Шитьё 

Материя пространство движение. Материя. Пространство и время. Механическое движение. производная от r(t) по t

Комментарии к лекциям по физике

Тема: Пространство и время. Кинематика материальной точки

Измерения промежутков времени и пространственных расстояний. Современные

эталоны времени и длины. Система отсчета. Системы координат. Свойства пространства и времени. Однородность времени. Однородность и изотропность пространства. Классические (нерелятивистские) представления о пространстве и времени - предположения об абсолютном характере одновременности событий, промежутков времени и пространственных расстояний. Соотношение евклидовой геометрии и геометрии реального физического пространства.

Предмет кинематики. Материальная точка как физическая модель. Механическое движение и его описание. Основные понятия кинематики материальной точки. Радиус-вектор. Перемещение. Траектория. Путь. Средняя скорость. Скорость.

Вектор скорости как производная радиус-вектора. Направление вектора скорости и траектория. Годограф вектора скорости. Ускорение. Ускорение при криволинейном движении. Центр кривизны и радиус кривизны траектории. Разложение ускорения на нормальную и тангенциальную составляющие. Координатная форма описания движения.

Число степеней свободы механической системы. Движение при наличии связей. Определение скорости и ускорения по заданной зависимости координат от времени. Определение координат по заданной зависимости скорости от времени.

Одномерное криволинейное движение.

Механическое движение. Пространство и время Механика изучает простейшую форму движения материи - механическое движение.


Механическое движение состоит в изменении положения тела относительно других тел. Описание механического движения производится в определенной системе отсчета. Системой отсчета называют тело (или совокупность неподвижных друг относительно друга тел) вместе с приборами для измерения расстояний и промежутков времени. Тело, условно принимаемое за неподвижное, называют телом отсчета. С телом отсчета можно связать какую-либо систему координат.

В физических задачах наиболее употребительны прямоугольные декартовы координаты, сферические и цилиндрические системы координат.

Для реализации системы отсчета прежде всего необходимо ввести по определению некоторые процедуры для измерения пространственных расстояний и промежутков времени. Измерение времени может быть основано на каком-либо естественном процессе. Долгое время в качестве такого периодического процесса выбиралось суточное вращение Земли, и за единицу времени - секунду - принималась определенная часть периода этого процесса (средних солнечных суток). Но в действительности суточное вращение Земли не вполне равномерно: в силу ряда геофизических процессов (перемещений больших масс) происходят случайные изменения момента инерции Земли и угловой скорости ее вращения вокруг оси.

Поэтому принятый в настоящее время эталон времени основывается на периоде колебаний, происходящих в атоме изотопа цезия-133. По определению единица времени секунда содержит 9 192 631 770 периодов этих колебаний. Атомы одного и того же изотопа тождественны, поэтому при указанном выборе эталона времени природа предоставляет в наше распоряжение практически неограниченное число совершенно идентичных «часов».

Постоянство скорости света в вакууме (возведенное в теории относительности в ранг одного из основных постулатов) позволяет измерение пространственных расстояний свести к измерению промежутков времени. Для установления основной единицы длины в настоящее время используется тот же самый эталон, что и для единицы времени: по определению метр - это длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 секунды.

На основе практического опыта измерений расстояний и промежутков времени и изучения механического движения формируются представления о физическом пространстве и физическом времени. Эти понятия являются фундаментальными, т. е. их нельзя определить через какие-то более простые понятия. Используемые в физике системы отсчета можно рассматривать как некоторые практические реализации соотношений между событиями в пространстве и времени. Каждому событию, независимо от его физического содержания (короткая вспышка света, столкновение двух частиц, распад или рождение частицы и т.п.) можно сопоставить некоторую точку пространства-времени.

На опыте установлены следующие свойства времени и пространства: время одномерно и однородно, физическое пространство трехмерно, однородно и изотропно. Однородность времени проявляется в неизменности физических законов с течением времени: любой опыт, поставленный в одинаковых условиях в разное время, дает одинаковые результаты. С однородностью времени связано сохранение энергии. Однородность и изотропность пространства проявляются в независимости физических явлений в замкнутой (изолированной) физической системе от ее положения и ориентации как целого. С однородностью пространства связано сохранение импульса, с изотропностью пространства - сохранение момента импульса.

Как показывает опыт, для трехмерного физического пространства справедлива евклидова геометрия. Это значит, что аксиомам евклидовой геометрии удовлетворяют установленные на опыте свойства объектов физического пространства, которым сопоставляются соответствующие объекты евклидовой геометрии (например, световым лучам в вакууме сопоставляются прямые линии геометрии).

