Пространство и время в теории относительности

18

МУРМАНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОЙ АКАДЕМИИ УПРАВЛЕНИЯ И ЭКОНОМИКИ

ЗАОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ «ГОСУДАРСТВЕННОЕ И МУНИЦИПАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Концепции современного естествознания»

на тему: «Концепция относительности пространства - времени»

ВЫПОЛНИЛА:

Студентка Букреева С.П.

ПРОВЕРИЛА:

Преподаватель Осауленко Вера Евгеньевна

Мурманск

2008 г.

Содержание

Введение

1. Развитие представлений о пространстве и времени

1.1 Доньютоновский период

1.2 Классическая механика Ньютона

2. Четырехмерный мир теории относительности

2.1 Принцип относительности в классической механике. Специальная теория относительности

2.2 Понятие пространства и времени в специальной теории относительности

3. Общая теория относительности

4. Философские выводы из теории относительности

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В механистической картине мира понятия пространства и времени рассматривались вне связи со свойствами движущейся материи. Пространство в ней выступает в виде своеобразного вместилища для движущихся тел, а время -- как геометрический параметр, знак которого можно менять на обратный. Иными словами, в механике рассматриваются лишь обратимые процессы, что значительно упрощает действительность.

Другой недостаток механистической картины мира состоит в том, что в ней пространство и время как формы существования материи изучаются обособленно, вследствие чего связь между ними остается нераскрытой. Современная концепция физического пространства-времени значительно обогатила наши естественнонаучные представления.

1. Развитие представлений о пространстве и времени

1.1 Доньютоновский период

Пространство и время являются основными категориями в физике, т.к. большинство физических понятий вводятся посредством операциональных правил, в которых используются расстояния в пространстве и время. В то же время пространство и время относятся к фундаментальным понятиям культуры, имеют длительную историю, важное место занимают как в учениях Древнего Востока, так и в мифологии, а позднее в науке Древней Греции. Большое влияние на фор-мирование понятий пространства и времени как научных категорий сыграла пифагорейская школа. «Вселенная втягивает из беспредельного время, дыхание и пустоту», - говорит Пифагор. Причем «пустота» у пифагорейцев не имеет такого строгого понятия как у атомистов, это -- скорее, неоформленное, безграничное пространство. В этом беспредель-ном пространстве зародилась Единица, сыгравшая роль семени, из которого вырос весь Космос. Вытягиваясь в длину, она порождает число 2, что в геометрической интерпретации означает линию; линия, вытягиваясь в ширину, порождает число 3 -- плоскость; плоскость, вытягиваясь в высоту, по-рождает число 4 --объем». Таким образом, уже пифагорейцы, описывая Космос, осознают (воспринимаемый и нами с самого раннего детства как очевидный) факт трехмерности пространства, в котором мы живем. Платон, развивая учение пифагорейцев о математическом начале мира, впервые в античной науке вводит понятие геометрического пространства. До Платона в античной науке пространство не рассматривалось как самостоятельная категория, отдельно от его наполнения. Платон же помещает между идеями и чувственным миром геометрическое пространство, рассматривая его как нечто среднее, «промежуточное» между ними. Пространство понимается им как «интеллигибельная материя». Если математические числа -- это чисто идеальные сущности, то всевозможные математические объек-ты - сущности промежуточные и получаются они путем соединения числа и материи. Сформировав впервые в истории науки философию объективного идеализма, признавая идеи -- первичными сущностями (бытием), Платон тем не менее считал, что идея (единое) не может не существовать, не быть познанной без соотнесенности с другим, с материей, представляющей собой множество чувственно воспринимаемых вещей. Таким образом, Платон рассматривает 3 реальности: бытие -- сфера идеального; возникновение -- сфера чувственных вещей и пространство -- не идеальное и не чувственное. Так что философия Платона также использует представление о трехмерности пространства. Познать природные элементы, по Платону, это значит познать их геометрически, то есть определить их про-странственное образование.

Платоново-пифагорийская научно-исследовательская программа была развита в эллинистический период в работах Клавдия Птолемея, Аполлония, Архимеда и Евклида. В глав-ном труде Евклида - «Началах» - излагаются основные свойства пространства и пространственных фигур.

