Геометрический анализ пространства опирается прежде всего на исторический опыт землепользования. — КиберПедия 

Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...

Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...

Геометрический анализ пространства опирается прежде всего на исторический опыт землепользования.

2017-11-27 195
Геометрический анализ пространства опирается прежде всего на исторический опыт землепользования. 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Пространство и время

Самостоятельность пространства и времени Слайд 2

До настоящего времени нет единой модели пространства и времени, применимой во всех областях естествознания. Ско­рее можно говорить о выборе и создании подходящей модели пространства и времени для решения конкретных задач в раз­ных отраслях науки о природе. Выбор некоторой модели про­странства и времени или ее изменение имеет смысл лишь в глубокому проникновению в сущ­ность изучаемого явления, получению нового знания.

Одно из наиболее обсуждаемых свойств простран­ства и времени связано с выявлением его самостоятельной сущности. Здесь говорят о двух концепциях: субстанциальной и реляционной (релятивистской).

Субстанциальная концепция подразумевает, что при описании природных процессов используются средства классической механики и пространство и время воспринима­ются как нечто самостоятельное: пространство - некоторое пустое вместилище тел, а время - нечто протекающее равно­мерно и иначе называющееся длительностью. Само слово «субстанция» (от лат. substantia — сущность; то, что лежит в основе) подразумевает нечто относительно устойчивое или, другими словами, то, что существует само по себе, не зависит ни от чего другого.

В связи с самостоятельностью сущности пространства и вре­мени возникает потребность в поиске специфических их свойств. В литературе эта проблема рассматривается примени­тельно ко времени. Например,

советский астрофизик Н.А. Ко­зырев в 1963 г. в своей работе «Причинная механика и возмож­ность экспериментального исследования свойств времени» ввел три аксиомы причинности:

1) при­чины и следствия всегда разделяются пространством;

2) причины и следствия всегда разделяются временем;

3) время об­ладает абсолютным свойством, отличающим будущее от про­шедшего.

Если это так, то в пространстве-времени должна су­ществовать точка, не принадлежащая ни причине, ни следст­вию, а наличие хода времени должно служить объяснением того, что при изотропности пространства (независимости свойств физических явлений от направления) в нем всегда раз­личаются правое и левое начала.

Реляционная (релятивистская) концепция использу­ется в случае, если описание явлений действительно требует привлечения теории относительности А. Эйнштейна, где про­странство и время существуют постольку, поскольку сущест­вует материя, т.е. если вдруг исчезнет материя, то исчезнет и пространство, и время. Эта концепция отрицает самостоятель­ную сущность пространства и времени, рассматривая время как отношение или систему отношений между физическими событиями. В ее рамках для времени наиболее ясно раскрыва­ются отношения раньше-позже, очень важные с точки зрения причинно-следственного анализа.

Мерность пространства и времени Слайд 3

Мерность -ко­личество замеров, которые следует сделать для однозначного определения места некоторой точки. Так, чтобы однозначно определить место точки в пространстве в фиксированный мо­мент времени, необходимо и достаточно указать три ее коор­динаты. В наиболее привычной

прямоугольной декартовой сис­теме координат это x,y,z длина, ширина и высота (рис. 5.2, а);

в сферической системе координат требуется указать радиус-вектор г и углы а и (3 (рис. 5.2, б);

в цилиндрической системе -высоту h, радиус-вектор г и угол а (рис. 5.2, в).

Три измерения являются необходимым и достаточным мини­мумом, в рамках которого могут осуществляться все типы взаимодействий материальных объектов. В настоящее время не известно каких-либо форм движения и взаимодействия, кото­рые требовали бы четырех- или пятимерного пространства, и возможность таких процессов не вытекает ни из каких уста­новленных законов природы.

В мате­матике и физике широкое применение получило представление о многомерных пространствах, бесконечномерного пространства. Однако по­нятие пространства здесь имеет условный характер, так как применяется для характеристики совершенно других свойств.

Что касается мерности времени, то чаще всего указывают на его одномерность: для определения времени достаточно за­дать одну координату.