Используемые в классической механике представления о пространстве и времени сформировались на основе опыта наблюдений за сравнительно медленными движениями макроскопических тел. Согласно классическим представлениям, промежутки времени между событиями и пространственные расстояния между точками абсолютны, т. е. не зависят от системы отсчета. Теория относительности показала приближенный характер этих представлений. Постулируемое в теории относительности существование предельной скорости распространения взаимодействий несовместимо с классическими представлениями об абсолютном характере одновременности пространственно удаленных событий, абсолютном характере времени и пространственных расстояний. Это означает, что применимость классических представлений ограничена областью движений, происходящих со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Подробнее об этом см. в комментариях к теме «Основы теории относительности».

Основные понятия кинематики материальной точки Задача кинематики - математическое описание движения без выяснения его физических причин. Используемые в кинематике физические модели - материальная точка, твердое тело, сплошная среда.

Материальная точка - тело, размеры и форма которого несущественны в рассматриваемом движении. Применимость этой модели зависит не столько от размеров самого тела, сколько от условий его движения. В частности, при поступательном движении любое твердое тело можно считать материальной точкой.

Рис. 1: Радиус-вектор r, координаты x, y, z, траектория, перемещение r, путь s.

Механическое движение относительно - одно и то же движение будет различным в разных системах отсчета. В выбранной системе отсчета пространственное положение материальной точки определяется ее радиусом-вектором r, проведенным из начала системы координат. Задание радиуса-вектора r эквивалентно указанию трех чисел, например трех его проекций x, y, z на оси декартовой системы координат (рис. 1).

Число независимых координат, которое необходимо для задания положения механической системы в пространстве, называется числом степеней свободы системы. Материальная точка имеет три степени свободы.

При движении радиус-вектор и координаты изменяются с течением времени.

Говорят, что задан закон движения, если указана определенная непрерывная векторная функция времени r = r(t) или три эквивалентные ей скалярные функции - проекции радиуса-вектора на оси координат x = x(t), y = y(t), z = z(t).

Линия, описываемая движущейся материальной точкой в пространстве, называется траекторией. Движения разделяются на прямолинейные и криволинейные в зависимости от вида траектории. Представление траектории точки в виде некоторой непрерывной линии связано с абстракцией классической физики о возможности неограниченной детализации описания движения (подробнее об этой абстракции см. в комментарии к теме «Принципы классической механики»).

Перемещение точки за промежуток времени t - это по определению вектор r, соединяющий положения точки в моменты t и t + t. Из рис. 1 видно, что r(t + t) = r(t) + r.

Путь s, пройденный точкой за тот же промежуток времени t,- это длина соответствующего отрезка траектории.

При прямолинейном движении в одном направлении s = |r|, при криволинейном s |r|. Путь s(t), пройденный точкой к моменту времени t,- это длина траектории от некоторого начального положения A, где точка находилась в момент времени t = 0 (см. рис. 1), до положения в момент t. Если точка меняла направление движения по той же траектории, то ее путь s - это полное пройденное вдоль траектории расстояние.

Средняя скорость определяется как вектор, равный отношению перемещения к промежутку времени, в течение которого совершено это перемещение: vср = r/t. Вектор средней скорости характеризует быстроту, с которой совершается перемещение за определенный промежуток времени t.

Для характеристики быстроты движения за конечный промежуток времени наряду c вектором средней скорости vср иногда вводят среднюю скорость прохождения пути vs (или среднюю скорость движения по траектории) по следующему определению: vs = s/t. При прямолинейном движении в одном направлении |vср | = vs, при криволинейном движении |vср | vs, так как длина хорды меньше длины стягиваемой этой хордой дуги.

Скорость (мгновенная скорость) в момент времени t - предел, к которому стремится средняя скорость при t 0, т. е.

производная от r(t) по t:

r dr v = lim =. (1) t0 t dt Мгновенная скорость характеризует быстроту движения точки в данный момент времени или в данной точке траектории. Возможность рассматривать мгновенную скорость материальной точки как производную радиуса-вектора по времени связана с абстракцией классической физики о возможности неограниченной детализации описания движения (подробнее см. в комментарии к теме «Принципы классической механики»). Скорость в каждой точке направлена по касательной к траектории, так как направление касательной - это предельное направление хорды при стремлении к нулю длины хорды.

