Сутність простору і часу по Ньютону - студопедія
У 1687 р вийшов основний працю Ньютона «Математичні початки натуральної філософії». Ця праця більш ніж на два століття визначив розвиток усієї природничо-наукової картини світу. У ньому були сформульовані основні закони руху і дано визначення понять простору, часу, місця і двіженія.Раскривая сутність часу і простору, Ньютон характеризує їх як «вмістилища самих себе і всього існуючого. В часі все розташовується в сенсі порядку послідовності, в просторі - в сенсі порядку положення ». Він пропонує розрізняти два типи понять простору і часу: абсолютні (справжні, математичні) і відносні (що здаються, повсякденні) і дає їм наступну типологічних характеристику.
- Абсолютна, істинне, математичне час саме по собі і по своїй суті, без жодного відношення до будь-чого зовнішнього, протікає рівномірно й інакше називається триває - Відносне, що здається, або повсякденне, час є або точна, або мінлива, осягається почуттями, зовнішня міра тривалості, що вживається в повсякденному житті замість істинного математичного часу, як-то: годину, день, місяць, рік.
- Абсолютна простір по своїй суті, безвідносно до чого б то не було зовнішнього, залишається завжди однаковим і нерухомим. - Відносне простір є міра або будь-яка обмежена рухома частина, яка визначається нашими почуттями за положенням його відносно деяких тіл і яке у повсякденному житті приймається за простір неподвіжное.Із визначень Ньютона випливало, що розмежування їм понять абсолютного і відносного простору і часу пов'язано зі специфікою теоретичного та емпіричного рівнів їх пізнання. На теоретичному рівні класичної механіки абсолютний простір і час відігравали істотну роль у всій причинного структурі опису світу. Вони виступали в якості універсальної системи відліку, так як закони руху класичної механіки справедливі в інерційних системах відліку. На рівні емпіричного пізнання матеріального світу поняття «простір» і «час» обмежені почуттями і властивостями пізнає, а не об'єктивними ознаками реальності як такої. Тому вони виступають в якості відносного часу і простору.
12 загальна теорія відносності Ейнштейна. її положення і значення для розвитку уявлень про всесвіт і матеріі.понятія простору і часу по Ейнштейну. Релятивістська модель всесвіті-
На початку XX ст. криза у фізиці дозволяється зі створенням двох новь способів фізичного пізнання - релятивистского і квантового. На i основі формується некласична фізика і нова, сучасна фізична картина світу. На початку XX ст. на зміну класичній механіці прийшла нова фундаментальна теорія - спеціальна теорія відносності (СТО). Створена зусиллями ряду вчених, перш за все А. Ейнштейна, вона дозволила несуперечливо пояснити багато фізичних явищ, які не вкладалися в рамки класичних уявлень. В першу чергу це стосувалося закономірностей електромагнітних явищ в рухомих тілах. Створення теорії електромагнітного поля і експериментальне підтвердження його реальності поставили перед фізиками завдання з'ясувати, чи поширюється принцип відносності руху (сформульований ще Галілеєм), справедливий для механічних явищ, на явища, властиві електромагнітного поля. У всіх інерційних системах (тобто рухаються прямолінійно і рівномірно один по відношенню до одного) застосовні одні й ті ж закони механіки. Але чи справедливий принцип, встановлений для механічних рухів матеріальних об'єктів, для немеханічних явищ, особливо тих, які представлені польовою формою матерії, зокрема електромагніт У другій половині XX в. основна увага фізиків звернено на створення теорій, які розкривають з позицій квантово-релятивістських уявлень сутність і основи єдності чотирьох фундаментальних взаємодій - електромагнітного, «сильного», «слабкого» і гравітаційного. Це завдання одночасно є і завданням створення єдиної теорії елементарних частинок (теорії структури матерії). В останні десятиліття створені і отримали емпіричне обгрунтування квантова електродинаміка, теорія електрослабкої взаємодії, квантова хромодинамика (теорія сильної взаємодії). Є перспективи створення єдиної теорії електромагнітного, «слабкого» і «сильного» взаємодій. Фізики чекають, що у віддаленій перспективі до них повинно бути приєднано і гравітаційна взаємодія. Таким чином, природознавство в даний час знаходиться на шляху до реалізації великої мети - створення єдиної теорії структури матерії.
