Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Челябинский Государственный педагогический университет

Отдел заочного образования

Контрольная работа

по дисциплине: «Концепции современного естествознания»

на тему: «Топологические свойства пространства и времени»

Выполнила:

студентка гр.251 Нагаева Т.Ю.

Проверила:

преподаватель Баркова В.В.

Содержание

Введение

1. Развитие представлений о пространстве и времени

1.1 Исторический экскурс

1.2 Различные подходы к вопросу пространства и времени

2. Теория относительности

3. Развитие представлений о времени и пространстве у детей

3.1 Особенности формирования пространственных и временных представлений у детей с «нормой» и при интеллектуальной недостаточности

3.2 Способы формирование представлений пространства и времени у детей с нарушением интеллекта

Заключение

Список литературы

Введение

С проблемой пространства и времени человек сталкивается ежедневно, ежеминутно.

Время является регулятором всей деятельности человека. Ни одна деятельность не проходит без восприятия времени и пространства.

Восприятие времени - это отражение длительности и последовательности явлений и событий.

Точность оценки временных интервалов определена динамикой процессов возбуждения и торможения.

Дифференцировка временных интервалов является результатом условных рефлексов на время (И.П. Павлов).

Особенности времени как объективной реальности затрудняют его восприятие нормально развивающимися детьми.

У детей с нарушением интеллектуального развития замедленная, ограниченная восприимчивость, инактивность и недифференцированность ощущений и восприятий еще больше затрудняет формирование временных представлений.

Дефектное развитие ощущений и восприятий у умственно отсталых детей оказываются ядерными симптомами умственной отсталости, которые затрудняют формирование представлений о пространстве и времени, тормозят развитие психических процессов, в частности, мышления (С.Я. Рубинштейн, Ж.И. Шиф).

1. Развитие представлений о пространстве и времени

1.1 Исторический экскурс

В материалистической картине мира понятие пространства возникло на основе наблюдения и практического использования объектов, их объема и протяженности.

Понятие времени возникло на основе восприятия человеком смены событии, последовательной смены состояний предметов и круговорота различных процессов. В ходе непосредственного общения с окружающим миром, изучая и осваивая впечатления о нем, человечество выработало ряд основных понятий, на которых строится вся наша система знаний. Одним из них является понятие времени.

Эта категория появилась в процессе осознания человеком смены событий, (труд сменяется отдыхом, сон - бодрствованием и т. д.), их круговорота (день сменяется ночью, зима - летом и т.д.). Это привело к мысли о длительности времени.

В истории философии проводился диалектический анализ времени, в результате которого установлено, что основными моментами являются длительность и мгновение. Мгновение - чистое «когда», лишенное длительности. Длительность- продолжительность существования объектов или его элементов, сохранение их существования.

Между длительностями различных явлений имеются временные отношения одновременности и последовательности. Порядок «прошлое-настоящее-будущее» характеризует временное отношение последовательности.

Временная определенность явлений складывается из временной определенности его элементов. В то же время в силу существования между элементами отношений одновременности и последовательности в объекте имеется хронологическая структура. Поэтому временная определенность реального явления есть органическое единство его длительности и хронологической структуры.

С понятием длительности связывается также одномерность, необратимость, равномерность течения.

Время существует объективно, вне и независимо от нашего сознания. Восприятие же и познание его - это лишь отражение в нашем сознании реально существующего времени.

Можно выразить три основные особенности времени:

текучесть, время связано с движением;

необратимость;

отсутствие наглядных форм, «его не видно и не слышно».

Само слово « время» происходит от древнерусского «веремя», что означает «вращение». Прошедшее, настоящее и будущее связаны между собой таким образом, что они не могут поменяться местами. Свойство необратимости времени, протекание времени в одном направлении есть выражение вечного развития природы и общества по восходящей линии, от старого к новому.

В природе регулярно повторяется смена времен года, дня и ночи. Эти явления связаны с суточным вращением земного шара, движением Луны вокруг Солнца. На этой основе и возникли основные единицы измерения времени - сутки, неделя, месяц, год. Деление суток на четыре части (утро, день, вечер, ночь) связано с изменениями, происходящими в окружающей среде в связи с различным положением Солнца и Луны и сменой видов деятельности людей в различные части суток. Эта смена принята условно, так как продолжительность каждой части суток различна.

Человечество прошло длительный путь осознания и определения времени.

