Проблематика бесконечности пространства и времени. реферат. Реферат по логическим теориям пространства и времени на тему
 Скачать 183.26 Kb.
|
|
РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ Факультет физико-математических и естественных наук Кафедра прикладной информатики и теории вероятностей РЕФЕРАТ ПО ЛОГИЧЕСКИМ ТЕОРИЯМ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ НА ТЕМУ “Проблематика бесконечности пространства и времени” Студент: Квашнин А.А. (1032172801) Группа: НПИ-01-17 МОСКВА 2019 г. Содержание Общие представления о пространстве и времени 3 Понятие бесконечности 5 Бесконечность пространства 6 Общие представления о пространстве и времени Пространство и время бесконечны, они не имеют ни начала, ни конца. Но бесконечность пространства складывается из вполне ограниченных, конечных протяженностей. Бесконечность времени тоже складывается из конечных длительностей, в течение которых существуют конкретные явления и процессы. Очевидно, что проблема единства конечности и бесконечности пространства–времени гораздо более сложна, чем было показано выше. Понятия «конечность» и «бесконечность» относительны. Если Вселенная изотропна, то в ней есть одна физически преимущественная система координат. Но если Вселенная анизотропна, то систем координат может быть множество, и тогда в одной движущейся системе координат Вселенная окажется конечной, а в другой – бесконечной. Наши наглядные представления о бесконечности имеют мало общего с ее природной сущностью. За пределами нашей Вселенной, несомненно, существуют другие неизвестные нам миры с особыми свойствами, а это и есть в принципе философское понимание бесконечности материального мира, которое подтверждается с каждым новым открытием в области естественных наук. Итак, объективность, вечность, бесконечность – характерные признаки и пространства, и времени. Но, будучи двумя различными формами бытия, они обладают специфическими особенностями, одной из которых является их размерность. Специфическим свойством пространства является его трехмерность. Любой процесс или объект окружающего нас мира существует в пространстве с тремя измерениями, что означает реальную возможность определить положение тела относительно других явлений и объектов, как минимум, тремя координатами. Для определения временных характеристик достаточно одной координаты, ибо время всегда движется в одном направлении – от прошлого к настоящему и будущему, оно необратимо, одномерно. Поскольку пространство и время органично взаимосвязаны, то сформировалось представление о четырехмерном мире, четырехмерном пространственно-временном континууме (лат. – непрерывная совокупность). В связи с новейшими открытиями в микро- и мегамирах вновь возникла проблема многомерности пространства. Эта проблема активно обсуждалась в науке XIX века в связи с введением в математические расчеты геометрических образов «n»-мерного пространства. Современные гипотезы, пытающиеся объяснить процесс рождения Вселенной, причину «первородного взрыва», связаны с концепцией суперполя, которая все известные нам силы природы, свойства вещества и полей рассматривает как частичные случаи, проявления единого суперполя. Эта концепция делает только первые шаги, и одним из выводов ее является положение о том, что на малых расстояниях к привычным нам четырем измерениям добавляется 6 или 7 новых. Пространство–время становится 10 и 11 мерным. Смысл дополнительных измерений пока не ясен, но известно, что по каждому из дополнительных «направлений» мир очень искривлен, похож на крохотное замкнутое кольцо, если представить математический образ наглядно, т.е. эти направления замыкаются в микромире, поэтому наблюдать их невозможно. Пока гипотеза суперполя только создается, физический смысл многих понятий не известен. Вполне возможно, что развитие порождает наряду с нашей Метагалактикой другие миры, в которых отсутствуют условия для возникновения известных нам видов материи. Но возможно, что дальнейшее развитие науки найдет объяснение вновь открытым измерениям, создав более совершенную теорию. Во всяком случае, ничего мистического в необычных и недоступных нынешним представлениям явлениях нет. И открытие новых явлений лишний раз доказывает неисчерпаемость, бесконечность мира во времени и пространстве. Пространство и время представляют собой формы