бесплатно рефераты скачать
  RSS    

Меню

Быстрый поиск

бесплатно рефераты скачать

бесплатно рефераты скачатьКСЕ

КСЕ

СЕВЕРО-ЗАПАДНАЯ АКАДЕМИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И

ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ

Реферат

на тему:

Выполнила:

Кочина

Алина Валерьевна

ГиМУ 13з

Проверил:

Санкт-Петербург

2000

План.

1. Введение.

2. Развитие пространственно-временных представлений в классической

механике.

3. Пространство и время в теории относительности А. Эйнштейна.

4. Единство и многообразие свойств пространства и время.

5. Заключение.

6. Литература.

Введение.

Важнейшей задачей современного естествознания является создание

естественнонаучной картины мира. В процессе ее создания возникает вопрос о

происхождении и изменении различных материальных продуктов и явлений, об их

количественных, качественных характеристиках. Физические, химические и

другие величины непосредственно связаны с изменением длин и длительностей,

т.е. пространственно-временных характеристик объектов. Выделение и фиксация

во времени части пространства дает состояние объекта. Упорядоченная

последовательность состояний объекта составляет процесс его развития

(жизни, существования) во времени. Философия определяет пространство и

время как всеобщие формы существования материи. Пространство и время не

существуют вне материи и независимо от нее. Для их описания в

естествознании исторически формировались различные представления о

пространстве и времени.

Современное понимание свойств пространства-времени исходит из знаменитых

открытий величайших физиков Джеймса Кларка Максвелла (1831-1879) и Альберта

Эйнштейна (1879-1955).

Развитие пространственно-временных представлений в классической механике.

В материалистической картине мира понятие пространства возникло на

основе наблюдения и практического использования объектов, их объемов и

протяженности.

Понятие времени возникло на основе восприятия человеком смены событий,

предоставленной смены состояний предметов и круговорота различных

процессов.

Естественнонаучные представления о пространстве и времени прошли

длинный путь становления и развития. Самые первые из них возникли из

очевидного существования в природе и в первую очередь в макромире твердых

физических тел, занимающих определенный объем. Здесь основными были

обыденные представления о пространстве и времени как о каких-то внешних

условиях бытия, в которые помещена материя и которые сохранились бы, если

бы даже материя исчезла. Такой взгляд позволил сформулировать концепцию

абсолютного пространства и времени, получившую свою наиболее отчетливую

формулировку в работе И. Ньютона “Математические начала натуральной

философии”. Этот труд более чем на два столетия определил развитие всей

естественнонаучной картины мира. В нем были сформулированы основные законы

движения и дано определение пространства, времени, места и движения.

Раскрывая сущность пространства и времени, Ньютон предлагает различать

два вида понятий: абсолютные (истинные, материалистические) и относительные

(кажущиеся, обыденные) и дает им следующую типологическую характеристику:

- абсолютное, истинное, материалистическое время само по себе и своей

сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает

равномерно и иначе называется длительностью.

- относительное, кажущееся, или обыденное, время есть или точная, или

изменчивая, постигаемая чувствами внешняя мера продолжительности,

употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени,

как то: час, день, месяц, год...

Абсолютное пространство по своей сущности, безотносительно к чему бы то

ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным.

Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная

подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его

относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за

пространство неподвижное.

Время и пространство составляют как бы вместилища самих себя и всего

существующего.

При таком понимании абсолютное пространство и время представлялись

некоторыми самодовлеющими элементами бытия, существующими вне и независимо

от каких-либо материальных процессов, как универсальные условия, в которые

помещена материя.

Этот взгляд близок к субстанциональному пониманию пространства и

времени, хотя у Ньютона они и не являются настоящими субстанциями, как

материя. Они обладают лишь одним признаком субстанции - абсолютной

самостоятельностью существования и независимостью от любых конкретных

процессов. Но они не обладают другим важным качеством субстанции -

способностью порождать различные тела, сохраняться в их основе при всех

изменениях тел. Такую способность Ньютон признавал лишь за материей,

которая рассматривалась как совокупность атомов. Правда, материя - тоже

вторичная субстанция после Бога, который сотворил мир, пространство и время

и привел их в движение. Бог, являясь существом непространственным и

вневременным, неподвластен времени, в котором все изменчиво и преходяще. Он

вечен в своем бесконечном совершенстве и всемогуществе и является подлинной

сущностью всякого бытия. К нему не применима категория времени, Бог

существует в вечности, которая является атрибутом Бога. Чтобы полнее

реализовать свою бесконечную мудрость и могущество, он создал мир из

ничего, творит материю, а вместе с ней пространство и время как условия

бытия материи. Но когда-нибудь мир полностью осуществит заложенный в нем

при творении божественный план развития и его существование прекратиться, а

вместе с миром исчезнут пространство и время. И снова будет только вечность

как атрибут Бога и его бесконечная везде сущность. Подобные взгляды

выражались в общем виде еще Платоном, Аврелием Августином, Фомой Аквинским

и их последователями. Ньютон также разделял эти взгляды.

