Материя движение пространство и время взаимосвязаны. Материя, движение,пространство и время

Первое, что поражает воображе­ние человека, когда он наблюдает окружающий мир, - это удивительное многообразие предметов, процессов, свойств и отношений.

Уже первые мыслители заметили, что некоторые свойства и состояния вещей во всех превращениях сохраняются. Эту постоянно сохра­няющуюся основу вещей они назвали первоматерией . Это естественное воззрение на происхождение всего много­образия мира из некой первоосновы положило начало научному объяснению многих явлений природы и общества. В дальнейшем представление о материи углуб­ляется и одновременно утрачивает чувственно-конкретные черты.

Материя предстала в новом свете - без цвета, запаха, твердости, без тех свойств, с которыми люди привыкли связывать понятие материального. На основании новых данных науки созда­вались новые концепции.

С точки зрения диалектики, материя есть объективная реальность - причина, основа, содержание и носитель (субстан­ция) все го мно го обра з ия мира . Она проявляется в бесчисленных свойствах. Важнейшие из них - объективность существования, струк ту рность, неуничтожимость, движение, пространство, время, отражение . Это атрибуты материи, т.е. всеобщие ее свойства, без которых невозможно ее бытие.

Материю вообще нельзя видеть, осязать, пробовать на вкус. Материя не есть одна из вещей, существующих наряду с другими, внутри или в основе их. Все существующие конкретные материальные образования и есть материя в различных ее формах, видах, свойствах и отношениях.

Материя имеет сложное строение . Она состоит из элементарных частиц, атомов, молекул, макромолекул, планет, звезд, галактик и т.д. Кроме того, есть разные виды полей - гравитационные, электромагнитные, ядерные. Они связывают частицы материи, по­зволяют им взаимодействовать и тем самым существовать. Все частицы независимо от их природы обладают волновыми свойствами.

Материя имеет разные уровни, каждый из которых характеризуется особой системой закономерностей и своим носителем. Различные структурные образования материи - это разные степени сложности. Каждая форма материи качественно своеобразна. Но поскольку сложные формы материи включают в ка­честве своих элементов низшие, то это нужно учитывать в процессе изучении животных и растений.

Одним из атрибутов материи является ее неуничтожимость. За к о н сохра н е ни я и превращения энерг ии гласи т: к а к ие б ы процесс ы превращения ни проис х од ил и в мире, общее к оличество масс ы и энергии остается неизменн ы м. Ни один элемент материи не уничтожа­ется, не превращается в ничто, а оставляет определенное следствие и не возникает из ничего, а всегда имеет определенную причину. Гибель конкрет­ной вещи означает лишь ее превращение в другую.

Мир находится в постоянном движении . Движение многообразно. Дв и же ни е - это с п особ существова н ия бытия, материи. Б ыт ь - з н ачи т б ы ть в дв и же ни и, изменении. Нет в мире неизменных вещей, свойств и отношений. Движение несотворимо и неуничтожимо, абсолютно, всеобще. Оно проявляется в виде конкретных форм движения. Формы и виды движения многообразны. Они связаны с уровнями структурной организации бытия, материи. Ка ждой форме дв и ­ ж е ни я п р и с ущ определенн ы й нос и тель - с у бс та н ция .

Покой как момент движения всегда имеет только ви­димый и относительный характер.

Все тела различным образом расположены друг относительно друга. Пространство ес т ь форма к оорд ин а ции сосуще­с т вующих об ъ е кт ов, оно характеризует положение объектов друг подле друга (рядом, сбоку, внизу вверху, внутри, сзади, спереди и т.д.). 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 координа ц ии сменяющих ся о бъектов и их сос т ояний, оно характеризует положение объектов друг после друга. Порядок смены этих объектов и состояний образует структуру времени.

П рос т ранс т во и время - это всеоб щ ие форм ы су щ еств о ­вания материи, бытия. В мире все простирается и длится. Пр остранство и время обла д ают своими особенностями. Пространство трехмерно, разнонаправлено, обратимо. Время однонаправлено, одномерно, необратимо.