В Древней Греции длительность суток определялась по времени, прошедшему между рассветом и закатом. Ночные часы попросту не учитывались, однако, уже древние римляне стали считать время так же, как и мы: от полуночи до полуночи.

Прежде чем были изобретены часы, день и ночь разбивали на двенадцать равных промежутков. Однако такая система была неудобной, так как продолжительность дня и ночи в разное время года непостоянна. Первыми, кто разделил все сутки целиком на 24 части, равные одному часу, были римляне.

Египтяне первыми определили продолжительность года. Жрецы заметили, что ежегодно, примерно одновременно с началом разлива Нила, перед восходом Солнца на небосклоне появлялась яркая звезда. Таких дней между событиями оказалось 365.

Древние египтяне создали первый лунный (месячный) календарь, но он оказался неточным, и римляне видоизменили его. Этот календарь утвердил Юлий Цезарь. Названия месяцев в этом календаре определялись по именам цезарей и других известных людей. Некоторые из них мы используем и в нашем календаре. Поэтому дети с таким трудом запоминают названия месяцев, потому что они не несут смысловой нагрузки для детского восприятия. Например, «июль» назван в честь Юлия Цезаря.

Обычай измерять время семидневной неделей пришел к нам из Древнего Вавилона и, был связан с их изменением фаз Луны.

Число «семь» считалось исключительным, священным. В свое время древние вавилонские астрономы обнаружили, что кроме неподвижных звезд, на небе видны семь блуждающих светил, которые были названы планетами. Древне-вавилонские астрономы считали, что каждый час суток находится под покровительством определенной планеты.

Дни недели получили свое название от имени богов. Затем эти названия перешли к римлянам, а потом и в календари многих народов Западной Европы. Понедельник считался днем Луны, вторник - днем Марса, среда - днем Меркурия, четверг - днем Юпитера, пятница - днем Венеры, суббота - днем Сатурна, воскресенье- днем Солнца. Названиями планет пользуются для обозначения дней недели и многие азиатские народы.

На Руси неделю называли седмицей. Воскресенье называлось неделей (нет дел, день отдыха). Понедельник-день после недели, вторник-второй, среда-середина седмицы, четверг-четвертый, пятница-пятый день, суббота - от слова «сабат» или «шабаш»- конец всяких дел, последний трудовой день недели.

Система счисления продолжительных промежутков времени - календарь. Потребность измерять время возникла у людей уже в глубокой древности. Первые календари появились много тысяч лет назад, на заре человеческой цивилизации. Сегодня все народы мира пользуются солнечным календарем, унаследованным от древних римлян.

Календарем принято называть определенную систему счета больших промежутков времени. Слово «календарь» произошло от латинских слов «калео» (провозглашать) и «календариум» (долговая книга). В Древнем Риме начало каждого месяца провозглашалось особо, и первого числа каждого месяца там было принято уплачивать проценты по долгам. Современные календари мы унаследовали от древних римлян.

1.2 Различные подходы к вопросу пространства и времени

Неотделимость пространства и времени от материи и самой материи от этих основных форм существования - одно из важнейших положений диалектического материализма, постоянно подтверждаемое и обогащаемое прогрессом естествознания.

Познание пространственно-временных отношений непосредственно связано с отражением явлений материального мира и определяется им. Эта закономерность достаточно ясно проявляется в области непосредственно чувственного отражения, то есть, в области ощущений и восприятий.

Временные особенности динамики ощущений оказались неотъемлемыми чертами ощущений как элементарных чувственных знаний о внешнем мире. Время психических реакций (как простых, так и реакций выбора) стало оцениваться как постоянный компонент ощущений и восприятий, связанный с их модальностью подобно качеству и интенсивности. Стало общепринятым считать, что все модальности без исключения существуют во времени и являются каналом информации о временных характеристиках внешних раздражителей.

С совершенствованием средств отражения пространства и времени возрастают возможности более точного и глубокого познания предметной действительности.

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, развито 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 типа этих понятий абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные) и дает им следующую типологическую характеристику:

- абсолютное, истинное, математическое 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; продолжительное и, 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. Эта концепция «черного ящика», о которой уже говорилось выше. 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 важнейшим 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 внепространственным 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 создает 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 прекратится, а вместе с миром исчезнут пространство и время. И снова будет только вечность, как атрибут Бога, и его бесконечная вездесущность. 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, содержатся глубокие противоречия. Ведь однократный акт сотворения мира и обреченность его на грядущую гибель не соответствует бесконечному могуществу, совершенству и мудрости Бога. Этим божественным атрибутом 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 идеи создавало бы бесконечное пространство и время. Подобные идеи, высказанные в общем виде еще александрийский теологом Оригеном (Ш в. н.э.), и объявленные вскоре ересью, в новое время развивались в философии Лейбница, выдвинувшего идею о предустановленной гармони в каждом из потенциально возможных миров. Лейбниц рассматривал пространство как порядок сосуществования 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 не зависящих ни от чего реальностей, подвластных только Богу.

