Какими свойствами обладает пространство
В настоящее время исследователи категории пространства рассматривают различные его свойства, условно разделяя их на основные и специфические. Основные пространственные характеристики обнаруживаются на всех уровнях материи и неразрывно связаны с другими ее атрибутами, специфические — проявляются только на определенных уровнях и свойственны лишь некоторым классам материальных систем.
Р. А. Аронов к основным свойствам пространства причисляет метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства[1]. Кратко представим топологические свойства пространства (трехмерность, непрерывность, протяженность, структурированность, бесконечность, единство со временем и движением), поскольку они относятся к когнитивным признакам изучаемой категории.
Трехмерность связывает пространство и тело, поскольку соответствует трем основным координатам тела. Три измерения — это тот необходимый и достаточный минимум для осуществления всех возможных взаимодействий материальных объектов, в которых проявляется бесконечность и неисчерпаемость пространства.
Непрерывность проявляется в способе перемещения тел и распространении физических действий через различные поля и означает отсутствие в пространстве каких-либо «разрывов». Вместе с тем «пространству свойственна относительная прерывность, проявляющаяся в раздельном существовании материальных объектов и систем, имеющих определенные размеры и границы, в существовании многообразных структурных уровней материи с различными пространственными отношениями»[2].
Протяженность связана со структурностью материальных объектов и вызвана их взаимодействием: один объект существует рядом с другим. Поскольку протяженность определяет ту долю пространства, которую занимает объект, непротяженные объекты не могут иметь структуру, внутренние связи и возможности изменяться.
Структурированность пространства предполагает координацию различных пространственных предметов и форм посредством таких топологических понятий, как «окружение», «соседство», «разграничение» и «последовательность».
Бесконечно пространство с точки зрения науки, но поскольку человек не может воспринимать и мысленно представлять себе бесконечную, ничем не ограниченную величину, бытовое его осознание требует некоторых пределов. Поэтому человеком создаются необходимые психологические опоры, границы, позволяющие ему очерчивать, отделять и замыкать пространство вокруг себя.
К специфическим свойствам пространства М. П. Титова относит следующие: «Конкретные пространственные формы и размеры
тел, их положение в пространстве по отношению друг к другу, на-личие у тел внутренней симметрии или асимметрии (молекула живого вещества обладает свойством пространственной асимметрии, которое характерно живому веществу), изотропность (равноправие всех направлений) и неоднородность (неравноправие всех точек, наличие выделенных точек) пространства»[3]. Кроме того, пространство обладает свойствами объективности, поскольку его существование не зависит от сознания и всеобщности, так как формы пространства присущи любым воплощениям материи на всех уровнях ее существования.
В современной науке в связи с все большим разграничением видов деятельности возникает тенденция к дифференциации пространства: «Разные виды деятельности человека формируют свои пространства, а сама человеческая деятельность формирует жизненное пространство как основу человеческого существования»[4]. Человек становится объектом и субъектом различных пространств, в том числе и культурного.
Пространство, объем, границы, размеры, форма, материя, движение, гуманизм, трехмерность, протяженность, структурированность, бесконечность.
- 1. Охарактеризуйте античные представления о пространстве и их выражение в архитектурных формах.
- 2. Каковы средневековые представления о пространстве?
- 3. Какие изменения в представлениях о пространстве произошли в эпоху Возрождения?
- 4. С чем связан процесс новой интерпретации пространства в Новое время и каково его влияние на архитектуру?
- 5. Охарактеризуйте представления о пространстве в немецкой классической философии.
- 6. С чем связано возникновение неклассического понимания пространства?
- 7. Назовите основные свойства пространства.
Специфика дизайна как компонента культурного пространства
Источник
Пространство и время являются универсальными, всеобщими формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени.
Обычно выделяют всеобщие, общие и специфические свойства пространства и времени.
Всеобщие свойства пространства и времени: объективность и независимость от человеческого сознания; универсальность – проявляется на всех структурных уровнях материи; неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей; бесконечность – нет места, где пространство и время отсутствовали бы.
