1. Розвиток уявлень про простір і час від античних часів до Ньютона.

1.1. Основні поняття і деякі визначення.

Поняття, що містять в собі слово «час», настільки різні та такі далекі за змістом один від одного, що іноді не дуже й віриться в їхню генетичну спорідненість. У залежності від обставин, почувши слово «час», можна уявити і вічність - щось незрозуміле, але величезне і нерухоме, як застиглий туман, у якому плавають-ворушаться всі тіла і всі події, але можна і просто подивитися на свої ручні годинники ...

Нам потрібно хоча б у першому наближенні узгодити основні поняття. Напевно, перш за все, при самому глобальному підході, час - це «основна, поряд із простором, форма існування матерії». Тобто час безумовно пов'язаний з матерією, а матерія обов'язково проявляється в часі [4, с.10].

Час визначає, в який момент, в якій послідовності і з якою інтенсивністю відбувається зміна подій. Так трактують слово «час» сучасні словники. От у цьому сенсі термін «час» і вживається в подальшому в тих випадках, коли про час йдеться взагалі, коли немає уточнюючих і звужуючих визначень і коли інше не випливає з контексту.

На певному етапі розвитку знань з'явилося дуже важливе поняття «власний час» тіла, що свідчить про те, що за певних умов одне і те ж тіло може мати різний час. Відповідно до теорії відносності власним часом називається тривалість подій, що відбуваються в певному місці, яка вимірюється за годинником, що знаходяться в цьому ж місці. Іншими словами, «час, який розраховується за годинником, що рухається разом з цим об'єктом, називається власним часом цього об'єкта».

Момент часу - це тимчасова координата, що відповідає певній події.

Подія - це щось, що відбувається в певній точці простору і в певний момент часу.

Тимчасова тривалість між двома встановленими моментами часу (двома певними подіями) визначає інтервал часу.

Є подія, наприклад - схід Сонця. Нехай ця подія трапляється три роки поспіль в один і той же день першого січня. Якщо між першим і другим сходом тривалість буде більше, ніж між другим і третім, то це значить, що часовий інтервал між сходом Сонця з роками зменшується, а темп (або хід) часу, що визначає настання цих подій, відповідно зростає. (Якщо вважати, що Земля обертається строго рівномірно і що всі інші фактори, що впливають на схід Сонця, - незмінні.).

Таким чином, під темпом часу ми розуміємо швидкість здійснення послідовних подій. Темп часу - величина завжди відносна. Темп власного часу різних тіл може бути порівняний і з локальним часом іншого тіла, і з усередненим часом системи, в яку входить тіло, і з якимось прийнятим еталонним часом. Але завжди - це зіставлення тривалості однієї секунди з тривалістю іншої. Іншими словами, темп часу - це інтенсивність часу в порівнянні з «іншим» часом, інтенсивність, яка характеризується частотою подій в системі.

Власний час будь-якої матеріальної системи визначається через покази годинника, що фіксує інтервали часу між певними послідовними подіями, але залежить власний час завжди від темпу часу в системі. Коли йдеться про те, що в якійсь матеріальній системі час сповільнюється або прискорюється, то мається на увазі, що сповільнюється або прискорюється темп часу в цій системі. При цьому власний час при уповільненні темпу часу як би розтягується, тому що збільшуються інтервали часу між подіями (сповільнюється хід годин), а при прискоренні темпу часу, навпаки, - власний час ніби стискається (прискорюється хід годинника).

Зазначимо, що темп часу та інтервал власного часу будь-якого тіла (будь-якої системи) пов'язані між собою обернено пропорційною залежністю. Таким чином, чим більше прискорений темп часу матеріальної системи, тим більше стиснутий (стягнутий) власний час в системі і навпаки, чим більш уповільнений темп часу, тим більше розтягнуто власний час. (Якщо там, де ми живемо, значно підвищиться темп часу, то ми будемо швидше рости й раніше старіти і це можна буде помітити з сусідньої локальності. Але якщо темп часу підвищиться в усьому світі, то ми цього не помітимо, так як тривалість всіх процесів також буде скорочена.)

Когерентність - це властивість якогось процесу (явища), що полягає в постійності або закономірному зв'язку між елементами (характеристиками) процесу.

Щодо простору, то сьогодні простір і час розглядаються в єдності, їх координатами визначається будь-яка подія. Простір-час визначають ще й як чотиривимірний простір, точки якого відповідають подіям. Як можна уявити собі викривлення простору-часу? Простір (простір-час) називається викривленим, якщо в ньому неможливо ввести координатну систему, яка може вважатися прямолінійною. Прикладом викривленого простору є сфера. У викривленому просторі виділяють так звані геодезичні лінії. Відстань між двома точками вздовж цих ліній є найкоротшою в порівнянні з будь-якою іншою відстанню між цими ж точками.

З позицій фізичного змісту викривлення простору можна представити так. Будь-який об'єм простору містить у собі щось матеріальне: елементарні частинки, речовина або матеріальні поля. Стан цього об’єму, або по-науковому - просторово-часової локальності, залежить як від взаємодії матерії всередині об’єму, так і від взаємодії цієї локальності із зовнішнім світом (з середовищем). Якщо в цей об’єм помістити будь-яке тіло, то воно, в силу певного стану нашого об’єму, саме буде мати певний стан, займе певне положення, буде рухатися по певній траєкторії і буде володіти певним власним часом. Якщо тепер відносно недалеко від обраного нами об’єму виявиться масивне притягуюче тіло, то стан нашого об’єму зміниться, тому що в ньому зміниться напруженість гравітаційного поля. Тіло в нашій локальності, у свою чергу, змінить (в загальному випадку) і положення, і швидкість, і темп власного часу. Тобто наш подумки виділений об’єм так зміниться, що умовне тіло, поміщене в нього, змінить і свій стан, і свою поведінку. Якщо скористатися аналогією, то можна уявити собі, що наше тіло спочатку рухалося по рівній поверхні, а потім раптом почало підніматися на пагорб. Змінилася метрика, змінилися показники простору-часу. У подібних випадках з позицій теорії відносності і стверджують, що змінився радіус кривизни простору-часу, відбулося викривлення простору. Як бачимо, у відповідності з теорією відносності кривизна простору-часу визначає стан будь-якої локальності Всесвіту, а радіус кривизни характеризує, яка це кривизна - велика чи мала. Взаємозалежність кривизни простору-часу (кривизни взагалі) і радіуса кривизни можна уявити по аналогії: чим більший гумовий м'яч, тим більший його радіус, але менша кривизна його поверхні.

Теорія відносності стверджує, що за наявності гравітаційного поля простір-час вже не плоский, а викривлений. Чим значніший вплив гравітації на простір-час, тим більша кривизна простору-часу (менший радіус кривизни).

У свою чергу, геометричні параметри простору визнаються внутрішніми властивостями простору, який, таким чином, здатний породжувати гравітаційне поле. Чим більш викривлений простір, тим більше гравітаційне поле він породжує.

Наукове визначення: простір називається викривленим, якщо результат паралельного перенесення вектора з однієї точки в іншу залежить від вибору шляху, по якому проводиться перенесення; мірою кривизни є кут повороту вектора при перенесенні його по замкнутому контуру, віднесений до одиниці площі [?????].