Проекции скорости на оси координат равны производным по времени от соответствующих координат:

dx dy dz vx =, vy =, vz =. (2) dt dt dt

Ускорение в момент времени t определяется как производная от v(t) по t:

dv dvx dvy dvz a=, или ax =, ay =, az =. (3) dt dt dt dt Небольшой участок криволинейной траектории можно аппроксимировать дугой окружности. Чтобы найти положение центра этой окружности и ее радиус, можно построить перпендикуляр к касательной в данной точке траектории, затем еще один перпендикуляр к касательной в некоторой вспомогательной соседней точке траектории. Пересечение этих перпендикуляров приближенно дает положение центра кривизны траектории. Точное положение находится как предельное положение точки пересечения перпендикуляров при неограниченном приближении второй (вспомогательной) точки к данной точке траектории. Положение центра кривизны и радиус кривизны непрерывно изменяются при движении вдоль траектории (лишь в частном случае движения по окружности радиус кривизны и положение центра кривизны остаются неизменными).

Для каждой точки криволинейной траектории можно ввести единичные векторы n и, направленные соответственно по нормали к траектории (в сторону центра кривизны) и по касательной к траектории. Тогда вектор скорости v в данной точке можно представить в виде v = v, где v – проекция скорости на направление вектора. Эта проекция положительна при совпадении направления движения с направлением вектора, и отрицательна в противном случае. Проекция вектора скорости на направление нормали к траектории равна нулю.

Чтобы найти проекции вектора ускорения на направления касательной и нормали, нужно вычислить производную по времени от вектора скорости v = v:

dv d(v) dv d a= = = + v. (4) dt dt dt dt Здесь первое слагаемое в правой части - вектор, направленный по касательной к траектории (тангенциальное ускорение), второе слагаемое - вектор, направленный по нормали к центру кривизны траектории (нормальное ускорение). Можно показать, что v (d /dt) = (v /R)n, где R - радиус кривизны траектории в данной точке (рис. 2).

Рис. 2: Разложение ускорения при криволинейном движении на нормальную и тангенциальную составляющие.

Поэтому выражение (4) дает разложение вектора ускорения на две составляющие: тангенциальное ускорение a, направленное по касательной к траектории, и нормальное ускорение an, направленное по нормали к центру кривизны траектории (см. рис.

План-конспект урока по теме «Материя. Пространство и время. Механическое движение»

Дата :

Тема: «Материя. Пространство и время. Механическое движение»

Цели:

Образовательная : Обеспечить и сформировать осознанное усвоение знаний о материи, пространстве и времени, а также о механическом движении;

Развивающая : Продолжить развитие навыков самостоятельной деятельности, навыков работы в группах.

Воспитательная : Формировать познавательный интерес к новым знаниям; воспитывать дисциплину поведения.

Тип урока: урок усвоения новых знаний

Оборудование и источники информации:

Исаченкова, Л. А. Физика: учеб. для 9 кл. учреждений общ. сред. образования с рус. яз. обучения / Л. А. Исаченкова, Г. В. Пальчик, А. А. Сокольский; под ред. А. А. Сокольского. Минск: Народная асвета, 2015

Структура урока:

    Организационный момент(3 мин)

    Актуализация опорных знаний(5 мин)

    Изучение нового материала (18 мин)

    Закрепление знаний (15 мин)

    Итоги урока(5 мин)

Содержание урока

    Организационный момент

Здравствуйте, садитесь! (Проверка присутствующих). Сегодня на уроке мы должны разобраться с понятиями материя, пространство и время, а также с понятием механическое движение. А это значит, что Тема урока : Материя. Пространство и время. Механическое движение.

    Актуализация опорных знаний

Неотъемлемой частью нашей жизни является движение. Движутся люди, автомобили, самолеты, космические корабли, планеты 1 (рис. 1).Движутся молекулы, атомы, электроны.

В 7-м классе вы получили первые представления о механическом движении! В этом году мы изучим механику более глубоко, заложим основу для освоения других разделов физики.

Рис.1

    Изучение нового материала

При изучении физики вы уже познакомились с очень важным понятием - «материя». Все, что существует в окружающем нас мире, и есть материя .

Материя - эта не только вещество (физические тела и частицы, из которых они состоят), но и физические силовые поля: поле тяготения, электрическое поле, магнитное поле. Без учета физических полей картина мира была бы неполной.

На рисунке 2 изображена звездная система, которая удерживается от распада полем тяготения

Рисунок 3 показывает, как магнитное поле действует на железные опилки.

В окружающем нас мире все непрерывно изменяется. И во Вселенной (мегамире ), и в окружающих нас телах (макромире), и в атомах и элементарных частицах (микромире) все время происходят разнообразные явления. Перемещаются небесные и земные тела, происходят вспышки на Солнце, изменяются давление и температура воздуха, идут химические реакции, растут и развиваются живые организмы, распадаются радиоактивные ядра атомов и т. д.

