Принцип относительности в классической механике

98. Принцип относительности в классической механике

Принцип относительности Галилея органически вошел в созданную И. Ньютоном классическую механику. Ее основу составляют три "аксиомы" - три знаменитых закона Ньютона. Уже первый из них, гласящий: "Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенными силами изменить это состояние", говорит об относительности движения и одновременно указывает на существование систем отсчета (они были названы инерциальными), в которых тела, не испытывающие внешних воздействий, движутся "по инерции", не ускоряясь и не замедляясь. Именно такие инерциальные системы имеются ввиду и при формулировке двух остальных законов Ньютона. При переходе из одной инерциальной системы в другую меняются многие величины, характеризующие движение тел, например, их скорости или формы траектории движения, но законы движения, то есть соотношения, связывающие эти величины, остаются постоянными. Чтобы описывать механические движения, то есть изменение положения тел в пространстве, Ньютон четко сформулировал представления о пространстве и времени. Пространство мыслилось как некий "фон", на котором развертывается движение материальных точек. Их положение можно определять, например, с помощью декартовых координат x, у, z, зависящих от времени t. Таким образом принимается, что время абсолютно. Эти формулы получили название преобразований Галилея. По Ньютону, пространство выступает как некая координатная сетка, на которую не влияет материя и ее движение. Время в такой "геометрической" картине мира как бы отсчитывается некими абсолютными часами, ход которых ничто не может ни ускорить, ни замедлить.

99, 100. Спец. теория отн-сти. В конце XIX - начале XX в. считалось, что науч. картина мира практически построена, и если и предстоит какая-либо работа исслед-­телям, то это уточн-е нек-ых деталей. Но вдруг последовал целый ряд открытий, которые никак в нее не вписывались. Например, англ. физик Э. Рсзерфорд (1871-1937) эксперим-но ус­танав-ет, что атомы имеют ядро, в к-ом сосредоточена вся их масса В 1924 г. фран. физик Луи де Бройль(1892-1987) выдвинул идею о двойственной, корпускулярно-волновой природе не только элек­тромагнитного излуч-я, но и других микроч-ц. Но поистине революци­онный переворот в физич. картине мира совершил великий физик-теоретик А. Эйнштейн (1879-1955), создавший спец.(1905) и об­щую (1916) теорию отн-сти. В мех-ке Ньютона сущ-ют 2 абс-ные вел-ны – простр-во и время. Простр-во неизменно и не связано с материей. Время - абсолютно и никак не связано ни с простр-вом, ни с материей, Э. отвергает эти полож-я, считая, что простр-во и время органически связаны с материей и между собой. Тем самым задачей теории отн-сти стан-ся опред-е законов 4-хмерного простр-ва, где 4-ая коорд-та -время. Э., приступая к разраб-ке своей теории, принял в кач-ве исходных два полож-я; ск-сть света в вакууме неизменна и одинакова во всех с-мах, движущихся прямолинейно и равномерно друг отн-но друга, и для всех инерциальных с-м все законы природы одина­ковы, а понятие абс-ной ск-ти теряет знач-е, так как нет воз­мож-сти ее обнаружить. Говоря об открытии спец. теории отн-сти, нельзя не вспомнить нидерландс. физика А. Лоренца {1853-1928), к-ый в 1892 г. вывел урав-е (получившее назв-е «преобраз-я Лоренца»), дающее возмож-сть устан-ть, что при переходе от одной инерциальной с-мы к другой м. изменяться знач-я вр-ни и размеры движущеюся тела в направл-и ск-ти движ-я. А крупнейший франц. мат-к и физик Анри Пуанкаре (1854-1912), к-ый и ввел назв-е «преобраз-е Лоренца», первым начал польз-ться термином «принцип отн-сти», незав-мо от Э-на развил мат-скую ст-ну этого принципа и практически одновр-но с ним показал неразрыв. связь между энергией и массой.

101. Модель эволюции Вселенной

Вселенную в целом изучает космология – наука о космосе. Космология открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого. Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенной на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения. В основе этой модели лежат два предположения: 1. свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (одноточность) и направлениях (изотропность); 2. наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы. Из теории относительности следует, что искревленной пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться или сжиматься.

