Рефераты по ксе. Учебные материалы.. первая помощь в учебе...

2. Развитиепространственно-временных представлений в классической механике.

3. Пространство и времяв теории относительности А. Эйнштейна.

4. Единство имногообразие свойств пространства и время.

Важнейшей задачей современного естествознанияявляется создание естественнонаучной картины мира. В процессе ее созданиявозникает вопрос о происхождении и изменении различных материальных продуктов иявлений, об их количественных, качественных характеристиках. Физические,химические и другие величины непосредственно связаны с изменением длин идлительностей, т.е. пространственно-временных характеристик объектов. Выделениеи фиксация во времени части пространства дает состояние объекта. Упорядоченнаяпоследовательность состояний объекта составляет процесс его развития (жизни,существования) во времени. Философия определяет пространство и время каквсеобщие формы существования материи. Пространство и время не существуют внематерии и независимо от нее. Для их описания в естествознании исторически формировалисьразличные представления о пространстве и времени.

Современноепонимание свойств пространства-времени исходит из знаменитых открытийвеличайших физиков Джеймса Кларка Максвелла (1831-1879) и Альберта Эйнштейна(1879-1955).

Развитие пространственно-временных представлений в классическоймеханике.

В материалистической картине мира понятие пространства возникло на основенаблюдения 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 ивремени прошли длинный путь становления и развития. Самые первые из нихвозникли из очевидного существования в природе и в первую очередь в макромиретвердых физических тел, занимающих определенный объем. Здесь основными былиобыденные представления о пространстве и времени как о каких-то внешнихусловиях бытия, в которые помещена материя и которые сохранились бы, если быдаже материя исчезла. Такой взгляд позволил сформулировать концепциюабсолютного пространства и времени, получившую свою наиболее отчетливуюформулировку в работе И. Ньютона “Математические начала натуральной философии”.Этот труд более чем на два столетия определил развитие всей естественнонаучнойкартины мира. В нем были сформулированы основные законы движения и дано определениепространства, времени, места и движения.

Раскрывая сущность пространства и времени, Ньютон предлагает различатьдва 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 всякогоотношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называетсядлительностью.

- относительное,кажущееся, или обыденное, время есть или точная, или изменчивая, постигаемаячувствами внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизнивместо истинного математического времени, как то: час, день, месяц, год...

Абсолютное пространство по своей сущности, безотносительнок чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным.

Относительное пространство есть мера или какая-либоограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положениюего относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается запространство неподвижное.

Время и пространство составляют как бы вместилища самих себя и всегосуществующего.

При таком понимании абсолютное пространство и время представлялисьнекоторыми самодовлеющими элементами бытия, существующими вне и независимо откаких-либо материальных процессов, как универсальные условия, в которыепомещена материя.

Этот взгляд близок к субстанциональному пониманию пространства и времени,хотя у Ньютона они и не являются настоящими субстанциями, как материя. Ониобладают лишь одним признаком субстанции — абсолютной самостоятельностьюсуществования и независимостью от любых конкретных процессов. Но они не обладаютдругим важным качеством субстанции — способностью порождать различные тела,сохраняться в их основе при всех изменениях тел. Такую способность Ньютонпризнавал 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 существомнепространственным и вневременным, неподвластен времени, в котором всеизменчиво и преходяще. Он вечен в своем бесконечном совершенстве ивсемогуществе и является подлинной сущностью всякого бытия. К нему не применимакатегория времени, Бог существует в вечности, которая является атрибутом Бога.Чтобы полнее реализовать свою бесконечную мудрость и могущество, он создал мириз ничего, творит материю, а вместе с ней пространство и время как условиябытия материи. Но когда-нибудь мир полностью осуществит заложенный в нем притворении божественный план развития и его существование прекратиться, а вместес миром исчезнут пространство и время. И снова будет только вечность какатрибут Бога и его бесконечная везде сущность. Подобные взгляды выражались вобщем виде еще Платоном, Аврелием Августином, Фомой Аквинским и ихпоследователями. Ньютон также разделял эти взгляды.

В этих воззрениях, даже с теологической точки зрения, содержатьсяглубокие противоречия. Ведь однократный акт творения мира и обреченность его нагрядущую гибель не соответствует бесконечному могуществу, совершенству имудрости Бога. Этим божественным атрибутам более соответствовало бы бесконечноемножество актов творения самых различных миров, последовательно сменяющих другдруга в пространстве и времени. В каждом из них реализовывалась бы определеннаяидея, данная этому миру Богом, а все множество этих идей создавало быбесконечное пространство и время. Подобные идей, высказанные в общем виде ещеалександрийским теологом Оригеном (III в. н.э.) и объявленные вскоре ересью, вНовое время развивались в философии Лейбница, выдвинувшего идею о предустановленнойгармонии в каждом из потенциально возможных миров. Лейбниц рассматривалпространство как порядок существования тел, а время — как порядок отношения ипоследовательность событий. Это понимание составило сущность реляционнойконцепции пространства и времени, которая противостояла их пониманию какабсолютных и независящих ни от чего реальностей, подвластных только Богу.