Общие свойства пространства: протяженность – существование и связь различных элементов; единство прерывности и непрерывности. Непрерывность означает отсутствие каких-либо «разрывов» в пространстве. Прерывность проявляется в раздельном существовании материальных объектов. Их единство – это характер перемещений тел от точки к точке; трехмерность – пространство трех измерений.
Общие свойства времени:длительность – последовательность смены состояний; необратимость – однонаправленность от прошлого к будущему; неповторяемость – невозможность повторения прошлых событий; одномерность – линейная последовательность событий, связанных друг с другом.
Специфические свойства пространства:конкретные формы и размеры тел; наличие у них внутренней симметрии или асимметрии; изотропность и неоднородность пространства. Изотропность означает отсутствие выделенных направлений (верх, низ и др.). Неоднородность означает различные значения кривизны в зависимости от распределения тяготеющих масс.
Специфические свойства времени:конкретная длительность существования систем; скорость протекания процессов.
В современной науке используется также понятие биологического и социального пространства и времени.
Специфическими пространственно-временными свойствами в биологических системах являются: асимметрия расположения атомов в молекулах белка и нуклеиновых кислот, собственные временные ритмы и темпы изменения внутриорганизменных и надорганизменных биосистем, взаимосвязь и синхронизация ритмов друг с другом, а также с вращением Земли вокруг своей оси и сменой времен года.
Социальное пространство и время характеризуют особенности протяженности и пространственности социальных объектов.
Социальное время характеризует длительность, последователь-ность этапов материальной и духовной деятельности человека. Главным фактором, определяющим ход социального времени, является деятельность человека, направленная на преобразование среды и самого себя. Все известные единицы календарного времени – секунды, минуты, часы, дни – могут быть достаточно точно измерены.
Совсем другое дело – исчисление длительности социальных процессов – это эпоха, эра, сессия, сезон, семестр и т. п. Все они не могут быть не только определены, но не образуют соотношений между собой. Размышляет так и Плиний Старший, римский писатель и ученый, автор афоризма«Не считать надо дни, а взвешивать». Очевидно, что значимые для человека и общества характеристики длительности должны стать компонентами социального времени.
С социальным временем связано и личное время человека. Можно встретить два типа людей, которые по-разному относятся к своему личному времени: одни им вполне самостоятельно распоряжаются, другие не знают, как его провести, чем заполнить. Личностное время используется непосредственно при определении многих ценностей человеческой жизни и, прежде всего, его деятельности. Леонардо да Винчи считал удавшейся независимо от ее длительности всякую жизнь, прожитую хорошо и достойно.
Личностному времени присуще чувство ритма, так, например, в жизни каждого человека устанавливается определенная последовательность событий: детство, юность, получение образования, начало творческой деятельности, вступление в брак, рождение детей и т. д. Такая последовательность выражает ритмическую организацию индивидуальной жизни, но не всякая последовательность носит ритмический характер. Несовпадение важнейших этапов социальной зрелости человека с его календарным возрастом или общепринятым ритмом организации общественной жизни является проявлением аритмии личностного времени.
Необходимо отметить сложность и неоднозначность пространственно-временных отношений на уровне отдельного человека. Личностные время и пространство обусловлены особенностями восприятия самого человека. Именно с ними приходится соизмерять свои поступки, строить планы. Научный подход в этом вопросе необходим для более целостного видения мира.
Во всех перечисленных и других системах проявляются всеобщие свойства пространства и времени.
Выводы:
– Фундамент СТО составляют два постулата.
– СТО изменила представление о характере взаимодействий. Скорость передачи взаимодействия не может превышать скорость света в вакууме.
– Релятивистские эффекты пространства и времени не иллюзорны, а действительны.
– Согласно ОТО, тяготение – это не что иное, как искривленность пространственно-временного континуума.
Источник
Продолжение. Начало в О чем спорят физики? Виды механик и свойства их пространств.
Разные дисциплины дают различные определения пространства. Самое простое и в то же время понятное определение называет пространством место, в котором что-либо вмещается, а также расстояние между предметами.