102. Красное смещение, его сущность и значение Красное смещение – это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. Согласно обнаруженному эффекту Доплера, при удалении от нас какого-либо источника колебаний, воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длина волны соответственно увеличивается. При излучении происходит «покраснение», т.е. линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн. Для всех далеких источников света красное смещение было зафиксировано, причем чем дальше находился источник, тем в большей степени красное смещение оказалось пропорциональным расстоянию до источника. Красное смещение надежно подтверждает теоретический вывод о нестационарности области нашей Вселенной с линейными размерами. Составной частью модели расширяющейся Вселенной является представление о Большом Взрыве, происшедшем 12-18 млрд. леи назад. Рождение Вселенной из «ничего» означает с современной научной точки зрения ее самопроизвольное возникновение из вакуума, когда в отсутствие частиц происходит случайная флуктуация. Выходит, что до образования Вселенной не было ни пространства, ни времени.

103. Раздувающаяся Вселенная и развитие простр-но-временной структуры мира. На нынешнем этапе разв-я космологич. науки наиболее влиятельной считается модель раздувающейся Вселенной, кот. более детально и физич. описывает эволюцию Вселенной. Начальный вариант модели раздувающейся Вселенной был создан в 1981 г. сотрудниками Массачусетского технологич. инст-та А. Гутом в кач-ве прилож-я к теории Великого объед-я. В конце 1981 г. советс. физик А. Линде и незав-мо от него амер. ученые А. Альбрехт и П. Стейхардт создали усовершенствованный вариант модели раздувающейся Вселенной. В 1983 г. А. Линде предложил еще один вариант сценария раздувающейся Вселенной, так наз-й сценарий хаотического раздув-я. Согласно этой модели Вселенная возникла 15-20 млрд. лет тому назад из сингул-ого состояния. П.-в. св-ва этого состояния: сильная искривленность, многосвязность, замкнутость, десятимерность. В процессе раздув-я Вселенной она постепенно охлажд-ся и в соотв-вии с этим постеп-но «вымораж-ся» слабые, сильные и электромагнитные взаимодействия. Модель раздувающейся Вселенной, основанная на теории Большого взрыва, справедливо считается наиболее адекватной дейс-ти и она достат-но обоснов-но отражает закономерные этапы разв-я п.-в. с. мегамира. Фил-фский анализ пр-ва и вр-ни развивающегося микро-, макро- и мегамира и их соотнош-я показ-ет, что отлич-ся друг от друга в кол-ном отнош-и, в целом неразрывно взаимосвязаны, уровень реальности имеет относ-ный хар-р, с изменением топологических хар-к уровней м. изменяться п.-в. с. Эволюция В.есть одноврем-но и эволюция ее п.-в.с.

104. Развитие пространственно-временной структуры микромира. П.-в. с. м. Опр-ся слабыми ядерными взаимод-ями. Радиус взаимод-я этих сил не превышает радиуса атома. Поэтому под м. Следует считать масштаб до атомного размера. В сильном взаимод-и участвуют кварки, переносчиками этого взаимод-я выступают глюоны. В слабом взаимод-и участвуют лептоны и кварки, век. бозоны переносят это взаимод-е. Оба взаимод-я вместе отвечают за структурную целостность микромира. Особенности п.-с.м. зависят от природы и характеристики этих взаимодействий. Но это не означает, что в м. Действуют только две силы. На самом деле элементарные частицы подвергаются также влиянию электромагнитных и гравитационных взаимодействий. Из-за недоступности яв-ий м. для прямого, непосредственного наблюдения перед исследователями возникают многочисленные трудности в изучении п.-в. характеристик м. Это вызвало ряд противоречивых подходов к описанию п.-в. отнош-й в м. Одни авторы выдвинули гип-зу, согласно к-ой простр-во и время – это сугубо макроскопические феномены, подобные, скажем, теплоте и температуре. Если гипотеза о макроскопичности простр-ва и вр-ни считается справедливой, то мы д. отказаться от идеи о всеобщности свойств прос-ва и вр-ни. Отсюда и следует, что прос-во и время перестают быть всеобщим атрибутом материи.Они правоверно понимают под прос-ом и вр-нем лишь макроскопическое, клас-ое, абсолютное, субстанциальное прос-во и время. На самом же деле насильственное введ-е в микромир макроскоп-ских з-ов м. привести к ошибочным след-ям. Т.о. в микромире своеобразно действует п.-в. связь, своеобразно проявл-ся св-ва пр-ва и вр-ни, связанные со спецификой материальных взаимод-й в микромире. Осн.св-ми микропр-ва и микровр-ни выступают дискретность, многосвязность, многомерность, анизотропность, свертываемость. В микромире теряют свою определенность и применимость при описании объектов и явлений микромира такие понятия как «состоит», «часть», «целое», «элементарность», «сложность». Развивается ли микромир и его п.-в.с.? Разв-е имеет свою направл-сть, время, но в микромире отсутствует строгая направл-сть вр-ни. Опред-е разв-я отдельно взятой частице бессмысленно, поэтому, когда речь идет о развитии в микромире, имеется в виду группа или с-ма ч-ц.