Есть концепции (Беркли, Мах, Авенариус и др.), которыеставят пространство и время в зависимость от человеческого сознания, выводя ихиз способности человека переживать и упорядочивать события, располагать их однопосле другого. Так, Кант рассматривал пространство и время как априорные(доопытные) формы чувственного созерцания, вечные категории сознания, аргументируяэто ссылкой на стабильность геометрии Евклида в течении двух тысячелетий.

Проблема пространства и времени была тесно связана с концепциямиблизкодействия и дальнодействия. Дальнодействие мыслилось как мгновенноераспространение гравитационных и электрических сил через пустое абсолютноепространство, в котором силы находят свою конечную цель благодаря божественномупроведению. Концепция же близкодействия (Декарт, Гюйгенс, Френель, Фарадей)была связана с пониманием пространства как протяженности вещества и эфира, вкотором свет распространяется с конечной скоростью в виде волн. Это привело вдальнейшем к понятию поля, от точки к точке которого и передавалосьвзаимодействие.

Именно это понимание взаимодействия и пространства,развивавшееся в рамках классической физике, было унаследовано и развито далее вXX веке, после крушения гипотезы эфира, в рамках теории относительности иквантовой механики. Пространство и время вновь стали пониматься как атрибутыматерии, определяющиеся ее связями и взаимодействиями.

Современное понимание пространства и времени было сформулировано в теорииотносительности А. Эйнштейна, по-новому интерпретировавшей реляционнуюконцепцию пространства и времени и давшей ей естественнонаучное обоснование.

Пространство и время в теории относительностиА. Эйнштейна.

Специальная теория относительности, созданная в 1905 г. А. Эйнштейном,стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галилея — Ньютона иэлектродинамики Максвелла — Лоренца. “Она описывает законы всех физических процессовпри 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. Классическийпринцип относительности был сформулирован еще Г. Галилеем: “Если законы механикисправедливы в одной системе координат, то они справедливы и в любой другойсистеме, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой”.[2]Такие системы называются инерциальными, поскольку движение в них подчиняетсязакону инерции: “Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейногодвижения, если только оно не вынуждено изменить его под влиянием движущихсясил”.[3]

Из принципа относительности следует, что между покоем и движением — еслионо равномерно и прямолинейно — нет никакой принципиальной разницы. Разницатолько в точке зрения.

Таким образом, слово “относительно” в названии принципа Галилея нескрывает в себе ничего особенного. Оно не имеет никакого иного смысла, крометого, который мы вкладываем в движение о том, что движение или покой — всегдадвижение или покой относительно чего-то, что служит нам системой отсчета. Это,конечно, не означает, что между покоем и равномерным движением нет никакойразницы. Но понятие покоя и движения приобретают смысл лишь тогда, когдауказана точка отсчета.

Если классический принцип относительности утверждал инвариантностьзаконов механики во всех инерциальных системах отсчета, то в специальной теорииотносительности данный принцип был распространен также на законыэлектродинамики, а общая теория относительности утверждала инвариантностьзаконов 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 объединяетпространство и время в единый четырехмерный пространственно-временной континуум,пространственно-временные свойства тел зависят от скорости их движения.Пространственные размеры сокращаются в направлении движения при приближениискорости тел к скорости света в вакууме (300 000 км/с), временные процессызамедляются в быстродвижущихся системах, масса тела увеличивается.

Находясь в сопутствующей системе отсчета, то есть двигаясь параллельно ина одинаковом расстоянии от измеряемой системы, нельзя заметить эти эффекты, которыеназываются релятивистскими, так как все используемые при измеренияхпространственные масштабы и части будут меняться точно таким же образом.Согласно принципу относительности, все процессы в инерциальных системах отсчетапротекают одинаково. Но если система является неинерциальной, то релятивистскиеэффекты можно заметить и изменить. Так, если воображаемый релятивистскийкорабль типа фотонной ракеты отправится к далеким звездам, то после возвращенияего на Землю времени в системе корабля пройдет существенно меньше, чем наЗемле, и это различие будет тем больше, чем дальше совершается полет, аскорость корабля будет ближе к скорости света. Разница может измеряться дажесотнями и тысячами лет, в результате чего экипаж корабля сразу перенесется вблизкое или отдаленное будущее, минуя промежуточное время, поскольку ракетавместе с экипажем выпала из хода развития на Земле.