Некогда су­ществовало воззрение, согласно которому пространство представляло собой грандиозное вместилище, куда помещена материя, а время мыслилось наподобие потока, все увлекающего за собой и все погло­щающего. Изменение физической картины мира изменило представление о пространстве и времени. Огромный вклад в разработку научных представлений о связи пространства и времени с движущейся материей внес Н.И. Лоба­чевский. Он создал неевклидову геометрию, которая является более общей и включает в себя евклидову геометрию как частный случай, отражающий пространственные отношения, воспринимаемые нами в повседневном опыте. Сумма углов треугольника в геометрии Лобачевского не остается постоянной и равной 180°, а меняется в зависимости от изменения длины его сторон и при этом всегда оказываем меньше 180°. Б. Риман создал еще одну неевклидову геометрию. В ней вообще нет параллельных прямых, а сумма углов треугольника 6oльше 180°. Эти парадоксальные положения очевидны и имеют смысл, если геометрические фигуры нарисовать не на плоскости а, например, на поверхности сферы. У нарисованного на сфере треугольника сумма yглов больше 180°.

Великое научное открытие двадцатого века - теория относительности, созданная А.Эйнштейном. В ней установлена связь пространства и времени с движущейся материей и друг с другом. В мире нет единствен­ного “сейчас”, разделяющего все прошлые события и события будущего. Каждая система имеет свое “сейчас”, свое прошлое и будущее.

Пространство и время обусловлены материей, как форма своим содержанием, и каждый уровень движения материи характеризуется своей пространственно-временной структурой.

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.

В. И. Ленин

1. Понятие материи в истории философии и естествознания

Стремление понять, что есть окружающая нас объективная реальность, тянется еще от древних мыслителей, которые сводят ее до определенных первоначал: дао, Инь, Ян, пуруша.

Досократики, в частности Эмпедокл, выделяют конкретные вещественные первоначала: воду, огонь, землю, воздух или все их вместе. Последователь Эмпедокла (основатель научной медицины - Гиппократ) развивает учение о здоровье (ейкразію) и болезни (дискразію) как результат смешения четырех соков организма:

♦ крови - сангве - связанной с огнем (источник - сердце);

♦ слизи - флегмы - связанного с Землей (источник - мозг);

♦ желчи - схоле - связанной с воздухом (источник - печень);

♦ черной желчи - мелане схоле - связанной с водой (источник - селезенка).

Гиппократ был не только великим медиком, но и значительным философом. Он высказывал немало замечательных мыслей философского характера. В частности, Гиппократ понимал все объективно сущее как природу, что приближается к современному пониманию материи: «Все это - единая и не единая природа. Все это множество существ и одновременно одно естество» (Трактат «О еде» //Соч.- т. 2.- М. 1941.- С. 508)

Каждая из форм общественного сознания регулирует человеческую деятельность в некоторой области действительности с помощью присущих ей методов и средств.

У Платона же окружающий нас мир, воспринимаемый чувственно, носит вторичный, зависимый характер от высшего мира - мира абсолютных идей.

Но наибольшее влияние на последующую философию и всю науку имели взгляды Демокрита, по которому вся действительность состоит из мельчайших неделимых частиц - атомов, движущихся в пустоте, соединяясь и разделяясь. Известный физик Г. Фейнман сказал в своей Нобелевской речи, что идея атомизме важнейшая во всем человеческом знании.

В Новое время разное понимание материи у материалистов и идеалистов. Объективный идеализм (Гегель) в общих чертах продолжает линию Платона, а субъективные идеалисты (Беркли, Юм) считают понятие материи фикцией, ошибкой, поскольку в мире не существует ничего, кроме ощущений.

Самым распространенным в Новое время становится понимание материи (вслед за Демокритом) как атомов - то есть как вещества (слово «материя» переводится с латыни именно как вещество). Возникает также понятие количества материи - массы, которая понимается как количество атомов. Такое понимание оказывается достаточно удовлетворительным до конца XIX в., к ряду открытий, сделанных в физике.

Первоначально было предусмотрено, а впоследствии экспериментально установлено существование электрона. Было открыто явление радиоактивного распада атомов (Беккерель), что сделало невозможным возведение материи до атомов. Эта невозможность еще усиливается после предсказания (Максвел) и экспериментального установления (Фарадей) существование электромагнитных полей, а потом и такой их разновидности, как рентгеновское излучение.