105.Развитие пространственно-временной структуры макромира. М. связан с электромагнитными взаимодей-ями, поэтому граница его начин-ся на атомном уровне, где форм-ся хим. структура простр-ва и время. Образ-е простейших и сложнейших хим. соед-й, появл0е биолог-ких орг-змов, эволюц-ные процессы в неорг-ской и в орган-ской природе приводят к усложн-ю, разв-ю п.-в..с.м. В м. Отчетливо проявляются сл-ие харак-стики пр-ва и вр-ни: однородность, изотропность, четырехмерность, обратимость пр-ва и необратимость времени. Макроскопическое пр-во обладает евклидовым хар-м. Пр-во обладает неевклидовым хар-м тогда, когда оно искривляется. Кривизна, как и метрическое св-во пр-ва проявляется в мегамире, где действительную роль играет гравитация. Макроскопическое пр-во достаточно упорядоченное, поэтому в нем несильно наруш-ся законы сохр-я. Оно односвязно, поэтому при тополог-ском разбиении не сохраняется его целостность (т.к. оно не многомерно). В м. часть всегда меньше целого, с-ма больше своего эл-та. Макромир – это мир, где объекты двигаются с отн-но меньшими ск-тями, чем ск-сть света. Разв-е п.-в. с. м. осущ-ется комплексным действием всех форм фундам-ных и нефундам-ных сил. П.в.с.м. тесно связана с микро- и мегамирами. Внутрен. структура эл-тов макромира сохр-ся благодаря сильным и слабым ядерным взаимод-ям.

106. Развитие пространственно- временной структуры мегамира. В связи с бурным разв-ем космологии особую актуальность приобретает проблема п.-в. отнош-й мегамира. Но поскольку соврем. этап связан открытием реликтового излуч-я, нейтронных звезд, природы черных дыр, белых дыр, с гип-зами о гравитонах, фридмонах многие спец-сты говорят о научной революции в этой обл-ти, обогатившей наши представ-я о Вселенной и о ее п.-в.с. Особенность п.-в. отнош-й мегамира заключ-ся в том, что в нем взаимосвязь пр-ва и вр-ни с массой мат-х тел проявл-ся наиболее отчетливо. Согласно 1-ой космологич. модели Эйн-на пр-ые коорд-ты Вселенной замкнуты. Материя распред-на во Вселенной равномерно, т.е. пр-во однородно и изотропно. Кроме того, конечные размеры Вселенной не измен-ся с течением вр-ни, т.е. она статична. Вселенная де Ситтера пустая, именно благодаря этому она статична, в противном случае Вселенная расшир-ся с теч-ем вр-ни. Модели Эйн-на и де Ситтера, с одной ст-ны, тождес-ны- обе они статичны, с другой они противоп-ны – одна из них учитывает заполненость Вселенной, другая рассматривает ее пустой. Хар-р п.-в. с., отражающих неоднородность пр-ва, описан в моделях К. Шварцшильда и К. Геделя, в кот. топологические структуры п.-ва-вр-ни противоречат однородным, изотропным моделям Эйн-на и де Ситтера. Особен-сти противор-я п.-в.св-в в сфере Ш. связаны с внутренними противор-ями динам-ских св-в гравитац-ого коллапса, поскольку в сверхжатых областях материи грав-ые поля сильно искревляют прост-ые коорд-ты и замедляют временное теч-е. Риман считал, что бескон-сть есть метрич. хар-ка пр-ва и вр-ни. Мет-ая бескон-ть охватывает лишь экстенсивную бесконечность- беск-ть по протяженности. В этом смысле она относительная. Но существует бес-ть интесивная. Интенсивная беск-ть изучается современными разделами мат-ки - топологией, теорией групп, теорией игр, теорией графиков. Здесь проявляется различие между метрич. и топологич. беск-тями. В настоящее время проблема отн-сти конечности и замкнутости п.-в. хар-к мегамира - одна из ключевых.

