ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Классические представления о пространстве и времени и их арифметизация из "Классическая механика " Движение материальных тел происходит в пространстве и во времени. Поэтому представления о пространстве и времени являются основными понятиями не только классической механики, но и всей физики. Эти понятия отражают реально существующие в мире пространственные соотношения взаимного расположения материальных объектов и реальные соотношения длительности и следования друг за другом различных материальных процессов. Таким образом, эти понятия отображают объективно существующие (т. е. существующие вне нашего сознания) пространство и время как важнейшие атрибуты материи, как основные формы ее существования. [c.8] Пространство и время по своей природе одновременно и абсолютны, и относительны. Их абсолютность состоит в том, что они являются основными формами существования материальных объектов, а относительность пространства и времени означает зависимость их свойств от конкретных процессов движения и изменения материальных тел И полей. [c.8] Наши представления о пространстве и времени не остаются неизменными, они постоянно развиваются и совершенствуются. И в этом нет ничего удивительного. Человеческие представления о пространстве и времени,— отмечал В. И. Ленин в своей работе Материализм и эмпириокритицизм , — относительны, но из этих относительных представлений складывается абсолютная истина, эти относительные представления, развиваясь, идут по линии абсолютной истины, приближаются к ней. Изменчивость человеческих представлений о пространстве и времени так же мало опровергает объективную реальность того и другого, как изменчивость научных знаний о строении и формах движения материи не опровергает объективной реальности внешнего мира . Следовательно, эволюция, а на некоторых этапах даже коренная ломка сложившихся представлений о пространстве и времени столь же закономерны, сколь закономерен сам процесс развития физики. [c.8] В основе классической механики лежат наиболее прилштивные представления о пространстве и времени, полученные в результате обобщения наблюдений медленных движений макроскопических тел в условиях Земли. В механике Ньютона признается, что пространство и время существуют объективно, однако они рассматриваются в отрыве друг от друга и в отрыве от движущихся материальных объектов. Считается, что движение материальных тел и процессы, протекающие в различных полях, не оказывают никакого влияния на свойства пространства и времени, т. е. абсолютность пространства и времени в классической механике пони.мается в смысле их полной независимости от движущейся материи. [c.8] Отрыв в классической механике пространства и времени друг от друга и от движущихся тел связан с допущением возможности мгновенной передачи взаимодействия между телами. Однако реальное взаимодействие тел не может передаваться мгновенно. Поэтому указанное допущение, вытекающее из признания безотносительности пространства и времени к движущимся телам, являлось серьезным методологическим затруднением в классической механике. Эта трудность была преодолена с созданием специальной теории относительности. [c.9] Постулировав существование предельной скорости передачи взаимодействия (скорости света в вакууме), СТО показала, что абсолютных пространства и времени, не связанных друг с другом и безотносительных к движению материальных тел, в природе не существует, а существует единое пространство-время, тесно связанное с движением тел тем самым была доказана относительность пространственных и временных интервалов и относительность понятия одновременности событий. Однако эти выводы СТО (и это весьма примечательно) не привели к краху ньютоновской механики. Основы классической механики не были поколеблены, была установлена лишь область ее применимости. Объясняется это тем, что в земных условиях мы практически почти всегда имеем дело со скоростями тел, малыми по сравнению со скоростью света. Поэтому все следствия, вытекающие из основных постулатов и законов механики Ньютона, с большой точностью оправдываются в самых разнообразных опытах. И только в мире элементарных частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света, приходится использовать релятивистскую механику СТО. [c.9] Следующий крупный шаг в развитии наших представлений о пространстве и времени был сделан общей теорией относительности (или теорией тяготения Эйнштейна), установившей неразрывную связь свойств пространства и времени с происходящими в них материальными процессал1и. Обобщение СТО на любые формы движения позволило Эйнштейну установить связь гравитационных полей с искривлением пространства-времени. Было показано, что при наличии сильного гравитационного поля пространство-время искривляется и перестает быть евклидовым кратчайшим расстоянием между двумя точками пространства оказывается не прямая, а отрезок кривой. Тем самым общая теория относительности показывает, что нельзя говорить об однородности и изотропности пространства и однородности времени в целом, безотносительно к конкретным физическим системам и протекающим в них процессам. [c.9] Таким образом, создание общей теории относительности явилось новым и еще более фундаментальным подтверждением справедливости общего положения диалектического материализма о том, что пространство и время есть формы существования движущейся материи. [c.10] Чтобы наблюдать и изучать движение тел, следует предварительно арифметизировать пространство и время и получить тем самым возможность выражать любые пространственные и временные соотношения с помощью чисел. Для этого требуется указать способ измерения расстояний между материальными телами, интервалов между различными моментами времени и выбрать какую-нибудь систему отсчета. [c.10] Измерение расстояний между телами можно осуществить с помощью эталонов длины. При этом расстояние между двумя материальными точками будет определяться числом, показывающим, сколько раз эталон длины укладывается на отрезке прямой, соединяющей эти точки. До 1962 г. за эталон длины принимался метр-длина некоторого твердого тела, хранящегося в стационарных условиях (его длина составляла 1/40 ООО ООО часть Парижского меридиана). В Международной системе единиц (СИ), введенной в СССР с 1963 г., за эталон длины принятле/лр — длина, равная 1 650 763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р1о и 5 5 атома криптона-86. Новый эталон позволяет воспроизводить метр с точностью на два порядка выше, чем старый (0,002 — 0,003 мкм вместо 0,2 — 0,3 мкм). [c.10] В заключение кратко сформулируем основные постулаты о свойствах пространства и времени, необходимые для обоснования и построения классической механики. [c.11] Постулат 1. В классической механике считается возможным одновременное измерение с какой угодно точностью любых физических величин, характеризующих движение макроскопических тел. [c.11] Это означает, что взаимодействием, возникающим в процессе измерения между измерительным прибором и макроскопическим телом, всегда можно пренебречь в силу его малости. Поэтому можно считать, что процесс измерения любой физической величины не изменяет состояния движения макроскопического тела и, следовательно, не изменяет самой измеряемой величины (например, измерение положения тела не сказывается на его координатах, а измерение продолжительности какого-либо механического процесса не влияет на его длительность). Указанное допущение с большой точностью выполняется при рассмотрении движения макроскопических тел, однако для атомных явлений эта гипотеза оказывается неверной. [c.11] Постулат 2. В классической механике принимается, что продолжительность любого процесса одинакова во всех системах отсчета, движущихся относительно друг друга произвольным образом, т. е. [c.11] Постулат 3 классической механики утверждает, что значение пространственного интервала между положениями любых материальных точек М и М в данный момент времени одинаково во всех системах отсчета, т. е. [c.12] Таким образом, этим постулатом утверждается абсолютность про-странственных интервалов, разграничивающих макроскопические тела. Пространство с метрическими свойствами, определяемыми равенством (1.4), называется евклидовым. [c.12] Напомним еще раз, что перечисленные постулаты следует рассматривать как обобщение результатов наблюдения медленных V с) движений макроскопических тел в земных условиях. Поэтому все эти постулаты справедливы только в классической механике. При переходе к рассмотрению атомных явлений или движения макроскопических тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света, система постулатов 1—3 оказывается неверной. [c.12] Вернуться к основной статье