Еще парадоксальнее становится ситуация после создания А. Эйнштейном специальной теории относительности (СТВ), в которой показана зависимость массы от скорости. При этом возникает (при понимании массы как количества атомов) возможность трактовки изменения как изменения массы количества атомов.

Все эти открытия приводят к изменению картины мира - научной революции, одним из составляющих элементов которой становится изменение понимания того, что есть материя. Возникает необходимость понимание материи не только атомов, но и как всей объективной реальности. Такие взгляды высказывались и ранее, но не были распространены. Так, французские просветители понимают Вселенную как подвижную материю (Гольбах), а материю - как общую причину наших ощущений. Аналогично этому Фейербах понимает природу как систему разнокачественных тел, а Ф. Энгельс пишет: «Материальное воспринимается и познается».

Такое понимание материи как всей объективной реальности, которая не зависит от человека и познается ею как непосредственно (через ощущения), так и опосредованно через приборы и научные теории), становится наиболее приемлемым.

Как структурные уровни организации материи (специфические формы ее существования) сегодня выделяют неорганическую (неживую природу), органическую материю (живую природу) и социальную материю (человеческое общество).

Неживая природа в зависимости от размера делится на микромир (мир атомов и элементарных частиц), макромир (мир предметов, окружающих человека) и мегамир (мир планет, звезд, галактик). Особый интерес вызывает вопрос о строении материи вглубь - о возможных путях развития физики микромира. С логической точки зрения возможны следующие ситуации:

♦ будут обнаружены першоцеглинки - неделимые далее частицы, настоящие атомы (сейчас на эту роль претендуют кварки);

♦ першоцеглинок не существует, и делимость частиц бесконечна (так называемая глупая, или блошина бесконечность);

♦ окажется взаємоскладеність одна в одной всех элементарных частиц (бутстрап);

♦ винайдеться смыкания микромира и мегамира (так, В. Брюсов сказал: «быть может, эти электроны - миры, где пять материков…»);

♦ появится новая возможность, которую сегодня невозможно предусмотреть. Последний путь считают наиболее вероятным.

1. Движение

С древних времен и до настоящего времени философы считали важнейшим свойством материи движение, который рассматривался как способ ее существования.

Представление о всеобщность движения возникает одновременно с философией. Древнеиндийские Веды утверждали, что существование Вселенной - это дыхание Брахмы (при этом день Брахмы продолжается 2 160 000 000 лет). Древнекитайский философ Лао-цзы считал, что нет ничего постоянного, все меняется в мире.

В Древней Греции возникают две точки зрения о движении. Гераклит гласит известный принцип панта рей, а Парменид утверждает, что изменений не может быть вообще, то, что мы наблюдаем, - обманчивая видимость. Он понимает изменения как возникновение и уничтожение: то, что есть, существует, будет всегда, то, чего нет, не будет никогда. Они были правы. Действительно, в мире нет ничего абсолютно неподвижного, но с другой стороны, существуют законы сохранения, согласно которым энергия, вещество, количество движений не могут исчезать и возникать. Ситуацию ярко и глубоко отразил В. С. Пушкин:

— Движенья нет, сказал мудрец брадатый.

Другой смолчал и стал пред ним ходить.

Сильнее бы не мог он возразить;

Хвалили все ответ замысловатый.

Но, господа, забавный случай сей Другой пример на память мне производит: Ведь каждый день пред нами солнце ходит, Однако ж прав упрямый Галилей.

Соединить устойчивость и движение в определенной степени удается Демокриту, который считает, что атомы вечны и неизменные и всегда находятся в движении. Аристотель, как всегда, подходит к проблеме более дифференцированно и выделяет шесть видов движения: возникновение, уничтожение, изменение качества, увеличение, уменьшение, перемещение. В Новое время материалисты, понимая материи как атомы, объясняли движение исключительно как механическое перемещение атомов.

Французские философы (Дидро, Гольбах, Ламетри, Гельвеций) признают и другие формы движения материи, однако считают, что все их можно свести к механической. При этом Толанд и Гольбах понимают движение как средство существование материи.

И только Гегель впервые преодолевает односторонний механицизм (сведение всех форм движения материи к механической) и формулирует основные законы движения (развития).

