Исходный тезис современного материализма: "В мире нет ничего кроме движущейся материи, и движется она не иначе как в формах пространства и времени" (Ф. Энгельс). Иными словами, атрибутами (неотъемлемыми свойствами) материи являются: движение, пространство и время.
Материя и движение . Движение – это способ существования материи. Материя не может существовать вне движения; движение и материя органически и нерасторжимо связаны друг с другом: нет движения без материи, как нет и материи без движения. Так же как и материя, движение материи абсолютно, а покой – относителен . Это значит, что покой выступает как момент движения, момент сохранения качественной определенности движущегося бытия. Любое конкретное "покоящееся" материальное бытие (вещь) существует лишь благодаря тому, что в нем воспроизводится определенный тип изменений, движений. До тех пор, пока вещь сохраняет свою качественную определенность, то есть находится в относительном покое, остается "сама собой", она может существовать, изменяться, двигаться. При уничтожении этого типа движения данное конкретное материальное бытие распадается, переходит в другое бытие, которое характеризуется своим типом движения.
Движение несотворимо и неуничтожимо, причем не только в количественном, но и в качественном отношении. Это значит, что 1) движение не возникает из ничего и не исчезает бесследно (универсальный закон сохранения и превращения энергии), 2) движение материи способно к постоянным превращениям из одной формы в другую.
Материя, пространство и время . Важнейшими формами бытия движущейся материи являются пространство и время. В каком соотношении находятся материя, пространство и время? По ответу на этот вопрос выделяются две концепции пространства и времени: субстанциальная и реляционная.
Субстанциальная концепция пространства и времени (от лат. substantia – сущность), характерная для метафизического материализма, была сформулирована И. Ньютоном в XVII веке. Пространство и время - абсолютные, самостоятельные сущности, существующие наряду с материей и независимо от нее. Абсолютное пространство – это пустота, в которой располагаются все тела. Абсолютное время – это чистая длительность. Пространство и время – это "вместилище" материальных тел. Если вдруг, материальные предметы исчезли бы, то пространство и время остались существовать (подобно тому, как уход со сцены "актеров" (материальных тел) не приводит к исчезновению "сцены" – пространства и времени). Выводом из этой концепции является статическая теория пространства и времени, согласно которой они имеют неизменные и единообразные характеристики на всех структурных уровнях материи, т.е. характеристики движения материи не влияют на свойства пространства и времени. Пространство в этой перспективе описывается одной - евклидовой геометрией, а время выглядит линейным.
Реляционная концепция пространства и времени (от лат. relation – отношение, относительность) характерна для современного диалектического материализма и была четко сформулирована в начале ХХ века А. Эйнштейном. Пространство и время – это не самостоятельные сущности, особые отношения между материальными объектами, т.е. пространство и время существуют только в связи с конкретными материальными системами и посредством их. В этой концепции пространство и время выступали как общие формы координации материальных объектов и их состояний. Выводом из этой концепции является динамическая теория пространства и времени , согласно которой конкретные свойства пространства и времени находятся и меняются в зависимости от уровня структурной организации материи. В микромире они - одни, в мегамире - другие, в макромире - третьи. Для микро и мегамира адекватными оказываются неевклидовы геометрии и нелинейные трактовки времени.
В современной философии и науке в качестве истинной признается реляционная концепция пространства и времени.
Пространство и время - две взаимосвязанные формы существования материи, выражающие определенные способы координации материальных объектов и их состояний. Понятие пространства служит для выражения свойства протяженности и сосуществования материальных систем. В понятии времени фиксируется длительность и последовательность смены состояний материальных систем.
Содержанием этих форм является движущаяся материя, материальные процессы, и именно особенности и характер последних должны определять их основные свойства. В этом отношении материалистическая диалектика нацеливала науку на поиски зависимости между определенными свойствами пространства и времени и сопутствующими материальными процессами, которые их определяют. Кроме того, наличие у пространства и времени единого содержания - движущейся материи - указывает и на взаимосвязь между самим пространством и временем, на невозможность их существования абсолютно независимо друг от друга.
Нет пространства вне времени, как и наоборот. Единство движения, пространства и времени, на котором настаивает сегодня материалистическая философия, доказывается всем современным естествознанием. Так, теория относительности Эйнштейна вскрыла органическую связь между пространством, временем (пространственно-временное многообразие, “четырехмерное пространство”) и движущейся материей (размерность пространства-времени задается распределением тяготеющих масс).
Пространство и время на разных уровнях организации материи . Специфично проявление времени и пространства в микромире, живой природе, в социальной действительности, в связи с чем специально анализируется биологическое время, психологическое время, социальное пространство-время и другие виды времени и пространств
Материя,
движение, пространство, время
Введение
Механическое движение
Прямолинейное равномерное движение
Прямолинейное неравномерное движение
Криволинейное движение
Законы движения
Взаимодействие тел
Сила. Второй закон Ньютона
Третий закон Ньютона
Силы в природе и движения тел
Сила всемирного тяготения
Сила тяжести. Вес тела
Сила трения. Трение покоя
Колебания
Пространство и время. Специальная теория относительности
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Окружающий нас мир материален. Материя существует независимо от нашего сознания и действует на наши органы чувств. Одно из основных свойств материи - ее изменчивость. Всевозможные изменения материи называют явлениями природы. Физика - наука о неживой природе, она изучает свойства материи, ее изменения, законы описывающие эти изменения, связь между явлениями.
