Підручник з Природничих наук. 1 частина. 10 клас. Гільберг - Нова програма

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

ПРОСТІР & ЧАС

До фундаментальних й універсальних понять відносимо простір і час. Немає об’єкта, який перебував би поза простором і часом, як немає простору й часу самих по собі, поза матерією, що рухається. Простір і час існують об’єктивно й незалежно від свідомості, однак зовсім не від матерії.

Прагнення глибоко пізнати суть простору й часу пронизує всю матеріальну й духовну культуру людства. Дуже важливу роль у розвитку поняття простору відіграло створення в античну епоху Евклідом геометрії. Простір ототожнювали з евклідової геометрією аж до XIX ст. Новий етап розвитку уявлень про простір зумовлено створенням неевклідової геометрії Миколою Лобачевським (1792—1856, Росія), Карлом Фрідріхом Гауссом (1777—1855, Німеччина), коли було з’ясовано, що евклідова геометрія не є єдино можливою (мал. 5.6).

Мал. 5.6. Розмаїття геометрій

Після цього швидко було розроблено загальну математичну теорію неевклідової геометрії та сформульовано питання про те, яка саме геометрія характеризує простір нашого світу. Паралельно з розвитком математичних теорій простору у фізиці в 1916 р. Альберт Ейнштейн (1879—1955, Німеччина, Швейцарія, США) створив теорію відносності, яка складається з двох пов’язаних між собою теорій: спеціальної й загальної теорії відносності. Спеціальна теорія відносності переконливо довела, що численні просторово-часові властивості, які вважали незмінними, абсолютними, насправді є відносними, релятивними (лат. relativus — відносний). У спеціальній теорії відносності втрачали абсолютний характер такі просторово-часові властивості, як довжина, часовий інтервал, одночасність. Виявлено, що всі ці властивості залежні від взаємного руху матеріальних об’єктів, якщо вони рухаються зі швидкістю, що наближається до швидкості світла (300 тис. км/с). У загальній теорії відносності встановлено залежність властивостей простору-часу від гравітаційних взаємодій між матеріальними об’єктами. Загальна теорія відносності встановлює, що геометричні властивості простору-часу залежать від розподілу в них гравітаційних мас. Поблизу масивних об’єктів геометричні властивості простору починають відхиляться від евклідових, а темп плину часу сповільнюється. Отже, теорія відносності, по-перше, спростувала абсолютність часу й абсолютність простору; по-друге, розкрила залежність просторово-часових властивостей від характеру руху та взаємодії матеріальних систем; по-третє, показала неспроможність суб’єктивістських, апріорних уявлень щодо сутності простору й часу. Сам Альберт Ейнштейн на запитання про суть теорії відносності відповів: «Суть така: раніше вважали, що якби якимсь чином усі матеріальні речі раптово зникли, то простір і час залишилися б. Згідно з теорією відносності разом з речами зникли б і простір, і час».

Сучасні проблеми осмислення простору містять як традиційні проблеми, так і нові, що виникли в процесі розвитку науки. До них, зокрема, належать проблеми розмірності простору, можливої обмеженості (замкнутості) простору Всесвіту, безперервності або ж дискретності простору на рівні мікросвіту.

Уявлення про час також еволюціонувало. На ранніх етапах розвитку людства поняття часу мало циклічний характер (циклічний час), що було зумовлено винятковою важливістю для людського існування циклічних процесів: річного та добового циклів, циклу обертання Місяця і, можливо, внутрішніх біоритмів організму та зміни поколінь. Реліктом такого циклічного розуміння часу є східний календар (мал. 5.7).

Мал. 5.7. Східний календар

Пізніше поступово було вироблено лінійне уявлення про час. Водночас роль періодичних (циклічних) процесів у розумінні часу й дотепер є досить значною, оскільки саме періодичні процеси є основою еталонів вимірювання часу.

В історії розвитку поняття часу можна виокремити кілька етапів. Спочатку це поняття розглядали в рамках міфопоетичної та релігійно-міфологічної картини світу. В Античності час став предметом філософського міркування таких учених, як Геракліт, Парменід (515—480 до н. е.), Демокріт, Аристотель. На цьому етапі виникли два протилежні підходи до розуміння часу (як і простору): абсолютного й відносного.

У середні віки увагу було зосереджено переважно на зв’язку поняття часу з богословськими проблемами, передусім з проблемою створення світу.

Пізніше одним з основних рушійних факторів аналізу часу стало теоретичне природознавство, оскільки саме в основні рівняння фізичних теорій (насамперед класичної механіки) час уведено як фундаментальний параметр, що характеризує будь-які процеси та явища світу. У цей період набула особливого значення конфронтація абсолютної й відносної концепцій часу.

Розвиток фізики на початку XX ст. привів до відкриття фундаментального зв’язку між простором і часом (спеціальна теорія відносності). Відтоді проблему часу почали розглядати в загальнішому контексті проблеми «простір-час». Найважливішим результатом стала істотна зміна класичного уявлення про абсолютну одночасність подій. Виявлено, що події, які відбуваються в різних точках простору й одночасні в одній системі відліку, є неодночасними в інших системах відліку, що рухаються відносно першої. Перехід до розгляду єдиного простору-часу не означав повного розчинення часу в просторі.

Іншим важливим аспектом аналізу часу стало обговорення проблеми спрямованості часу. По-перше, вона пов’язана з другим законом термодинаміки та необоротністю процесів, що було виявлено в дослідженнях з теорії самоорганізації Іллєю Пригожиним (1917—2003, Росія, Бельгія) та його учнями й послідовниками. По-друге, спрямованість часу може розглядати в рамках відносин «причина-наслідок»: за Г. Рейхенбахом (1891—1953, Німеччина) причина завжди передує наслідку. По-третє, спрямованість часу аналізує сучасна космологія, яка поширила її на глобальний космологічний процес розширення Всесвіту.

Крім точних наук, поняття часу інтенсивно розглядають у біології (біологічний час) і в дисциплінах, які вивчають суспільство (історичний час, соціальний час). Успіхи хроногенетики (науки про успадкування біологічного часу) та хронобіології (науки про біологічні ритми) привели до того, що проблема часу для біолога це, насамперед, проблема біологічного годинника. Внутрішній час відрізняється від астрономічного функціонально — це радше оператор, а не параметр. Власний час, власний вік організму можна відраховувати за вживанням організмом кисню. Власний вік організму можна також виміряти за кількістю заново утворених клітин: за площею заживання ран, ростом певних органів тіла (наприклад, розмір кришталика ока у ссавців уважають одним з найліпших параметрів біологічного віку), кількості клітин у дріжджів, що відокремилися, які є їхньою єдиною стабільною віковою характеристикою на відміну від інших хронологічних дат.

У хімії є окремий розділ фемтохімія (англ. femtochemistry), де вивчають явища, що відбуваються за дуже короткий час — 10—100 фс (1 фемтосекунда дорівнює 10-15с), тобто в шкалі часу коливань хімічних зв’язків.

Час існує для того, щоб все не сталося відразу.

Альберт Ейнштейн

Соціальний простір — частина біосфери, космосу. Її характеризує людський сенс, що відображено у світогляді людей певної епохи. У міфології давніх слов’ян коло та квадрат, які вони широко використовували в життєдіяльності, були не тільки символічними іпостасями Космосу, а й допомагали людям орієнтуватися в просторі, упорядковували просторовий світ, у якому жила людина, і протиставляли його всьому іншому, ворожому й незрозумілому їй світу.