Подобные процессы замедления хода времени в зависимости от скоростидвижения реально регистрируются сейчас в измерениях длины пробега мезонов, возникающихпри столкновении частиц первичного космического излучения с ядрами атомов наЗемле. Мезоны существуют в течении 10-6 — 10-15 с (взависимости от типа частиц) и после своего возникновения распадаются нанебольшом расстоянии от места рождения. Все это может быть зарегистрированоизмерительными устройствами по следам пробегов частиц. Но если мезон движетсясо скоростью, близкой к скорости света, то временные процессы в немзамедляются, период распада увеличивается (в тысячи и десятки тысяч раз), исоответственно возрастает длина пробега от рождения до распада.

Итак, специальная теория относительности базируется на расширенномпринципе относительности Галилея. Кроме того, она использует еще одно новоеположение: скорость распространения света (в пустоте) одинакова во всехинерциальных системах отсчета.

Но почему так важна эта скорость, что суждение о ней приравнивается позначению к принципу относительности? Дело в том, что мы здесь сталкиваемся совторой универсальной физической константой. Скорость света — это самая большаяиз всех скоростей в природе, предельная скорость физических взаимодействий. Движениесвета принципиально отличается от движения всех других тел, скорость которыхменьше скорости света. Скорость этих тел всегда складывается с другимискоростями. В этом смысле скорости относительны: их величина зависит от точкизрения. 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 иполностью совместима с ним. Постоянство этой скорости — закон природы, апоэтому — именно в соответствии с принципом относительности — он справедлив вовсех инерциальных системах отсчета.

Скорость света — это верхний предел для скорости перемещения любых тел вприроды, для скорости распространения любых волн, любых сигналов. Она максимальна- это абсолютный рекорд скорости.

“Для всех физических процессов скорость света обладает свойствомбесконечной скорости. Для того чтобы сообщит телу скорость, равную скоростисвета, требуется бесконечное количество энергии, и именно поэтому физическиневозможно, чтобы какое-нибудь тело достигло этой скорости. Этот результат былподтвержден измерениями, которые проводились над электронами. Кинетическаяэнергия точечной массы растет быстрее, нежели квадрат ее скорости, и становитсябесконечной 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 всехмыслимых взаимодействий в мире.

Со скорость света тесно связано решение проблемы одновременности, котораятоже оказывается относительной, то есть зависящей от точки зрения. В классическоймеханике, которая считала время абсолютным, абсолютной является иодновременность.

В общей теории относительности были раскрыты новые стороны зависимостипространственно-временных отношений от материальных процессов. Эта теория подвелафизические основания под неевклидовы геометрии и связала кривизну пространстваи отступление его метрики от евклидовой с действием гравитационных полей,создаваемых массами тел. Общая теория относительности исходит из принципаэквивалентности инерционной и гравитационной масс, количественное равенство которыхдавно было установлено в классической физике. Кинематические эффекты,возникающие под действием гравитационных сил, эквивалентны эффектам, возникающимпод действием ускорения. Так, если ракета взлетает с ускорением 2g, то экипажракеты будет чувствовать себя так, как будто он находится в удвоенном полетяжести Земли. Именно на основе принципа эквивалентности масс был обобщенпринцип относительности, утверждающий в общей теории относительности инвариантность законов природы в любых системах отсчета, как инерциальных, таки неинерциальных.

Как можно представить себе искривление пространства, о котором говоритобщая теория относительности? Представим себе очень тонкий лист резины, и будемсчитать, что это — модель пространства. Расположим на этом листе большие ималенькие шарики — модели звезд. Эти шарики будут прогибать лист резины тембольше, чем больше масса шарика. Это наглядно демонстрирует зависимостькривизны пространства от массы тела и показывает также, что привычная намевклидова геометрия в данном случае не действует (работают геометрии Лобачевскогои Римана).

Теория относительности установила не только искривление пространства поддействием полей тяготения, но и замедление хода времени в сильных гравитационныхполях. Даже тяготение Солнца — достаточно небольшой звезды по космическиммеркам — влияет на темп протекания времени, замедляя его вблизи себя. Поэтомуесли мы пошлем радиосигнал в какую-то точку, путь к которой проходит рядом сСолнцем, путешествие радиосигнала займет в таком случае больше времени, чем тогда,когда на пути этого сигнала ничего нет. Замедление вблизи Солнца составляетоколо 0,0002 с.

Одно из самых фантастических предсказаний общей теории относительности — полная остановка времени в очень сильном поле тяготения. Замедление времени тембольше, чем сильнее тяготение. Замедление времени проявляется в гравитационномкрасном смещении света: чем сильнее тяготение, тем больше увеличивается длинаволны и уменьшается его частота. При определенных условиях длина волны можетустремится к бесконечности, а ее частота — к нулю.