По мнению СТ. Мелюхина, если бы время имело не одно, а два, три измерения и больше, то это означало бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с нашим миры-двойники, в которых те же события разворачиваются в той же последовательности. Соот­ветственно у каждого человека должны были бы существовать двойники в каждом из параллельных миров. Но для таких предположений нет оснований [19].

Другой точки зрения придерживается российский географ Ю.Г. Симонов [5]. Он полагает, что вполне возможно предло­жить двухмерную модель времени, полезную для описания и изучения некоторого класса событий, и рассматривает ее на примере некоторых географических явлений. Здесь следует вспомнить о двух типах времени - солнечном и лунном. С фа­зами лунного и солнечного календарей могут быть связаны различные события. Так, изучая явления на Земле, можно отыскать среди них те, которые связаны лишь с гравитацион­ными полями Земля - Луна и Земля - Солнце. Эти поля могут накладываться друг на друга, то суммируясь, то вычитаясь. В та­ком случае можно говорить об изучении гравитационной сис­темы из трех тел. В фазу новолуния силы лунного и солнечного притяжений складываются, а в фазу полнолуния - вычитаются. Поэтому в фазу новолуния максимальные гравитационные возмущения испытывают Земля и Солнце, а в фазу полнолуния - Луна и Солнце; мини­мум гравитационной напряженности Земли приходится на полнолуние, когда гравитационные поля вычитаются. Таким образом, на Земле гравитационная напряженность нарастает от полнолуния к новолунию, а затем убывает. При нарастании гравитационной волны возникают одни эффекты, а на фоне убывания (снятия) напряженности – другие.

Обратимость пространства и времени Слайд 4

Обратимость пространства и времени - свойство, тесно свя­занное с симметрией.

Как известно, в каждую точку простран­ства можно снова и снова возвращаться. В этом отношении пространство является обратимым.

Что касается време­ни, то обычно подчеркивается его необратимость, означающая однонаправленное изменение от прошлого к будущему: нельзя возвратиться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо временной промежуток в буду­щее. Отсюда делается вывод, что время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей.

В более общем виде решение проблемы обратимости связа­но с рассмотрением двух противоположных концепций - ста­тической и динамической [13]

Согласно статической концепции времени, собы­тия прошлого, настоящего и будущего существуют в извест­ной мере одновременно. Кроме того, все физические законы инвариантны относительно замены знака времени, поскольку время в уравнениях движения классической и квантовой меха­ники берется в квадрате. Это наводит на мысль, что все физи­ческие процессы могут происходить одинаково как в прямом направлении, так и в обратном. Если это действительно так, то имеется принципиальная возможность, перемещаясь во време­ни, оказываться в событиях прошлого или будущего, а также возвращаться из них в настоящее.

Статическая концепция до­пускает возможность построения «машины времени» и неко­торые другие эффекты и парадоксы. Так, если течение времени зависит от скорости движения его носителя, то можно принять парадокс близнецов в теории относительности, о котором го­ворилось ранее, а именно: возвратившийся из космического путешествия космонавт по существу попадает в свое будущее, а его брат, оставшийся на Земле, встречается со своим про­шлым. Эти события происходят одновременно, т.е. в некото­рый момент времени встречаются настоящее с прошлым и на­стоящее с будущим. В такой встрече отсутствует симметрия: один и тот же человек не встречается сразу и со своим прош­лым, и со своим будущим.

Еще один пример. Свет от различных звезд долетает до нас за разные интервалы времени; следовательно, об их современ­ном состоянии мы ничего не знаем, а изучаем их далекое про­шлое, принимая его за настоящее.

В науках о Земле также обсуждаются такие явления. Еще в 1938 г. российский географ акад. К.К. Марков описал явление, которое он назвал метахронностью. Оно проявляется в том, что наступление и чередование фаз и стадий развития геосис­тем происходят несинхронно в разных частях земного шара, даже если эти геосистемы располагаются на одной широте. Например, установлено, что формирование ледникового щита Антарктиды началось значительно раньше, чем оледенение в Северном полушарии.