Начиная с конца XIX века. понимание движения материи как любого изменения приобретает все большее распространение (а впервые такая точка зрения встречается в работах Ф. Энгельса). За такого подхода согласно форм существования материи могут быть выделены основные формы движения:

♦ движение в неживой природе;

♦ движение в живой природе;

♦ движение в обществе (социальный).

Обсуждается вопрос о возможности выделения информационной, кибернетической формы.

В каждой из них есть свой специфический носитель и свои особые законы движения. При этом движение в неживой природе рассматривается как попроще (как низшая форма) по отношению до движения в живой природе, а последний рассматривается как низшая форма по отношению к социальной формы движения.

Возникает вопрос о взаимоотношении форм движения материи. Если считают, что явления высшей формы могут быть полностью объяснены законами низшей, то такая позиция имеет название редукционизма. Он существовал в истории науки в виде механицизма (сведение к механике) и фізикалізму (сведение к физике).

С противоположной точки зрения высшие формы движения материи настолько специфические, что законы низших ничего не могут дать в их познании. Эта точка зрения имеет название органіцизму, или витализма.

На самом деле, поскольку низшие формы движения входят в состав высших, то их закономерности действуют в высших и они в определенной степени позволяют изучить эти высшие формы, однако не полностью, поскольку последние имеют свою специфику. Такая точка зрения имеет название інтегратизму. Она позволяет использовать физические методы исследований для изучения медико-биологических явлений и предостерегает против абсолютизации этих методов.

Понятие движения является исходным для объяснения развития и прогресса.

Развитие понимают как движение, при котором происходит необратимая, направленная закономерна изменение, то есть развитие - это обязательно изменение качества. Любое развитие является изменением, но не каждое изменение является развитием.

Понятие прогресса, прогрессивного развития, явно или неявно носит антропоцентричный характер. То есть, мы считаем прогрессивным то, что способствует прогрессу человечества. Главным критерием прогресса и главной целью человечества Организация Объединенных наций во Всеобщей декларации прав человека провозгласила права и свободы личности.

— Движение вообще является изменением вообще.

Ф. Энгельс

— Основные критерии прогресса находятся в трех сферах материальной действительности: системно-структурный касается неорганической природы, функциональный - органическому миру и гуманитарный - общества.

П. В. Алексеев, А. В. Панин

— Все прогрессы реакционные, если рушится человек.

А. Вознесенский

— Духовное совершенствование индивиду - прогресс прогресів.

А. Швейцер

И движение, и развитие, и прогресс неразрывно связаны с пространством и временем.

Пространство и время

В повседневной практике человека формируется представление о пространстве (как взаиморасположение и протяженность тел) и время (как продолжительность существования тел и их состояний). Эти представления обобщаются в естествознании и философии и приводят к выводам о свойствах пространства и времени. Пространство считается бесконечным, трехмерным и обратным, а время - вечным, одномерным и не обратным.

В отношении пространства и времени в истории науки существовало два подхода: субстанциальный и реляционный.

Субстанциальный подход в древности развивали Демокрит и Эпикур, а в Новое время — Ньютон. Согласно им, пространство, время и материя - три субстанции, три вещи, которые могут существовать самостоятельно. Пространство (похож на ящик), в котором есть атомы, планеты, звезды (материя) и часы (время). Материю, ящик и часы можно разделить.

Элементы реляционного подхода были в перипатетика, в Новое время этот подход развивал Лейбниц, и он окончательно утвердился после работ Эйнштейна по теории относительности. В реляционном подходе пространство и время рассматриваются как отношение материальных объектов. Пространство - как взаєморозташувакня, их взаимная координация, а время - как координация их состояний. То есть, никакого пространства, никакого времени вне материальными объектами не существует. Размерность пространства и времени вытекает из неразрывной связи последних двух и представляется чотиримірною характеристикой единого пространственно-временного континуума.

Простейшие пространственно-временные модели Вселенной сейчас связывают с средней плотностью веществ в нем. При критической плотности (2 10 29 г/см 3) Вселенная должен быть конечным и стационарным (Вселенная Эйнштейна). Если она меньше критической, то Вселенная должна быть открытым и бесконечно расширяться (Вселенная Лобачевского-Фридмана), а если выше критической, то Вселенная должен быть непрерывный, пульсирующий (Вселенная Римана).

