Вопрос 11. Эволюция представлений о пространстве и времени. Специальная теория относительности

Материальный мир состоит из структурных объектов, которые находятся в движении и развитии, представляющие собой процессы, которые развертываются по определенным этапам. Наиболее общая характеристика пространства — свойство объекта быть протяженным, занимать место среди других, граничить с другими объектами. Сравнение различных длительностей, выражающих скорость развертывания процессов, их ритм и темп является понятием времени. Категории пространства и времени выступают как формы бытия материи. Существует две концепции пространства и времени: субстанциальная — рассматривает пространство и время как особые сущности, которые существуют сами по себе, независимо от материальных объектов (Демокрит, Эпикур, Ньютон); реляционная — рассматривает пространство и время как особые отношения между объектами и процессами и вне их не существуют (Лейбниц). Всеобщие свойства пространства и времени: объективность и независимость от сознания человека; абсолютность как атрибутов материи; неразрывная связь друг с другом и с движением материи; зависимость от структурных отношений и процессов развития в материальных системах; единство прерывного и непрерывного в их структуре; количественная и качественная бесконечность. Различают метрические (т.е. связанные с измерениями) и топологические (например, связность, симметрия пространства и непрерывность, одномерность, необратимость времени) свойства пространства и времени. Топологические характеристики описывают: прерывность и непрерывность, размерность,свяэность, ориентируемость. Метрические характеристики: кривизну, конечность и бес-конечносгь, изотропность, гомогенность. Всеобщие свойства пространства: протяженность, означающая рядоположенность и сосуществование различных элементов (точек, отрезков, объемов и i:n.), возможность прибавления к каждому данному элементу некоторого следующего элемента либо возможность уменьшения числа элементов; связность и непрерывность; трехмерность. С протяженностью пространства неразрывно связаны его метрические свойства, выражающие особенности связи пространственных элементов, порядок и количественные законы этих связей. Специфические (локальные) свойства пространства: симметрия и асимметрия, конкретная форма и размеры, местоположение, расстояние между телами, пространственное распределение вещества и поля, границы, определяющие различные системы. Всеобщие свойства времени: объективность; неразрывная связь с материей и ее атрибутами; длительность; одномерность и ассиметричность; необратимость и направленность от прошлого к будущему. Специфическими свойствами времени являются конкретные периоды существования тел от возникновения до перехода в качественно иные формы, одновременность событий, которая всегда относительна, ритм процессов, скорость изменения состояний, темпы развития, временные отношения между различными циклами в структуре систем. Теория А. Эйнштейна доказала, что в реальном физическом мире пространственные и временные интервалы меняются при переходе от одной системы отсчета к другой. Теория относительности вывела глубокую связь между пространством и временем, показав, что в природе существует единое пространство — время, а отдельно пространство и отдельно время выступают как его своеобразные проекции, на которые оно по-разному расщепляется в зависимости от характера движения тел. О́бщая тео́рия относи́тельности (ОТО) — геометрическая теория тяготения, опубликованная Альбертом Эйнштейном в 1915—1916 г. В рамках этой теории, явл дальнейшим развитием спец теории относит, постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии. Таким образом, в ОТО, как и в других метрических теориях, гравитация не является силовым взаимодействием. Общая теория относительности отличается от других метрических теорий тяготения использованием уравнений Эйнштейна для связи кривизны пространства-времени с присутствующей в пространстве материей.Специальная теория относительностиВ теории относит Эйнштейна вопрос о свойствах и структуре эфира трансформируется в вопрос о реальности эфира. Отриц рез-ты многих экспериментов по обнаружению эфира нашли естественное объяснение - эфир не сущ. Отрицание сущ эфира и принятие постулата о постоянстве и предельности скорости света легли в основу теории относит, кот выступ как синтез механики и электродинамики. Принцип относит и принцип постоянства скорости света позволили Эйнштейну перейти от теории Максвелла д/покоящихся тел к непротиворечивой электродинамике движущихся тел. Далее Эйнштейн рассмат относительность длин и промежутков времени, что приводит его к выводу о том, что понятие одновременности лишено смысла. Возникала необх развить теорию преобразования координат и времени от покоящейся системы к системе, равномерно и прямолинейно движущейся относит первой. Эйнштейн пришел к формулировке преобразований Лоренца, из кот вытекало отрицание неизменности протяжённости и длительности, величина кот зависит от движения системы отсчёта. В СТО функционирует новый закон сложения скоростей, из кот вытекает невозможность превышения скорости света ввакууме. Коренным отличием СТО от предшествующих теорий явл признание пространства и времени в качестве вну элементов движения материи структура кот зависит от природы самого движения, является его функцией. В подходе Эйнштейна преобразования Лоренца оказываются связанными с новыми свойствами пространства и времени: с относительностью длины и временного промежутка, с равноправностью пространства и времени, с инвариантностью пространственно-временного интервала. То, сформулированная в 1905 г. А. Эйнштейном СТО представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, в которой, как и в классической ньютоновской механике, предполагается, что время однородно, а пространство однородно и изотропно. В лежат постулаты Эйнштейна: - принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой; - принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Первый постулат, являясь обобщением механического принципа относит Галилея на любые физические процессы, утверждает таким образом, что физические законы инвариантны по отн к выбору инерциальной системы отсчета, а уравнения, описыв эти законы, одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Согласно этому постулату, все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны, т.е. механические, электродинамические, оптические и прочие явления и процессы во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаково. Согласно 2 постулату Эйнштейна, постоянство скорости света в вакууме является одним из фундаментальных свойств природы. СТО потребовала отказа от привычных классических представлений о пространстве и времени, поскольку они противоречили принципу постоянства скорости света. Потеряло смысл не только абсолютное пространство, но и абсолютное время. Из СТО следуют новые пространственно-временные представления, такие, например, как относительность длин и промежутков времени, относительность одновременности событий. Впрочем, следует отметить, что при скоростях существенно меньше скорости света в вакууме (что, как правило, соответствует реалиям обыденнойжизни человечества) пространственно-временные соотношения, опр-е СТО, соответствуют таковым классической механики. Лишь отдельные области чел деятельности (например, исследования, проводимые на ускорителях элементарных частиц) требуют применения релятивистской механики.