Есть концепции (Беркли, 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 подле другого. Так, Кант рассматривал пространство и время как априорные (доопытные) формы чувственного созерцания, вечные категории сознания, аргументируя это ссылкой на стабильность геометрии Евклида в течение 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 пространств, в котором силы находят свою конечную цель благодаря божественному провидению. Концепция же близкодействия (Декарт, Гюйгенс, Френель, Фарадей) была связана с пониманием пространства как протяженности вещества и эфира, в котором свет распространялся 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 физики, 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.

2. Теория относительности

Исходным пунктом этой теории стал классический принцип относительности. Он был сформулирован еще Г. Галилеем: во всех инерциальных системах отсчета движение тел происходит по одинаковым законам. Инерциальными называются системы отсчета, движущиеся друг относительно друга равномерно и прямолинейно.

Галилей разъяснял это положение различными наглядными примерами. Представим путешественника в закрытой каюте спокойно плывущего корабля. Он не замечает никаких признаков движения. Если в каюте летают мухи, они отнюдь не скапливаются у задней ее стенки, а спокойно летают по всему объему. Если подбросить мячик прямо вверх, он упадет прямо вниз, а не отстанет от корабля, не упадет ближе к корме.

Из принципа относительности следует, что между покоем и движением - если оно равномерно и прямолинейно - нет никакой принципиальной разницы. Разница только в точке зрения.

Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и он имеет все основания считать, что книга движется и притом с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится?

На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить просто «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал только свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Они оба правы, и чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.

Таким образом, слово «относительность» в название принципа Галилея не скрывает в себе ничего особенного. Оно не имеет никакого иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в утверждение 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 понятия 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, 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 тела к скорости света, а 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 часы будут меняться точно таким же образом. Согласно принципу относительности, все процессы в инерциальных системах отсчета протекают одинаково. Но если система является неинерцинальной, то релятивистские эффекты можно заметить и измерить. 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 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 более 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.

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. Долгое время ее вообще считали бесконечной. Она была установлена в XIX в., составив 300 000 км/с. Это огромная скорость по сравнению с обычно наблюдаемыми скоростями в окружающем нас мире. Например, линейная скорость вращения Земли на экваторе равна 0,5 км/с. скорость Земли в ее орбитальном вращении вокруг Солнца - 30 км/с, скорость самого Солнца в его движении вокруг центра Галактики - около 250 км/с. Скорость движения всей Галактики с большой группой других галактик относительно других таких же групп - еще в два раза больше. Вместе с Землей, Солнцем и Галактикой мы летим в космическом пространстве, сами того не замечая, с огромной скоростью, измеряемой несколькими сотнями километров в секунду. Это огромная скорость, но все же и она мала по сравнению со скоростью света.

Представим себе эксперимент: большой спутник движется по орбите вокруг Земли, и с него, как с космодрома, запускается ракета - межпланетная станция к Венере. Запуск производится строго в направлении движения орбитального космодрома. Из законов классической механики следует, что относительно Земли ракета будет иметь скорость, равную сумме двух скоростей: скорость ракеты относительно орбитального космодрома плюс скорость самого космодрома относительно Земли. Скорости движений складываются, и ракета получает довольно большую скорость, которая позволяет преодолеть притяжение Земли и улететь к Венере.

Другой эксперимент: со спутника испускается луч света по направлению его движения. Относительно спутника, откуда он испущен, свет распространяется со, скоростью света. Какова скорость распространения света относительно Земли? Она остаётся такой же. Даже если свет будет испускаться не по движению спутника, а в прямо противоположном направлении, то и тогда относительно Земли скорость света не изменится. Это иллюстрация того важнейшего утверждения, которое положено в основу специальной теории относительности. Движение света принципиально отличается от движения всех других тел, скорость которых меньше скорости света. Скорости этих тел всегда складываются 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 потому - именно в соответствии с принципом относительности - он справедлив во всех инерциальных системах отсчета.