Пространство в математике – это множество некоторых математических, то есть абстрактных, объектов с правилами работы с ними и набором аксиом, которым эти правила должны подчиняться. Понятие “пространство” в математике обычно используется с уточняющим его прилагательным словом.
Пространство в физике (или пространство-время) точного определения до сих пор не имеет. Некоторые вообще считают, что ни пространства, ни времени не существует. Все это выдумки ученых. Но т.к. физика строит свои физические модели используя математику, то и определение “пространства” в ней должно совпадать с математическим. Чаще всего под “физическим пространством”, точнее, ее моделью, подразумеваются евклидовы, римановы, абелевы и другие топологическое метрическое пространства.
Пространство в философии – это фундаментальное (наряду с временем) понятие человеческого мышления. Но соответствует ли этому понятию нечто реально существующее (субстанция) философы не знают.
Классическая механика в качестве математической модели физического пространства использует 3-мерно евклидово пространство. Обратите внимание – в качестве модели. Это пространство имеет три независимых направления. Это, например, ширина, высота и глубина. И, конечно, обратные к ним направления. Является ли это евклидово пространство реальным физическим пространством? Конечно, нет, но на нее хорошо ложатся наши представления о реальном физическом пространстве.
Кроме 3-мерного пространства, в модели физического пространства рассматривается еще одно пространство – время. Считается, что в ней всего одна степень свободы, или одно направление. Вперед в будущее. Обратное направление – назад, в прошлое. Неужели это все? А где здесь то, что существует? В конце концов мы с ами, homo sapiens? Да, с пространством в классической механике это все.
Но не все с физическим пространством. Описание физической реальности на этом не заканчивается. Здесь проявляется то самое, физическое. То самое, что изучает и старается объяснить физика. Кроме пространства, как мы все догадываемся, еще имеется материя. А пространство – всего лишь вместилище для нее. Кстати, в Общей теории относительности Эйнштейна и материя тоже описывается как свойство пространства.
Но в классической механике материя и пространство-время разделены – материя описывается через материальные функции. Опять математика! Никуда от нее не деться. Многим в интернет-форумах так не нравится математика да и физика с ее абстрактными математизированными теориями тоже. Они считают, что все это выдумки ученых,”заговор” с целью “одурманить” народ, и т.д. и т.п. …
Если роль пространства в физике – “вместить” материю, то роль времени в физических моделях – динамическая. А динамика – это изменение. Последовательное изменение состояния материи во времени. И закономерное, а не произвольное. В этом смысл существования. Здесь появляются координаты, скорости, ускорения, силы. А также “материальные точки” с массами, “сплошные среды” с плотностью, физические “силовые поля” с напряженностями и т.д.
Адрес картинки: https://900igr.net/up/datas/180610/013.jpg
Есть два способа описать материю и пространство-время.
Первое – через понятие “материальная точка” и “системы материальных точек”. В этом случае в качестве вмещаемой в пространство материи выступает “материальная точка” с определенной массой ( зарядом, …)., а описание ее состояния во времени, т.е. “динамика”, осуществляется через задание ее координат во времени:
r ⁱ -> r ⁱ (t).(1)
Как вы, надеюсь, догадались, r ⁱ – это координаты, t – это время. Все в школе изучали алгебру, и эта форма записи должна быть понятна. В математической модели конкретные обозначения координат могут быть разными. Например, как множество {x, y, z}, а можно и так: {r¹, r², r³} и расписывать формулу (1) по всем трем координатам, можно в экономной индексной форме – как я записал выше. В четырехмерных физических теориях координате “время” могут присвоить индекс “0”, а само множество координат обозначить как q ⁱ – {q⁰, q¹, q², q³}, что эквивалентно записям {t, x, y, z} или {t, r¹, r², r³}.
Вторая форма предполагает, что в каждой точке пространства существует вещество с определенной плотностью r(r). А описание в динамике предполагает, что плотность меняется во времени:
r(r) -> r(r, t).(2)
Здесь мы подошли непосредственно к первой цели статьи – описанию самого пространства, его свойств. Думаю, многие согласятся, что различные пространства отличаются друг от друга своими свойствами. Кто не согласен, приведу очевидное свойство пространств – ее размерность.