В настоящее время в науках о Земле обсуждают такое яв­ление, как полихронность, которая предполагает одновремен­ное наличие нескольких пластов времени в одном объекте. Все они существуют в настоящем, но, располагая их в некоторой хронологической последовательности, можно самые древние из них называть прошлым, средней давности - настоящим, а самые молодые - будущим. Полихронность свойственна мно­гим природным явлениям. Поэтому статическая концепция не так уж нелепа, как ее иногда пытаются представить [5].

Динамическая концепция времени противоположна статической: в ней есть лишь настоящее, прошлое существовало, а будущее только еще будет существовать. К прошлому относятся все те события, которые уже осуществились и превратились в по­следующие. Будущие события - это те, которые возникнут из на­стоящих и непосредственно предшествующих им событий. Насто­ящее охватывает все те явления, которые реально существуют и способны к взаимодействию между собой. Взаимодействие воз­можно лишь при одновременном сосуществовании объектов.

В рамках динамической концепции невозможно построение «машины времени» для перемещения в прошлое и будущее. Если бы путешествие в прошлое было реально возможным, тогда, дойдя до некоторого момента, «машина времени» исчез­ла бы вместе с экипажем, поскольку в прошлом их реально не существовало. А при путешествии в будущее надо еще воссо­здать некоторый будущий мир из ничего, куда-то «спрятав» существующий мир, чтобы затем возвратиться в него.

С этой концепцией связана неопределенность понятия насто­ящего, поскольку неясно, какой именно отрезок времени можно считать настоящим - миг, день или более продолжительное время. (Эта проблема стоит и перед представителями гуманитар­ных дисциплин, например современность в истории.) Представ­ление о настоящем можно предельно сузить, выбирая все более и более короткие отрезки времени и доведя их до интервала, до­статочного для того, чтобы его невозможно было принять за на­стоящее. Появляется ощущение, что нет не только прошлого и будущего, но и настоящего. Все, что было, - уже прошлое, все последующее - еще в будущем. Но настоящее может быть и рас­ширено в зависимости от сопоставляемых интервалов и мас­штабов события до часа, дня, года и т.д.

Обычно говорят, что для объектов и явлений настоящее время охватывает тот интервал, в течение которого они физи­чески могут взаимодействовать между собой путем обмена веществом и энергией

Отсюда следует относительность понятия насто­ящего. При этом из систем будущего никаких воздействий и ин­формации не может поступать, ибо эти системы еще не возник­ли, не обладают реальным существованием. Действие всегда происходит только в одном направлении: от прошлого к насто­ящему и от настоящего к ближайшему будущему, в которое на­стоящее переходит, но никогда наоборот. Принято считать, что последнее исключается законом причинности.

 

Геометрические свойства пространства Слайд 5

Размеры микрообъектов

Минимально видимая глазом длина сопоставима с толщиной волоса - около 0,1 мм. Если быть более точным, то невооружен­ным глазом с расстояния наилучшего видения (около 25 см) на­блюдатель со средней остротой зрения может отличить одну мелкую частицу (или деталь объекта) от другой, лишь если они отстоят друг от друга на расстоянии около 0,08 мм. Усилить наше зрение может лупа - собирающая линза - или система линз с небольшим фокусным расстоянием (10-100 мм). С ее помо­щью можно добиться увеличения от 2 до 50 раз, т.е. объект можно рассмотреть в среднем в 10 раз детальнее.

Свойство линзы или системы линз давать увеличенные изо­бражения предметов известно с XVI в. Оптический микроскоп впервые успешно применил в научных исследованиях англи­чанин

Р. Гук, установивший в 1670-х гг. клеточное строение животных и растительных тканей. Примерно в это же время

голландский ученый А. Левенгук открыл с помощью оптичес­кого микроскопа микроорганизмы.

Развитию методов микро--скопических исследований существенно способствовала раз­работка теории образования изображений несамосветящихся объектов в микроскопах немецким физиком Э. Аббе (вторая половина XIX в.).

Современный оптический микроскоп дает увеличение пример­но в 100-1000 раз. Следовательно, размеры объектов, которые можно увидеть в такой микроскоп, составляют 0,0001 мм (10~7м). Различные типы оптических микроскопов предназначены для об­наружения и изучения микроорганизмов (бактерий, микроскопи­ческих грибов, водорослей и вирусов), органических клеток, мел­ких кристаллов, определения и детального изучения минералов, минерального состава и структуры горных пород и т.д.