Скорость света - это верхний предел для скорости перемещения любых тел природы, для скорости распространения любых волн, любых сигналов. Она максимальна - это абсолютный рекорд скорости. 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 скоростью 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 ,будем считать, что это модель пространства. Расположим на этом листе большие и маленькие шарики - модели звезд. Эти шарики будут прогибать лист резины тем больше, чем больше масса шарика. Это наглядно демонстрирует зависимость кривизны пространства от массы тела и показывает также, что привычная нам евклидова геометрия в данном случае не действует (работают геометрии Лобачевского и Римана).

Теория относительности установила не только искривление пространства под действием полей тяготения, но и замедление хода времени в сильных гравитационных полях. Даже тяготение Солнца - достаточно небольшой звезды по космическим меркам - влияет на темп протекания времени, замедляя его вблизи себя. Поэтому если мы пошлем радиосигнал в какую-то точку, путь к которой проходит рядом с Солнцем, путешествие радиосигнала займет в таком случае больше времени, чем тогда, когда на пути этого сигнала при таком же расстоянии не будет Солнца. Задержка сигнала при его прохождении вблизи Солнца составляет около 0,0002 с.

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

Со светом, испускаемым Солнцем, это могло бы случиться, если бы наше светило вдруг сжалось и превратилось в шар с радиусом в 3км или меньше (радиус Солнца равен 700 000 км). Из-за такого сжатия сила тяготения на поверхности, откуда и исходит свет, возрастет настолько, что гравитационное красное смещение окажется действительно бесконечным.

Сразу скажем, что с Солнцем этого никогда на самом деле не произойдет. В конце своего существования, через 15-20 млрд. лет, оно испытает, вероятно, множество превращений, его центральная область может значительно сжаться, но все же не так сильно.

Но другие звезды, массы которых в три и более раз превышают массу Солнца, в конце своей жизни и действительно испытают, скорее всего, быстрое катастрофическое сжатие под действием своего собственного тяготения. Это приведет их к состоянию черной дыры. Черная дыра - это физическое тело, создающее столь сильное тяготение, что красное смещение для света, испускаемого вблизи него, способно обратиться в бесконечность.

Черные дыры возникают в результате неудержимого сжатия вещества под действием его собственного тяготения. Чтобы возникла, черная дыра, тело должно сжаться до радиуса, не превосходящего отношения массы тела к массе Солнца, умноженного на 3км. Это критическое значение радиуса называют гравитационным радиусом тела.

Физики и астрономы совершенно уверены, что черные дыры существуют в природе, хотя до сих пор их обнаружить не удалось. Трудности астрономических поисков 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 этого слова являются черными. Лишь по ряду косвенных признаков можно надеяться заметить черную дыру, например, в системе двойной звезды, где ее партнером была бы обычная звезда. Из наблюдений движения видимой звезды в общем поле тяготения такой пары можно было бы оценить массу невидимой звезды, и если эта величина превысит массу Солнца в три и более раз, можно будет утверждать, что мы нашли черную дыру. Сейчас имеется несколько хорошо изученных двойных систем, в которых масса невидимого партнера оценивается в 5 или даже 8 масс Солнца. Скорее всего, это и есть черные дыры, но астрономы до уточнения этих оценок предпочитают называть эти объекты кандидатами в черные дыры.

Гравитационное замедление времени, мерой и свидетельством которого служит красное смещение, вблизи нейтронной звезды, а вблизи черной дыры, у ее гравитационного радиуса, оно столь велико, что время там как бы замирает.

Для тела, попадающего в поле тяготения черной дыры, образованной массой, равной 3 массам Солнца, падение с расстояния 1 млн. км до гравитационного радиуса занимает всего около часа. Но по часам, которые покоятся вдали от черной дыры, свободное падение тела в ее поле растянемся во времени до бесконечности. Чем ближе падающее тело к гравитационному радиусу, тем более медленным будет представляться этот полет удаленному наблюдателю.

Тело, наблюдаемое издалека, будет бесконечно долго приближаться к гравитационному радиусу и никогда не достигнет его. В этом проявляется замедление времени вблизи черной дыры.

Представления о пространстве и времени, формулирующиеся в теории относительности Эйнштейна, на сегодняшний день являются наиболее последовательными. Но они являются макроскопическими, так как опираются на опыт исследования макроскопических объектов, больших расстояний и больших промежутков времени. При построении теорий, описывающих явления микромира, эта классическая геометрическая картина, предполагающая непрерывность пространства и времени (пространственно-временной континуум), была перенесена на новую область без каких-либо изменений. Экспериментальных данных, противоречащих применению теории относительности в микромире нет. Но само развитие квантовых теорий, возможно, потребует пересмотра представления о физическом пространстве и времени.