Со светом, испускаемым Солнцем, это могло бы случится, если бы нашесветило вдруг сжалось и превратилось в шар с радиусом в 3 км или меньше (радиусСолнца равен 700 000 км). Из-за такого сжатия сила тяготения на поверхности,откуда и исходит свет, возрастает на столько, что гравитационное красноесмещение окажется действительно бесконечным.

С нашим Солнцем этого никогда на самом деле не произойдет. Но другиезвезды, массы которых в три и более раз превышают массу Солнца, в конце своейжизни и действительно испытывают, скорее всего, быстрое катастрофическое сжатиепод действием своего собственного тяготения. Это приведет их к состояниючерной дыры. Черная дыра — это физическое тело, создающее столь сильноетяготение, что красное смещение для света, испускаемого вблизи него, способно обратитьсяв бесконечность.

Физики и астрономы совершенно уверены, что черные дыры существуют вприроде, хотя до сих пор их обнаружить не удалось. Трудности астрономическихпоисков связаны с самой природой этих необычных объектов. Ведь бесконечное красное смещение, из-за которого обращается в нуль частота принимаемого света,делает их просто невидимыми. Они не светят, и потому в полном смысле этогослова являются черными. Лишь по ряду косвенных признаков можно надеятьсязаметить черную дыру, например, в системе двойной звезды, где ее партнером былабы обычная звезда. Из наблюдений движения видимой звезды в общем поле тяготениятакой пары можно было бы оценить массу невидимой звезды, и если эта величинапревысит массу Солнца в три и более раз, можно будет утверждать, что мы нашличерную дыру.

Сейчас имеется несколько хорошо изученных двойных систем, в которых массаневидимого партнера оценивается в 5 или даже 8 масс Солнца. Скорее всего, это иесть черные дыры, но астрономы до уточнения этих оценок предпочитают называтьэти объекты кандидатами в черные дыры.

Гравитационное замедление времени, мерой и свидетельством которого служиткрасное смещение, очень значительно вблизи нейтронной звезды, а вблизи чернойдыры, у ее гравитационного радиуса, оно столь велико, что время там как бызамирает.

Для тела, попадающего в поле тяготения черной дыры, образованной массой,равной 3 массам Солнца, падение с расстояния 1 млн. км до гравитационного радиусазанимает всего около часа. Но по часам, которые покоятся вдали от черной дыры,свободное падение тела в ее поле растянется во времени до бесконечности. Чемближе падающее тело к гравитационному радиусу, тем более медленным будетпредставляться этот полет удаленному наблюдателю. Тело, наблюдаемое издалека, будетбесконечно долго приближаться к гравитационному радиусу и никогда не достигаетего. В этом проявляется замедление времени вблизи черной дыры. Таким образом, материявлияет на свойства пространства и времени.

Представления о пространстве и времени, формулирующиеся в теорииотносительности Эйнштейна, на сегодняшний день являются наиболее последовательными.Но они являются макроскопическими, так как опираются на опыт исследованиямакроскопических объектов, больших расстояний и больших промежутков времени.При построении теорий, описывающих явления микромира, эта классическаягеометрическая картина, предполагающая непрерывность пространства и времени(пространственно-временной континуум), была перенесена на новую область безкаких-либо изменений. Экспериментальных данных, противоречащих применениютеории относительности в микромире, пока нет. Но само развитие квантовыхтеорий, возможно, потребует пересмотра представлений о физическом пространствеи времени. Разработанная теория суперструн, которая представляет элементарныечастицы в качестве гармонических колебаний этих струн и связывает физику сгеометрией, исходит из многомерности пространства. А это означает, что мы нановом этапе развития науки, на новом уровне познания возвращаемся кпредсказаниям А. Эйнштейна 1930 г.: “Мы приходим к странному выводу: сейчас намначинает казаться, что первичную роль играет пространство, материя же должнабыть получена из пространства, так сказать, на следующем этапе. Мы всегдарассматривали материю первичной, а пространство вторичным. Пространство,образно говоря, берет сейчас реванш и “съедает” материю”[5].Возможно, существует квант пространства, фундаментальная длина L. Введя этопонятие, мы можем избежать многих трудностей современных квантовых теорий. Еслиее существование подтвердится, то L станет третьей (кроме постоянной Планка искорости света в пустоте) фундаментальной постоянной в физике. Из существованиякванта пространства также следует существование кванта времени (равного L/c),ограничивающего точность определения временных интервалов.

Единство имногообразие свойств пространства и время.