Сегодня этот вопрос остается не решенным, потому что открываются все новые и новые виды материи, которые вмещают в себе огромные массы, как черные дыры.

Формам существования и движения материи должно соответствовать, согласно реляційним подходом, свое пространство-время. То есть, движение неживой природы осуществляется в физическом пространстве-времени. А биологические объекты существуют не только в физическом, но и в своем собственном биологическом пространстве-времени. Элементами биологического пространства выступают индивидуальная территория, экологическая ниша и вся биосфера, биологического времени - возраст организма (а возможно, и вида), его внутренние биологические часы, который определяет физиологическое состояние организма, степень его старения.

В. И. Вернадский связывал биологическое время с высшим уровнем организации материи, когда наиболее четко и полно проявляются такие качественные признаки времени, как необратимость и однонаправленность, что является следствием непрерывной последовательной эволюции биосферы, и только с этого времени, считает он, становится возможным истинное вычисление и измерение биологического времени.

Социальное пространство - это пространство, которое охватывается и превращается человечеством, а социальный время - это его история.

Кроме того, могут быть выделены также психологическое пространство и время и, соответственно, психологический возраст организма, который имеет психику (прежде всего человека). Психологический возраст зависит от подвижности центральной нервной системы и определяется способностью человека адаптироваться в новых условиях, ее любознательностью и энергией, а психологическое старение связано, прежде всего, с ростом ригидности, жесткости потери гибкости нервной системой старого человека, что уменьшает ее адаптационные возможности. Психологический пространство понимают как определенную дистанцию между людьми в общении, вторжение в которую, кроме особых случаев вызывает психологический дискомфорт.

Конечно, все эти четыре времена взаимосвязаны, и психологический возраст зависит от биологического и физического. В то же время они относительно автономны, то есть люди одного физического возраста могут иметь различный биологический возраст (такое явление объясняется изношенностью организма). Аналогично и люди с одинаковым состоянием физиологического здоровья могут иметь разный психологический возраст, разные степени свежести восприятия и остроты мышления.

— Время - число движения.

Аристотель

— …пространство является бытием первично-протяжным … которое не содержит в себе ничего, кроме трех измерений… Материя - это бытие вторично-протяженное, или такое, что, кроме протяженности, имеет и физическое тело… материя является бытием в пространстве… Движение является изменением пространства… является ничем иным, как величиной движения… соотношением всех абстракций последовательности.

Г. В. Лейбниц

— Что же такое… время? Пока никто меня о том не спрашивает, я понимаю, даже не колеблясь; но как только хочу дать ответ, я в полной безысходности. Тем временем осознаю, что если бы ничего не происходило, то не было бы прошедшего, и если бы ничего не происходило, то не было бы будущего, и если бы ничего не было действительно существующего, то не было бы и настоящего времени.

Августин

— Прошлое - это тоже вид бытия, и, пожалуй, наиболее надежный.

В. Франкл

— Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношение к чему-либо внешнему, протекает равномерно; по-другому он называется продолжительностью.

И. Ньютон

— …время - это абстракция, к которой мы приходим благодаря изменению предметов. У нас нет никакой определенной меры времени, потому что все связано между собой.

— …мы должны отказаться от описания атомных явлений как явлений в пространстве и времени…

А. Эйнштейн

— …время, четвероякий сквозняк открытости, позволяет отыскать себя как «наличие», что содержит бытие, т. е. присутствие.

М. Хайдеггер

Дальнейшее философское познание бытия осуществляется посредством философских категорий - основных понятий, философия вырабатывает и совершенствует на протяжении всего своего существования как для собственных целей (выполнения своих функций), так и для общенаучного использования.

Контрольные вопросы:

1. Основные виды бытия.
2. Структура человеческого бытия.
3. Что такое практика?
4. Формы и структура духовного бытия.
5. В чем заключаются недостатки понимания материи как вещества?
6. Основные структурные уровни (формы существования) материи.
7. Возможные пути развития физики микромира.
8. Главный критерий общественного прогресса.
9. Субстанциальный и реляционная концепция пространства и времени.
10. Основные модели Вселенной.
11. Биологическое пространство и время.
12. Социальное пространство и время.
13. Психологическое пространство и время.