1. Спеціальна: В ній були об'єднані поняття рух, простір і час. Вони як властивості матеріальних об'єктів змінюються від швидкості їх руху. Не існує єдиної системи координат, і було введено поняття - просторово-часовий інтервал - це величина, яка не змінюється при переході від однієї системи відліку до іншої. Цей інтервал дозволяє змінюватися простору і часу в різних напрямках, що дозволяє йому залишатися постійним.
2. Загальна теорія відносності: зв'язала в єдине поняття тяжіє маси, простору і часу. Ритм часу сповільнюється. Простір викривляється під дією поля тяжіння. Спостереження під час сонячних затемнень показали, що простір викривляється. З цього було зроблено слідства на основі геометрії Лобачевського (негативна кривизна) і Рімана (позитивна кривизна), що при позитивному викривленні простору всесвіт замкнута, а при негативному всесвіт нескінченна.
15 Теоретичне моделювання має важливе значення для з'ясування минулого і майбутнього спостережуваного Всесвіту. У 1922 р А.А. Фрідман зайнявся розробкою оригінальної теоретичної моделі Всесвіту. Він припустив, що середня щільність не є постійною, а змінюється з часом. Фрідман прийшов до висновку, що будь-яка досить велика частина Всесвіту, рівномірно заповнюється матерією не може перебувати в стані рівноваги: вона повинна або розширюватися, або стискатися. Ще в 1917 р В.М. Слайдер виявив «червоний зсув» спектральних ліній в спектрах далеких галактик. Подібне зміщення спостерігається тоді, коли джерело світла віддаляється від спостерігача. У 1929 р Е. Хаббл пояснив це явище взаємним розбіганням цих зоряних систем. Явище «червоного зсуву» спостерігається в спектрах майже всіх галактик, крім найближчих (декількох). І чим далі від нас галактика, тим більше зсув ліній у її спектрі, тобто всі зоряні системи віддаляються від нас з величезними швидкостями в сотні, тисячі десятки тисяч кілометрів на секунду, більш далекі галактики володіють і великими швидкостями. А після того, як ефект «червоного зсуву» був виявлений і в радіодіапазоні, то не залишилося, ніяких сумнівів в тому, що спостерігається Всесвіт розширюється. В даний час відомі галактики, що віддаляються від нас зі швидкістю 0,46 швидкості світла. А надзірок і квадри - 0,85 швидкості світла. На галактики постійно діє якась сила. У віддаленому минулому матерія в нашій області Всесвіту перебувала в сверхплотном стані. Потім стався «вибух», в результаті якого і почалося розширення. Щоб з'ясувати подальшу долю метагалактики, необхідно оцінити середню щільність міжзоряного газу. Якщо вона вище 10 протонів на 1м3, то загальне гравітаційне поле Метагалактика досить велика, щоб поступово зупинити розширення. І воно зміщується стиском.
16 У 1913 р Резерфорд ставить досвід, результати якого модель Томсона пояснити не может.Ето змушує Резерфорда запропонувати свою модель будови атома, яка дістала назву планетарної. Відповідно до цієї моделі атом складається з ядра, в якому сконцентрована основна маса атома, оскільки ядро містить протони і нейтрони; навколо ядра на величезній швидкості обертаються електрони. Оскільки модель Резерфорда містила ряд протиріч, Н.Бором були введені постулати, що усувають ці протиріччя.
1-й постулат. Електрони обертаються навколо ядра не по довільним, а по строго визначеним, стаціонарних орбітах.
2-й постулат. При русі по стаціонарній орбіті електрон не випромінює і не поглинає енергію. Зміна енергії відбувається при переході електрона з однієї стаціонарної орбіти на іншу.
Але теорія Резерфорда-Бора дає задовільні результати тільки для атома водню. Сучасні уявлення про будову атома підкоряються квантової моделі будови атома, яка враховує хвильові властивості елементарних частинок. Наведемо її основні положення.