«Все течет, все изменяется. Невозможно дважды войти в одну и ту же реку», - говорил древнегреческий философ Гераклит. Непрерывные изменения, происходящие в окружающем мире, - одно из основных свойств материи.

Наиболее простой формой этих изменений является механическое движение - изменение положения одних тел относительно других в пространстве с течением времени.

Наука, которая изучает механическое движение, называется механикой.

Слово «механика» произошло от греческого inechanike - машина.

Цель механики - установление закономерностей механического движения и причин, его вызывающих.

Зачем нужно изучать механику?

Во-первых, законы механики чрезвычайно важны для человеческой деятельности.

От современных фабрик и заводов до научных лабораторий - всюду используются различные машины и механизмы (рис. 4), совершающие сложные движения. Без глубокого понимания законов механики сконструировать такие устройства невозможно.

Использование законов механики необходимо при производстве автомобилей, кораблей, самолетов, строительстве зданий, мостов (рис. 5), при составлении прогнозов погоды, в космических исследованиях. Расчеты, основанные на законах механики, необходимы и для достижения высоких спортивных результатов.

Во-вторых, не зная законов механики, невозможно объяснить основные физические явления: тепловые, электрические, магнитные и т. д. Все они сопровождаются движением частиц.

Механика - основа всей физики.

Основными разделами механики являются кинематика , которая отвечает на вопрос, как движутся тела, и динамика, которая выявляет причины движения и объясняет, почему тела движутся так, а не иначе.

Как было сказано, механическое движение - это перемещение одних тел относительно других в пространстве с течением времени.

Понятия пространство и время играют в физике исключительно важную роль. Все, что существует в материальном мире, существует в пространстве и во времени.

Всякое тело занимает определенную часть пространства и определенное место по отношению к другим телам.

Электрическое и другие поля также находятся в той или иной области пространства.

Время служит для описания изменений, происходящих в материальном мире. Одно событие происходит раньше, другое - позже; одно явление длится дольше, другое - занимает меньше времени.

Дать точное определение понятий пространства и времени сложно. Мы судим о них при помощи наших органов чувств и измерительных приборов.

Время измеряют с помощью различных часов (рис. 6, а), секундомеров, хронометров. Современные атомные часы (рис. в, б) измеряют время с точностью 1 0 -16 с. Такие часы могут уйти вперед или отстать на одну секунду не раньше чем через сотни миллионов лет!

Физика имеет дело с промежутками времени от чрезвычай но малых - - м с (в ядерной физике) - до миллиардов лет в физике космоса). Столь же огромен и диапазон расстояний - от размеров ядер ( м) до масштабов Вселенной ( м).

    Закрепление знаний

Главные выводы

    Итоги урока

Итак, подведем итоги. Что вы сегодня узнали на уроке?

Организация домашнего задания

§1, ответить на контрольные вопросы.

Рефлексия.

Продолжите фразы:

    Сегодня на уроке я узнал…

    Было интересно…

    Знания, которые я получил на уроке, пригодятся

Оформление классной доски

Домашнее задание

§1, ответить на контрольные вопросы

Конспект ученика

Материя. Пространство и время. Механическое движение

Материя - это вещество и физические силовые поля. Материя существует в пространстве и во времени.

Механическое движение - это изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Цель механики - установление закономерностей механического движения и его причин.

Кинематика описывает, как движутся тела, а динамика выявляет причины движения.

1.Философское понятие материи

Мир является материальным. Он состоит из различных предметов и процессов, которые превращаются друг в друга, возникают и исчезают, отражаются в сознании, существуя независимо от него. Ни один из этих предметов, взятый сам по себе, не может быть отождествлен с материей, но все их многообразие, включая их связи, составляет материальную действительность.

От философского понятия материи нужно отличать естественнонаучные и социальные представления о ее видах, структуре и свойствах. Философское понимание материи отражает объективную реальность мира, а естественнонаучные и социальные представления выражают его физические, химические, биологические, социальные свойства. Материя - это объективный мир в целом, а не то, из чего он состоит.

Всеобщими атрибутами и основными способами существования материи являются движение, пространство и время.

Необходимым условием существования материи является взаимодействие образующих ее элементов. Оно может носить внешний и внутренний характер и приводит к изменению.

Любое изменение в философии называют движением. Об изначальной активности материи начал говорить Д. Толанд; после него эта концепция была дополнена описанием различных форм движения. Существенным для всех форм движения является то, что они представляют собой взаимопроникновение, взаимодействие противоположностей. Взаимодействие это не привносится извне, а заключено в самой природе материи.