Однако не свойства материи и не все законы
природы известны и изучены. Естественно стремление человека знать и понимать
окружающий нас мир. Материальный мир един и все в нем взаимосвязано. Эта работа
затрагивает вопросы, которые возникали при изучении движения и взаимодействия
тел и легли в основу раздела физики, который называется ²Механика.²
Механическое движение
движение сила ньютон относительность
Простейшей и в то же время наиболее часто встречающейся и привычной нам формой движения в природе является механическое движение, состоящее в изменении взаимного расположения тел или их частей. Под механическим действием на тело понимают такое воздействие со стороны других тел, которое приводит к изменению состояния механического движения рассматриваемого тела или к его деформации, т.е. к изменению. В общем случае оба эти проявления механического действия на тело сопутствует друг другу.
Наблюдая движущийся по шоссе автомобиль, мы получим представление о его движении. Действительно, при движении изменяются сразу две величины - расстояние и время. Расстояние относится к пространству, время - независимо от движения величина, измеряемая часами. Одно и то же механическое тело, наблюдаемое из разных пунктов, совершает неодинаковые движения. Наблюдателю из одного пункта кажется, что от него убегает автомобиль, а другому, что он приближается к нему. Из этого следует вывод: движение тел относительно разных наблюдателей различно, а само движение относительно. Откуда нужно наблюдать за движением тела, чтобы оно выглядело ²настоящим², абсолютным? Ответ на этот вопрос ученые искали с давних пор.
Развитие механики как науки начинается с III в. до н.э., когда древнегреческий ученый Архимед (287-212 г. до н.э.) сформулировал закон равновесия рычага и законы равновесия плавающих тел. Основные законы механики установлены итальянским физиком и астроном Г. Галилеем (1564-1642) и английским ученым И. Ньютоном (1643-1727).
Механика Галилея - Ньютона называется классической. В ней изучается законы движения макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света С в вакууме. Законы движения макроскопических тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света, изучаются релятивистской механикой, основанной на специальной теории относительности, сформулированной А. Эйнштейном (1879-1955). Для описания движения микроскопических тел (отдельные атомы и элементарные частицы) законы классической механики неприменимы - они заменяются законами квантовой механики.
Чтобы изучать движение тела, т.е. изменение
положения его в пространстве, нужно уметь определять это положение. Для этого
нужно выбрать тело отсчета, через его любую точку провести оси координат и
описать положение любой точки в пространстве ее координатами. Перемещением
тела, называют направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение
тела с его последующим положением.
Прямолинейное
равномерное движение
Самый простой вид механического движения - это прямолинейное равномерное движение. Скоростью этого движения называют постоянную векторную величину, равную отношению перемещения тела за любой промежуток времени к значению этого промежутка.
Вектор скорости направлен также как вектор перемещения.
Отсюда S=V t Sx=Vx t - проекции векторов на Ось х
Но Sx=x-xo, тогда подставим в Sx=vxt получим x-xo=vxt, или x= xo+ vxt, это уравнение показывает, как координата х тела зависит от времени t. Отсюда можно выразить vx
Смысл величины ²скорость² в следующем:
²Проекция скорости на координатную ось равна изменению координаты в единицу времени. ²
Положение тела относительно: оно
различно относительно разных систем координат. Относительно и движение тела.
Следовательно, и покой и движение относительны. Абсолютно покоящихся тел не
существует: тело, покоящееся относительно одной системы координат, движется
относительно каких-то других систем. Материя существует только в движении.
Прямолинейное
неравномерное движение
Если скорость движения со временем изменяется, то такие движения называются неравномерными. В этом случае определять перемещение по формуле уже нельзя, так как скорость в разных местах траектории и в разные моменты времени различна. Иногда пользуется средней скоростью, но все - таки нужно знать мгновенную скорость.
Если скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется одинаково, то такое движение тела называется равноускоренным движением.
²Ускорением тела при его равноускоренном движении называется величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло.²
Если ускорение велико по модулю, то значит, тело быстро набирает скорость (разгоняется) или быстро теряет ее (при торможении).
Замечательным примером прямолинейного равноускоренного движения в природе является свободное падение тела и движение тела, брошенного вертикально вверх. Такие движения изучал еще в ХVI в. Галилео Галилей. Он установил, что эти движения равноускоренные, что ускорение направлено по вертикали вниз и по модулю равно 9,81 м/сек2.
Это ускорение было одинаково для всех тел в
вакууме. Такое падение называется свободным падением. Вниз тело движется с
возрастающей скоростью и скорость каждую секунду увеличивается на 9,81 м/сек.
Вверх брошенное тело движется с убывающей скоростью.
Криволинейное
движение
Зачастую траектории движения представляют собой не прямые, а кривые линии. Это движение в космическом пространстве планет и искусственных спутников Земли, а на Земле - движение транспорта, частей механизмов и др. Криволинейное движение сложнее прямолинейного. При прямолинейном движении направление вектора скорости всегда совпадает с направлением перемещения. При криволинейном движении тела направление вектора скорости изменяется непрерывно. Мгновенная скорость тела в любой точке криволинейной траектории направлена по касательной к траектории в этой точке, т.е. в разных точках имеет различные направления. По модулю же скорость может быть всюду одинаковой или изменяется от точке к точке.
Криволинейное движение с постоянной по модулю скоростью - называется криволинейным равномерным движением. Ускорение при таком движении связано с изменением направления скорости. Криволинейное движение - это движение по дугам окружностей. Поэтому отыскание ускорения сводится к нахождению ускорения при равномерном движение тела по окружности.
Было установлено, что ускорение тела, равномерно движущегося по окружности в любой его точке, центростремительное, т.е. направлено по радиусу окружности к ее центру. В любой точке вектор ускорения перпендикулярен вектору скорости и по модулю ускорение во всех точках одно и то же - а. Модуль ускорения зависит от скорости тела и от радиуса соответствующей окружности.