• Електрон має двоїсту (корпускулярно-хвильову) природу, тобто поводиться і як частка, і як хвиля. Як частка, електрон має масу і зарядом; як хвиля, він має здатність до дифракції.
• Для електрона неможливо одночасно точно виміряти координату і швидкість.
• Електрон в атомі що рухається по певних траєкторіях, а може перебувати в будь-якій частині околоядерного простору, однак імовірність його перебування в різних частинах цього простору неоднакова. Область простору, де найімовірніше знаходиться електрон, називається орбиталью *.
• Ядра атомів складаються з протонів і нейтронів, що мають загальну назву - нуклони 17 Елементарні частинки. Протон, нейтрон, позитрон. Атом складається з найдрібніших частинок, які називаються елементарними частинками. Протон - найважча елементарна частинка, ядро атома водню, заряджений позитивно. Нейтрон - володіє майже такою ж масою як протон, але електрично нейтральна, входить до складу всіх атомних ядер. Позитрон - позитивно заряджена частинка. (Володіє такими ж властивостями, що і електрон) .- античастинка електрона. 18 В рамках квантово-польової картини світу склалися квантово-польові уявлення про матерії:
Матерія має корпускулярно-хвильовими властивостями, тобто кожен елемент матерії має властивості хвилі і частинки.
Рух - окремий випадок фізичного взаємодії. Фундаментальні фізичні взаємодії: сильне, електромагнітну, слабку. Гравітаційне. Вони описуються на основі принципу близкодействия: взаємодії передаються від точки до точки. Швидкість передачі взаємодії конечна і не перевищує швидкості світла.
Картина фізичної реальності в квантовій механіці двупланова: з одного боку, в неї входять характеристики досліджуваного об'єкта; з іншого боку - умови (спостереження), від яких залежить визначеність цих характеристик.
Специфікою квантово-польових уявлень про закономірності і причинності є те, що вони виступають в ймовірнісної формі, у вигляді статистичних законів.
Фундаментальні положення квантової теорії: принцип невизначеності і принцип додатковості 19 Сформовані до початку XIX в. уявлення про будову матерії були односторонніми і не давали можливості пояснити ряд експериментальних факторів. Розроблена М. Фарадеєм і Дж. Максвеллом в XIX в. теорія електромагнітного поля показала, що визнана концепція не може бути єдиною для пояснення структури матерії. У своїх роботах М. Фарадей і Дж. Максвелл показали, що поле - це самостійна фізична реальність.
Таким чином, в науці відбулася певна переоцінка основних принципів, в результаті якої обгрунтоване І. Ньютоном дальнодействие замінювалося близкодействии, а замість уявлень про дискретності висувалася ідея безперервності, що отримала своє вираження в електромагнітних полях.
Вся обстановка в науці на початку XX ст. складалася так, що уявлення про дискретності і безперервності матерії отримали своє чітке вираження в двох видах матерії: речовину і поле, відмінність між якими явно фіксувалося на рівні явищ мікросвіту. Однак подальший розвиток науки в 20-і рр. показало, що таке протиставлення є досить умовним.
20 Розкриваючи сутність простору і часу, Ньютон пропонує розрізняти два види понять: абсолютні (справжні, матеріалістичні) і відносні (що здаються, повсякденні) і дає їм наступну типологічних характеристику:
* Абсолютний, істинний, матеріалістичне час саме по собі і своїй суті, без жодного відношення до будь-чого зовнішнього, протікає рівномірно й інакше називається тривалістю.
* Відносне, здається, або повсякденне, час є або точна, або мінлива, осягається почуттями зовнішня міра тривалості, що вживається в повсякденному житті замість істинного математичного часу, як то: годину, день, місяць, рік.
Абсолютна простір по своїй суті, безвідносно до чого б то не було зовнішнього, залишається завжди однаковим і нерухомим.
Відносне простір є міра або будь-яка обмежена рухома частина, яка визначається нашими почуттями за положенням його відносно деяких тіл і яке у повсякденному житті приймається за простір нерухоме.