3. Развитие представлений о времени и пространстве у детей

3.1 Особенности формирования пространственных и временных представлений у детей с «нормой» и при интеллектуальной недостаточности

Овладение даже элементарными математическими понятиями требует от ребенка достаточно высокого уровня развития таких процессов логического мышления, как анализ, синтез, обобщение, сравнение.

Детям с выраженными нарушениями интеллекта свойственна полная неспособность к отвлечению от конкретной ситуации. Их суждения бедны и большая их часть без переработки заимствованы у окружающих.

У детей - имбецилов с большим трудом вырабатываются новые условные связи, а, возникнув, они оказываются непрочными, а главное, недифференцированными. Слабость дифференциации нередко приводит к уподоблению знаний. Причины уподобления знаний неоднородны. Одна из причин, как указывает Ж.И. Шиф, состоит в том, что приобретенные знания сохраняются неполно, неточно, объединение знаний в системы происходит с трудом. Другая причина слабой дифференциации математических знаний кроется в том, что происходит отрыв математической терминологии от конкретных представлений, непонимание конкретной ситуации задачи, математических зависимостей и отношений между данными, а также между данными и искомыми. Отмечается "застревание" на принятом способе решения примеров, задач.

Трудности в обучении математике детей - имбецилов усугубляются слабостью регулирующей функции мышления. Таким детям свойственна некритичность, слабость самоконтроля.

Основы формирования пространственных и временных представлений у детей младшего школьного возраста.

Математические понятия выражают сложные отношения и формы действенного мира: количественные, пространственные, временные представления, представления о форме и величине.

Абстрактность объектов математики, с одной стороны, конкретность наглядно-действенного и наглядно-образного характера мышления младших школьников, с другой стороны, создают объективные трудности в отборе содержания знаний, методов и способов их представления для обучения.

В связи с этим можно определить содержание знаний о пространстве и времени, с которыми дети должны поступать в школу:

- Представления о времени (времена года, дни недели, части суток);

- Представления о пространстве (ориентировка в окружающей действительности, в схеме собственного тела, на противоположном объекте, на плоскости листа бумаги).

Неотделимость пространства и времени от материи и самой материи от этих основных форм существования - одно из важнейших положений диалектического материализма, постоянно подтверждаемое и обогащаемое прогрессом естествознания.

Познание пространственно-временных отношений непосредственно связано с отражением явлений материального мира и определяется им. Эта закономерность достаточно ясно проявляется в области непосредственно чувственного отражения, то есть, в области ощущений и восприятий.

Временные особенности динамики ощущений оказались неотъемлемыми чертами ощущений как элементарных чувственных знаний о внешнем мире. Время психических реакций (как простых, так и реакций выбора) стало оцениваться как постоянный компонент ощущений и восприятий, связанный с их модальностью подобно качеству и интенсивности. Стало общепринятым считать, что все модальности без исключения существуют во времени и являются каналом информации о временных характеристиках внешних раздражителей.

С совершенствованием средств отражения пространства и времени возрастают возможности более точного и глубокого познания предметной действительности.

Дифференцировка этих отношений влияет на развитие восприятия. В процессе обучения детей пространственно-временная ориентировка является важным условием усвоения знаний, навыков и умений, развития мышления.

В какой бы среде человек не находился, каким бы видом деятельности не занимался, для него жизненно необходимым является правильное отражение изменений, происходящих в пространстве и времени (Л.Н. Люблинская). Различение и обобщение пространственных и временных отношений между воспринимаемыми объектами среды является, по существу, двусторонним процессом. Одна из сторон является собственно перцептивной, непосредственно чувственным отражением определенных связей между объектами. Другая сторона связана с мышлением. Это единство чувственного и логического в отражении пространственных, временных и количественных отношений определяет готовность ребенка к отражению других, более сложных отношений и взаимозависимостей между явлениями внешнего мира. Дифференцировка пространственных, временных и количественных отношений между объектами предшествует образованию знаний о функциональных, структурных и причинно-следственных отношений между вещами, составляющих сущность логического мышления. Все эти виды отражаемых отношений между объектами тесно связаны в чувственном и логическом познании.