Размеры макрообъектов

Если допустить, что рост человека составляет в среднем 1,5-2 м, то эта величина превышает диа­метр волоса на четыре порядка.

Размеры большей части предме­тов, окружающих нас, сопоставимы с размерами человеческого тела, иначе было бы трудно иметь с ними дело. Расстояния до объектов, находящиеся на больших расстояниях (холм, лес, поле и т.д.), можно оценить шагами,. Непосредственное восприятие человеком расстояний возможно в диапазоне от 0,1 мм до приблизительно 100 км. Если известны средняя скорость дви­жения некоторого вида транспорта (поезда, машины, самолета и пр.) и время в пути, можно получить представление о преодолен­ном расстоянии: если ехать из одного пункта в другой со скорос­тью 100 км/ч в течение 7 ч, то ясно, что. было преодолено расстояние 700 км; если самолет за 9 ч долетает из Москвы до Петропавлов-ска-Камчатского при средней скорости 800-850 км/ч, то эти насе­ленные пункты разделены расстоянием приблизительно 7500 км.

Чтобы облететь вокруг Земли, самолету потребовалось бы при­мерно в 5 раз больше времени, поскольку ее окружность состав­ляет около 40 000 км. Весьма точно окружность Земли и ее радиус удалось оценить еще в античное время Эратосфену. Он заметил, что в день летнего солнцестояния 21-22 июня в районе г. Сиены (Асуан, Египет) лучи Солнца падают отвесно, а в Александрии, отстоящей на 800 км севернее, угол падения 7,5° (рис. 5.6). Из простейших тригонометрических расчетов следует, что окруж­ность Земли составляет 40 000 км, а ее диаметр - около 12 000 км.

Оценить расстояние до небесных тел можно также с помо­щью очень простых способов. Ближайшим небесным телом для нас является Луна. Еще во II в. до н.э. Гиппарх измерил угол, под которым видна тень, отбрасываемая Землей на Луну во время лунного затмения, а зная диаметр Земли, он довольно точно определил расстояние от Земли до Луны.

В настоящее время для таких целей используют радиолокацию. Сигнал радара направляют на объект и измеряют время, протекшее от посылки сигнала до возвращения отраженной волны. Для Луны это время составит 2,6 с; следовательно, в одну сторону сигнал ле­тел 1,3 с. Поскольку вол­на радара имеет ту же природу, что и световая, и распространяется со скоростью 300 000 км/с, можно заключить, что расстояние Земля -

Луна приблизительно 400 000 КМ.

Наблюдения за движением планет позволяют определить относительные размеры их орбит.

 

Межзвездные пространства

Оценить расстояния до звезд можно несколькими методами.

Один из них связан с измерением светимости звезд. Предполо­жим, что звезды имеют размеры, сопоставимые с размерами Со­лнца. Однако одни из них светят ярче, а другие - слабее, по­скольку одни звезды ближе к нам, другие - дальше. Это позво­ляет вычислить расстояния до звезд. Для этого надо учесть, что если одно из двух одинаково ярких тел находится на расстоянии, в п раз большем, чем другое, то более близкое тело кажется в п раз ярче. Так, интенсивность света Солнца в (миллион) раз ярче Сириуса, т.е. Сириус находится в миллион раз дальше от Земли, чем Солнце. Яркость других звезд, например семи звезд ковша Большой Медведицы, в 9 раз меньше яркости Сириуса; следова­тельно, они должны находиться еще в 3 раза дальше.

Используя этот метод, можно было бы найти расстояния до всех звезд. Однако мы не обязаны верить «на слово», что звез­ды - такие же тела, как и Солнце. Поэтому полезно использо­вать какой-либо иной метод.

В 1830-х гг. для этой цели был предложен метод параллаксов. Этот метод основан на простей­шем способе измерения расстояния до какого-либо недоступ­ного предмета: его визируют из двух разных точек и затем оп­ределяют, как изменяется направление, в котором он виден. Например, отдаленное дерево будет видно немного в ином на­правлении, если пройдем несколько шагов перпендикулярно линии, соединяющей дерево и наблюдателя, и, чем дальше дере­во, тем меньше изменится направление, в котором оно видно. Исходя из этого изменения, вычисляют расстояние до дерева.