Движение непосредственно связано и неотделимо от устойчивости материи, так как движение реализуется в природе только в связи с сохранением, которое, в свою очередь, очевидно только из процесса изменения. Примером этого является закон сохранения и превращения энергии, а также открытый Эйнштейном закон E = mc2. Основными формами движения называют механическое, физическое, химическое, биологическое и социальное. Все эти виды движения связаны между собой и не существуют друг без друга. Важно ответить, что движение не отрицает покоя и связано с ним через диалектическое единство противоположностей.

Пространство и время – объективные сущности. Это абстракции высшего порядка, отвлеченные от универсальных причинно-следственных связей, наиболее фундаментальные понятия, объективные формы существования материи. Движение материи может существовать только в пространстве и времени.

Пространство и время взаимосвязаны и взаимообусловлены. Пространство – форма бытия материи, характеризующая протяженность материальных объектов, их взаимное расположение, строение их частей и элементов. Пространству присущи связность и непрерывность, отсутствие разрывов и нарушений взаимодействий. С другой стороны, пространству свойственна прерывность, проявляющаяся в раздельном существовании объектов. Ранее в науке пространство и пустота были отождествлены, однако сейчас доказано, что пустоты как физического объекта не существует, и даже вакууму присущи определенные физические характеристики.

Пространство является трехмерным, хотя высказываются предположения о его многомерности в микромире и сложных взаимодействиях полей.

Время характеризует длительность и последовательность материальных процессов, порядок их течения. Его специфическими чертами являются одномерность, необратимость, направленность в одну сторону. Время имеет смысл лишь потому, что существует движение.

Ранее считалось, что пространство и время абсолютны, независимы от объектов – субстанциональная теория (Демокрит, Ньютон). Сейчас эта точка зрения развенчана и дополнена релятивистской концепцией. В космических масштабах, на скоростях, близких к скорости света, в сильных гравитационных и других полях время и пространство могут менять свою структуру.

На этом основана глубокая взаимосвязь пространства и времени , образующих единую структуру, изменение одного из элементов которой ведет к изменению другого.

На биологическом уровне существования материи пространство также имеет свою специфику. Так, кроме объективного времени существует субъективное время, то есть время как его воспринимает человек. Живым существам свойственно наличие биологических часов, то есть внутренней организации жизни существа во времени. На социальном уровне время и пространство отражаются на условиях общественной жизни человека.

Одна из важнейших задач естествознания - со­здание естественно-научной картины мира в виде це­лостной упорядоченной системы. Для ее решения ис­пользуются общие и абстрактные понятия: материя, движение, время и пространство.

Материя -это все то, что прямо или косвенно действует на органы чувств человека и другие объек­ты. Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас представляет собой материю. Она тождественна ре­альности. Неотъемлемое свойство материи - движение. Без движения нет материи, и наоборот.Движение ма­терии -любые изменения, происходящие с материаль­ными объектами в результате их взаимодействий. Ма­терия не существует в бесформенном состоянии - из нее образуется сложная иерархическая система мате­риальных объектов различных масштабов и сложности.

Отличительная особенность естественно-научного познания заключается в том, что для естествоиспыта­телей представляет интерес не материя или движение вообще, а конкретные виды материи и движения, свой­ства материальных объектов, их характеристики, кото­рые можно измерить с помощью приборов. В современ­ном естествознании различают три вида материи: ве­щество, физическое поле и физический вакуум.

Вещество -основной вид материи, обладающей массой. К вещественным объектам относятся элементар­ные частицы, атомы, молекулы и многочисленные обра­зованные из них материальные объекты. В химии веще­ства подразделяются на простые (с атомами одного химического элемента) и сложные - химические соеди­нения. Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия атомов и молекул, что и обусловливает различные агрегатные состояния ве­щества: твердое, жидкое и газообразное. При очень высокой температуре образуется плазма. Переход ве­щества из одного состояния в другое можно рассматри­вать как один из видов движения материи.

Различные виды движения материи можно класси­фицировать с учетом изменений свойств материальных объектов и их воздействий на окружающий мир. Меха­ническое движение (относительное перемещение тел), колебательное и волновое движения, распространение и изменение различных полей, тепловое (хаотическое) дви­жение атомов и молекул, равновесные и неравновесные процессы в макросистемах, фазовые переходы между агрегатными состояниями (плавление, парообразование и др.), радиоактивный распад, химические и ядерные реакции, развитие живых организмов и биосферы, эво­люция звезд, галактик и Вселенной в целом - все это примеры многообразных видов движения материи.

Физическое поле -особый вид материи, обеспе­чивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем. К физическим полям относятся электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля, соответствую­щие различным частицам (например, электрон-по-зитронное поле). Источником физических полей яв­ляются частицы (например, для электромагнитного поля - заряженные частицы). Созданные частицами физические поля переносят с конечной скоростью взаимодействие между ними. В квантовой теории вза­имодействие обусловливается обменом квантами поля между частицами.