110. Биологическое пространство и время. Биологическая форма движения материи возникает на основе химической формы движения материи. Она образуется в виде специфического сочетания хим. процессов в рамках биол. формы движения материи последние выступают как подчиненные абстрактные компоненты. Соответствующим образом, биол. пространственно – временная структура базируется на основе синтеза ряда хим. пространственно - временных структур. Ряд авторов отрицают существования биол. пространства и времени. Но, вероятнее всего, что биол. пространство и время все-таки существуют в соответствии с существованием качественно – специфической причинно –следственной структуры систем биологических взаимодействий. Хотя, ученый Мостепаненко А.М. выдвигает свою теорию, в которой в качестве основного принципа классификации пространственно – временных форм рассматривает то, что особой пространственно – временной форме должно соответствовать особое концептуальное матем. пространство, существенно отличное от пространств отображающее другие известные формы. Однако, эти концептуальные матем. пространства могут быть раскрыты на этапе, когда наука достигнет количественного описания соответствующие предметной области, а до этого наука находясь на этапе качественного описания исследуемых объектов, не сумеет создать концептуальное пространство и время, что не должно послужить основанием для отвергания онтологического существования специфической пространственно временной структуры.

111.Социальное пространство и время. В исследованиях ряда философов и обществоведов анализируется пространственно – временная структура социальной действительности. Эта проблема является дискуссионной и ряд исследователей отрицают, существование социального пространства и времени нам представляется, что необходимо признать существование социально пространства и времени как специфической формы пространственно – временных отношений, характерной для социальной формы движения материи, в рамках которой реализуется социальное взаимодействие возникающие в ходе эволюции форм взаимодействия как его высшая форма. В ходе социального взаимодействия реализуются специфическая система причинно – следственных связей, обусловленная спецификой социального отражения, обособления и связи. В соответствии со специфической системой социальных причинно – следственных связей формируется специфическая структура социальных пространственно – временных отношений. Она является формой существования социального структурного уровня материи с соответствующей социальной формой движения материи. В основе специфики соц. Взаимодействия лежит взаимодействие в рамках коллективной, орудийной, коммуникативной, предметно – преобразующей деятельности людей, формирующих в рамках этого взаимодействия свой внутренний духовный мир, свое сознание, мышление. Социальное пространство и время включает в себя в подчиненном, превзойденном виде пространственно временные структуры своих компонентов и следовательно, включает в себя в снятом виде физ.,хим., биол., и др. пространственно временные формы.

108.Физическое пространство и время. Структуры физ. пространства и времени обуславливается физ. Взаимодействиями. Согласно современной космологии и физике элементарных частиц простр. – времен. структура микро-, макро- и мега миров качественно отличаются друг от друга т.к. на разных структурно масштабных уровнях материи доминируют различные формы физ. взаимодействий в микромире основном доминируют сильные и слабые ядерные взаимодействия. В макро мире доминируют электромагнитные взаимодействия, в мега мире гравитационные. Физ. структурному уровню материи согласно современному естествознанию соответствуют подуровни со следующими основными элементами: галактики, звезды, макротела, ядра, элементарные частицы, крарки и лептоны. Каждый структурный уровень имеющий физ. форму движения в качестве главной, имеет свою специфическую простраст.-времен. структуру, но все эти физ. структурные уровни с соответствующими простраст.-времен структурами вместе образуют определенную относительно самостоятельную целостность обладающую некоторой интегральной простраст.-времен структурой, которая выступает как физ простраст.-времемя.