Уже в возрасте нескольких месяцев ребенок стремится активно ориентироваться во времени и пространстве. Это необходимо ему для освоения и изучения окружающего его мира. Раньше и легче дается человеку ощущение пространства. Что такое «здесь» и «там», становится понятным довольно скоро. «Здесь» - это то, что доступно, что можно разглядеть, потрогать, попробовать на вкус. «Там» - непосредственно недоступно, но, если приложить усилия, постараться дотянуться или переместиться, то можно превратить «там» в «здесь.» К году или полутора годам ребенок начинает понимать, что такое «сейчас» - оно похоже на «здесь». Чуть позднее выясняется и что такое «скоро»- оно похоже на «там», «недалеко». К трем годам становится ясным, что бывает «сегодня», «завтра», «вчера». Только к 7-8 годам складывается наше обычное интуитивное представление о времени: как о равномерно и повсеместно текущем потоке мгновений.

В своем развитии ребенок, вероятно, повторяет - в очень ускоренном темпе - тот долгий и давний путь, которым человечество, развиваясь от первобытного состояния, пришло к нашему современному понятию времени. Это тоже был путь ощущения, восприятия, исследования и освоения мира. На самых первых порах источником ощущения и переживания времени было, наверное, стремление превратить желаемое в доступное.

Как говорил еще сто лет назад французский психолог М. Гюйо: «Время закрыло доступ к себе существу, которое ничего не желало бы, ни к чему не стремилось…. Будущее - это не то, что идет к нам, а то, к чему мы идем». Цель - действие - достижение. По этому образцу в сознании людей возникла цепочка «будущее - скоро - сейчас», которая превратилась потом в представление о последовательности мгновений, сменяющих друг друга в общем, потоке времени.

Восприятие времени человеком подготовлено всем ходом развития животного мира. Сознательное восприятие времени у человека складывалось в процессе социально-производственной практики. Различного рода орудия измерения времени, временные понятия и т.д. - это отсутствует у животных, для которых восприятие времени - явление чисто биологическое.

У человека ориентировка во времени состоят из двух форм отражения времени. Одна из них - непосредственное ощущение длительности, обусловленное висцеральной чувствительностью, на базе чего образуются условные рефлексы. Другая - собственно восприятие времени, которая, развиваясь на органической основе, связана с обобщающей функцией второй сигнальной системы. Непосредственное восприятие временной длительности выражается в нашей способности чувствовать ее, непосредственно оценивать и ориентироваться во времени без вспомогательных средств. Эту способность называют «чувством времени». В разных видах деятельности «чувство времени» выступает как чувство темпа, то, как чувство ритма, то, как чувство скорости. В формировании этого чувства определенную роль играет накопленный опыт дифференцировки времени на основе деятельности многих анализаторов. Так, чувство времени наряду с чувственным восприятием включает и логические компоненты: знание мер времени. Таким образом, «чувство времени» опирается на взаимодействие первой и второй сигнальных систем.

В раннем возрасте «чувство времени» формируется на основе чувственного опыта без опоры на знание эталонов времени. Младенец кричит, значит, настало время кормления. Ребенок сыт - он спокойно лежит, улыбается. У него нет еще обобщения «чувства времени», оно остается связанным только с той конкретной деятельностью, в которой оно сформировалось, то есть, имеет сравнительно узкую сферу применения. Овладение же единицами времени, и применение их дает возможность пользоваться «чувством времени» более широко.

Чувство времени развивается и совершенствуется в процессе практической деятельности человека, в результате специально организованных упражнений и усвоения способов оценки времени. В таких случаях оно начинает играть роль регулятора деятельности. С одной стороны, развивающееся восприятие времени опирается на чувственную основу, а с другой - на освоение общепринятых эталонов оценки времени. Чувственному восприятию времени способствуют все основные процессы нашей органической жизни, обладающие строгой периодичностью (ритм дыхания, биение сердца и т. д.). Точно так же ежедневный ритм жизни человека способствует выработке условных рефлексов на время.

Время - объект познания - является чрезвычайно многогранной стороной окружающей реальности. Восприятие времени - это отражение в мозгу объективной длительности, скорости, последовательности явлений действительности (Д.Б. Эльконин).

По мнению Д.Б. Эльконина, для познания различных сторон времени нужна функция разных корковых структур мозга.

Процесс восприятия и отражения времени у детей образуется с большим трудом и характеризуется крайней неустойчивостью.

Восприятие детьми тягучести, текучести времени, его необратимости, и периодичности весьма затруднено из-за отсутствия наглядных форм. Сложно для детей и понимание смысла слов, обозначающих временные отношения в силу их относительного характера.