В этих воззрениях, даже с теологической точки зрения, содержаться

глубокие противоречия. Ведь однократный акт творения мира и обреченность

его на грядущую гибель не соответствует бесконечному могуществу,

совершенству и мудрости Бога. Этим божественным атрибутам более

соответствовало бы бесконечное множество актов творения самых различных

миров, последовательно сменяющих друг друга в пространстве и времени. В

каждом из них реализовывалась бы определенная идея, данная этому миру

Богом, а все множество этих идей создавало бы бесконечное пространство и

время. Подобные идей, высказанные в общем виде еще александрийским теологом

Оригеном (III в. н.э.) и объявленные вскоре ересью, в Новое время

развивались в философии Лейбница, выдвинувшего идею о предустановленной

гармонии в каждом из потенциально возможных миров. Лейбниц рассматривал

пространство как порядок существования тел, а время - как порядок отношения

и последовательность событий. Это понимание составило сущность реляционной

концепции пространства и времени, которая противостояла их пониманию как

абсолютных и независящих ни от чего реальностей, подвластных только Богу.

Есть концепции (Беркли, Мах, Авенариус и др.), которые ставят

пространство и время в зависимость от человеческого сознания, выводя их из

способности человека переживать и упорядочивать события, располагать их

одно после другого. Так, Кант рассматривал пространство и время как

априорные (доопытные) формы чувственного созерцания, вечные категории

сознания, аргументируя это ссылкой на стабильность геометрии Евклида в

течении двух тысячелетий.

Проблема пространства и времени была тесно связана с концепциями

близкодействия и дальнодействия. Дальнодействие мыслилось как мгновенное

распространение гравитационных и электрических сил через пустое абсолютное

пространство, в котором силы находят свою конечную цель благодаря

божественному проведению. Концепция же близкодействия (Декарт, Гюйгенс,

Френель, Фарадей) была связана с пониманием пространства как протяженности

вещества и эфира, в котором свет распространяется с конечной скоростью в

виде волн. Это привело в дальнейшем к понятию поля, от точки к точке

которого и передавалось взаимодействие.

Именно это понимание взаимодействия и пространства, развивавшееся в

рамках классической физике, было унаследовано и развито далее в XX веке,

после крушения гипотезы эфира, в рамках теории относительности и квантовой

механики. Пространство и время вновь стали пониматься как атрибуты материи,

определяющиеся ее связями и взаимодействиями.

Современное понимание пространства и времени было сформулировано в

теории относительности А. Эйнштейна, по-новому интерпретировавшей

реляционную концепцию пространства и времени и давшей ей естественнонаучное

обоснование.

Пространство и время в теории относительности А.

Эйнштейна.

Специальная теория относительности, созданная в 1905 г. А. Эйнштейном,

стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галилея -

Ньютона и электродинамики Максвелла - Лоренца. “Она 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”.[1]

Исходным пунктом этой теории стал принцип относительности. Классический

принцип относительности был сформулирован еще Г. Галилеем: “Если законы

механики справедливы в одной системе координат, то они справедливы и в

любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно

первой”.[2] Такие системы называются инерциальными, поскольку движение в

них подчиняется закону инерции: “Всякое тело сохраняет состояние покоя или

равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменить

его под влиянием движущихся сил”.[3]

Из принципа относительности следует, что между покоем и движением -

если оно равномерно и прямолинейно - нет никакой принципиальной разницы.

Разница только в точке зрения.

Таким образом, слово “относительно” в названии принципа Галилея не

скрывает в себе ничего особенного. Оно не имеет никакого иного смысла,

кроме того, который мы вкладываем в движение о том, что движение или покой

- всегда движение или покой относительно чего-то, что служит нам системой

отсчета. Это, конечно, не означает, что между покоем и равномерным

движением нет никакой разницы. Но понятие покоя и движения приобретают

смысл лишь тогда, когда указана точка отсчета.

Если классический принцип относительности утверждал инвариантность

законов механики во всех инерциальных системах отсчета, то в специальной

теории относительности данный принцип был распространен также на законы

электродинамики, а общая теория относительности утверждала инвариантность

законов природы в любых системах отсчета, как инерциальных, так и

неинерциальных. Неинерциальными называются системы отсчета, движущиеся с

замедлением или ускорением.

В соответствии со специальной теорией относительности, которая

объединяет пространство и время в единый четырехмерный пространственно-

временной континуум, пространственно-временные свойства тел зависят от

скорости их движения. Пространственные размеры сокращаются в направлении

движения при приближении скорости тел к скорости света в вакууме (300 000

км/с), временные процессы замедляются в быстродвижущихся системах, масса

тела увеличивается.