В современной науке широко используется понятие евклидового пространства как плоского пространства трех изме-рений. Систематическое изучение пространства и пространственных фигур греками было подчинено главной цели -- исследованию природы, в структуре которой воплощены гео-метрические принципы.

В эпоху Возрождения достигается осознание взаимосвязи между механикой и геометрией, чего не было в философии древних греков. Это привело к представлению о геометричес-ком объекте, движущемся в пространстве с течением времени. Это, бесспорно, серьезный шаг в направлении возникновения физики как стройной системы знаний, в фундамент которой закладываются представления о пространстве и времени как исходных понятий науки.

Шаг этот сде-лал Галилео Галилей. Не случайно, историки науки связывают именно с именем Галилея возникновение физики как самостоятельной научной дисциплины, потому что именно Галилей применил научный метод исследования, в основе ко-торого лежал научный эксперимент с характерной для него чертой - идеализацией ситуации, позволяющей устанавливать точные математические закономерности явлений природы. Галилей объявил сопротивление среды несущественной стороной своих законов. Признание им существования пустоты позволило ему объяснить равные скорости падения различных тел и сформулировать принцип инерции. В сво-ем труде «Диалог о двух главнейших системах мира -- птолемеевой и коперниковой» в «Дне втором» Галилей формулирует два основных принципа механики -- принцип инерции и принцип относительности. По существу, эти принципы описывают свойства пространства Вселенной. Окончательную формулировку оба принципа получили в механике Ньютона. Жизнь и творчество Гали-лея подготовили как в методологическом, так и в научном плане почву для свершений Исаака Ньютона, положивших начало новой эре в науке в целом и не утративших своего непреходящего значения в наши дни. Однако для более полного представления о том, какую роль в физике Ньютона играют понятия пространства и времени, необходимо рассмот-реть точку зрения на эти понятия еще одного выдающегося мыслителя Нового времени Рене Декарта.

Основная задача, поставленная Декартом, -- математизация физики, точнее ее геометризация по типу евклидовой геометрии. Изучение физического мира возможно только с помощью математики. Следовательно, и физика должна опираться на небольшое число аксиом, из которых дедуктивно выводится упорядоченная последовательность выводов, обладающих той же степенью достоверности, что и первичные аксиомы. Объективный мир, по Декарту, не что иное как материализованное пространство или воплощенная геометрия. Из тождественности материи и пространства Декарт делает вывод о бесконечной делимости материи и, следовательно, о несуществовании неделимых атомов и пустоты. В мире не существует пустого пространства, ибо в этом случае существовала бы нематериальная протяженность. Протяженность материальна, следовательно, пространство заполнено субстанцией. Форма тел сводится к протяженности, масса сводится к геометрическому пространственному объему тела, индивидуальность которого проявляется только в движении. Разграничение собственно тела и пространства представляется следствием различных скоростей частей пространства. Выходит, что фундаментальными свойствами материи являются протяженность и движение в пространстве и во времени. И эти свойства могут быть строго описаны математически. «Дайте мне протяженность и движение, и я построю Вселенную», -- таков основой тезис Декарта. Позиция Декарта как геометра физики предпослала создание им новой области математики -- аналитической геометрии. Он вводит координатную систему, известную как декартова система координат, а также представление о переменной величине. Иными словами, в математику проникает движение, что само по себе подготавливает почву для возникновения дифференциального и интегрального исчисления.

1.2 Классическая механика Ньютона

Натурфилософия Ньютона представляет собой синтез различных методологических установок его предшественников в единую целостную концепцию. Представление о пустоте у Ньютона связывается с существованием абсолютного пространства: «Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным». Ньютон подчеркивает, что само по себе движение имеет относительный характер, то есть в зависимости от системы отсчета, относительно которой это движение рассматривается. При этом система отсчета должна обязательно либо покоится, либо двигаться равномерно и прямолинейно по отношению к абсолютному пространству. В механике Ньютона работает принцип относительности Галилея. Понятие силы Ньютон вводит в качестве абсолютного элемента. Истинное абсолютное движение, в отличие от относительного, «не может ни произойти, ни измениться иначе, как от действия сил, приложенных непосредственно к движущемуся телу». Ньютон дает также динамическую трактовку массы тела, как индивидуальной характеристики тела по отношению к нетождественному ему пустому пространству. То есть понятия «силы» и «массы» у Ньютона -- это как бы «надпространственные» понятия. Сам факт введения Ньютоном пространства пустого, постулирование им абсолютного пространства было продиктовано трудностями, возникшими при объяснении движения тел в неинерциальных системах отсчета, с невозможностью объяснения наличия сил инерции в системах отсчета, движущихся с ускорением, взаимодействием тел. Эту непонятную силу Ньютон назвал силой инерции и считал ее происхождение следствием ускоренного движения тел по отношению к пустому вместилищу -- абсолютному пространству. Введение же абсолютного времени, то есть времени, не зависящего от движения, основывается на постулате о мгновенном распространении взаимодействий в пустоте, что явилось основой построения Ньютоном теории тяготения.