Физический вакуум -низшее энергетическое со­стояние квантового поля. Этот термин введен в кван­товой теории поля для объяснения некоторых микропро­цессов. Среднее число частиц - квантов поля - в ва­кууме равно нулю, однако в нем могут рождаться виртуальные частицы - частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время. Виртуаль­ные частицы влияют на физические процессы. В физи­ческом вакууме могут рождаться пары частица-антича­стица разных типов. При достаточно большой концен­трации энергии вакуум взаимодействует с реальными частицами, что подтверждается экспериментом. Пред­полагается, что из физического вакуума, находящегося в возбужденном состоянии, родилась Вселенная.

Всеобщими универсальными формами существо­вания и движения материи принято считать время и пространство. Движение материальных объектов и различные реальные процессы происходят в простран­стве и во времени. Особенность естественно-научного представления об этих понятиях заключается в том, что время и пространство можно охарактеризовать коли­чественно с помощью приборов.

Время выражает порядок смены физических состо­яний и является объективной характеристикой лю­бого процесса или явления. Время - это то, что можно измерить с помощью специальных приборов. Принцип работы приборов для измерения времени основан на разных физических процессах, среди которых наибо­лее удобны периодические процессы: вращение Зем­ли вокруг своей оси, электромагнитное излучение воз­бужденных атомов и другие. Многие крупные дости­жения в естествознании связаны с разработкой более точных приборов для определения времени. Существу­ющие сегодня эталоны позволяют измерить время с очень высокой точностью - относительная погреш­ность измерений составляет менее 10" 11 .

Временная характеристика реальных процессов основывается на постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время. Хотя постулат времени кажется естественным и очевидным, его истинность все же относительна, так как его нельзя проверить на опыте даже с помощью самых совершенных часов, поскольку, во-первых, они характеризуются своей точностью и, во-вторых, невоз­можно создать принципиально одинаковые условия в природе в разное время. Вместе с тем длительная прак­тика естественно-научных исследований позволяет не сомневаться в справедливости постулата времени в пределах той точности, которая достигнута в данный момент времени.

При создании классической механики около 300 лет назад И. Ньютон ввел понятие абсолютного, или истинного,математического времени, которое течет всегда и везде равномерно, и относительного време­ни как меры продолжительности, употребляемой в обы­денной жизни и означающей определенный интервал времени: час, день, месяц и т. д.

В современном представлении время всегда отно­сительно. Из теории относительности следует, что при скорости, близкой к скорости света в вакууме, время замедляется - происходит релятивистское замедление времени, и что сильное поле тяготения приводит к гра­витационному замедлению времени. В обычных зем­ных условиях такие эффекты чрезвычайно малы.

Важнейшее свойство времени заключается в его необра­тимости. Прошлое во всех деталях и подробностях нельзя воспроизвести в реальной жизни - оно забывается. Нео­братимость времени обусловлена сложным взаимодей­ствием множества природных систем, в том числе атомов и молекул, и символически обозначается стрелой време­ни, «летящей» всегда из прошлого в будущее. Необрати­мость реальных процессов в термодинамике связывают с хаотичным движением атомов и молекул.

Понятие пространства гораздо сложнее понятия времени. В отличие от одномерного времени реальное пространство трехмерно, т. е. имеет три измерения. В трехмерном пространстве существуют атомы и пла­нетные системы, выполняются фундаментальные за­коны природы. Однако выдвигаются гипотезы, соглас­но которым пространство нашей Вселенной имеет много измерений, хотя наши органы чувств способны ощущать только три из них.

Первые представления о пространстве возникли из очевидного существования в природе твердых тел, занимающих определенный объем. Исходя из него, можно дать определение: пространство выражает порядок сосуществования физических тел. Завершен­ная теория пространства - геометрия Евклида - соз­дана более 2000 лет назад и до сих пор считается об­разцом научной теории.

По аналогии с абсолютным временем И. Ньютон ввел понятие абсолютного пространства, которое су­ществует независимо от находящихся в нем физичес­ких объектов и может быть совершенно пустым, явля­ясь как бы мировой ареной, где разыгрываются физи­ческие процессы. Свойства пространства определяются геометрией Евклида. Именно такое представление о пространстве лежит в основе практической деятельно­сти людей. Однако пустое пространство идеально, в то время как реальный окружающий нас мир заполнен различными материальными объектами. Идеальное пространство без материальных объектов лишено смыс­ла даже, например, при описании механического дви­жения тела, для которого необходимо указать другое тело в качестве системы отсчета. Механическое движение тел относительно. Абсолютного движения, как и абсо­лютного покоя тел, в природе не существует. Простран­ство, как и время, относительно.