Поскольку пространство и время неотделимы от материи, правильнее было быговорить о пространственно-временных свойствах и отношениях материальных систем.Но при познании пространства и времени ученые часто абстрагируются от ихматериального содержания, рассматривая их как самостоятельные формы бытия.Обычно выделяют всеобщие и специфические свойства пространства и времени, атакже исследуют особенности пространства и времени в микромире и мегамире. К всеобщимотносятся такие пространственно-временные характеристики, которые и неразрывносвязаны с другими ее атрибутами. Специфические, или локальные, свойствапроявляются лишь на определенных структурных уровнях, присущи только некоторымклассам материальных систем.

Из всеобщих свойств пространства и времени следует, прежде всего, отметить:

1. Ихобъективность и независимость от человеческого сознания и сознания всех другихразумных существ в мире (если такие есть).

2. Ихабсолютность — они являются универсальными формами бытия материи,проявляющимися на всех структурных уровнях ее существования.

3. Неразрывнуюсвязь друг с другом и с движущейся материей.

4. Единствопрерывности и непрерывности в их структуре — наличие отдельных тел, фиксированныхв пространстве при отсутствии каких-либо “разрывов” в самом пространстве.

5. Количественнуюи качественную бесконечность, неотделимую от структурной бесконечности материи- невозможность найти место, где отсутствовали бы пространство и время, а также неисчерпаемость их свойств.

Всюду, где есть любое взаимодействие и движение материи, сосуществованиеи связь ее элементов, обязательно наличествует пространство и время; всюду, гдеимеется сохранение материи, длительность ее бытия и последовательность сменысостояний, будет и время, включающее в свое содержание все эти процессы.

В литературе не раз высказывалась точка зрения, что после развития теорииотносительности пространство и время уже нельзя рассматривать как разныеатрибуты материи, а их нужно объединить в понятии четырехмерного континуума ирассматривать как одну форму бытия материи - пространство-время. Безусловно,связь между ними неразрывна и реализуется в движении материи. Всякое изменениепространственных свойств будет изменением во времени, и наоборот. Но все жепространство и время, наряду с общими характеристиками, имеют такие всеобщие испецифические свойства, которые относятся только к пространству или только ковремени, что позволяет рассматривать их как разные атрибуты материи.

1. Протяженность- рядоположенность, существование и связь различных элементов (точек, отрезков,объемов и др.), возможность прибавления к каждому данному элементу некоторогоследующего элемента либо возможность уменьшения числа элементов. Протяженностьтесно связана со структурностью материальных объектов, обусловленавзаимодействием между составляющими тела элементов материи. Непротяженныеобъекты не обладали бы структурой, внутренними связями и способностями к изменениям,из них не могли бы образовываться никакие системы.

2. Связностьи непрерывность — проявляются в характере перемещения тел от точки к точке, враспространении воздействий через различные материальные поля в видеблизкодействия в передаче материи и энергии. Связность означает отсутствиекаких-либо “разрывов” в пространстве и нарушений в распространении воздействийв полях. Вместе с тем пространству свойственна относительная прерывность,проявляющаяся в раздельном существовании материальных объектов и систем.

3. Трехмерность- общее свойство пространства, обнаруживающееся на всех известных структурныхуровнях, органически связано со структурностью систем и их движением. Всематериальные процессы и взаимодействия реализуются в пространстве трехизмерений (длина, ширина, высота). В одномерном или двумерном пространстве(линия, плоскость) не могли бы происходить взаимодействия частиц и полей. Триизмерения являются тем необходимым и достаточным минимумом, в рамках которогомогут осуществляться все типы взаимодействий материальных объектов.

4. Пространствуна всех известных структурных уровнях материи присуще единство метрических итопологических свойств. Метрические свойства проявляются в протяженности ихарактере связи элементов тел. Метрика может быть различной — евклидовой инеевклидовой, причем возможно много разновидностей неевклидовых пространств сразличными значениями кривизны. Топологические свойства характеризуютсвязность, трехмерность, непрерывность, неоднородность, бесконечностьпространства, его единство со временем и движением.

1. Длительность- выступает как последовательность сменяющих друг друга моментов илисостояний, возникновение за каждым данным интервалом времени последующих.Длительность предполагает возможность прибавления к каждому данному моментувремени другого, а также возможность деления любого отрезка времени на меньшиеинтервалы. Длительность обусловлена сохранением материи и ее атрибутов,единством устойчивости и изменчивости в мире. Никакой процесс в природе не можетпроисходить сразу, мгновенно, он обязательно длится во времени, что обусловленоконечной скоростью распространения взаимодействий и изменения состояний.Аналогично протяженности пространства длительность относиться к метрическимсвойствам.