Материя - все, что существует. Окружающая действительность.
Все, что существует - материя. Атом .
Все, что не материя, не существует. Идея, Пространство, Время.
Все, что не существует, не материя. Ничто .

Мате́рия (от лат. māteria «вещество») - фундаментальное физическое понятие, связанное с любыми объектами, существующими в природе, о которых можно судить благодаря ощущениям.

Физика описывает материю как нечто, существующее в пространстве и во времени (в пространстве-времени) - представление, идущее от Ньютона (пространство - вместилище вещей, время - событий); либо как нечто, само задающее свойства пространства и времени - представление, идущее от Лейбница и, в дальнейшем, нашедшее выражение в общей теории относительности Эйнштейна. Изменения во времени, происходящие с различными формами материи, составляют физические явления. Основной задачей физики является описание свойств тех или иных видов материи и ее взаимодействия.

Основные виды материи

• Вещество

  Адронное вещество - основную массу этого типа вещества составляют элементарные частицы адроны

  • Барионное вещество (барионная материя ) - основной (по массе) компонент - барионы

    • Дополнительный материал:

Так он постиг, что тяготенье тел
Есть внутренняя кривизна пространства,
И разум, исследивший все пути,
Наткнулся сам на собственные грани.
М Волошин

Какой опыт выявил противоречия с классическими представлениями? Какая теория изменила наши взгляды на пространство, время и материю? Что означает взаимосвязь пространства и времени и как она проявляется на опыте? Что означает влияние материальных тел на пространство и время и в каких опытах это проявляется?

Урок-лекция

КЛАССИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОСТРАНСТВА, ВРЕМЕНИ И МАТЕРИИ . Вспомним основные свойства пространства и времени:

1. Мы живем в трехмерном пространстве. Это означает, что положение любой точки в некоторой выбранной системе отсчета можно задать тремя числами - координатами. Координаты точки зависят от выбора системы отсчета, но расстояния между двумя любыми точками одинаковы во всех системах отсчета.
2. Пространство и время не связаны между собой. Это означает, что измерение времени не зависит от движения часов в пространстве, а измерение расстояния не зависит от того, в какой интервал времени оно выполняется.
3. Измерение расстояния и времени не зависит от свойств тел, находящихся в области пространства, где производится измерение. Пространство и время не зависят от материи.

Точность научных опытов, подтверждающих эти свойства, была очень высока, поэтому до XX в. эти опытные факты, казавшиеся очевидными, не подвергались сомнению. В начале XX в. появилась теория, разработанная Альбертом Эйнштейном, в которой эти фундаментальные понятия оказались взаимосвязанными. Новая теория оказалась столь необычной, что с ней связывают революцию в естествознании, которая произошла на рубеже XIX-XX вв. Прочитав этот параграф, вы, конечно же, не сможете понять теорию относительности, однако понять, как она изменила взгляды ученых на пространство, время и материю, вполне возможно.

В КАКОЙ СИСТЕМЕ ОТСЧЕТА ИЗМЕРЯТЬ СКОРОСТЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН? Зависит ли скорость волны от выбора системы отсчета? Опыт, касающийся различных волн, давал утвердительный ответ. Так, например, скорость звука, равная 330 м/с, относительно неподвижного воздуха изменялась в соответствии с законом сложения скоростей при движении приемника звука относительно воздуха.

В результате развития теории электромагнетизма английским ученым Максвеллом было предсказано существование электромагнитных волн и вычислена скорость их распространения. Эта скорость (около 300 000 км/с) оказалась близка к скорости света, из чего был сделан вывод о том, что свет является электромагнитной волной. До некоторого времени оставался открытым вопрос, относительно чего теория предсказывает данную скорость электромагнитных волн. Дело в том, что все доступные для человека системы отсчета движутся со скоростями, много меньшими скорости света. Поэтому изменение скорости света при переходе из одной системы отсчета в другую ожидалось настолько малым, что экспериментальной точности не хватало для того, чтобы обнаружить это изменение. Даже Земля движется вокруг Солнца со скоростью, равной 1/10 000 от скорости света.

По аналогии со звуком, который распространяется со скоростью 330 м/с относительно воздуха, было сделано предположение о том, что свет распространяется со скоростью 300 000 км/с относительно некоторой субстанции, которую назвали эфиром . Мы и сейчас пользуемся этим словом, когда говорим, например, «в прямом эфире», «в эфире радиостанция...».