При измерении расстояний до звезд используют эффект вра­щения Земли вокруг Солнца (рис. 5.8). Так, зимой мы смотрим на звезду из точки, которая на 300 млн км удалена от летней точки наблюдения. При этом для наблюдателя звезда перемес­тится по небесному своду на расстояние, равное диаметру зем­ной орбиты. Иначе говоря, он увидит звезду, сместившуюся на угол, под которым виден диаметр земной орбиты со звезды. Эти смещения крайне малы, но уже более 150 лет назад были созданы инструменты, способные измерять столь малые сме­щения. Оказалось, что таким методом можно измерить расстояние звезд, отстоящих не более чем на 50 световых лет. (Све­товой год - единица измерения межзвездных расстояний; путь, который свет проходит за год, т.е. 9,46 • 1012 км.) На этом рас­стоянии находится около 300 звезд. Ближайшие от нас звезды (Проксима, Альфа в созвездии Центавра) находятся на рассто­янии приблизительно 4 световых лет.

Смещение множества звезд слишком мало, чтобы его можно было измерить. При этом оценку межзвездных рассто­яний по светимости выполняют путем сравнения звезд одного цвета, которые не слишком различаются по размеру.

Оценив межзвездные расстояния, можно оценить протяжен­ность пустого пространства между нашей Солнечной системой и одной из ближайших звезд - Сириусом: оно в 1 млн раз боль­ше расстояния от Земли до Солнца, т.е. порядка 1014 км. Свету требуется примерно 10 лет, чтобы пройти это расстояние. Если учесть те несколько часов, за которые свет проходит Солнеч­ную систему, то можно получить представление о расстояниях до ближайших звезд.

В самом Млечном пути или около него слабых звезд значительно больше, чем в отдаленных участках неба. Если смотреть в на­правлении, сильно удаленном от Млечного пути, можно заме­тить некоторое количество ярких звезд и почти не увидеть очень слабых. Таким образом, звезды не распределены в пространстве равномерно, а сосредоточены на участке, имеющем вид плоского диска. Наша Солнечная система находится где-то в этом диске.

В настоящее время известно, что в состав Галактики входят не только звезды, но также газы и пыль, которые затрудняют применение рассмотренного метода измерения расстояний. Звезда, видимая через слой газа и пыли, кажется слабее, и мы можем ошибочно заключить, что она дальше от нас, чем на самом деле. Эту трудность позволяют преодолеть другие ме­тоды. С их помощью установлено, что звезды сосредоточены в больших спиральных рукавах, выходящих из центра диска и закрученных в его плоскости.

 

Малые интервалы времени

Сравнительно малой и хорошо воспринимаемой человеком единицей времени является 1 с - это приблизительно интервал между двумя ударами сердца. Наиболее короткий промежуток времени, воспринимаемый человеком, составляет 0,1 с (длитель­ность щелчка пальцами). Смена изображения со скоростью 24 кадра в 1 с приводит к возможности видеть непрерывное изменение яв­лений, а 25-й кадр уже не воспринимается глазом.

Для определения географических координат, в первую оче­редь долготы местности, необходимо точно знать время в измеряемой точке. Ошибка в отсчете времени, равная 1 мин, при определении долготы на широте экватора соответствует иска­жению расстояния на 27,6 км, ошибка в 1 с влечет за собой искажение на 460 м и ошибка в 0,001 с - на 0,46 м.

Для того чтобы измерять время, требуется выбрать систему отсчета, научиться хранить и передавать точное время. Долгие годы единственной системой отсчета было вращение Земли во­круг своей оси и вокруг Солнца, Движение Земли вокруг своей оси также неравномерно, в част­ности сезонная нерегулярность достигает 0,001 с. Поэтому в 1960-х гг. Международный комитет мер и весов принял решение использовать в качестве эталона астрономические атомно-луче-вые цезиевые часы. При этом 1 с = 9 192 631 770 периодам из­лучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонки­ми уровнями основного состояния атома цезия- 133.