Механика Ньютона, развитая в работах Д'Аламбера, Лагранжа, Лапласа, Гамильтона, Якоби и др., получает стройную завершенную форму, построенную на принципах, опре-деляющих научную картину мира того времени, называемую механистической научной картиной мира. Среди ее принципов следующие:

- «Себетождественность» физического объекта, «внеположенность» его в пространстве и во времени.

- Детерминированность поведения физического объекта (строгая однозначная причинно-следственная связь между конкретными состояниями объекта).

- Обратимость всех физических процессов.

- Редукционизм и элементаризм. Механистическая концепция целого и части.

Принципы эти являются следствием представлений о непрерывном пустом пространстве и непрерывном времени, в которых выделено индивидуальное тело. Себетождественность движущегося тела гарантируется непрерывным изменением координат и непрерывным изменением времени. Благодаря этому континуалистскому, берущему начало из физики Аристотеля, взгляду, позволяющему одновременно зарегистрировать существование тела и определить его скорость в каждой точке интервала между одним положением и другим, делается вывод о том, что перед нами одно и то же тело, само себе тождественное.

Представления об иерархическом строении вещества и о себетождественности физического объекта сформировали механистическую концепцию части и целого в ньютоновской физике, в основе которой лежат принцип редукционизма и элементаризма. Можно выделить три основных момента этой концепции:

- целое рассматривается как простое соединение элементов. Возможно разложение, разделение целого на его элементы, то есть редукция сложного к простому;

- элементы целого рассматриваются как неизменяющиеся, простые, неделимые;

- элемент внутри и вне целого один и тот же. Это формирует представление об объекте познания как самостоятельной сущности с присущими ему характеристиками и свойствами, не зависящими от условий познаний, а тем более от познающего его субъекта.

Заложенная Ньютоном в основания его физики идеология адекватно служила целям науки на протяжении длительного периода вплоть до начала двадцатого столетия. Пространство и время в его теории играют роль строительного каркаса, поддерживающего все стройное здание классической физики. Принятие Ньютоном пустоты формирует концептуальные основания физической науки.

2. Четырехмерный мир специальной теории относительности

2.1 Принцип относительности в классической механике. Специальная теория относительности

Впервые принцип относительности был установлен Галилеем, но окончательную формулировку получил лишь в механике Ньютона. Для его понимания нам потребуется ввести понятие системы отсчета, или координат. Как известно, положение движущегося тела в каждый момент времени определяется по отношению к некоторому другому телу, которое называется телом или системой отсчета.

Среди систем отсчета выделяют инерциальные системы, которые движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно либо остаются в покое. Особая роль инерциальных систем заключается в том, что для них выполняется принцип относительности, согласно которому во всех инерциальных системах все механические процессы описываются одинаковым образом. Точнее говоря, в таких системах законы движения описываются одними и теми же математическими уравнениями или формулами. Как принято говорить в науке, они являются ковариантными. Действительно, два разных наблюдателя, находящиеся в инерциальных системах, не заметят в них никаких изменений. Иллюстрируя этот принцип, Галилей приводил пример равно-мерного прямолинейного движения корабля, внутри которого все явления происходят так же, как и на берегу.

Когда в естествознании господствовала механистическая картина мира и существовала тенденция сводить объяснение всех явлений природы к законам механики, принцип относительности не подвергался никакому сомнению. Положение резко изменилось, когда физики вплотную приступили к изучению электрических, магнитных и оптических явлений. Максвелл объединил все эти явления в рамках единой электромагнитной теории. С ее созданием для физиков стала очевидной недостаточность классической механики для описания явлений приро-ды. В связи с этим естественно возник вопрос: «Выполняется ли принцип относительности и для электромагнитных явлений?»