Галилеево пространство
Так вот, пространство классической механики является плоским евклидовым пространством размерности три. Дополнительно к трем пространственным размерностям вводится еще одна координата (или направление) – время. Совместно эти четыре координаты определяют галилеево пространство. Но, конечно, между тремя пространственными и четвертым временным направлениями имеется большая разница. Это видно даже в единицах их измерения – “метры” и “секунды”. Их путать никак нельзя.
Свойства трех пространственных направлений полностью соответствуют тем, что мы знаем из школы и изучали (кто как) на уроках геометрии (планиметрии). Также пользовались этим пространством, только двухмерным, на уроках рисования, черчения. Рисовали на асфальте. Не буду расписывать все его свойства. Но основные – это 1) свойство однородности, 2) изотропности 3) симметричность относительно инверсия координат (зеркальной симметрии). Первое свойство в применении к модели реального пространства означает, что законы физики одни и те же во всех уголках нашей Вселенной. Второе свойство означает, что свойства пространства не зависят от направления (ориентации). Третье свойство означает, что законы физики не изменятся также при зеркальном отражении пространства.
Точно такими же свойствами обладает и временное направление. Первое – законы физики одни и те же во Вселенной в прошлом, настоящем и будущем. Второе и третье свойства означают , что свойства пространства не зависят от направления “прошлое” или “будущее”. Это свойство называется “обратимостью”.
Но здесь есть некоторая сложность. Если в пространстве непрерывным поворотом системы координат разные направления можно совместить: r -> -r, то здесь нет непрерывного отображения t -> -t. В применении к реальности у этого свойства есть ограничения.
Замечание. В классической механике (физике) они определяются законом сложных систем и больших чисел, а в современной квантовой физике существует фундаментальное ограничение на применение этого закона даже для простых и единичных систем.
Еще одно, фундаментальное свойство физической реальности, а не просто галилеева пространства – движение материи во времени и пространстве происходит в соответствии с точными законами. Это означает, что если, зафиксировав состояние материи в любой момент, можно проследить ее истории как в будущем, так и в прошлом с абсолютной точностью. Термином, обозначающим это свойство, является слово “детерминизм”.
Еще одно свойство относится к объединенному четырехмерному пространству-времени (и это свойство каким то образом может оправдывать использование четырехмерных моделей пространства-времени с четырьмя равноправными координатами. Но к классической механике это можно отнести с большим трудом). А именно, оно формулируется так: “Все инерциальные системы отсчета равноправны”. Инерциальными системами отсчета (или ИСО) называются системы отсчета, движущиеся друг относительно друга прямолинейно и равномерно.
Равноправность означает, что в природе нет выделенных систем отсчета и законы природы выполняются одинаково во всех ИСО – и движущихся, и не движущихся. Точнее, невозможно даже определить, в каком состоянии – состоянии движения или покоя – находится конкретная ИСО. Можно определить только их взаимное движение.
Преобразования галилеева пространства
В математической модели такие галилеевы системы отсчета получаются с помощью так называемых галилеевых преобразований координат:
t’ = kt – t₀ ,
r’ = wg(r – r₀) – vt.(3)
Здесь t₀ – смещение временной координаты (однородность времени),
r₀ – смещение пространственной координаты (однородность пространства),
w – функция поворота координатных осей (изотропность пространства).
Изотропность пространства и времени формулируется через коэффициент k = ±1 в уравнениях (3).
Если хотите узнать, что обозначает слово или словосочетание, в ОПЕРЕ выделите это слово(сочетание), нажмите правую клавишу мыши и выберите “Искать в …”, далее – “Yandex”. Все! О-ля-ля!
Если вам понравилась статья, то поставьте “лайк” и подпишитесь на канал! Этим вы поможете каналу.
Ссылка на мою статью Как написать формулы в статье на Дзен?