Находясь в сопутствующей системе отсчета, то есть двигаясь параллельно

и на одинаковом расстоянии от измеряемой системы, нельзя заметить эти

эффекты, которые называются релятивистскими, так как все используемые при

измерениях пространственные масштабы и части будут меняться точно таким же

образом. Согласно принципу относительности, все процессы в инерциальных

системах отсчета протекают одинаково. Но если система является

неинерциальной, то релятивистские эффекты можно заметить и изменить. Так,

если воображаемый релятивистский корабль типа фотонной ракеты отправится к

далеким звездам, то после возвращения его на Землю времени в системе

корабля пройдет существенно меньше, чем на Земле, и это различие будет тем

больше, чем дальше совершается полет, а скорость корабля будет ближе к

скорости света. Разница может измеряться даже сотнями и тысячами лет, в

результате чего экипаж корабля сразу перенесется в близкое или отдаленное

будущее, минуя промежуточное время, поскольку ракета вместе с экипажем

выпала из хода развития на Земле.

Подобные процессы замедления хода времени в зависимости от скорости

движения реально регистрируются сейчас в измерениях длины пробега мезонов,

возникающих при столкновении частиц первичного космического излучения с

ядрами атомов на Земле. Мезоны существуют в течении 10-6 - 10-15 с (в

зависимости от типа частиц) и после своего возникновения распадаются на

небольшом расстоянии от места рождения. Все это может быть зарегистрировано

измерительными устройствами по следам пробегов частиц. Но если мезон

движется со скоростью, близкой к скорости света, то временные процессы в

нем замедляются, период распада увеличивается (в тысячи и десятки тысяч

раз), и соответственно возрастает длина пробега от рождения до распада.

Итак, специальная теория относительности базируется на расширенном

принципе относительности Галилея. Кроме того, она использует еще одно новое

положение: скорость распространения света (в пустоте) одинакова во всех

инерциальных системах отсчета.

Но почему так важна эта скорость, что суждение о ней приравнивается по

значению к принципу относительности? Дело в том, что мы здесь сталкиваемся

со второй универсальной физической константой. Скорость света - это самая

большая из всех скоростей в природе, предельная скорость физических

взаимодействий. Движение света принципиально отличается от движения всех

других тел, скорость которых меньше скорости света. Скорость этих тел

всегда складывается с другими скоростями. В этом смысле скорости

относительны: их величина зависит от точки зрения. А скорость света не

складывается с другими скоростями, она абсолютна, всегда одна и та же, и,

говоря о ней, нам не нужно указывать систему отсчета.

Абсолютность скорости света не противоречит принципу относительности и

полностью совместима с ним. Постоянство этой скорости - закон природы, а

поэтому - именно в соответствии с принципом относительности - он справедлив

во всех инерциальных системах отсчета.

Скорость света - это верхний предел для скорости перемещения любых тел

в природы, для скорости распространения любых волн, любых сигналов. Она

максимальна - это абсолютный рекорд скорости.

“Для всех физических процессов скорость света обладает свойством

бесконечной скорости. Для того чтобы сообщит телу скорость, равную скорости

света, требуется бесконечное количество энергии, и именно поэтому физически

невозможно, чтобы какое-нибудь тело достигло этой скорости. Этот результат

был подтвержден измерениями, которые проводились над электронами.

Кинетическая энергия точечной массы растет быстрее, нежели квадрат ее

скорости, и становится бесконечной для скорости, равной скорости света”[4].

Поэтому часто говорят, что скорость света - предельная скорость передачи

информации. И предельная скорость любых физических взаимодействий, да и

вообще всех мыслимых взаимодействий в мире.

Со скорость света тесно связано решение проблемы одновременности,

которая тоже оказывается относительной, то есть зависящей от точки зрения.

В классической механике, которая считала время абсолютным, абсолютной

является и одновременность.

В общей теории относительности были раскрыты новые стороны зависимости

пространственно-временных отношений от материальных процессов. Эта теория

подвела физические основания под неевклидовы геометрии и связала кривизну

пространства и отступление его метрики от евклидовой с действием

гравитационных полей, создаваемых массами тел. Общая теория относительности

исходит из принципа эквивалентности инерционной и гравитационной масс,

количественное равенство которых давно было установлено в классической

физике. Кинематические эффекты, возникающие под действием гравитационных

сил, эквивалентны эффектам, возникающим под действием ускорения. Так, если

ракета взлетает с ускорением 2g , то экипаж ракеты будет чувствовать себя

так, как будто он находится в удвоенном поле тяжести Земли. Именно на

основе принципа эквивалентности масс был обобщен принцип относительности,

утверждающий в общей теории относительности инвариантность законов природы

в любых системах отсчета, как инерциальных, так и неинерциальных.

Как можно представить себе искривление пространства, о котором говорит

общая теория относительности? Представим себе очень тонкий лист резины, и

Страницы: 1, 2


Новости

Быстрый поиск

Группа вКонтакте: новости

Пока нет

Новости в Twitter и Facebook

  бесплатно рефераты скачать              бесплатно рефераты скачать

Новости

бесплатно рефераты скачать

© 2010.