Категории пространства и времени, анализ концепции их относительности. Инвариантность пространственных и временных интервалов как отражение свойств симметрии физического мира. Эволюционная теория относительности. Теория относительности А. Эйнштейна.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

1

19

Реферат

По концепции современного естествознания

На тему: Концепция относительности пространства и времени

Содержание

• Введение
• 1. Категории пространства и времени
• 2. Эволюционная теория относительности
• 3. Теория относительности А. Эйнштейна
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Мир вокруг нас - это совокупность различных физических и химических процессов, которые постоянно протекают, обеспечивая каждое даже самое незаметное явление в природе.

Наверное, практически каждый, даже далекий от физики человек когда-нибудь задумывался, из чего же состоит наша жизнь в ее физико-философском измерении.

Вселенная ограничена пространством, жизнь в ней - временем. Издавна философы и естествоиспытатели связывали эти две основные категории космического бытия в одно простое и необъяснимое явление - жизнь.

Теории относительности устанавливают возможность существования различных базисов фундаментальных переменных времени и пространства и исследуют их отношения. Основным постулатом теории относительности является независимость основных законов движения материи от базиса описания, по исполнению которых нельзя установить, в каком из базисов описывается объект исследования. Поскольку фундаментальные переменные времени и пространства не являются абсолютными и рассматриваются как атрибуты движения материи, то в теориях относительности исследуют величины, которые можно считать инвариантами.

Данная работа описывает сами категории пространства и времени, а также концепцию их относительности.

пространство время относительность эйнштейн

1. Категории пространства и времени

Пространство и время представляют собой категории, предназначенные для описания свойств физического мира.

Пространство отражает такие свойства материальных объектов, как протяженность и порядок взаимного расположения. Время отражает такие свойства процессов, как последовательность и длительность. Пространство и время бесконечны.

Говорить о пространстве без наличия в нем материальных объектов бессмысленно, точно так же, как бессмысленно говорить о времени в отсутствие каких-либо процессов. Каждое из этих понятий относительно, материя существует в пространстве (относительно пространства), процессы происходят во времени (относительно времени) Дубнищева Е.Я. Концепции современного естествознания. - Новосибирск, 1997. - С. 64-66.

Для математического описания временных отношений используют понятие мгновения. Мгновение - физически бесконечно короткий временной интервал или интервал, длительность которого много меньше длительности любых других процессов.

Произвольное мгновение принимают за начало отсчета и сопоставляют ему значение переменной t0 = 0. Любому другому мгновению в соответствии с показаниями часов можно сопоставить числовое значение tA, отражающее момент времени наступления некоторого события A, или временную координату на оси Ot Девис П. Суперсила. Поиски единой теории Природы. - М., 1989. - С. 168-173.

Очевидно, что эта величина относительна, поскольку зависит от выбора начала отсчета. Независимой (инвариантной) характеристикой временных отношений по отношению к выбору начала отсчета является временной интервал Dt, равный длительности промежутка между мгновениями, отвечающими началу и концу какого-либо процесса, Dt = t2 - t1 > 0. Другими словами, длительность любого конкретного временного интервала, соответствующего событиям, происходящим при одинаковых условиях, не зависит от значения времени, фиксируемого по часам. Т.е. временной масштаб не изменяется и секунда всегда остается секундой независимо от абсолютного значения времени, фиксируемого с помощью часов Кэри У. В поисках закономерностей развития Земли и Вселенной. - М., 1991. - С. 225.

Промежутки времени инвариантны по отношению к выбору начала его отсчета. В этом выражается важнейшее свойство времени - однородность.

Однородность времени проявляется в неизменности физических законов по отношению ко времени проведения испытания. Опыт, поставленный в одинаковых условиях, в разные моменты времени дает одинаковые результаты.

Другим важным свойством времени является его однородность. Это свойство проявляется в том, что для указания момента наступления какого-либо события или его длительности достаточно одного числа.

Ориентироваться в окружающем мире можно только относительно расположенных в нем предметов. Любые физические объекты находятся на некотором расстоянии друг от друга и занимают определенную область пространства. Типичным примером этого являются фотографии, на которых фиксируется взаимное расположение объектов относительно объектива камеры (наблюдателя).

Для задания положения тела в пространстве используют физическую модель материальной точки. Материальной точкой (частицей) называется тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с другими характерными размерами Там же. - С. 250-251.

Поскольку пространственные координаты зависят от выбора начала отсчета, то они относительны. физический мир, а, следовательно, и пространство являются трехмерными, т.е. для задания положения материальной точки в пространстве необходимо указать три числа.

В большинстве случаев для этого удобно использовать трехмерную Декартову систему координат (СК), имеющую три взаимно перпендикулярные пространственные оси.

Однородность пространства проявляется в независимости физических законов от положения исследуемой системы в пространстве. Опыт, поставленный в одинаковых физических условиях, в разных местах дает одинаковые результаты.

Изотропность пространства, в частности, проявляется в том, что длина одного и того же отрезка не зависит от его ориентации в пространстве (выбора направления осей координат). Изотропность пространства, в целом, проявляется в независимости физических законов от ориентации физической системы в пространстве Мотылева Л. и др. Концепция современного естествознания. - СПб., 2000. - С. 56-60.

Инвариантность пространственных и временных интервалов является отражением свойств симметрии физического мира.

Для корректного описания состояния физических объектов в пространстве и времени необходимо производить одноместное измерение временных и одновременное измерение пространственных интервалов.

Одноместное измерение временных интервалов означает, что снятие показаний часов должно производиться в одной точке пространства, в которой начинается и заканчивается некий процесс. Операция одноместного измерения времени не вызывает проблем, если размером часов в любой точке пространства можно пренебречь. Если процесс начинается и заканчивается в разных точках пространства, то предварительно необходимо провести операцию синхронизации часов, расположенных в этих точках Суханов А.Д., Голубева О.Н. Концепция современного естествознания. - М., 2000. - С. 45.

Принципиальным условием, без которого нельзя ввести понятие длины движущихся объектов, является необходимость предварительного согласования показаний часов или проведение операции синхронизации часов, находящихся в разных точках пространства, т.к. измерение времени в соответствии с рассматриваемым подходом нужно производить в тех точках, где располагается объект измерений (например, крайние точки стержня).

Проведение операции синхронизации необходимо также для измерения временного интервала, соответствующего длительности событий, которые происходят в разных точках пространства.

Естественный способ согласования - способ переноса - представляет собой процесс предварительной синхронизации показаний множества часов, сосредоточенных в одной точке пространства, с последующим их переносом по всему пространству. Этот вариант имеет существенный недостаток, поскольку приводит к разным результатам в зависимости от способа переноса, в частности, его скорости Смит Дж. Модели в экологии. - М., 1976. - С. 58.

Механическое движения - это простейший вид движения, заключающегося в изменении положения тел в пространстве с течением времени. Как мы уже показали, положение частицы в пространстве относительно, т.к. определяется выбором начал отсчета пространственной и временной координаты. Следовательно, механическое движение зависит от этих начальных условий. Более того, положение тела в пространстве можно указать только относительно других тел. Невозможно найти физический способ задания положения тела в пустом пространстве. Т.о., для описания движения необходимо начало отсчета системы координат связать с каким-либо другим телом. Само движение исследуемых объектов будет происходить относительно этого тела.

Обусловленность вида механического движения выбором начальных условий является проявлением принципа относительности в механике.

Каждому событию, задающему положение частицы в произвольный момент времени в некоторой специальным образом заданной системе координат, соответствуют два числа {xA, tA}, которые играют роль пространственно-временных координат этого события.

С течением...