Стрелочный секундомер, Элект­рический стрелочный секундомер

Для изучения быстрых процессов существует достаточно большое количество методов: специальная киносъемка, оптические устройства, электронные измерительные схемы и т.д. Для исследования ряда чрезвычайно быстрых ядерных процес­сов применяются различного типа счетчики (Гейгера — Мюл­лера, сцинцилляционный и др.).

Для записи не очень быстрых процессов применяют самописцы различных типов со скоростью движения ленты от нескольких сантиметров в сутки до нескольких метров в се­кунду. Самописцы и шлейфовые осциллографы применяются в сейсмологии для записи упругих колебаний земной коры, в биологии и медици­не - для записи токов сердца (электрокардиография) и т.д. Процессы, протекающие с еще большей скоростью, фиксиру­ют с помощью электронно-лучевого осциллографа, где запись процессов осуществляется посредством пучка электронов.

Еще более быстродействующие приборы потребовались при изучении элементарных частиц, атомного ядра и ядерных реак­ций. Например, многие радиоактивные изотопы имеют чрезвы­чайно малый период полураспада (промежуток времени, в тече­ние которого количество радиоактивного вещества уменьшается вдвое). С редняя продолжительность жизни мюонов составляет миллионные доли секунды.

Современные приборы позволяют прямыми методами изме­рять промежутки времени около 10~13 с. Более короткие про­межутки, в течение которых протекают некоторые ядерные процессы, были получены на основе наблюдения косвенных признаков и теоретических расчетов. Так, в 1950-х гг. была от­крыта целая группа относительно тяжелых и чрезвычайно ко-роткоживущих частиц - резонансов.

 

Пространство и время

Самостоятельность пространства и времени Слайд 2

До настоящего времени нет единой модели пространства и времени, применимой во всех областях естествознания. Ско­рее можно говорить о выборе и создании подходящей модели пространства и времени для решения конкретных задач в раз­ных отраслях науки о природе. Выбор некоторой модели про­странства и времени или ее изменение имеет смысл лишь в глубокому проникновению в сущ­ность изучаемого явления, получению нового знания.

Одно из наиболее обсуждаемых свойств простран­ства и времени связано с выявлением его самостоятельной сущности. Здесь говорят о двух концепциях: субстанциальной и реляционной (релятивистской).

Субстанциальная концепция подразумевает, что при описании природных процессов используются средства классической механики и пространство и время воспринима­ются как нечто самостоятельное: пространство - некоторое пустое вместилище тел, а время - нечто протекающее равно­мерно и иначе называющееся длительностью. Само слово «субстанция» (от лат. substantia — сущность; то, что лежит в основе) подразумевает нечто относительно устойчивое или, другими словами, то, что существует само по себе, не зависит ни от чего другого.

В связи с самостоятельностью сущности пространства и вре­мени возникает потребность в поиске специфических их свойств. В литературе эта проблема рассматривается примени­тельно ко времени. Например,

советский астрофизик Н.А. Ко­зырев в 1963 г. в своей работе «Причинная механика и возмож­ность экспериментального исследования свойств времени» ввел три аксиомы причинности:

1) при­чины и следствия всегда разделяются пространством;

2) причины и следствия всегда разделяются временем;

3) время об­ладает абсолютным свойством, отличающим будущее от про­шедшего.

Если это так, то в пространстве-времени должна су­ществовать точка, не принадлежащая ни причине, ни следст­вию, а наличие хода времени должно служить объяснением того, что при изотропности пространства (независимости свойств физических явлений от направления) в нем всегда раз­личаются правое и левое начала.

Реляционная (релятивистская) концепция использу­ется в случае, если описание явлений действительно требует привлечения теории относительности А. Эйнштейна, где про­странство и время существуют постольку, поскольку сущест­вует материя, т.е. если вдруг исчезнет материя, то исчезнет и пространство, и время. Эта концепция отрицает самостоятель­ную сущность пространства и времени, рассматривая время как отношение или систему отношений между физическими событиями. В ее рамках для времени наиболее ясно раскрыва­ются отношения раньше-позже, очень важные с точки зрения причинно-следственного анализа.

