когда прошлого уже нет, а будущего еще нет, но которое само по себе представляет некую отвлеченную точку, не обладающую реальностью. Прошлое призрачно потому, что его уже нет. Будущее призрачно потому, что его еще нет. Нить во времени разорвана на три части, нет реального времени.  Будущее пожирает прошлое для того, чтобы потом превратиться в такое же прошлое, которое в свою очередь будет пожираемо последующим будущим». С точки зрения Н.А.Бердяева, исторический  процесс имеет двойственную природу: он что-то истребляет, но, с другой стороны, сохраняет. В мире действует истинное время, в котором нет разрыва между прошлым, настоящим и будущим, время ноуменальное, а не феноменальное.  К слову сказать, в настоящее время в Москве, в МГУ уже много лет действует семинар по изучению феномена времени, и один из вопросов, который решается на семинаре, как раз этот: время – феномен (то есть природное явление), или ноумен (то есть то, что мы придумали на основе наших знаний и представлений).

Учение о пространстве и времени углубляется и развивается вместе с развитием естествознания, прежде всего физики.

Основные свойства пространства и времени (однородность времени и изотропность пространства) связаны с главными законами физики - законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это – одно из существенных выражений симметрии в мире. Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига (однородности пространства) – закон сохранения импульса; симметрии по отношению поворота координатных осей (изотропности пространства) – закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем система отсчета. 

Представления о пространстве и времени, формулирующиеся в теории относительности Эйнштейна, на сегодняшний день являются наиболее последовательными. Но они являются макроскопическими, так как опираются на опыт исследования макроскопических объектов, больших расстояний  и больших промежутков времени. 

В квантовой физике была поставлена важная проблема о необходимости пересмотра пространственно-временных представлений классической физики. В физике элементарных частиц представления о пространстве и времени столкнулись с большими трудностями. На субатомном уровне структурной организации материи определяющую роль играют сильные взаимодействия элементарных частиц. На повестку дня встает вопрос о  зеркальной симметрии – симметрии левого и правого. Как ни странно, часть объектов и событий в микромире просто не имеют зеркального отражения. В микромире не у каждого «правого» есть «левое». Таких взаимно полярных, обязательных свойств не существует – так уж «устроено» расстояние на очень малых расстояниях. Спустя какое-то время после обнаружения этого факта физикам  пришла в голову мысль: а что если в микромире нельзя противопоставлять не только правое левому, но и будущее прошлому? Результаты научных экспериментов произвели огромное впечатление на физиков и показали, что при определенных условиях в природе могут нарушаться, казалось бы, самые фундаментальные свойства пространства и времени. Эти свойства не абсолютны, а изменяются в зависимости от конкретных условий. В макромире они одни, а в микромире могут быть совсем другими.

Такое фундаментальное свойство времени как причинность также было поставлено под сомнение. Советскому академику Н.Н.Боголюбову после ряда экспериментов удалось доказать, что никаких отклонений причинности в микромире не было обнаружено. По крайней мере, до расстояний, которые в несколько сотен раз меньше размеров протона. Можно ожидать отклонений на меньших расстояниях – там, где теряется симметрия прошлого и будущего и где, возможно, существуют микрочастицы, движущиеся быстрее света.

К проблемам пространства и времени относится вопрос о числе измерений. Предполагается, что у нашего пространства может быть, например, дополнительная размерность. Сейчас известны четыре измерения – пространство плюс время. Но может быть и пятая, и шестая размерность, которые настолько малы, что мы их в обычной жизни не замечаем. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырех, которые предполагают существование «суперсимметрии», например, теория струн. Ученые пытаются получить доказательства существования дополнительных измерений в ходе эксперимента по запуску Большого адронного коллайдера – ускорителя протонов и тяжелых ионов. В случае удачи этого эксперимента предполагается, что ход времени может быть замедлен или повернут вспять, а также создана теория, объединяющая теорию относительности и квантовую теорию поля, которые до сих пор считались несовместимыми друг с другом. 

Как видим,  вся наука, все отрасли научного познания направлены на изучение проблем пространства и времени. В конечном счете, для того, чтобы решить одну из важнейших задач современности -  понять, как же устроен наш мир. 

































3.  Значение понятий пространства и времени для 

современных естественных и гуманитарных наук



Фактом современной познавательной ситуации является то, что категории пространства и времени широко используются не только в естествознании, но и гуманитарных науках, а также во вненаучных типах знания. 

Ряд ученых специально анализируют биологическое время, психологическое время, социальное пространство-время и другие виды времени и пространств. Эти понятия используются в связи с особенностями проявления пространственно-временных свойств нефизических объектов. Сторонники данной теории отмечают, что метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства пространства и времени в таких объектах могут быть существенно отличны. Так, биологическое пространство и время характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи: биологическое бытие человеческого индивида.