Специальная теория относительности объединила пространство и время в единый континуум простран­ство - время. Основанием для такого объединения слу­жит принцип относительности и постулат о предель­ной скорости передачи взаимодействий материальных объектов - скорости света в вакууме, примерно рав­ной 300 000 км/с. Из этой теории следует относитель­ность одновременности двух событий, происшедших в разных точках пространства, а также относительность измерений длин и интервалов времени, произведен­ных в разных системах отсчета, движущихся относи­тельно друг друга.

В соответствии с общей теорией относительности свойства пространства -времени зависят от наличия материальных объектов. Любой материальный объект искривляет пространство, которое можно описать не геометрией Евклида, а сферической геометрией Римана или гиперболической геометрией Лобачевского. Предполагается, что вокруг массивного тела при очень большой плотности вещества искривление становится настолько существенным, что пространство - время как бы «замыкается» локально само на себя, отделяя данное тело от остальной Вселенной и образуя черную дыру, которая поглощает материальные объекты и электромагнитное излучение. На поверхности черной дыры для внешнего наблюдения время как бы останав­ливается. Предполагается, что в центре нашей Галак­тики находится огромная черная дыра. Однако есть и другая точка зрения. Академик Российской академии наук А.А. Логунов (р. 1926) утверждает, что никакого искривления пространства -времени нет, а происхо­дит искривление траектории движения объектов, обус­ловленное изменением гравитационного поля. По его мнению, наблюдаемое "красное смещение в спектре излучения отдаленных галактик можно объяснить не расширением Вселенной, а переходом посылаемого ими излучения из среды с сильным гравитационным полем в среду со слабым гравитационным полем, в котором находится наблюдатель на Земле.

1. Из всех форм бытия наиболее распространенной является материальное бытие.

В философии существует несколько подходов к понятию (категории) "материя":

материалистический подход, согласно которому материя есть основа бытия, а все иные бытийные формы - дух, человек, общество - порождение материи; по утверждению материалистов, материя первична и представляет собой наличное бытие;

объективно-идеалистический подход - материя объективно существует как порождение (объективизация) независимо от всего сущего первичного идеального (абсолютного) духа;

субъективно-идеалистический подход - материи как самостоятельной реальности не существует вообще, она лишь продукт (феномен - кажущееся явление, "галлюцинация") субъективного (существующего только в виде сознания человека) духа;

позитивистский - понятие "материя" ложно, поскольку его нельзя доказать и полностью изучить при помощи опытного научного исследования.

В современной российской науке, философии (как и в советской) утвердился материалистический подход к проблеме бы-

тия и материи, согласно которому материя есть объективная реальность и основа бытия, первопричина, а все иные формы бытия - дух, человек, общество - проявления материи и производны от нее.

2. Элементами структура материи являются:

Неживая природа;

Живая природа;

Социум (общество).

Каждый элемент материи имеет несколько уровней.

Уровнями неживой природы являются:

Субмикроэлементарный (кварки, глюоны, суперструны -мельчайшие единицы материи, меньшие, чем атом);

Микроэлементарный (адроны, состоящие из кварков, электроны);

Ядерный (ядро атома);

Атомарный (атомы);

Молекулярный (молекулы);

Уровень единичных вещей;

Уровень макротел;

Уровень планет;

Уровень систем планет;

Уровень галактик;

Уровень систем галактик;

Уровень метагалактик;

Уровень Вселенной, мира в целом.

К уровням живой природы относятся:

Доклеточный (ДНК, РНК, белки);

Клеточный (клетка);

Уровень многоклеточных организмов;

Уровень видов;

Уровень популяций;

Биоценозы;

Уровень биосферы в целом.

К уровням социума относятся:

Отдельный индивид;

Коллективы разных уровней;

Социальные группы (классы, страты);

Отдельные общества;

Государства;

Союзы государств;

Человечество в целом.

3. Характерными чертами материи являются:

Наличие движения;

Самоорганизация;

Размещенность в пространстве и времени;

Способность к отражению.

4. Движение - неотъемлемое свойство материи. Выделяются:

Механическое движение;

Физическое движение;

Химическое движение;

Биологическое движение;

Социальное движение.