Движение тела по окружности часто характеризуется не скоростью V движения тела, а промежутком времени, за которой тело совершает полный оборот. Эта величина называется периодом обращения Т. Действительно, за период времени Т тело проходит путь, равный длине окружности 2Пr.
Отсюда скорость движения тела по орбите
Подставив в формулу
это выражение, получим формулу для центростремительного ускорения
Скорость v движения тела по окружности можно
выразить и через частоту n. Частота - величина обратная периоду, n= ;при n
оборотах тело пройдет за 1с путь, равный 2Пnr. Подставив это выражение в
формулу, получим - центростремительное ускорение.
Законы движения
В основе классической динамики лежат три закона Ньютона, впервые сформулированные им в его сочинении ²Математические начала натуральной философии² в 1687 г. первый закон гласит так:
²Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения и не требует для его поддержания каких-либо воздействий. ²
В этом проявляется особое динамическое свойство
тел, называемое инертностью. А сам закон называют также законом инерции.
Системы отсчета, по отношению к которым выполняется закон инерции называется
инерциальными системами отсчета. Если действия на тело других тел
скомпенсированы, то скорость тела остается неизменной, тело движется без
ускорения (в состоянии покоя тело тоже не имеет ускорения). Системы отсчета,
движущиеся относительно инерциальной системы с ускорением, называется
неинерциальными системами отсчета.
Взаимодействие тел
Если мы наблюдаем ускоренное движение тела, то всегда можем указать другое тело, которое это ускорение вызвало. Оказывается, что оба тела влияют и подвергаются взаимному влиянию.
Опытным путем было установлено, что отношение модулей ускорений этих тел всегда одно и то же и зависит только от того какие тела взаимодействуют. Всем телам присуще свойство инертности. Поэтому говорят, что масса тела - мера его инертности. Если обозначить массы действующих тел через m1 и m2, то можно написать:
отношение модулей ускорений двух
взаимодействующих тел равно обратному отношению их масс.
Сила. Второй закон Ньютона
В качестве меры механического действия одного тела на другое вводится векторная величина, называемой силой. Именно так определял силу Ньютон: ²Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.²
Если свободно падающее тело движется с ускорением, то оно вызвано действием на это тело Земли. Сила, приложенная к нему (или действующая на него) называется силой тяжести.
Если прикрепить к бруску пружину, растянуть ее и отпустить, то брусок движется по опоре с ускорением. На брусок действует сила со стороны пружины - она и вызвала ускорение бруска. Эта сила называется силой упругости. Сила упругости и сила тяжести по своей природе совершенно различные силы, но они сходны в том, что они сообщают ускорения телам, к которым приложены.
И. Ньютон сформулировал свой второй закон так: ²Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорения. ² Математически он выражается формулой F=m a; отсюда.Здесь под F надо понимать результирующую (равнодействующую) всех приложенных к телу сил.
И первой и второй законы справедливы, если движение рассматривать относительно инерциальных систем отсчета.
Третий закон
Ньютона
Нам известно, что произведение массы тела на его ускорение равно приложенной к телу силе. Это значит, что m1a1 равно F1, а - m2a2 равно силеF2. Следовательно,F1= -F2 это равенство выражает третий Закон Ньютона: ²Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. ²
Эти силы всегда одной и той же природы. Если, например, на одно из тел действует со стороны другого сила упругости, то оно ²отвечает² этому другому телу тоже силой упругости. Уравновешиваться могут лишь силы, приложенные к одному и тому же телу. Законы Ньютона - это проявления того, что мы называем единством природы: силы и тела могут быть разными, но законы одни для всех сил и всех тел. Тело движется по окружности, в этом случае сила направлена к центру окружности, постоянна по модулю и равна по формуле:
Важно понять, что сила, согласно законам
Ньютона, определяет ускорение, а не скорость. Она является причиной изменения
движения. Законы механического движения одинаковы для всех инерциальных систем
отсчета. Это утверждение называется принципом относительности Галилея.
Силы в природе и
движения тел
При рассмотрении механического движения тел приходится иметь дело всего с тремя видами сил: с силой упругости, силой тяготения и силой трения. Все тела состоят из атомов и молекул. Расстояние между ними очень малы, как и сами частицы. Силы взаимодействия между частицами обладают одной особенностью. Если увеличить расстояние между частицами, то силы взаимодействия между ними будут силами притяжения, если уменьшить расстояние то они станут силами отталкивания. Силы упругости возникают при деформации тела. Причиной деформации является движение одних частей тела относительно других. Важная особенность силы упругости состоит в том, что она направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения тел. В случае сжатых или растянутых стержней, пружин, шнуров, нитей сила упругости направлена вдоль их осей. Зависимость силы упругости от удлинения (деформации) выражается законом Гука.
где х - удлинение тела (пружины)
к - коэффициент пропорциональности, называемый
жесткостью тела (пружины). Причем удлинение положительно при растяжении и
отрицательно при сжатии. Закон Гука формулируется так: ²Сила
упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна его удлинению и
направлена противоположно направлению перемещения частиц тела при деформации.²
Сила всемирного
тяготения
Так как падающие тела движутся с ускорением, направленным вниз, то на них действует сила, направленная вниз, сила притяжения к Земле. В 1667 г. И.Ньютон высказал предположение, что вообще между всеми телами действует силы всемирного тяготения или гравитационные силы. Одно из самых замечательных свойств сил всемирного тяготения - их универсальность. Все что имеет массу, а масса присуща любому виду материи - должно испытывать гравитационное воздействие. Закон всемирного тяготения записывается так:
где G - гравитационная постоянная
²Тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. ²
Эти силы - дальнодействующие силы, они сообщают
всем телам одинаковое ускорение свободного падения, вызванное земным
притяжением, не зависящее ни от состава, ни от строения, ни от массы самих тел.