109.Химическое пространство и время. Специфичность хим формы движения материи состоит в переходном типе целостности и организации хим тел между физ и биол формами движения. «Пространство - время» в химии есть кагория, определяющая способ существования хим. тел и процессов хим форма движения материи, возникая с возникновением атомов, развивается в в дух аспектах: 1 направлении все большего усложнения хим элементов от водорода до трансурановых элементов и 2 в направлении образования все более сложных сочетаний элементов между собой. Соответственно, развивается структура простран-времен отношений, отражая развитие специфической причинно – следственной структуры в направлении ее все большего усложнения и совершенствования. Система элементарных физ процессов включается как подчиненный момент в русло накрывающего, формирующего целостность и специфику совокупности протекающих процессов, хим движения. Также происходит и снятие в хим. простран-времен структуре подчинение ей физ. простран-времен структур здесь структурные уровни элементарных частиц и ядер, в рамках атомного структурного уровня, а также структурный уровень атомов в рамках молекул оказываются ограниченными в реализации своего самодвижения и соответственно в реализации своего самопротяжения и сомодления. Эти их пространственно временные свойства, синтезируясь образуют простран-времен свойства хим материальных структур. На уровне неорганических хим соединений имеется собственная специфика самодвижения по отношению к уровню органических соединений. Специфика органического уровня хим форм движей материи состоит в ведущей роли углеодородных сруктур, в отличие от других более разнообразных хим структур, играющих ведущую роль в неорганической химии. Соответственно, будут иметь специфику и пространственно временные структуры неорганических и органических хим соединений.

112.Психологическое пространство и время На процесс восприятия человеком пространственно временных отношений действительности, оказывает влияние его эмоционально - психическое состояние. Психолог. простран и время связано спихофизиологичекими состояниями субъекта, поэтому псилог прост и время связано также и биолог. Формой движения материи. В тоже время псих процессы обуславливаются и социальными факторами, т.е. псих. пространство и время одновременно связано с социальной формой движения материи. В этом смысле биолог и социал формы движения материи в диалектическом единстве выступают спосом существования у человека психофизиологических явлений и процесов. Естественно эти процессы существуют с их материальным носителем – человеком. Человек как биол организм социал субъект отражает внешний мир, пространственно - временные отношения действительности. Под псих простр и временем мы понимаем формы в которых осуществляются процессы познавательной деятельности. Этот простр - времен тип характеризует сферу мышления. Особенности псих простр и времени вытекают из особенностей материальных взаимодействий, выывающих псих явления и выступающих на биолог и социал уровнях организованноти материи.

113.Концептуальное пространство и время. Ученый А.М. Мостепоненко, сопоставляя перцептуальное, концептуальное и реальное пространство и время отмечает, что в самой действительности объективно существует реальное пространство и время, где локализованы реальные объекты. Вместе с тем человеку и, по – видемому, высшим животным свойственны перцептуальные простр и врем, которые служат условиями существования и смены ощущений и др. псих актов. Под концептуальными простр подразумеваются абстрактные маем простр или мамем структуры, которые находятся лишь в уме человека, но которые могут явиться средством научного подхода к изучению реального простр ученый считает, что особой простр врем форме должно соответствовать особое концептуальное матем прострво, существенно отличное от пространсв отображающих другие известные формы, но эти концептуальные матем пространства могут быть раскрыты наукой на этапе, когда она достигнет количественного описания соответсвующей предметной области. Наука же на данном этапе, находясь на этапе качественного описания исследуемых объектов, не сумеет создать концетпуал простри время для количественного описания расматриваемой предметной области, но это не должно послужить основанием для отвергания существования специфической простр врем структуры. Значенгие концепт матем пространства велико.