Движение материи:

Возникает из самой материи (из заложенных в ней противоположностей, их единства и борьбы);

Всеобъемлюще (движется все: отталкиваются и притягиваются атомы, микрочастицы; идет постоянная работа живых организмов - работает сердце, система пищеварения, осуществляются физические процессы; движутся химические элементы, движутся живые организмы, движутся реки, осуществляется круговорот веществ в природе, постоянно развивается общество, Земля, другие небесные тела движутся вокруг своей оси и вокруг Солнца (звезд); звездные системы движутся в галактиках, галактики - во Вселенной);

Постоянно (существует всегда; прекращение одних форм движения замещается возникновением новых форм движения). Движение также может быть:

Количественным - перенос материи и энергии в пространстве;

Качественным - изменение самой материи, перестройка внутренней структуры и возникновение новых материальных объектов и их новых качеств.

Количественное движение (самоизменение материи) делится на:

Динамическое;

Популяционное.

Динамическое движение - изменение содержания в рамках старой формы, "раскрытие потенциала" прежних материальных форм.

Популяционное движение - кардинальное изменение структуры объекта, которое приводит к созданию (возникновению) совершенно нового объекта, переходу от одной формы материи к другой. Популяционное движение-изменение может происходить как эволюционно, так и "эмержментно" (путем ничем не обусловленного "взрыва").

5. Материя имеет способность к самоорганизации - созданию, совершенствованию, воспроизводству самой себя без участия внешних сил.

Всеобщей формой внутренних изменений, на основе которых происходит самоорганизация, является так называемая флуктуация - постоянно присущие материи случайные колебания и отклонения.

В результате данных спонтанных изменений и отношений (флуктуаций) существующие связи между элементами материи изменяются, а также появляются новые связи - материя приобретает новое состояние, так называемую "диссипативную структуру", которая отличается неустойчивостью. Дальнейшее развитие возможно по двум вариантам:

1) "диссипативная структура" укрепляется и окончательно превращается в новый вид материи, но только при условии энтропии - притока энергии из внешней среды - и затем развивается по динамическому типу;

2) "диссипативная структура" распадается и гибнет - либо в результате внутренней слабости, неестественности, непрочности новых связей, либо из-за отсутствия энтропии - притока энергии из внешней среды.

Учение о самоорганизации материи получило название синергетики.

Крупным разработчиком синергетики являлся русский, а затем бельгийский философ И. Пригожин.

6. Материя имеет расположение во времени и пространстве.

По поводу расположенности материи во времени и пространстве философами выдвигалось два основных подхода:

Субстанциональный;

Реляционный.

Сторонники первого - субстанционального (Демокрит, Эпикур) - считали время и пространство отдельной реальностью, наряду с материей самостоятельной субстанцией, а отношение между материей и пространством и временем рассматривали как межсубстанциональные.

Сторонники второго - реляционного (от лат. relatio - отношение) (Аристотель, Лейбниц, Гегель) - воспринимали время и

пространство как отношения, образуемые взаимодействием материальных объектов.

В настоящее время более достоверной (исходя из достижений науки) выглядит реляционная теория, исходя из которой:

время - форма бытия материи, которая выражает длительность существования материальных объектов и последовательность изменений (смены состояний) данных объектов в процессе из развития;

пространство - форма бытия материи, которая характеризует ее протяженность, структуру, взаимодействие элементов внутри материальных объектов и взаимодействие материальных объектов между собой.

Время и пространство тесно переплетены между собой. То, что совершается в пространстве, происходит одновременно и во времени, а то, что происходит во времени, находится в пространстве.

Теория относительности, открытая в середине ХХ в. Альбертом, Эйнштейном:

Подтвердила правильность реляционной теории - то есть понимание времени и пространства как отношений внутри материи;

Перевернула прежние взгляды на время и пространство как вечные, неизменные величины.

С помощью сложных физико-математических расчетов Эйнштейном было доказано, что если какой-либо объект будет двигаться со скоростью, превышающей скорость света, то внутри данного объекта время и пространство изменятся - пространство (материальные объекты) уменьшится, а время замедлится.

Таким образом, пространство и время относительны, и относительны они в зависимости от условий взаимодействия материальных тел.

Четвертым базовым свойством материи (наряду с движением, способностью к самоорганизации, размещенности в пространстве и времени) является отражение.

Отражение - способность материальных систем воспроизводить в самих себе свойства взаимодействующих с ними других материальных систем. Материальным доказательством отражения является наличие следов (одного материального объекта на другом материальном объекте) - следы человека на грунте, следы грунта на обуви человека, царапины, эхо, отражение предметов в зеркале, гладкой поверхности водоема.

Отражение бывает:

Физическим;

Химическим;

механическим.

Особый вид отражения - биологический, который включает в себя стадии:

Раздраженности;

Чувствительности:

Психического отражения.

Высшим уровнем (видом) отражением является сознание. Согласно материалистической концепции сознание - это способность высокоорганизованной материи отражать материю.