Описывая ход своих рассуждений, создатель теории относи-тельности Альберт Эйнштейн указывал на два аргумента, которые свидетельствовали в пользу всеобщности принципа относительности:

Этот принцип с большой точностью выполняется в меха-нике, и поэтому можно было надеяться, что он окажется пра-вильным и в электродинамике;

Если инерциальные системы неравноценны для описания явлений природы, то разумно предположить, что законы природы проще всего описываются лишь в одной инерциальной системе.

Например, более показательным является пример, когда рассматривается движение Земли вокруг Солнца со скоростью 30 км/с. Если бы принцип относительности в данном случае не выполнялся, то законы движения тел зависели бы от направления и пространственной ориентации Земли. Ничего подобного, т.е. Физической неравноценности различных направлений, не обнаружено. Однако здесь возникает кажущаяся несовместимость принципа относительности с хорошо установленным принципом постоянства скорости света в пустоте (300 000 км/с).

Возникает дилемма: либо отказаться от принципа постоянства скорости света, либо от принципа относительности. Первый принцип установлен настолько точно, что отказ от него был бы явно неоправданным. К тому же это привело бы к чрезмерному усложнению описания природных процессов. Не меньшие трудности возникают и при отрицании принципа относительности в области электромагнитных процессов.

В действительности, как показал А. Эйнштейн, закон распространения света и принцип относительности совместимы. И это положение составляет одну из основ специальной теории относительности. Кажущееся противоречие между принципом относительности и законом постоянства скорости света возникает потому, что классическая механика, по заявлению Эйнштейна, опиралась «на две ничем не оправданные гипотезы»:

Промежуток времени между двумя событиями не зависит от состояния движения тела отсчета;

Пространственное расстояние между двумя точками твердого тела также не зависит от состояния движения тела отсчета.

Исходя из этих, кажущихся вполне очевидными, гипотез классическая механика молчаливо предполагала, что величины промежутка времени и расстояния имеют абсолютные значения, т.е. не зависят от состояния движения тела отсчета. Выходило, что если человек в равномерно движущемся вагоне проходит например, расстояние в 1 метр за одну секунду, то этот же путь по отношению к полотну дороги он тоже пройдет за одну секунду. Аналогично этому считалось, что пространственные размеры тел в покоящихся и движущихся системах отсчета остаются одинаковыми. И хотя эти предположения с точки зрения обыденного сознания и здравого смысла кажутся само собой очевидными, тем не менее, они не согласуются с результатами тщательно проведенных экспериментов, подтверждающих выводы специальной теории относительности.

2.2 Понятие пространства и времени в специальной теории относительности

В ходе разработки своей теории Эйнштейну пришлось пересмотреть прежние представления классической механики о пространстве и времени. Прежде всего, он отказался от ньютоновского понятия абсолютного пространства и времени, а также от определения движения тела относительно абсолютного пространства.

Отсюда становится ясно, что для Эйнштейна основные физические понятия, в частности понятия пространства и времени, приобретают ясный смысл только после указания тех экспери-ментальных процедур, с помощью которых их можно проверить.

Тот факт, что расстояние и время в теории относительности определяются наблюдателем по отношению к определенной системе отсчета, отнюдь не свидетельствует о том, что эти понятия имеют произвольный характер, устанавливаемый субъектом.

Другой важный результат теории относительности состоит в том, что она связывает обособленные в классической механике понятия пространства и времени в единое понятие пространственно-временного континуума (непрерывности).

Новые понятия и принципы теории относительности существенно изменили не только физические, но и общенаучные представления о пространстве, времени и движении, которые господствовали в науке более двухсот лет. Особенно резкое со-противление они встретили со стороны людей, придерживаю-щихся так называемого здравого смысла, который в конечном итоге также ориентируется на доминирующие в обществе научные взгляды, почерпнутые из классической науки.