Гравитационная постоянная очень малая величина, поэтому мы не замечаем
притяжения обычных тел, окружающих нас, и сами не испытываем к ним притяжения.
Сила тяжести. Вес
тела
Одно из проявлений силы всемирного тяготения - сила притяжения тела к Земле, называемая также силой тяжести. Она направлена к центру Земли. Ее находят по формуле:
где М3-масса Земли, mт-масса тела, R-радиус Земли.
Ускорение, сообщаемое телу силой тяжести и есть ускорение свободного падения, которое обозначают буквой g и оно равно примерно 9,81 м/сек.2 Для силы тяжести можно записать:
Ускорение свободного падения можно считать постоянным, а свободное падение вблизи Земли равноускоренным движением. Вес тела - это сила, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. Сила тяжести и вес тела - это не одно и то же. Сила тяжести - это гравитационная сила, приложенная к телу. Вес тела - это сила упругости, приложенная к подвесу. Вес тела может быть больше силы тяжести. Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением называется перегрузкой. Причем ускорение тела противоположно ускорению свободного падения. Тело, падая, движется с ускорением потому, что на него действует сила тяжести, направленная вниз. Ускорение постоянно, так как постоянна действующая на тело сила. Ускорение не зависит от массы тела, потому что сама сила пропорциональна массе. Если тело брошено горизонтально или под углом к горизонту, то во всех этих случаях тело движется с ускорением свободного падения и оно не зависит от того, имело ли тело еще и скорость в горизонтальном направлении или нет.
Сила трения. Трение
покоя
В земных условиях трение и сила трения всегда сопутствуют механическому движению. Сила трения возникает при непосредственном соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения. Этим она отличается от силы упругости, направленной перпендикулярно этой поверхности. На брусок, лежащий на столе действует сила тяжести и уравновешивающая ее сила упругости деформированного стола - сила реакции опоры. Она направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения со столом. Если сила, которую приложили параллельно поверхности соприкосновения тела со столом невелика, тело остается в покое. Силы и компенсируют друг друга. Но на тело действует еще одна сила, равная по модулю. Это и есть сила трения покоя. Главная особенность ее в том, что она по модулю равна приложенной к телу силе, но направлена противоположно. Только при некотором определенном значении силы тело сдвинется с места и начнет скользить. Эта определенная сила будет max, когда она станет хоть немного больше тело получит ускорение. Если на брусок положить груз и прижать рукой (т.е. увеличить силу), то max увеличится во столько раз, во сколько раз увеличится приложенная сила. Эту силу иногда называют силой нормального давления. По модулю она равна силе реакции опоры. Можно записать, что максимальная сила трения равна, где - коэффициент трения
Следовательно: Максимальная сила трения покоя пропорциональна силе нормального давления. Сила трения покоя мешает начать движение, но иногда служит причиной начала движения. Например, при ходьбе сила трения покоя, действующая на подошву сообщает нам ускорение. Когда тело получает ускорение и начинает скользить по поверхности другого тела на него продолжает действовать сила трения. Однако это уже другая сила трения. Ее называют силой трения скольжения. По модулю она почти равна max, но направлена всегда в сторону, противоположную направлению движения. Эта самая важная особенность силы трения. Ее находят по формуле: отсюда коэффициент трения. Коэффициент трения меньше единицы, он зависит из каких материалов сделаны оба тела и как обработаны из поверхности, но не зависит от площади соприкосновения их. Трения без смазки называют сухим трением. Смазка уменьшает силу трения. Сила жидкого трения много меньше силы сухого трения. Она зависит от направления движения, от значения скорости и формы. Лучшей считается обтекаемая форма. Сила трения уменьшает значение скорости тела и оно в конце концов останавливается. Тормозной путь пропорционален квадрату начальной скорости. Это нужно помнить машинисту. Если увеличить скорость поезда вдвое, то потребуется вчетверо больший путь до остановки.
Наряду со скоростью важной характеристикой движения является импульс тела - векторная величина, равная произведению массы тела на его скорость - mv. Согласно современной терминологии второй закон Ньютона гласит: ²Скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на нее силы.²
Импульс и энергия - особые величины. Они обладают свойством сохранения и играют важную роль в механике и во всех разделах физики.
Изменение импульса равно произведению силы на время ее действия.
Сохранение импульса неизменным возможно только в замкнутой системе, где нет взаимодействия с внешними телами. В незамкнутой системе импульс изменяется.
Важный пример проявления и практического применения закона сохранения импульса - это реактивное движение. В отличие от других транспортных средств ракета может двигаться, не взаимодействуя ни с какими другими телами, кроме продуктов сгорания, содержащегося в ней самой топлива.
В ньютоновской механике считается, что масса
тела не зависит от его скорости. Однако это вовсе не означает, что всегда при
движении тела его масса остается постоянной. Она может изменяться и примером
движения тела переменной массы может служить полет ракеты на активном участке
ее траектории. Продукты сгорания запасенного в ракете топлива выбрасываются
через сопло двигателя, и масса ракеты уменьшается. Возникающая реактивная сила
характеризует механическое воздействие на ракету, вытекающей из нее струи газа.