Гипотеза эфира, как и любая естественно-научная гипотеза, нуждалась в проверке опытом. При помощи очень сложной установки, основанной на свойствах интерференции света, ученые Майкельсон и Морли пытались обнаружить движение Земли сквозь эфир по изменению скорости света относительно Земли. Однако эксперимент дал ошеломляющий отрицательный результат: несмотря на достаточную точность приборов, движение Земли относительно эфира не было зафиксировано, поскольку скорость света относительно Земли в любое время суток и года оказывалось равной постоянной величине. Этот факт полностью противоречил классическим взглядам на свойства пространства и времени. Именно постоянство скорости света в любой системе отсчета было взято Эйнштейном за основу его теории.

Опыт свидетельствует, что скорость света постоянна во всех системах отсчета, что противоречит классическим представлениям о пространстве и времени.

НОВЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОСТРАНСТВЕ И ВРЕМЕНИ . В созданной Эйнштейном теории относительности пространство и время оказываются взаимосвязанными. Эта связь проявляется в том, что измерения промежутков времени и расстояний в пространстве оказываются зависящими от того, в какой системе отсчета производят измерения. При переходе из одной системы отсчета в другую временные (время между двумя событиями) и пространственные интервалы изменяются. Причем, если, например, временной интервал между событиями удлиняется, то пространственный - сокращается. Образно говоря, время и пространство могут переходить друг в друга. В связи с этим вводится представление о четырехмерном пространстве-времени .

Удлинение временных интервалов и сокращение расстояний оказываются пропорциональны коэффициенту

где v - скорость системы отсчета, а с - скорость света. В любых доступных человеку системах отсчета этот коэффициент оказывается очень близким к единице. Именно поэтому опыт, накопленный в период развития физики до XX в. (в том числе и ваш опыт), не позволял выявить данные свойства пространства и времени.

Новые представления о пространстве и времени, возникшие в результате создания теории относительности, связывают пространство и время. Следствием такой связи оказывается зависимость расстояний и времени от выбора системы отсчета, в которой производятся измерения,

Естественно, такие необычные свойства пространства и времени требовали опытного подтверждения. В настоящее время существует огромное число опытов по проверке теории относительности и не существует опытов, противоречащих ей.

МАТЕРИЯ ФОРМИРУЕТ ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ . В наше время бурного развития космонавтики вряд ли кто-нибудь не слышал о состоянии невесомости, испытываемом космонавтами, и о перегрузках при старте ракеты. Состояние невесомости эквивалентно отсутствию силы тяжести, как будто бы все тяготеющие массы (Земля, Солнце) находятся очень далеко. Однако космические корабли движутся близко от Земли, и сила тяжести в космическом корабле примерно такая же, как и на поверхности Земли. Перегрузки эквивалентны таким перегрузкам, которые испытывал бы человек, находясь на планете с огромным тяготением, чего в действительности нет.

Проанализировав подобные факты (во времена Эйнштейна космонавтов еще не было), Эйнштейн взял за основу постулат, что никакими опытами, проведенными внутри некоторой системы отсчета, нельзя определить, чем вызвана сила тяжести (отсутствие силы тяжести) - гравитацией или движением системы отсчета с ускорением. Этот постулат был назван принципом эквивалентности и лег в основу так называемой общей теории относительности.

Следствием этой теории являлось утверждение о том, что материальные тела влияют на пространство, в котором они расположены, и на время в области пространства, где они расположены. Пространство искривляется вблизи материальных тел, а время замедляет свой ход. Эти следствия также были проверены опытом.

В частности, искривление пространства обусловливает искривление лучей света, проходящих вблизи тяготеющего тела (рис. 69).

Рис. 69. Искривление луча света вблизи тяготеющего тела

Подобное искривление траектории было обнаружено при астрономических наблюдениях прохождения луча света от звезды вблизи Солнца во время затмения Солнца в 1919 г.

Материя, пространство и время взаимосвязаны. Материальные объекты искривляют пространство, в котором они находятся, и замедляют ход времени вблизи них.

• Противоречит ли теория относительности научным положениям, развитым до появления этой новой теории?
• В чем проявляется взаимосвязь пространства, времени и материи?