Выделяется также психологическое (перцептуальное) время, связанное с восприятием и переживанием времени индивидом: время то «бежит», то «замедляется», сто зависит от тех или иных конкретных ситуаций (одно дело, когда мы кого-то с нетерпением ожидаем, другое – когда заняты чем-то интересным). Это субъективное чувство времени, и оно лишь в целом соответствует реально-физическому времени. 

В рамках становления человеческого общества, развития форм социальной организации идет процесс формирования нового феномена – социального пространства и времени. Анализируя этот феномен, К,Ясперс выделяет понятие «осевого времени». Этот исторический период он связывает с формирование духовных начал человечества в период 8 – 2 вв. до н.э. параллельно и независимо у «осевых народов», к которым относятся китайцы, индийцы, иранцы, иудеи и греки. Одновременно происходит сближение этих духовных центров и формирование человека такого исторического типа, который существует и в настоящее время. 

Анализ проблемы социального пространства и социального времени в настоящее время включает рассмотрение взаимодействия пространства и времени как форм социального бытия индивидов, соотношения пространственно-временных связей внутри общества, исследование форм и отношений, присущих социальной деятельности людей. 

Представляется, что не каждой качественно своеобразной форме движения материи должны соответствовать специфические пространство и время. Анализ аргументации сторонников вышеозначенной концепции показывает, что их выводы об объективном существовании «нефизических» форм пространства и времени основаны на смешении онтологического и гносеологического аспектов материи и отождествлении пространства и времени как форм бытия движущейся материи с движением материи, более того, за социальным пространством признается определенная субстанциальность, что вступает в противоречие в общепризнанной в настоящее время реляционной концепцией.

Однако это не означает того, что понятия «социальное пространство и время», «психологическое время», «биологическое время» не заслуживают исследования как объекты теории.












ЗАКЛЮЧЕНИЕ



Наука не стоит на месте, и в любое время достаточно сложно  объявлять какую-либо теорию единственно верной и неизменной на все времена.  

Возникли разные концепции: согласно одним,в мире вообще ничего нет, кроме пустого искривленного пространства, а физические объекты являются только проявлениями этого пространства. Согласно другим, пространство и время присущи лишь макроскопическим объектам.

Как видно, современная наука настолько разрослась и 
потеряла единство, что в ее различных разделах существуют прямо 
противоположные утверждения о природе и статусе пространства и 
времени. 

Правда, следует отметить, что в современной науке речь 
идет о пространстве и времени как о физических понятиях, как о 
конкретных математических структурах, наделенных соответствующими семантическими и эмпирическими интерпретациями в рамках определённых теорий.

  Природа каждый раз преподносит сюрпризы, когда какие-либо ее конкретные свойства и законы объявляются универсальными, действующими всегда и всюду. 

В мире все имеет свою конкретную, ограниченную область применимости, и мы должны быть готовы к тому, что наукой будут открыты такие диковинные свойства пространства и времени, которые мы не можем себе представить, известные же нам свойства, наоборот, в области новых явлений окажутся неприменимыми, утратившими силу. 






Список использованной литературы



Алексеев П.В., Панин А.В., «Философия», учебник, 4-е изд. М.: ТК Велби, 2007г. 592 стр.

Аскольдов С.А. «Время и его преодоление» // «На переломе. Философские дискуссии 20-х годов». М.,1990.

Ахундов М.Д. «Пространство и время в физическом познании», 
М.:Мысль,-1982.-253

Барашенков В.С. «Что такое пространство и время» // «Знание – сила», № 6, 1984г.

Бердяев Н.А. «Время и вечность» // «На переломе. Философские дискуссии 20-х годов». М., 1990.

Большая Советская энциклопедия. Интернет-издание. 

Вернадский В.И. «О жизненном (биологическом) времени» // Философские мысли натуралиста. М., 1988. 520 стр.

Гордон А.Г. «Ночные диалоги. Поток времени» – М.: Предлог, 2004г. -320с.

Дубровский В.Н. «Концепции пространства-времени» -  М.: Наука, 1991

Касавин И.Т. «Пространство и время: в поисках «естественной онтологии» знания».// «Общественные науки и современность». 2001, № 1. стр.90-99.

Концепции современного естествознания. Под ред.Лавриненко В.Н. и Ратникова В.П. М., 2004. 303 стр.

Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. М., Наука, 1985. 326 стр.

Ясперс К. Смысл и назначение истории. М., 1985. 527 стр. 







2