материального бытия, выражающие определенные способы координации материальных объектов и их состояний. Содержанием этих форм являются определенные виды движущихся материальных систем, и именно особенности и характер развития материального образования определяют основные свойства пространства и времени. Современная наука выявила качественную специфику пространства-времени в неживой, живой и социально организованной материи, а также существенные отличия в неживой природе свойств пространства и времени в микро-, макро- и мегамирах. Огромный вклад в разработку научных представлений о пространстве и времени, об их связи с движущейся материей внес великий русский математик Н.И.Лобачевский, один из создателей неевклидовых геометрий. Разрабатывая проблемы геометрии, он пришел к выводу о том, что свойства пространства-времени не являются неизменными, а зависят от свойств движущейся материи. Такого же мнения придерживались Б.Риман, Г.Минковский, А.Энштейн. Специальная теория относительности выявила новый, более глубокий характер связи пространства-времени с материей, выразила эти связи математически, установила изменения скорости течения времени и пространственных размеров тел в зависимости от скорости движения самой материальной системы. Понятие бесконечности Понятие бесконечности, значение которого в современной системе познания столь невообразимо велико, зародилось в глубочайшей древности и при становлении прошло весьма сложный путь. Достаточно упомянуть хотя бы начальный страх перед бесконечностью, выразившийся в создании идеи «больше этого числа нет числа». Впервые это понятие обсуждается в Древней Греции в школе элеатов: Зенон вводит понятие актуально бесконечного и пытается показать, что допущение актуально бесконечного ведет к апориям — парадоксам, противоречиям. Кратко смысл зеноновых парадоксов передает Аристотель: «Есть четыре рассуждения Зенона о движении, доставляющие большие затруднения тем, которые хотят их разрешить. Первое, о несуществовании движения на том основании, что перемещающееся тело должно сначала дойти до середины, чем до конца. Второе, так называемый Ахиллес. Оно заключается в том, что существо, более медленное в беге, никогда не будет настигнуто самым быстрым, ибо преследующему необходимо раньше прийти в место, откуда уже двинулось убегающее, так что более медленное всегда имеет некоторое преимущество. Третье заключается в том, что летящая стрела стоит неподвижно: оно вытекает из предположения, что время слагается из отдельных «теперь». Четвертое рассуждение относится к двум разным массам, движущимся с равной скоростью, одни — с конца ристалища, другие — от середины, в результате чего, по его мнению, получается, что половина времени равна его двойному количеству». Не допуская актуальной бесконечности, Аристотель определяет бесконечное как то, вне чего всегда что-то есть. А может ли существовать нечто такое, вне чего больше ничего нет? «Там, где вне ничего нет, — говорит Аристотель, — это законченное и целое: это то, у которого ничто не отсутствует, например, целое представляет собой человек или ящик... Целое и законченное или совершенно одно и то же, или сродственны по природе; законченным не может быть ничто, не имеющее конца, конец же — граница». Бесконечное — это материя, т. е. всего лишь возможность, в ее античном понимании — нечто вполне неопределенное, не имеющее в себе связи, лишенное всякой структуры. Целое же — это материя оформленная, и «конец», «граница», структурирующая его и делающая актуально сущим, действительным, т. е. бытием, — это форма. Средневековая наука опиралась на теории, созданные еще в античности: геометрию Евклида, астрономическую систему Птолемея и физику Аристотеля. Характерной особенностью античной науки было стремление строить теорию, не прибегая к понятию актуальной бесконечности. С точки зрения математики бесконечность есть величина, которая постоянно возрастает, но никогда не завершается, не становится равной чему-то определенному. С точки зрения физики это звучит так: возрастание - это процесс, связанный со временем. То есть, пока существует время происходит возрастание, но если допустить отсутствие этой формы существования, то произойдет остановка возрастания и бесконечность станет равной чему-то определенному, то есть бесконечность станет конечной. Геометрический