На ранних этапах развития ребенок ориентируется во времени на основе вневременности, качественных признаков. Например, «спокойной ночи» говорят, когда ложатся спать, вечером уже темно и солнца нет.

Дети дошкольного возраста уже относительно точно определяют небольшие промежутки времени, о содержании которых имеют определенное представление на основе личного опыта. Если жизнь детей строго подчинена определенному режиму, то есть, распределена во времени, то ребенок уверенно отмечает утро («Мы еще не завтракали») или вечер. Он различает день («Скоро обед») или ночь («Все спят»).

Но им очень трудно выделить время в давно прошедших событиях, представить себе его длительность, его значение и разместить в последовательном порядке давно минувшие события. У младших школьников есть лишь знание настоящего и смутное представление о прошлом времени: «Это было давно».

3.2 Способы формирование представлений пространства и времени у детей с нарушением интеллекта

В формировании представления о времени большую роль играет слово: в нем абстрагируются и обобщаются различные отрезки времени по их длительности: секунда, минута, час, сутки, неделя, месяц, год и другие. Точность использования детьми этих специальных обозначений зависит о того, каким конкретным содержанием наполняется каждый из временных эталонов, какими основными признаками будет он характеризоваться. Но конкретные признаки, характеризующие те или иные отрезки времени, будут весьма локальны, поскольку определяются разными географическими, экономическими и бытовыми условиями жизни людей.

В разных видах практики у детей складываются более реалистические представления о времени и его единицах (час, день, сутки).

В процессе обучения раскрывается значение наиболее трудных для детей временных наречий, уточняется их понимание. Однако тонкая дифференцировка временных представлений зависит от общего умственного и речевого развития детей.

Своевременное и адекватное формирование понятий о времени у ребенка чрезвычайно важно. В школе, в частности, оно составляет необходимую предпосылку развития причинно-следственного и теоретического мышления, а также условие, обеспечивающее познавательную деятельность в целом.

Как уже отмечено, время не имеет наглядных форм, с ним нельзя совершать действия. Для восприятия времени у человека нет специального анализатора. Время познается опосредованно, через движение и ритм жизненных процессов или с помощью специального прибора. У взрослого человека - это результат деятельности ряда анализаторов, действующих в системе. У ребенка такой слаженности в работе анализаторов нет. Восприятие времени легко искажается субъективными факторами:

- заполненностью временного промежутка;

- его значимостью для субъекта;

- состоянием самого человека (ожидание, увлеченность).

Освоение времени осуществляется через практическую деятельность детей. Поэтому детей надо знакомить с такими интервалами времени, которыми можно измерять и определять длительность, последовательность различных видов деятельности. В ходе деятельности на ребенка воздействует сложный комплекс раздражителей, в котором временные отношения играют второстепенную роль. Поэтому в ходе специального обучения нужно организовать соответствующую деятельность, направленную на измерение времени при помощи приборов, демонстрирующих те или иные промежутки времени и их взаимосвязь, то есть время должно быть предметом специального внимания детей. В ходе такой деятельности создаются условия для формирования более четких представлений о времени.

Развитие временных представлений и ориентировка во времени связаны с повседневной жизнью и деятельностью детей.

Специально организованное обучение ведет к тому, что представление о времени у детей быстро совершенствуются, становятся более систематичными, осознанными, развивается чувство времени.

Знание эталонов времени, умение устанавливать временные отношения способствует осознанию детьми последовательности происходящих событий, причинно-следственных связей между ними. Ориентирование во времени должно базироваться на чувственной основе, то есть переживании длительности времени в ходе осуществления разнообразной деятельности, которая по-разному окрашена эмоционально, а также наблюдениями за явлениями и событиями окружающей жизни.

Формирование временных представлений и ориентировки во времени у умственно отсталых детей проходит с еще большими трудностями и гораздо медленнее, чем у нормально развивающихся детей. Такой вывод был сделан И.И. Финкельштейном (1961 год), изучившим представления и понятия о времени у детей-олигофренов с первого по седьмой класс вспомогательной школы в возрасте от девяти до семнадцати лет. Свое исследование И.И. Финкельштейн проводил по трем направлениям:

представления и понятия о времени, не связанные со счетом (бытовое время);

представления и понятия о времени, связанные со счетом (математическое время);

представления и понятия о времени, как об историческом отрезке (историческое время).

Исследование показало, что нормально развивающиеся первоклассники лучше ориентируются во времени, чем умственно отсталые ученики первого класса вспомогательной школы.