Необычные результаты, которые дает теория относительности, сразу же поставили вопрос об их опытной проверке. Предварительно, однако, заметим, что сама теория относительности возникла из электродинамики, и поэтому все эксперименты, которые подтверждают электродинамику, косвенно подтверждают также и теорию относительности. Но кроме подобных косвенных свидетельств существуют эксперименты, которые непосредственно подтверждают выводы теории относительности.

Наиболее выдающимся подтверждением данной теории был отрицательный результат опыта американского физика Альберта Майкельсона (1852--1931), предпринятого им для проверки гипотезы о световом эфире. Согласно господствовавшим в то время воззрениям все мировое пространство заполнено эфиром -- гипотетическим веществом, колебания которого вызывают световые волны. Вначале эфир уподоблялся упругой механической среде, а световые волны рассматривались как результат колеба-ний этой среды. Но эта механическая модель эфира в дальней-шем встретилась с серьезными трудностями: будучи твердой упругой средой, эфир должен был оказывать сопротивление движению небесных тел, но ничего этого в действительности не наблюдалось. В связи с этим пришлось отказаться от механиче-ской модели, но существование эфира как особой всепроницающей среды по-прежнему признавалось.

Для того чтобы обнаружить движение Земли относительно неподвижного эфира, Майкельсон решил измерить время прохождения светового луча по горизонтальному направлению движения Земли и направлению, перпендикулярному к этому движению. Если существует эфир, то время прохождения светового луча по горизонтальному и перпендикулярному направлениям должно быть неодинаковым, но никакой разницы Майкельсон не обнаружил. Тогда для спасения гипотезы об эфире Лоренц предположил, что в горизонтальном направлении происходит сокращение тела в направлении движения. Чисто отрицательный результат опыта Майкельсона стал для Эйнштейна 18 лет спустя решающим экспериментом в доказательстве того, что никакого эфира как абсолютной системы отсчета не существует. Сокращение же тела объясняется таким же способом, как и при относительном движении инерциальных систем отсчета.

3. Общая теория относительности

В специальной теории относительности все системы отсчета предполагаются инерциальными, т.е. покоящимися или движущимися друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Чтобы лучше понять сущность общей теории относительности, стоит рассмотреть пример с падением тела на поверхность Земли.

Объясняя такие явления, мы, как правило, говорим, что Земля притягивает к себе тело согласно закону всемирного тяготения. Ньютон считал, что силы тяготения действуют мгновенно на расстоянии и величина их убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Такое предположение оказалось, однако, необоснованным, ибо мгновенные взаимодействия отсутствуют в природе. Всякое взаимодействие передается с определенной конечной скоростью в некотором поле.

Понятие о поле возникло в связи с изучением электромагнитных процессов и было введено в физику М. Фарадеем в виде силовых линий, передающих воздействие электрических или магнитных зарядов. Мы говорим, например, что магнит притягивает к себе железные опилки, движение ко-торых происходит по направлению силовых линий. Аналогичным образом вводится понятие поля тяготения, которое существенно отличается от других физических полей тем, что его действие не зависит от природы и других свойств тел, кроме их массы.

До сих пор рассматривалось движение тел по отношению к таким системам отсчета, которые находятся в покое или движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Такие системы называют инерциальными, или галилеевыми системами отсчета. Первое название отражает тот факт, что для подобных систем отсчета выполняется закон инерции, второе свидетельствует, что этот закон впервые был открыт Галилеем и сформулирован в качестве первого закона механики Ньютоном. Теперь мы знаем, что относительно всех инерциальных систем отсчета законы движения тел описываются одинаково, т.е. име-ют одну и ту же математическую форму и выражаются одними и теми же уравнениями. Часто также говорят, что по отношению к инерциальным системам отсчета законы движения имеют ковариантную форму.

Общая теория относительности обобщает частный, или специальный, прин-цип относительности, рассмотренный ранее. Соответственно следует различать специальную и общую теории относительности.

В специальной теории относительности законы природы считаются справедливыми относительно инерциальных систем отсчета, т.е. систем неподвижных или движущихся прямолинейно и равномерно. Но оказывается, что абсолютную инерциальную систему отсчета обнаружить не удается. Поэтому в теории относительности отказываются от понятия абсолютного движения и признают, что все движения соверша-ются относительно какой-либо определенной системы отсчета.