образ бесконечности – линия, вдоль которой можно двигаться с любой сколь угодно большой скоростью, но никогда не достичь ее конца которого нет. С физической точки зрения это утверждение означает приоритетность пространства над временем, а также, то, что форма существования пространства является бесконечной. Бесконечность пространства В действительности все обстоит еще сложнее. Дело в том, что теория относительности рассматривает пространство и время как единое образование, так на зываемое «пространство — время», в котором временная координата играет столь же существенную роль, что и пространственные. Поэтому в самом общем случае мы, с точки зрения теории относительности, можем говорить только о конечности или бесконечности именно этого объединенного «пространства — времени». Но тогда мы вступаем в так называемый четырехмерный мир, обла дающий совершенно особыми геометрическими свойствами, самым существенным образом отличающимися от геометрических свойств того трехмерного мира, в кото ром мы живем. С другой стороны, четырехмерное «пространство — время» теории относительности — это не просто удобный математический аппарат. Оно отражает вполне опреде ленные свойства, зависимости и закономерности реаль ной Вселенной. И поэтому при решении проблемы бес конечности пространства с точки зрения теории относительности мы вынуждены считаться и со свойствами «пространства — времени». Еще в двадцатых годах теку щего столетия А. Фридман показал, что в рамках теории относительности раздельная постановка вопроса о про странственной и временной бесконечности Вселенной воз можна не всегда, а только при определенных условиях. Этими условиями являются: однородность, т. е. равно мерность распределения материи во Вселенной, и изо тропность, т. е. одинаковость свойств по любым направлениям. Только в случае однородности и изотропности единое «пространство — время» расщепляется на «од нородное пространство» и универсальное «мировое время». Но, как мы уже отмечали, реальная Вселенная зна чительно сложнее однородных и изотропных моделей. А это значит, что четырехмерный мир теории относи тельности, соответствующий тому реальному миру, в ко тором мы живем, в общем случае на «пространство» и «время» не расщепляется. Поэтому если даже с увели чением точности наблюдений мы сможем вычислить среднюю плотность (а значит, и местную кривизну) для нашей Галактики, для скопления галактик, для доступ ной наблюдениям области Вселенной, — это не будет еще решением вопроса о пространственной протяжен ности Вселенной в целом. Таким образом, при современном состоянии общей теории относительности и астрономических наблюдений мы не можем получить достаточно полного ответа на вопрос о пространственной бесконечности Вселенной. Уже из того, о чем говорилось выше, совершенно очевидно, что эта проблема предельно сложна. И все же она еще неизмеримо сложнее. Объяснить — это значит свести к известному. Подобный прием используется почти в каждом научном исследова нии. И когда мы пытаемся решить вопрос о геометрических свойствах Вселенной, мы тоже стремимся свести эти свойства к привычным понятиям. Свойства Вселенной как бы «примериваются» к су ществующим в данный момент абстрактным математическим представлениям о бесконечности. Но являются ли эти представления достаточными для описания Вселен ной вцелом? Из-за этого решение вопроса о реальной беско нечности Вселенной превращается, в своего рода лоте рею, в которой вероятность выигрыша, т. е. случайного совпадения хотя бы достаточно большого числа свойств реальной Вселенной с одним из формально выведенных эталонов бесконечности, весьма незначительна. В настоящее время эта проблема уже встала перед физиками. Всерьез обсуждается вопрос о возможности так называемого квантования пространства (а также и времени), т. е. выделения в нем некоторых «элементарных» ячеек, которые являются предельно малыми. Нельзя также забывать о бесконечном разнообразии свойств Вселенной. Ведь Вселенная — это, прежде всего процесс, характерными особенностями которого являются непрерывное движение и непрестанные переходы ма терии из одного состояния в другое. Поэтому бесконеч ность Вселенной — это и бесконечное разнообразие форм движения, видов материи, физических процессов, вза имосвязей и взаимодействий и даже свойств конкретных объектов. |