Понятие временной длительности образуется значительно позже, чем представление о последовательности. У умственно отсталых детей понятие длительности складывается лишь в 5-6 классах, то есть старших классах вспомогательной школы.

Умственно отсталые школьники, поступившие в 1 класс вспомогательной школы, не знают дней недели, почти не владеют элементарной временной терминологией. Они не могут представить того, что время течет не останавливаясь, и его течение необратимо. Некоторые ученики считают, что ночью часы останавливаются, так как все спят.

Ученики заучивают названия времен года, однако применить свои знания не могут.

У умственно отсталых детей нет реальных представлений о единицах измерения времени, их конкретной наполняемости.

Дети с нарушениями интеллекта имеют очень нечеткие представления о длительности отдельных видов деятельности, даже тех, которые связаны с их повседневной жизнью.

Отмечаются затруднения в формировании представлений отдаленности и последовательности событий. Им трудно представить отрезки времени, удаленные на сотни, тысячи, десятки лет.

Временные понятия трудны для усвоения, так как очень специфичны. Их специфичность объясняется:

1) Невозможностью восприятия времени органами чувств: время в отличие от других величин (длины, веса, площади и т.д.) нельзя видеть, осязать, мускульно ощущать.

2) Косвенным измерением времени, то есть измерением через те измерения, которые происходят за определенный промежуток времени: расстоянием (пешеход прошел 5 километров за один час), количеством движений (2 хлопка - одна секунда) и т. д.

3) Отличными от закономерностей соотношениями десятичной системы исчисления (1час - 60минут, 1минута - 60секунд и т.д.).

4) Обилием временной терминологии (потом, раньше, сейчас, после, до, медленно, скоро) и относительностью ее употребления (то, что вчера было завтра, завтра будет вчера).

Таким образом, специфика временных понятий и нарушение психического развития детей с нарушением интеллекта затрудняют возможность самостоятельного, спонтанного познания и развития временных представлений. В связи с этим особое значение приобретает специально организованный процесс обучения.

Используя принцип поэтапного формирования ориентировки во времени, предложенный Т.Д. Рихтерман, были разработаны методические приемы, позволяющие реализовать указанный принцип в работе с аномальными детьми. В методику формирующего эксперимента введено моделирование временного интервала (минуты) с помощью бумажных полосок - «минуток».

Для лучшего усвоения материала необходимо перед каждым разделом изучаемого материала проводить подготовительную работу Весь процесс формирования временных представлений у детей с нарушением интеллекта проводится с учетом следующих требований:

1. Необходимо формировать временные представления на базе детских наблюдений, опыта, практики. Связывать каждый факт, явление, события со временем, в которое оно протекает.

2. Знакомить учащихся (до изучения единиц измерения времени и их соотношений) с помощью бесед, игр с отношениями времени, сутки больше, чем день или ночь, сутки меньше недели, год больше месяца, час больше минуты и т. д.

3. Показывать продолжительность единиц времени, возможное конкретное их содержание с тем, чтобы ученик ощутил длительность этого промежутка времени в различных условиях, постиг путем опыта, что можно сделать за ту или иную единицу времени.

4. Формировать, как можно раньше, правильные представления о длительности событий, явлений, которые учащиеся постоянно наблюдают или в которых участвуют (например, режимных моментов, урока, перемены и т. д.). Учащиеся должны накапливать опыт в определении длительности промежутка времени, необходимого для выполнения той или иной работы, подмечать зависимость между количеством продукции и затраченным на ее изготовление временем, отчетливо выделять связи и отношения между явлениями и событиями, давать им четкое словесное описание.

5. Проводить работу по формированию временных представлений и понятий на других учебных предметах (уроках музыки, русского языка, физкультуры, рисования) и во внеурочное время.

6. Проводить работу по развитию временных представлений систематически независимо от темы урока, затрачивая по 5-10 минут урока.

В первом классе уточняются представления о частях суток (утро, день, вечер, ночь). Учитель знакомит детей с понятием «сутки». Учащиеся должны овладеть определенной группой слов, словосочетаний (рано, поздно, быстро, медленно).

К концу пропедевтического периода учащиеся должны уметь чередовать понятия «вчера», «сегодня», «завтра». Эти понятия могут быть усвоены только при систематическом их употреблении. Необходимо регулярно спрашивать детей, что было накануне (вчера), что произойдет в дальнейшем (завтра), какие дела нужно выполнить сегодня.