- •1. Естествознание и материальный мир
- •1.1. Система естественно-научных знаний
- •1.2. Наука как феномен человеческой культуры
- •1.3. Естественно-научная и гуманитарная традиции понимания и объяснения мира
- •2. Филосовская база и методология естествознания
- •2.1. Логика науки и закономерности ее развития
- •2.2. Наука как процесс познания
- •2.3. Структура научного познания
- •2.4. Критерии и нормы научности
- •2.5. Научные революции и становление научных парадигм
- •2.6. Возможности и границы научного метода
- •3. Основные этапы развития естествознания
- •3.1. Зарождение науки
- •3.2. Античная естественно-научная картина мира
- •3.3. Естествознание Средневековья
- •3.4. Научная революция Нового времени. Механистическая картина мира
- •4. Концепции классического естествознания
- •4.1. Классическая механика. Принцип относительности
- •4.2. Развитие концепций пространства и времени
- •4.3. Пространство-время и законы сохранения
- •4.4. Классическая термодинамика. Понятие энтропии
- •4.5. Развитие представлений о природе света
- •5. Концепция естествознания хх века
- •5.1. Концепция относительности пространства-времени
- •5.2. Концепции атомизма и корпускулярно-волнового дуализма материи
- •5.3. Развитие концепции корпускулярно-волнового дуализма
- •5.4. Развитие представлений о строении атомов
- •5.5. Концепция квантовой механики
- •5.6.Фундаментальные принципы квантовой механики
- •5.7. Строение атомного ядра
- •5.8. Элементарные частицы
4.2. Развитие концепций пространства и времени
Движение относительно, и для его описания необходимо знать его количественные характеристики. Физические понятия пространства и времени были сформированы во многом именно для количественного описания процессов движения. В физике в наиболее общем виде движение рассматривается как изменение состояния физической системы, и для описания состояния вводится определенный набор измеряемых параметров. К числу таких параметров относятся пространственно-временные координаты, или, как принято говорить, точки пространственно-временного континуума(непрерывного множества).
Пространство и время являются основными понятиями всех разделов физики. Пространство выражает порядок сосуществования физических объектов, время же выражаетпорядок сменыфизических состояний и явлений.
Исторически развитие физических представлений о пространстве и времени происходило по двум направлениям, связанным с различными философскими подходами. Первое направление восходит к идеям Демокрита, считавшего пустоту особым родом бытия, всеобщим вместилищем. Эти идеи нашли свое наиболее полное физическое воплощение в ньютоновских понятиях абсолютного пространстваиабсолютного времени. В основе второго направления лежат воззрения Аристотеля, которые были развиты в философских работах крупного немецкого математика, физика и философаГотфрида Вильгельма Лейбница. Лейбниц трактовал пространство и время как определенные типы отношений между объектами и их изменениями, не имеющие самостоятельного существования. В физике концепция Лейбница впоследствии была развита Эйнштейном при разработке теории относительности.
Абсолютное время и абсолютное пространство Ньютон рассматривал как «вместилища самих себя и всего существующего», пользуясь также понятием относительного времени как меры продолжительности событий. Абсолютное пространство, по Ньютону, существует независимо от наличия в нем физических тел, т. е. может быть совершенно пустым. Такому пространству полностью адекватна геометрия Евклида, оперирующая идеальными математическими объектами и посему являющаяся теорией идеального математического пространства.
В процессе развития физики, в частности с разработкой Эйнштейном теории относительности, представления о пространстве и времени существенным образом изменились. Выяснилось, что течение времени зависит от скорости движения системы отсчета. При скоростях, близких к скорости света, возникают эффекты релятивистского замедления времени ирелятивистского сокращения продольных (в направлении движения) размеров. В поле тяготения происходитгравитационное замедление времени иискривление пространства. Таким образом,пространство и время представляют собой сущности, зависящие от материи, материальные объекты определяют свойства пространственно-временного континуума.
Пространство и время объединены в единый четырехмерныйконтинуум пространство-времяспециальнойтеорией относительности. Из этой теории следуетотносительность одновременностисобытий, происходящих в разных областях пространства, а такжеотносительность измерения величин временных промежутков и длин, производимого в системах отсчета, которые движутся друг относительно друга. Это означает, что в реальном мире пространство и время имеют относительный характер, а понятия абсолютного пространства и абсолютного времени не имеют физического смысла, оставаясь идеальными математическими представлениями.
Мы видим, что представления, сложившиеся применительно к процессам, происходящим в привычном для человека макромире, оказались непригодными с переходом к масштабам мегамира. Серьезные трудности возникли также при попытке использовать новые понятия пространства-времени для теоретического описания явлений в микромире. Заметим, что релятивистская механика, т. е. теория движения тел со скоростями, близкими к скорости света, основу которой составляет специальная теория относительности, является именно классической теорией. Что же касаетсяквантовой механики, оперирующей объектами микромира, то уже в нерелятивистском случаеоказалосьневозможным вести речь о траекториях микрочастиц, и применимость понятий пространства и времени была ограниченапринципом неопределенности.
Еще более серьезные трудности, носящие принципиальный характер, появляются при попытках экстраполяции (распространения) макроскопических понятий пространства-времени на мир микрочастиц в квантовой теории поля, являющейсярелятивистскойтеорией. О том, насколько велики эти трудности, можно судить хотя бы по выдвижению гипотезы о неприменимости понятий пространства-времени к микромиру.
Большинство ученых, однако, убеждено в универсальности пространства-времени, признавая, конечно, необходимость существенного изменения смысла понятий пространства-времени применительно к микромиру.