Мои странички на Дзен: https://zen.yandex.ru/id/5e036c95fc69ab00aecfe6e9
Источник
«Но, если время, как определяли многие мыслители, включая Вернадского, это – текучее пространство, то что же такое пространство?»
«Пространство, означающее реальную протяжённость материальных предметов, процессов, событий, – всегда связано с определёнными границами занимаемого объёма».
Как понять? Если взять лист бумаги и нарисовать на нём точки, то взаимное расположение их, определяется расстоянием между ними. Расстояние это одномерно. Если мы возьмём и нарисуем квадраты. Квадраты – двухмерны, то есть имеют площадь, а расстояние между ними – одномерно. Для определения взаимного расположения на плоскости, мы должны были бы замерять двухмерную плоскость между ними. В голограмме, то есть в объёмной системе мы для этой цели должны замерять объём между телами.
«Начиная с мгновенной единичной флуктуации физического вакуума и до галактической системы – материальные объекты занимают определённый объём. Такую материальную объёмность можно рассматривать трояким способом: во-первых, как саму по себе, образованную длинной, шириной и высотой определённого тела; во-вторых, с точки зрения реальной объёмности окружающей среды (в этом смысле любой предмет как бы вкраплён в бесконечную материю); в-третьих, как отношение с другими материальными объектами (в очерченных границах объективной объёмности протекают также физические, химические, биологические и социальные процессы). Понятно, что все названные аспекты реальной пространственности существуют во времени, и такое единство с временной длительностью обеспечивает всё разнообразие различных форм движения материи и их взаимосвязь».
Социальные процессы – это борьба мысленной энергии?
«Наконец, картину можно ещё больше обогатить, описав её состояние в прошлом или спроецировав в будущее. Другими словами, привлечь четвёртую временную координату, превратив тем самым любую пространственную точку в «мировую линию». Такие «мировые линии» допустимо составить для любого материального объекта: скажем, жизнь отдельного человека от рождения и до смерти изобразить в виде «мировой линии», а также соотнести её с «мировыми линиями, других людей, любых материальных тел и явлений».
Как же создаётся пространство?
Допустим, что всё существующее во Вселенной находится в одной начальной точки. Существует ли в ней пространство? Нет. Отделим всё существующее одно от другого. Каким образом нам это сделать? Нужно что-то поставить между телами. А что, если всё едино? Создать разные уровни материальности. Более плотные уровни будут выделены из более тонких, и будут находиться внутри тонких, пронизываемые ими. Тонкие уровни создадут разделение между телами плотных уровней. Возникнет глубина Вселенной, а именно, пространство. Изменение расположения объектов (форм) относительно друг друга на каждом уровне материальности создадут время – движение пространства. Получается, что если нет уровней материальности, то нет пространства и времени. Допустим это так, то как создаётся начальный уровень материальности? Начальный луч Света. Божественного Света, а не Солнечного света.
«Знание о существовании объекта мало что даёт, кроме констатации его пространственно-временной определённости. … Зато познание многообразных пространственно-временных отношений поистине неограниченно: здесь и неисчерпаемые внешние отношения каждой вещи или системы с любой другой, и отношение внутри системы, и сложные комбинации различных отношений, находящих оригинальное отображение в математических понятиях»
В первом случае мы изучаем объекты в определённом уровне материальности, то есть идём по горизонтали, а во втором – разные уровни материальности и взаимосвязь объектов в них, то есть двигаемся по вертикали.
«В научной литературе обсуждалась гипотеза, согласно которой на определённом уровне микромира пространственность и временность исчезают и что будто бы вполне допустимо говорить о «внепространственных» и «вневременных» формах существования материи».
Такое допустимо в начальной точке возникновения нашей Вселенной. Только остаётся понять, какая в этой точке будет материя. А будет ли вообще существовать материя в том виде, в котором мы представляем себе материю (имеется в виду атомном виде).
«… профессор Мичиганского университета Л. Склар утверждает, что согласно реляционной концепции в мире реальны лишь физические объекты и события, а пространство и время представляют собой только их отношения.