2. Длительностьбытия объектов во времени выступает как единство прерывного и непрерывного.Сохраняемость материи и непрерывная последовательность ее изменений,близкодействие в причинных отношениях определяют и общую непрерывность времени, проявляющуюся в непрерывном переходе предшествующих состояний впоследующие. Прежде чем произойдет какое-либо явление в будущем, должныосуществиться все предшествующие ему изменения, которые его вызывают. Но времякак форма бытия материи складывается из множества последовательностей идлительностей существования конкретных объектов, каждый их которых существуетконечный период. Поэтому время характеризуется прерывностью бытия конкретных качественныхсостояний. Но эта прерывность относительна, так как между всеми сменяющими другдруга качествами имеется внутренняя связь и непрерывный переход.

3. Всеобщимсвойством времени является необратимость, означающая однонаправленное изменениеот прошлого к будущему. Прошлое порождает настоящее и будущее, переходит в них.К прошлому относятся все те события, которые уже осуществились и превратились впоследующие. Будущие события — это те, которые возникают из настоящих инепосредственно предшествующих им событий. Настоящее охватывает все те объекты,системы и процессы, которые реально существуют и способны к взаимоотношениюмежду собой. Взаимодействие возможно лишь при одновременном сосуществовании объектов.

Для объективно существующих систем настоящее времяохватывает тот интервал, в течение которого они физически могутвзаимодействовать между собой путем обмена материей и энергией. Если быскорость распространения воздействий была бесконечной, то это настоящее представлялобы собой сколь угодно малый миг, дающий мгновенное сечение всех событий воВселенной — настоящих, прошлых и будущих. Но скорость распространениявоздействий всегда конечна и не превышает скорости света в вакууме. Действие всегдапроисходит только в одном направлении: от прошлого к настоящему и от него кбудущему, но никогда наоборот.

Необратимость времени, неэквивалентность прошлого ибудущего во все большей мере осознаются различными науками. Раньше считалось,что все физические законы инвариантны относительно замены знака времени,поскольку время в уравнениях квантовой и классической механики берется вквадрате. Это наводило на мысль, что все физические процессы могут происходитьодинаково как в прямом, так и в обратном направлении. Но за последние годы былиоткрыты процессы, демонстрирующие необратимость изменений в микромире: распадынеустойчивость частиц (нейтронов, мезонов) с излучением нейтрино. Установлено,что, и протоны могут распадаться за период времени порядка 1031 лет.

4. Одновременностьвремени проявляется и в линейной, генетически связанной между собой, системеизмерений. Если для определения положения тела в пространстве необходимо задатьтри координаты, то для определения времени достаточно одной. Если бы времяимело не одно, а два, три и больше измерений, то это означало бы, чтопараллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с ним миры- двойники, в которых те же самые события разворачивались бы в одинаковой последовательности.

Рассмотрим теперь специфические и локальные пространственно- временные свойства систем. К пространственным свойствам относятся:

1. Контрольныепространственные формы тел, их положение в пространстве по отношению друг кдругу, скорость пространственного перемещения, размеры тел.

2. Наличиеу них внутренней симметрии или асимметрии. Различные виды симметрии свойственныкак макромиру, так и микромиру, являются фундаментальным свойством неживойприроды. Живому веществу присуще свойство пространственной асимметрии, которымобладает молекула живого вещества.

3. Изотропностьи неоднородность пространства. Изотропность означает отсутствие выделенныхнаправлений (верха, низа и других), независимость свойств тел, движущихся поинерции, от направления их движения. Полная изотропность присуща лишь вакууму,а в структуре вещественных тел проявляется анизотропия в распределении силсвязи. Они расщепляются в одних направлениях лучше, чем в других. Точно такжеполная однородность свойственна лишь абстрактному евклидному пространству иявляется идеализацией. Реальное пространство материальных систем неоднородно,различается метрикой и значениями в зависимости от распределения тяготеющихмасс.

По отношению ко времени специфическими являютсятакие свойства:

1. Конкретнаядлительность существования материальных систем от их возникновения до распада,ритмы процессов в них, соотношение между циклами изменений.

2. Скоростьпротекания процессов, темпы развития и соотношение между ними на разных этапахэволюции. С увеличением скорости движения тел и в мощных полях тяготенияпроисходит относительное замедление всех процессов в телах, их собственноевремя как бы сокращается по отношению ко времени внешних систем. Конечностьскорости распространения взаимодействий обусловливает относительностьодновременности в различных системах. События, одновременные в одной системе,могут быть неодновременными по отношению к другой системе, движущейся относительнопервой. Все это приводит к тому, что во Вселенной отсутствует единое время, каки одно единое пространство.

Некоторыеавторы в качестве самостоятельных выделяют: биологическое и социальноепространство и время, индивидуальное, психологическое, художественное историческоеи т.д. Основания для этого есть.

В биологических системах есть специфические пространственно — временныесвойства: асимметрия расположения атомов в молекулах белка и нуклеиновых кислот,собственные временные ритмы и темпы изменения внутриорганизменных и надорганизменныхбиосистем, взаимосвязь и синхронизация ритмов друг с другом, а также свращением Земли вокруг оси и сменой времен года.