Мерность пространства и времени Слайд 3

Мерность -ко­личество замеров, которые следует сделать для однозначного определения места некоторой точки. Так, чтобы однозначно определить место точки в пространстве в фиксированный мо­мент времени, необходимо и достаточно указать три ее коор­динаты. В наиболее привычной

прямоугольной декартовой сис­теме координат это x,y,z длина, ширина и высота (рис. 5.2, а);

в сферической системе координат требуется указать радиус-вектор г и углы а и (3 (рис. 5.2, б);

в цилиндрической системе -высоту h, радиус-вектор г и угол а (рис. 5.2, в).

Три измерения являются необходимым и достаточным мини­мумом, в рамках которого могут осуществляться все типы взаимодействий материальных объектов. В настоящее время не известно каких-либо форм движения и взаимодействия, кото­рые требовали бы четырех- или пятимерного пространства, и возможность таких процессов не вытекает ни из каких уста­новленных законов природы.

В мате­матике и физике широкое применение получило представление о многомерных пространствах, бесконечномерного пространства. Однако по­нятие пространства здесь имеет условный характер, так как применяется для характеристики совершенно других свойств.

Что касается мерности времени, то чаще всего указывают на его одномерность: для определения времени достаточно за­дать одну координату.

По мнению СТ. Мелюхина, если бы время имело не одно, а два, три измерения и больше, то это означало бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с нашим миры-двойники, в которых те же события разворачиваются в той же последовательности. Соот­ветственно у каждого человека должны были бы существовать двойники в каждом из параллельных миров. Но для таких предположений нет оснований [19].

Другой точки зрения придерживается российский географ Ю.Г. Симонов [5]. Он полагает, что вполне возможно предло­жить двухмерную модель времени, полезную для описания и изучения некоторого класса событий, и рассматривает ее на примере некоторых географических явлений. Здесь следует вспомнить о двух типах времени - солнечном и лунном. С фа­зами лунного и солнечного календарей могут быть связаны различные события. Так, изучая явления на Земле, можно отыскать среди них те, которые связаны лишь с гравитацион­ными полями Земля - Луна и Земля - Солнце. Эти поля могут накладываться друг на друга, то суммируясь, то вычитаясь. В та­ком случае можно говорить об изучении гравитационной сис­темы из трех тел. В фазу новолуния силы лунного и солнечного притяжений складываются, а в фазу полнолуния - вычитаются. Поэтому в фазу новолуния максимальные гравитационные возмущения испытывают Земля и Солнце, а в фазу полнолуния - Луна и Солнце; мини­мум гравитационной напряженности Земли приходится на полнолуние, когда гравитационные поля вычитаются. Таким образом, на Земле гравитационная напряженность нарастает от полнолуния к новолунию, а затем убывает. При нарастании гравитационной волны возникают одни эффекты, а на фоне убывания (снятия) напряженности – другие.

Обратимость пространства и времени Слайд 4

Обратимость пространства и времени - свойство, тесно свя­занное с симметрией.

Как известно, в каждую точку простран­ства можно снова и снова возвращаться. В этом отношении пространство является обратимым.

Что касается време­ни, то обычно подчеркивается его необратимость, означающая однонаправленное изменение от прошлого к будущему: нельзя возвратиться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо временной промежуток в буду­щее. Отсюда делается вывод, что время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей.

В более общем виде решение проблемы обратимости связа­но с рассмотрением двух противоположных концепций - ста­тической и динамической [13]

Согласно статической концепции времени, собы­тия прошлого, настоящего и будущего существуют в извест­ной мере одновременно. Кроме того, все физические законы инвариантны относительно замены знака времени, поскольку время в уравнениях движения классической и квантовой меха­ники берется в квадрате. Это наводит на мысль, что все физи­ческие процессы могут происходить одинаково как в прямом направлении, так и в обратном. Если это действительно так, то имеется принципиальная возможность, перемещаясь во време­ни, оказываться в событиях прошлого или будущего, а также возвращаться из них в настоящее.