В связи с этим и возникает проблема: построить такую общую физическую теорию, в которой законы природы были бы верны относительно любых систем отсчета, а не только инерциальных. Проблема эта оказалась необычайно трудной, ибо единственной наводящей идеей для ее решения служил принцип соответствия, согласно которому общая теория относительности в предельном случае должна была превратиться в специальную теорию относительности.

Если описание явлений и законы природы не должны зависеть от системы координат, то необходимо найти то связующее звено, которое существует между инерциальными и неинерциальными системами отсчета. Таким звеном служит сила тяжести. Эта сила образует поле тяготения, сходное с электромагнитным, но в то же время, отличающееся от него тем, что его действие не зависит ни от каких свойств и структуры тел, кроме их массы.

Слабые поля тяготения не оказывают существенного влияния на свойства окружающего пространства. Поэтому в них можно пользоваться евклидовой геометрией и специальной теорией относительности. В сильных полях тяготения, например в поле тяготения Солнца, приходится учитывать искривление световых лучей его полем и применять неевклидову геометрию и общую теорию относительности. Поскольку в общей теории относительности решающую роль играет именно тяготение, то ее называют новой теорией тяготения, чтобы подчеркнуть ее отличие от теории тяготения Ньютона.

Эйнштейн так формулирует суть своей общей теории относительности: «Все тела отсчета К, К* и т.д. равноценны для описания природы (формулировки общих законов природы), в каком бы со-стоянии движения они ни находились».

Теперь мы в состоянии по-иному взглянуть на инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Различие между ними выражается прежде всего в том, что если в инерциальных сис-темах все процессы и описывающие их законы являются одинаковыми по своей форме, то в неинерциальных системах они происходят по-другому.

Очевидно, что по отношению к неинерциальной системе отсчета движение тела описывается иначе, в чем мы можем убедиться, если сидим в вагоне поезда, который начинает тормозить. В этом случае мы почувствуем толчок вперед, означающий, что в движении возникает торможение, или ускорение с отрицательным знаком. Там же, где появляется ускорение, возникает и соответствующее ему поле тяготения. В отличие от других полей, например электромагнитных, поле тяготения обладает одним замечательным свойством: все находящиеся в нем тела испытывают ускорение, не зависящее ни от материала, ни от их физического состояния. Поэтому кусок свинца и равный ему по массе кусок дерева ведут себя в таком поле совершенно одинаково: они падают на Землю вблизи ее поверхности с одинаковым ускорением, равным 9,81 м/с².

Поскольку по отношению к разным системам отсчета механические движения происходят по-разному, то возникает естественный вопрос: как будет двигаться световой луч в разных системах? Мы уже знаем, что в инерциальной системе отсчета свет распространяется по прямой линии, с постоянной скоро-стью с = 300 000 км/с. Относительно системы отсчета, имеющей ускоренное движение, световой луч не будет двигаться прямолинейно, ибо в этом случае он будет находиться в поле тяготения. Следовательно, в поле тяготения световые лучи распространяются криволинейно. Точнее говоря, в поле тяготения они распространяются по геодезическим линиям как кратчайшим расстояниям между двумя точками. Этот результат имеет важ-нейшее значение для проверки и обоснования общей теории относительности. Для полей тяготения, доступных нашему наблюдению, такое искривление световых лучей слишком мало, чтобы проверить его экспериментально, но если луч будет проходить, например, вблизи Солнца, обладающего огромной мас-сой в сравнении с массой Земли, то его искривление можно измерить. Впервые такие измерения были проведены во время полного солнечного затмения в 1919 г., и они полностью подтвердили предсказание общей теории относительности.

Искривление светового луча в поле тяготения свидетельствует, что скорость света в таком поле не может быть постоянной, а изменяется от одного места к другому.

Отсюда некоторые ученые сделали вывод, что общая теория относительности отвергает специальную теорию, где скорость света считается постоянной величиной. Автор обеих теорий -- Альберт Эйнштейн считал такой вывод совершенно необоснованным.