Колебания
Колебания - очень распространенный вид механических движений. Примером механических колебаний являются колебания маятника. Маятником называется тяжелое тело, подвешенное на нити к одной точке. Отклоняя его от положения равновесия, мы сообщаем ему потенциальную энергию mgh. Если мы опустим маятник он падает по круговой орбите, радиус которой равен длине нити. Потенциальная энергия периодически переходит в кинетическую. Этим и обусловлены колебания маятника. Время полного колебания называется амплитудой колебания. При очень малых отклонениях период колебания не зависит от массы маятника и равен:
Колебания характеризуются также частотой - числом колебаний в единицу времени. Между периодом колебаний и его частотой существует связь.
Как и другие движения, колебательное движение характеризуется скоростью и ускорением. Обе эти величины изменяются от точки к точке, от одного момента к другому. В точках максимального отклонения от положения равновесия скорость равна нулю в этих точках тело останавливается, чтобы начать движение в обратном направлении. В точке равновесия скорость максимальна. В точках максимального отклонения ускорение максимальное, потому что сила упругости максимальна. В точке равновесия ускорение равно нулю, так как в этой точке сила равна нулю. Через каждый период Т модуль и направление векторов скорости и ускорение повторяются.
Пространство и
время. Специальная теория относительности
Пространство и время как всеобщие и необходимые формы бытия материи являются фундаментальными категориями в современной физике и других науках. Ньютоновская концепция пространства и времени оказалась господствующей вплоть до конца ХIХ в. Основные положения ее заключаются в следующем: Пространство считалось бесконечным, плоским, прямолинейным. Оно рассматривалось как абсолютное, пустое, однородное и изотропное (нет выделенных точек и направлений) и выступало в качестве ²вместилища² материальных тел, как независимая инерциальная система.
Время понималось абсолютным, однородным, равномерным текущим. Оно идет сразу и везде во всей Вселенной, ²единообразно и синхронно² и выступает как независимый от материальных объектов процесс длительности.
Абсолютное время и пространство служили основой для преобразований Галилея - Ньютона, посредством которых осуществлялся переход к инерциальным системам. До ХIХ в. физика была в основном физикой вещества, но изучение электродинамики, оптики выявило недостаточность одной классической механики для полного описания явлений природы. Специальная теория относительности, созданная в 1905 г. А.Эйнштейном, стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галилея-Ньютона и электродинамики Максвелла-Лоренца.
²Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения, близких к скорости света, но без учета поля тяготения. При уменьшении скоростей движения она сводится к классической механике, которая, таким образом оказывается ее частным случаем.²
Для всех физических процессов скорость света обладает свойством бесконечной скорости, чтобы ее достичь требуется бесконечное количество энергии. Что осуществить невозможно. Скорость света является, предельной скоростью распространения материальных воздействий. Теория относительности Эйнштейна разрушила непрочные основы классических понятий пространства и времени. Она основывалась на двух постулатах.
Первый постулат - принцип относительности: все инерциальные системы отсчета эквивалентны друг другу в отношении постановки в них любых физических экспериментов.
Второй постулат - скорость света является постоянной во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от движения источника и приемника, она одинакова во всех направлениях и равна 300 тыс. км/сек.
Выводы из положений специальной теории относительности:
Сокращение длины. Движение любого объекта влияет на измеренную величину его длины. Неподвижному наблюдателю длина космического корабля показалась бы короче на величину, зависящую от скорости корабля.
Замедление времени. В быстро движущемся космическом корабле время течет медленнее, чем в лаборатории неподвижного наблюдения. Эффект замедления времени касается буквально всего, включая процессы и даже биологические ритмы экипажа. Эффект замедления времени подтвержден многими экспериментами с космическими лучами.
Увеличение массы. Эйнштейн обнаружил еще одно следствие своей теории: масса тела зависит от скорости его движения чем ближе скорость тела к скорости света, тем больше становится его масса. При достижении телом скорости света, его масса возросла бы до бесконечности. Но достичь ее невозможно, так как требуется бесконечная энергия. В том же 1905 г. Эйнштейн установил связь между массой и энергией.
²Масса тела есть мера содержащейся в нем энергии.²
Так, в науке появилось знаменитое соотношение:
где Е-полная энергия тела; его масса покоя;
с-скорость света;
Окружающий нас мир имеет три измерения. Но специальная теория относительности утверждает, что время нельзя рассматривать как нечто отдельное, неизменное. Немецкий математик Минковский высказал предположение, что три пространственные и одна временная размерность связаны между собой. Все события во Вселенной должны происходить в четырехмерном пространстве - времени. Эйнштейн быстро оценил преимущество такого описания для своей теории. Специальная теория относительности поистине произвела в революцию в нашем понимании пространства, времени, Вселенной. В отличие от пространства, в каждую точку которого можно снова и снова возвращаться - оно как бы обратимо, время - необратимо и одномерно. Оно течет из прошлого, через настоящее к будущему. Пространство - однородно и изотропно, а время однородно, эти свойства связаны с законами сохранения.
Пространство, время, движение как атрибуты материи.
Пространство - универсальное свойство материи, характеризующее ее протяженность, структурность, сосуществование и взаимодействие различных материальных систем.
Время - универсальное свойство материи, характеризующее длительность существования, последовательность смены состояний в развитии всех материальных систем.
Пространство и время неразрывно связаны между собой, что и проявляется в движении материи и ее развитии.
Движение - универсальное свойство материального бытия, характеризующее процесс изменения и взаимодействия материальных систем.
Развитие характеризует качественно необратимое и направленное изменение системы. В свою очередь, направленность бывает трех видов: прогрессивной, регрессивной и адаптационной («плоскостной», одноуровневой).