Так же и в обществе есть специфические пространственныеотношения между его элементами, собственные ритмы и темпы изменения в различныхсферах общественной жизни, проявляется ускорение темпов развития с прогрессомнауки и техники.

Но во всех этих и других системах проявляются указанныевыше всеобщие свойства пространства и времени и большинство их общих свойств.

Теория относительности показала единство пространстваи времени, выражающееся в совместном изменении их характеристик в зависимостиот концентрации масс и их движения. Время и пространство перестали рассматриватьсянезависимо друг от друга и возникло представление о пространственно-временномчетырехмерном континууме.

Направленность времени, связанная с эволюциейсистем, в физических картинах мира следует из второго начала термодинамики.Направленность времени, определяющая принцип причинности, отличает временныекоординаты от пространственных, причем для одновременных событий нет симметриимежду «правым» и «левым». В современной картине мира в основу положенынеобратимые процессы, и поэтому возможно единообразное описание живого инеживого миров.

Можно сделать вывод об основных результатах к которымприходит теория относительности:

— относительность свойств пространства-времени;

1. ГореловА.А. Концепция современного естествознания. — М.: Центр, 1998.

2. ДубнищеваТ.Я. Концепция современного естествознания. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997.

3. ЕремееваА.И. Астрономическая картина мира и ее творцы. -М.: Наука, 1984.

4. Концепциясовременного естествознания / под ред. Лавриненко В.Н. -М. 1997.

5. МоисеевН.Н. Время в нас и вне нас. –Л.: Лениздат, 1994.

6. ПригожинИ., Стенгерс И. Порядок из хаоса. -М.: Мир, 1986.

7. РейхенбахГ. Философия пространства и времени. -М.: Наука, 1985.

8. ЭйнштейнА., Инфельд Л. Эволюция физики. -М., 1965.

9. ЭйнштейнА. Сборник научных трудов. Т. II -М., 1966.

Реферат

по дисциплине концепции современного естествознания на тему

«Развитие научных представлений о человеческом мышлении и проблема создания искусственного интеллекта»

факультета Национальной и мировой экономики

второй группы специальности Мировая экономика.

На протяжении всего своего существования человечество постоянно стремилось облегчить себе жизнь. Так уж устроено каждое живое существо, что старается получить больше выгоды в любом проявлении за меньшие средства или усилия. Так появлялись друг за другом науки. Десятки учёных сменили друг друга на нелёгкой стезе искания истины длиною в жизнь. Всё новые и новые технологии появлялись, обрекая человечество на упрощение жизни. Теперь за нас «ходят» колёса автомобилей, трамваев, троллейбусов, поездов, половину общего объема написанных текстов составляют набранные на клавиатуре (как, например и этот), машины научились стирать, убираться, шить, служить переводчиком, кладезем информации, собирать станки и телевизоры и вести самолёты. Единственное, что пока не доступно нашим младшим «кремниевым» братьям - это сознание, рассудок, разум.

В данном реферате я попытаюсь не только рассмотреть актуальную сегодня идею создания искусственного разума, основываясь на понимании принципов работы «живого» человеческого сознания, но и дать ответ на вопрос, зачем это нужно, и нужно ли это вообще. С чего же начать, с чего приступить к этой бездонной теме? Наверное, лучше с того, что же такое человек. А именно.

Часть 1. Человек - загадка природы

Человек - самое удивительное существо на планете. Он удивительно прямо ходит, удивительно крепко умеет сжимать дубину или копьё, убедительно отпугивает яркими языками пламени диких зверей.…

Отбросив в сторону все шутки, можно с твёрдостью сказать, что человек, а точнее его мышление, стало венцом эволюции (если исходить из теории Дарвина). Homo sapiens - человек разумный, как гордо это звучит. Разум появился последним из всех «достижений» эволюции, именно он сделал из человека человека. Как бы парадоксально это не звучало, но если бы человек не был разумным, то он бы никогда и не осознал, что он - человек.

Если посмотреть на разум с точки зрения религий, то разум, рассудок есть душа - не менее удивительный и неизученный на сегодняшний день феномен. И в этой неизученности и неизвестности вся суть. Как только речь заходит о человеческом мышлении, его природе и организации - вся стройность и последовательность научных подходов непременно рушится. Причём это свойственно любым методам изучения, как теоретическим, так и практическим. А ведь проблемой мышления занимаются многие научные дисциплины: от психологии и философии до кибернетики и нейрофизиологии. Нельзя конечно не заметить, что результатом деятельности каждой из этих наук явились очень важные (особенно в медицине) открытия, давшие ответы на многие (но не на все) вопросы, и спасшие ни один десяток человеческих жизней. Потому нет и никаких сомнений в цельности современных методологических основ этих наук, причём основ, значительно отличающихся друг от друга, а иногда и вовсе диаметрально противоположных. А итог один и тот же: либо проблема сущности мышления обходится стороной везде, где только можно, либо ввиду явной неприменимости имеющегося научного инструментария делаются такие логические выводы, что они не выдерживают никакой критики. В чём же дело? Неужели предмет так труден для понимания?