4. Философские выводы из теории относительности

Теория относительности явилась первой физической теорией, которая радикально изменила взгляды ученых на пространство, время и движение. Если раньше пространство и время рассматривались обособленно от движения материальных тел, а само движение -- независимо от систем отсчета, т.е. считалось движением абсолютным, то с возникновением специальной тео-рии относительности было твердо установлено, что:

всякое движение может описываться только по отношению к другим телам, которые могут приниматься за системы отсчета, связанные с определенной системой координат;

пространство и время тесно взаимосвязаны друг с другом, ибо только совместно они определяют положение движущегося тела. Именно поэтому время в теории относительности выступает как четвертая координата для описания движения, хотя и отличная от пространственных координат;

специальная теория относительности показала, что ковариантность, или одинаковость формы, законов механики для всех инерциальных, или галилеевых, систем отсчета сохраняет свою силу и для законов электродинамики, но только для этого вместо преобразований Галилея используются преобразования Лоренца;

при обобщении принципа относительности и распространении его на электромагнитные процессы постулируется постоянство скорости света, которое никак не учитывается в механике.

Общая теория относительности отказывается от такого ограничения, так же как и от требования рассматривать лишь инерциальные системы отсчета, как это делает специальная теория. Благодаря такому глубокому обобщению она приходит к следующему выводу.

Все системы отсчета являются равноценными для описания законов природы.

С философской точки зрения наиболее значительным результатом общей теории относительности является установление зависимости пространственно-временных свойств окружающего мира от расположения и движения тяготеющих масс.

Именно благодаря воздействию тел с большими массами происходит искривление путей движения световых лучей. Следовательно, гравитационное поле, создаваемое такими телами, определяет в конечном итоге пространственно-временные свойства мира.

В специальной теории относительности абстрагируются от действия гравитационных полей, и поэтому ее выводы оказываются применимыми лишь для невеликих участков пространства-времени.

Важнейший вывод теории относительности о физической эквивалентности массы и энергии может навести на мысль, что вещество представляет собой огромную концентрацию энергии. Понятие же энергии служит характеристикой поля. Нельзя ли было бы поэтому построить всю физику на еди-ном понятии поля? Такая грандиозная программа была выдвинута А. Эйнштейном, но, к сожалению, она осталась незавершенной.

Концепцию относительности, лежащую в основе общей и специальной физической теории, не следует смешивать с принципом относительности наших знаний, в том числе и в физике. Если первая из них касается движения физических тел по отношению к разным системам отсчета, т.е. характеризует процессы, происходящие в объективном, материальном мире, то вторая относится к росту и развитию нашего знания, т.е. касается мира субъективного, характеризуя процессы изменения наших знаний об объективном мире. Не подлежит сомнению, что между этими процессами имеется определенная связь, и сами физики признают, что возникновение теории относительности повлияло на характер мышления ученых.

К сожалению, принцип относительности в физике был использован некоторыми западными философами для защиты философского релятивизма, суть которого сводится к отрицанию объективно истинного содержания о реальном мире в нашем знании. Раз наши принципы и теории меняются, значит, заявляют релятивисты, в них не содержится никакой объективной истины, и поэтому сама истина объявляется соглашением ученых, удобным средством для классификации фактов, экономным описанием действительности и т.п. Даже предварительное знакомство с результатами физической теории относительности показывает явную несостоятельность философского релятивизма. Поэтому следует ясно различать релятивизм, или относительность, в реальном физическом мире и релятивизм, или относительность, наших знаний.

Заключение

Современные космологические модели еще более развивают представления о пространстве-времени нашей Вселенной. Здесь ставятся вопросы о том, почему пространство мира, в котором мы живем, трехмерно? Возможна ли жизнь нашего типа в пространстве с большим числом измерений? Что представляет собой пространство в масштабах порядка 10³³см?

Каковы его метрика и топология? Как связаны между собой известные типы физических взаимодействий и пространственно-временная структура нашей Вселенной? Эти и другие вопросы составляют ядро современных исследований теоретической физики. Решение их позволит углубить наши представления о пространстве -- времени.

Список использованной литературы

1. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям.- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2008.- 304 с.

2. Ахундов М.Д. Концепции пространства и времени: Истоки, эволюция , перспективы.- М., 1982. - 247 с.

3. Пайс А. научна деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна.- М., 1989. - 281 с.

4. Кузнецов Б.Г. От Галилея до Эйнштейна.- М., 1966. - 243 с.

5. Найденыш В.М. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие.- М.: Гардарики, 2003.- 476 с.