Вплоть до XIX века движение рассматривалось в основном механистически, как простое пространственное перемещение тел. Однако философия показала, что даже механическое движение содержит в себе ряд проблем. Древнегреческий философ и математик (Зенон Элейский сформулировал так называемые апории («апория» в переводе с греческого - «затруднение», «безвыходное положение»), раскрывающие внутренне противоречивую природу движения. В одной из своих апорий под названием «Летящая стрела» Зенон рассуждает следующим образом: для того, чтобы преодолеть некоторое расстояние, стрела должна сначала пролететь его половину, затем половину половины, затем четверть половины и т.д. до бесконечности. В каждый конкретный момент времени стрела занимает определенное пространственное положение, равное ей по величине, т.е. она покоится. Следовательно, по мнению Зенона, летящая стрела покоится, и движения не существует. Согласно легенде, один из учеников Зенона, желая его опровергнуть, стал молча прохаживаться перед учителем, полагая, что тем самым он доказывает наличие движения. Однако Зенон остался при своем мнении, заметив, что логического доказательства движения нет, а полагаться на визуальное восприятие движения нельзя, ибо чувства всегда обманчивы.
Понимание движения как исключительно механического перемещения тел в пространстве было преодолено в философской системе Гегеля, который впервые интерпретировал движение как атрибутивную характеристику бытия. Справедливо указывая на роль Гегеля в преодолении упрощенного механицизма в интерпретации движения, необходимо отметить и те научные открытия, которые этому способствовали. В первую очередь, это закон сохранения и преобразования энергии, создание эволюционной теории Ч. Дарвина и теория клеточного строения организма.
В современной философии выделяют следующие формы движения:
механическое,
физическое,
химическое,
биологическое,
социальное.
В рамках и философии, и науки сложились две основные модели, описывающие характер взаимоотношений между пространством, временем и движением.
Субстанциальная модель трактует пространство и время как самостоятельные сущности, внешние условия существования и движения тел. В рамках субстанциальной модели, приверженцами которой были Платон, Декарт, Ньютон, сложилось представление об абсолютном пространстве и времени. Абсолютное пространство есть бесконечная протяженность, вмещающая в себя всю материю и не зависящая от процессов, происходящих в ней. Абсолютное время есть текущая безотносительно к каким-либо изменениям равномерная длительность, в которой все возникает и все исчезает. В качестве одной из возможных гипотез данная модель существует в современной физике, в частности в геометродинамике, которая утверждает, что в мире нет ничего, кроме пустого искривленного пространства.
Реляционная модель, гипотетически осмысленная Г. Лейбницем и Г. Гегелем, а математически обоснованная А. Эйнштейном, обосновывает неразрывную связь пространства и времени как единой формы движущейся материи, устанавливает единство пространственно-временной и причинно-следственной структуры мира.
Перцептуальный анализ (перцепция - от лат. perceptio - представление, восприятие) фиксирует отражение объективной пространственно-временной структуры реальности в формах чувственно-образного восприятия. Становление концепции перцептивного пространства и времени было положено И. Кантом, рассматривавшим пространство и время как всеобщие и необходимые условия чувственного созерцания. Именно Кант обосновал положение, согласно которому способность человека структурировать и упорядочивать внешние ощущения проистекает из структуры пространственно-временных отношений, внутренне присущих самой познавательности активности человека.
Перцептивное восприятие пространственно-временных отношений реализуется на двух уровнях: на уровне индивидуально- личностного восприятия и на уровне художественного образа.
Перцептивный анализ пространственно-временных отношений на уровне индивидуально-личностного восприятия .
Современная психология установила, что конкретно-чувственный образ пространства и времени различен не только у разных людей, но может различаться и у одного и того же человека в зависимости от его эмоционально-психического состояния. Последнее явно заметно в таких речевых конструкциях, как «время бежит», «время остановилось», «я ощущал данное место как зловещее, чуждое мне» и т.п. Естественно, приведенные фразы фиксируют не объективную изменчивость пространственно-временных параметров мира, а лишь их субъективно-личностную оценку индивидом. Однако данная оценка не является сугубо произвольной и, в свою очередь, зависит от таких параметров как:
психологический тип человека (время для холерика и флегматика течет, в некоторой степени, по-разному),
наличие благоприятного или агрессивного окружения (фона),
количества информации, перерабатываемой мозгом в данный момент времени. Психологи установили четкую зависимость: восприятие времени как «остановившегося», «медленного» характерно для ситуаций низкой интеллектуальной или эмоциональной активности человека.
Восприятие пространственно-временных отношений на уровне художественного образа. Предмет искусства, в отличие от предметов реально-вещественного мира, представляет собой единство трех уровней, а, следовательно, и трех пластов пространственно-временных отношений. Предмет искусства существует:
а) в реальном физическом пространстве-времени,
в) в пространстве времени его интерпретатора, т.е. зрителя.
В реальном пространстве-времени предмет искусства существует как обычный физический предмет, подверженный всем законам материального мира - старению, порче холста, выцветанию красок и т.д. Но предмет становится носителем художественного образа, только выйдя за пределы реального пространства-времени и создав особый тип духовной реальности. В отличие от физического объекта, эстетический объект существует в знаково-символической реальности, поэтому в сфере искусства значимым является не только аспект содержания, но и способ выражения, художественной подачи данного содержания. Соотношение этих двух аспектов в истории искусст ва может быть различным, от акцентирования содержательного аспекта и стремления к подобию в рамках реализма, до провозглашения прав художника на полное и абсолютное изобретательство в неклассическом искусстве. Но в любом случае художественный образ потому и является образом , что осуществляет личностную, субъективную интерпретацию реальности, в том числе и пространственно-временных отношений. Необходимым условием перцептивного пространства-времени как элемента художественного образа является наличие в нем элементом фантазии, творческого воображения, авторского самобытного мировидения, при помощи которых Мастер и достигает проникновения в сущность изображаемого объекта. Наоборот, стремление к полной имитации как, например, в театре восковых фигур оставляет данное явление за пределами искусства.