Мышление в настоящее время изучают как экспериментаторы, так и теоретики. Экспериментаторы, прежде всего нейробиологи, добились видных успехов, получив результаты количественные - выяснив назначение отдельных элементов структуры головного мозга, а так же измерив их объем, вес, электрический потенциал и выяснив химический состав и так далее, однако не дали хотя бы намёка на качественное понимание процесса мышления.

У теоретиков - свои проблемы. Мышление, судя по всему, не обладает свойством рекурсивности, т.е. способностью процедуры, в данном случае мысли, вызывать саму себя. И поэтому теоретические размышления о его природе не привнесли ничего нового. Все полученные теоретическим путём результаты не стали настолько строгими, чтобы получить всеобщее признание. Парадоксально, но объективно понятно: изучать мышление с помощью самого же мышления, видимо, довольно проблематично.

Однако это совсем не означает, что никакие наработки на пути теоретического подхода невозможны. Суть мышления с помощью самого мышления, конечно, установить вряд ли получится, зато можно получить значимые прикладные, т.е. практически используемые результаты. Ситуация данная напоминает современную квантовую физику, в частности одну из её основополагающих теорий - квантовую электродинамику. Физики отказались отвечать здесь на вопросы «почему и зачем», а придумали взамен очень удобную отговорку. Для её оглашения лучше всего дать слово одному из её авторов - нобелевскому лауреату Ричарду Фейнману: «Если вам не нравится, как устроена Природа - это будет мешать вашему пониманию. Физики научились решать эту проблему: они поняли, что, нравится ли им теория или нет - совсем неважно. Важно другое - даёт ли теория предсказания, которые согласуются с экспериментом. Тут не имеет значения, хороша ли теория с философской точки зрения, легка ли для понимания, безупречна ли с точки зрения здравого смысла. Квантовая динамика даёт совершенно абсурдные с точки зрения здравого смысла описание Природы. И оно полностью соответствует эксперименту».

От себя хотелось бы добавить, что понятие «здравый смысл» вообще говоря, чрезвычайно расплывчато, причём не только с точки зрения логики, но и с точки зрения психиатрии. Почему мы можем утверждать, что душевнобольной человек не здоров? Потому, что он не такой как все? А кто знает, может быть, такой человек иногда может понять намного больше, чем «здоровый». Если рассматривать современные науки с точки зрения здравого смысла, то половина из них не выдерживает даже простых нападок. Спросить, например, что такое научный факт или причина, и учёный долго, невнятно и очень сложно попытается объяснить вещь, которую все и так уже поняли без его объяснения, и поняли, может быть, намного лучше, чем после этого объяснения.

Вот так. Главное, чтобы мы могли что-нибудь подсчитать, а что мы считаем на самом деле и какой в этом здравый смысл - совсем неважно. Именно такого принципа придерживаются и квантовые физики, которые избрали этот путь не от хорошей жизни. Здесь уместно будет вспомнить, что один из основоположников квантовой теории Альберт Эйнштейн до конца своих дней не признавал новейших физических теорий, просто не видя в них некоей красоты и философского смысла. Но старая гвардия ушла, а современных учёных такие вопросы уже не беспокоят. Однако вернёмся от этого увесистого лирического отступления к мышлению.

Мы вряд ли сумеем определить, что такое есть мышление. Но, может быть, нам повезёт, и мы сумеем хотя бы правильно задать несколько вопросов по этому поводу. А это уже первый шаг к ответам. Но сначала пару слов о терминологии. В разных научных дисциплинах слова «мышление», «интеллект», «разум» имеют разное значение. В данном тексте все эти термины я буду считать синонимами. Для выведения некоторых умозаключений я буду использовать очень понравившуюся мне науку - логику. Следует сразу заметить, что многое, из того, что будет доказываться с помощью логики, выглядит крайне бессмысленно, однако отбросим здравый смысл. Нам, как и квантовым физикам важны, прежде всего, результаты.

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..

Концепции современного естествознания - Рефераты

Темы рефератов по ксе по разделам курса

Реферат - КСЕ - Естествознание

Реферат

«Развитие научных представлений о человеческом мышлении и проблема создания искусственного интеллекта»

Часть 1. Человек - загадка природы

Учебные материалы.. первая помощь в учебе... Рефераты по ксе

КСЕ - Рефераты

Смотрите также