Статическая концепция до­пускает возможность построения «машины времени» и неко­торые другие эффекты и парадоксы. Так, если течение времени зависит от скорости движения его носителя, то можно принять парадокс близнецов в теории относительности, о котором го­ворилось ранее, а именно: возвратившийся из космического путешествия космонавт по существу попадает в свое будущее, а его брат, оставшийся на Земле, встречается со своим про­шлым. Эти события происходят одновременно, т.е. в некото­рый момент времени встречаются настоящее с прошлым и на­стоящее с будущим. В такой встрече отсутствует симметрия: один и тот же человек не встречается сразу и со своим прош­лым, и со своим будущим.

Еще один пример. Свет от различных звезд долетает до нас за разные интервалы времени; следовательно, об их современ­ном состоянии мы ничего не знаем, а изучаем их далекое про­шлое, принимая его за настоящее.

В науках о Земле также обсуждаются такие явления. Еще в 1938 г. российский географ акад. К.К. Марков описал явление, которое он назвал метахронностью. Оно проявляется в том, что наступление и чередование фаз и стадий развития геосис­тем происходят несинхронно в разных частях земного шара, даже если эти геосистемы располагаются на одной широте. Например, установлено, что формирование ледникового щита Антарктиды началось значительно раньше, чем оледенение в Северном полушарии.

В настоящее время в науках о Земле обсуждают такое яв­ление, как полихронность, которая предполагает одновремен­ное наличие нескольких пластов времени в одном объекте. Все они существуют в настоящем, но, располагая их в некоторой хронологической последовательности, можно самые древние из них называть прошлым, средней давности - настоящим, а самые молодые - будущим. Полихронность свойственна мно­гим природным явлениям. Поэтому статическая концепция не так уж нелепа, как ее иногда пытаются представить [5].

Динамическая концепция времени противоположна статической: в ней есть лишь настоящее, прошлое существовало, а будущее только еще будет существовать. К прошлому относятся все те события, которые уже осуществились и превратились в по­следующие. Будущие события - это те, которые возникнут из на­стоящих и непосредственно предшествующих им событий. Насто­ящее охватывает все те явления, которые реально существуют и способны к взаимодействию между собой. Взаимодействие воз­можно лишь при одновременном сосуществовании объектов.

В рамках динамической концепции невозможно построение «машины времени» для перемещения в прошлое и будущее. Если бы путешествие в прошлое было реально возможным, тогда, дойдя до некоторого момента, «машина времени» исчез­ла бы вместе с экипажем, поскольку в прошлом их реально не существовало. А при путешествии в будущее надо еще воссо­здать некоторый будущий мир из ничего, куда-то «спрятав» существующий мир, чтобы затем возвратиться в него.

С этой концепцией связана неопределенность понятия насто­ящего, поскольку неясно, какой именно отрезок времени можно считать настоящим - миг, день или более продолжительное время. (Эта проблема стоит и перед представителями гуманитар­ных дисциплин, например современность в истории.) Представ­ление о настоящем можно предельно сузить, выбирая все более и более короткие отрезки времени и доведя их до интервала, до­статочного для того, чтобы его невозможно было принять за на­стоящее. Появляется ощущение, что нет не только прошлого и будущего, но и настоящего. Все, что было, - уже прошлое, все последующее - еще в будущем. Но настоящее может быть и рас­ширено в зависимости от сопоставляемых интервалов и мас­штабов события до часа, дня, года и т.д.

Обычно говорят, что для объектов и явлений настоящее время охватывает тот интервал, в течение которого они физи­чески могут взаимодействовать между собой путем обмена веществом и энергией

Отсюда следует относительность понятия насто­ящего. При этом из систем будущего никаких воздействий и ин­формации не может поступать, ибо эти системы еще не возник­ли, не обладают реальным существованием. Действие всегда происходит только в одном направлении: от прошлого к насто­ящему и от настоящего к ближайшему будущему, в которое на­стоящее переходит, но никогда наоборот. Принято считать, что последнее исключается законом причинности.

 

Геометрические свойства пространства Слайд 5

Геометрический анализ пространства опирается прежде всего на исторический опыт землепользования.

Первые научные гео­метрические предст


Поделиться с друзьями:

Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...

История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.093 с.