Наблюдая окружающий мир, сталкиваясь с ним в практической деятельности, человек замечает, что он представляет бесконечное множество различных предметов и явлений, качественно отличающихся друг от друга. Но при всем этом многообразии обнаруживается, что предметы и явления имеют общие черты, позволяющие вычленить из множества различные типы, классы, роды и виды этих предметов. Есть ли в предметах и явлениях окружающего мира общие свойство, присущее всем, единая основа, единая субстанция.
Философы решают этот вопрос по разному.
Идеалисты выводят единство мира из сознания, из психического, идеального. Объективные идеалисты считают, что в основе мира лежит абсолютный дух, что мир – это воплощение духовного начала. Платон, например, говорит: «Материя происходит от Бога, и содержит его в себе». По Гегелю мир и природа являются порождением абсолютной идеи, природа есть «идея в форме инобытия», «погружение понятия во внешность». Субъективные идеалисты сводят единство мира к сознанию, воле субъекта.
Материалисты считают, что единство мира состоит не в его бытии, а в его материальности, а эта последняя доказывается длинным развитием философии и естествознания. Все естествознание пронизано попытками доказать материальное единство мира.
Важнейшие из них:
1. Открытия Коперника, Галилея, Ньютона о гелиоцентрическом строении солнечной системы
2. Закон Ньютона посвященный всемирному тяготению, оказавшийся общим для всех материальных тел, и их комплексов, обладающих массой покоя.
3. Законы сохранения и превращения энергии, клеточная теория и теория Дарвина указали на наличие общих закономерностей в развитии природы.
4. Астрофизика, основываясь на спектральном анализе показала, что на других планетах солнечной системы присутствует ряд химических элементов, что и на Земле. Это доказывает общность единство космических тел.
5. Периодическая система Менделеева отражает единство материи, согласно которому свойства химических веществ и соединений находятся в зависимости от величин их атомных весов.
6. Общие для всех областей законы сохранения массы, энергии, импульса, зарядовой частоты, барионного заряда, изотопического спина, странности и др.
7. Открытый современной наукой факт взаимопревращения элементарных частиц, согласно которому любая элементарная частица может превратиться в любую другую, основой которой является, как полагают физики, кварки, и представителем элементарной частицы в их взаимодействиях выступают кварки.
Существует огромное количество определений материи:
Гегель, например, определяет ее так: «Материя есть абстракция, которая как таковая не может быть нами воспринята. Можно поэтому сказать, что не существует вообще материи, ибо она существует как нечто определенное, конкретное».
Итак, философских определением понятия материи примем определение «материя – философская категория объективной реальности, данная человеку в его ощущениях, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них».
К этому определению материи можно сделать дополнение, что в современном естествознании она может восприниматься как некое «мертвое вещество», являющееся противоположным понятием жизни, душе и духу. В современной физике материя – обозначение некоторой особой точки поля. В современной теории поля не существует некоторой посредствующей субстанции, и каждая сила создает «поле», распространяющееся по способу континуума и действующее на любое тело, помещенное в данное поле. Пустое само по себе пространство обладает единственным свойством содержать в себе поля. По трем видам сил, известным в настоящее время поля делятся не гравитационное (силы тяготения тяжелых масс), электромагнитные (силы притяжения и отталкивания заряженных тел или магнитных тел) и поля ядерных сил (нуклонов ядра). Поскольку всякая энергия есть некая масса, всякая масса есть некая энергия, то и поле представляет собой определенную массу, например электромагнитное поле, создаваемое электроном. Таким образом, напряженность поля – единственная физическая реальность. Материя в данном случае – сингулярность поля (узлы поля).
Движение – в самом общем значении – способ существования материи, ее атрибут, всякое взаимодействие материальных тел и объектов.
Об абсолютности движения можно говорить только в соотнесении с какой-либо точкой пространства, которая мыслится в мировом пространстве в состоянии покоя. Действительное движение всегда относительно, оно есть движение в соотнесении с какой-либо точкой пространства, находящейся в относительном движении или в относительном покое.
Континуум – четырехмерная система координат, дополняющая всеобщую теорию относительности А.Эйнштейна (сила тяжести и ускорение равноценны) временем как четвертой координатой (мир Минковского). Результаты наблюдений, истолкованных теорией относительности Эйнштейна, отклоняются от наблюдений классической механики и электродинамики, только при скоростях, близких к скорости света.
Движение многообразно:
3 группы форм движения:
– в неорганической природе (перемещение, взаимодействие поля, химические взаимодействия, тепловые процессы, агрегатные состояния, звуковые колебания, изменения космических тел и систем)
– в живой природе (совокупность жизненных процессов, обмен веществ, процессы отражения, саморегуляции, воспроизводство, экология)
– в обществе (общественные виды деятельности, высшие формы отражения, целенаправленное преображение действительности)
Типы движения :
1. с сохранением качественного состояния предмета (сохраняется некий набор признаков)
2. с изменением качественного состояния (разрушение, распад, образование нового объекта)
Пространство и время – всеобщие формы бытия материи, ее атрибуты. Не существует материи, не обладающей пространственно-временными свойствами, как не существует пространства и времени самих по себе, вне материи и независимо от нее.
Пространство – есть форма бытия материи, характеризующая ее протяженность, структурность, сосуществование и взаимодействие элементов во всех материальных системах.