Существует мнение, что протяжённость и длительность выражают исключительно метрические свойства пространства и времени и связаны в первую очередь с их количественным аспектом.
Измерение может быть как однопорядковым (например, измерение пространства в единицах протяжённости или измерений времени в единицах длительности), так и разнопорядковым (например, объективно понятию скорости соответствует выражение протяжённости через длительность). Потребности практики обусловило и то, что до ХIХ в. Человечество вполне удовлетворяло три вида пространственных измерений: одномерное (линия), двухмерное (плоскость) и трёхмерное (объём). Впоследствии возникла (прежде всего, в математике, а затем в физике) теория так называемых многомерных пространств».
Заметим, что для измерения протяжённости и длительности необходимы точки начала и конца.
«Объективная природа пространства не меняется в зависимости от того, в скольких измерениях оно будет выражено. Действительная основа линии, площади, объёма, а также какого бы то ни было многомерного пространства одна и та же – реальная протяжённость вещей и процессов материального мира. Возможность же измерения пространства-времени каким угодно образом и соответствующего выражения любым числом измерений обусловлена конкретными зависимостями между внутренними и внешними материальными отношениями, в которых могут находиться реальные объекты, обладающие пространственностью и временностью».
Почему мы используем трёхмерное измерение пространства? Для нашего уровня сознания этого достаточно. Если бы наше сознание могло перемещаться во времени, то есть перемещать нас в прошлое и будущее, то мы бы жили в четырёхмерном измерение пространства, а пятое измерение воспринимали как время. Чтобы означало для нас пятое измерение? При одновременном изменении нашего прошлого, настоящего и будущего длительность этого изменения. То есть возможные варианты нашей линии судьбы.
Почему дальние объекты мы видим маленькими, а ближние большими? Иллюзия нашего сознания для создания пространства? Какие их истинные размеры?
«Чтобы понять, почему пространство трёхмерно, попробуем вначале выяснить, почему расстояние между объектами или длины физических тел принято выражать в одном измерении. Ведь расстояние определяются на поверхности Земли, которая сама по себе объёмна».
Вот именно, мы находимся на поверхности Земли, которая имеет громадные размеры по отношению к нам. Нам удобнее расстояние между объёмными предметами измерять в двухмерных координатах или одномерной протяжённости – линии между объектами. Этот способ измерения мы переносим и в Космос, измеряя промежуток между объектами через одномерное расстояние – линию.
«А вот математические точки и линии – абстракции, в «чистом виде» в природе не встречающиеся. Точку и линию можно получить путём соприкосновения или наложения объёмных предметов (линеек, циркулей, карандашей, рейсфедеров, бумаги и т.п.)
Метр как единица длины в первом определении был равен 1х 10 (-7) части четверти длины парижского меридиана (то есть воображаемой линии на поверхности объёмного земного шара). … (в другом) определении метр – длина, равная 1650763, 73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между строго определёнными уровнями атома криптона 86. Излучение происходит в объёмном пространстве между электронами, которые также занимают … объём. …По существу, объёмность (или ёмкость) и представляют собой реальную пространственную протяжённость».
Так ли это? Необходимо понять, что имеет мерность – само пространство или наше восприятие пространства через сознание, его уровни. Одномерный уровень сознания – это ощущения. Так живут растения, бактерии, микробы, минералы. Ощущения – это ответная реакция организма на воздействие внешней среды. Двухмерный уровень сознания это ощущения и представления. Представления – это образы в мозге организма. Так живут животные, насекомые, те у кого есть мозг. Трехмерный уровень сознания – это ощущения, представления, понятия. Понятие – это логически оформленные мысли о чём-то через слово. Так живёт человек. Именно слово отличает человека от всего окружающего мира. Интуиция – это способность восприятия чистой мысли. Обретя эту способность, человек перейдёт к ясновидению и сможет видеть пространство четырёхмерным.
Источник информации книга «Тайны Вселенной» В.Н. Демина.
Фото из открытых источников. Спасибо автору.
Источник