Время – форма бытия материи, выражающая длительность ее существования, последовательность смены состояний в изменении, развитии всех материальных систем.
Пространство и время неразрывно связаны, их единство проявляется в движении и развитии материи.
Всеобщие свойства пространства и времени:
– объективность и независимость от сознания человека
– абсолютность как атрибутов материи
– неразрывная связь с движением
– единство непрерывного и дискретного в их структуре
– количественная и качественная бесконечность
Пространство
– метрические (связанные с измерением)
– топологические (связность, симметрия пространства)
– протяженность пространства – означающая рядоположенность и сосуществование различных элементов (точек, отрезков, объектов), связность и непрерывность (прерывность относительна)
– трехмерность пространства
– длительность (последовательность существования и смены состояний тел)
– непрерывность абсолютна (прерывность относительна)
– одномерность, асимметричность, необратимость
Субстанциальная концепция рассматривает пространство и время как особые сущности, которые существую сами по себе, независимо от материальных объектов. Они – арена, на которой находятся объекты и развертываются процессы (как сцена существует независимо от актеров и спектакля, так и пространство и время существуют независимо от объектов и процессов.
Реляционная концепция рассматривает пространство и время объективно-независящими от человека и человечества формами бытия материи, при этом неразрывно связанными с самой материей и ее движением.
Разумеется, все свойства материи перечислить невозможно. Ведь материя - это вся безграничная совокупность окружающих нас материальных объектов, а свойства этих объектов бесконечно многообразны. Но есть коренные свойства материи, которые присущи всем предметам и явлениям. Они получили название атрибутов материи. Атрибут - это такое свойство, которое неотделимо от самого существования того или иного предмета, является способом его бытия. Если утрачивается атрибут, то перестает существовать и сам предмет. Таким внутренне присущим материи свойством, способом ее существования. является движение. Какие бы объекты мы ни взяли - планеты, звезды, галактики, кору Земли и ее глубочайшие недра, живые организмы, молекулы, атомы, электроны,- все они находятся в непрестанном движении, изменении. Движение носит, таким образом, всеобщий характер, как основной способ бытия предметов оно абсолютно. Но отсюда было бы неверным отрицать существование покоя. Всякое движение, изменение характеризуется тем, что движущийся, изменяющийся предмет обладает и некоторой устойчивостью, какие-то стороны его сохраняются. Если бы это было не так, он превратился бы в нечто совершенно бесформенное. Так, атомы не только превращаются друг в друга, при определенных условиях они сохраняют относительную устойчивость, присущую им структуру: атомное ядро, электронную оболочку. Движение, таким образом, неотделимо от устойчивости, покоя, но покой носит временный, относительный характер. В этом можно убедиться, если рассмотреть состояние любого внешне покоящегося тела. Трудно, например, заметить какое-либо движение в скале, нависшей над пропастью. Но эта каменная глыба изменяется: под действием ветра, дождя, солнечных лучей она выветривается, подтачивается, дает трещины, меняет свои очертания. Человек, сидящий за столом, находится в состоянии покоя. Но этот покой выступает лишь как момент движения, ибо человек движется вместе с Землей, внутри него происходят сложные физиологические изменения, кровообращение, дыхание, мыслительные процессы. Идея о том, что движение имеет всеобщий характер, что оно неотделимо от материи, давно стала достоянием материалистической философии. Однако старому (метафизическому) материализму было свойственно узкое, ограниченное понимание движения. Сущность последнего сводилась лишь к перемещению тел из одного места в другое. Нетрудно видеть, что механическое движение носит внешний характер, оно изменяет лишь местонахождение предметов, а не сами эти предметы. В действительности же движение материи - это не простое механическое перемещение, а все изменения, происходящие с материальными объектами. Сюда относится и превращение одного химического вещества в другое, и развитие одного вида живых организмов в другой, и изменение общественного строя и т. д. ПРОСТРАНСТВО И время, философские категории. Пространство - форма существования материальных объектов и процессов (характеризует структурность и протяженность материальных систем); время - форма последовательной смены состояний объектов и процессов (характеризует длительность их бытия). Пространство и время имеют объективный характер, неразрывно связаны друг с другом, бесконечны. Универсальные свойства времени - длительность, неповторяемость, необратимость; всеобщие свойства пространства - протяженность, единство прерывности и непрерывности. Пространство есть форма координации сосуществующих объектов, состояний материи. Оно заключается в том, что объекты расположены вне друг друга (рядом, сбоку, внизу, вверху, внутри, сзади, спереди и т.д.) и находятся в определенных количественных отношениях. Порядок сосуществования этих объектов и их состояний образует структуру пространства. Явления характеризуются длительностью существования, последовательностью этапов развития. Процессы совершаются либо одновременно, либо один раньше или позже другого; таковы, например, взаимоотношения между днем и ночью, зимой и весной, летом и осенью. Все это означает, что тела существуют и движутся во времени. Время - это форма координации сменяющихся объектов и их состояний. Оно заключается в том, что каждое состояние представляет собой последовательное звено процесса и находится в определенных количественных отношениях с другими состояниями. Порядок смены этих объектов и состояний образует структуру времени. Пространство и время - это всеобщие формы существования, координации объектов. Всеобщность этих форм бытия заключается в том, что они - формы бытия всех предметов и процессов, которые были, есть и будут в бесконечном мире. Пространство и время обладают своими особенностями. Пространство имеет три измерения: длину, ширину и высоту, а время лишь одно - направление от прошлого через настоящее к будущему. Оно неотвратимо, неповторимо и необратимо. 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).