Пространство Время ВВЕДЕНИЕ Пространство и время представляют

Пространство. Время.

ВВЕДЕНИЕ Пространство и время представляют собой формы существования материи. С первых лет жизни человек сталкивается с различными предметами и процессами, научается сравнивать размеры тел, скорости их перемещения, длительность тех или иных процессов. Таким образом, у него складываются определенные представления о пространстве и времени. В естествознании существуют две концепции: субстанционная и реляционная. Первая из них придерживается подхода об абсолютных, ни от чего не зависящих пространстве и времени; вторая предполагает связь этих категорий с материей и ее движением – пространство и время есть формы бытия материи, и без нее существовать не могут. Формирование представлений об указанных субстанциях началось в глубокой древности. Представления древних ученых о пространстве были крайне противоречивы и в большинстве случаев построены на интуиции, поскольку каких-либо научных данных, с помощью которых можно было бы проверить правильность тех или иных гипотез, тогда еще не было.

Первой последовательной, логически завершенной картиной мира, включающей в себя не только объяснения некоторых фактов, но и претендующей охватить все бытие в целом, была механическая картина мира, основы которой заложил И. Ньютон в конце XVII века. В механике пространство и время рассматривались как абсолютные, независимые друг от друга и от материи субстанции. В начале ХХ века с созданием А. Эйнштейном специальной теории относительности было признано, что пространство и время являются взаимозависимыми и не существующими друг без друга. Дальнейшее развитие идей относительности показало, что наличие и движение материальных объектов могут изменять метрику пространственно- временной структуры. Таким образом, оказалось, что пространство и время являются относительными, однако это становится заметным либо при огромных скоростях, либо в больших гравитационных полях. На пороге XXI века стало ясно, что свойства пространства и времени, а также их метрика в какой-то степени определяют структуру мира: принципы симметрии, законы сохранения, топологию Вселенной и др. Поскольку в природе существуют различные формы движения материи, то и пространственно-временные структуры также должны быть различными. Причем, определенной форме движения материи соответствует своя пространственно-временная структура. Так в философию и естествознание были введены нефизические типы пространства и времени.

Пространство ПРОСТРАНСТВО. Вспомним, что Аристотель отрицал существование пустого пространства, связывая пространство, время и движение. Атомисты 18 -19 вв. наоборот, признавали атомы и пустое пространство, в котором атомы движутся. Ньютон, впрочем, рассматривал два вида пространства: n · относительное, с которым люди знакомятся путем измерения пространственных отношения между телами; n · абсолютное, которое по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было и внешнему и остается всегда одинаковым и неподвижным; т. е. абсолютное пространство – это пустое вместилище тел, оно не связано со временем, и его свойства не зависят от наличия или отсутствия в нем материальных объектов. Пространство в Ньютоновской механике является Впоследствии А. Эйнштейн, анализируя понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, писал: “Если бы материя исчезла, то осталось бы только пространство и время (своего рода сцена, на которой разыгрываются физические явления)”. В этом случае пространство и время не содержат никаких особых “меток”, от которых можно было бы вести отсчет и ответить на вопросы “Где? ” и “Когда? ” Поэтому для изучения в них материальных объектов необходимо вводить систему отсчета (систему координат и часы). Система отсчета, жестко связанная с абсолютным пространством, называется инерциальной. трехмерным (положение любой точки можно описать тремя координатами), непрерывным, бесконечным, однородным (свойства пространства одинаковы в любой точке), изотропным (свойства пространства не зависят от направления). Пространственные отношения в МКМ описываются геометрией Евклида. n

Время ВРЕМЯ. Ньютон рассматривал два вида времени, аналогично пространству: относительное и абсолютное. Относительное время люди познают в процессе измерений, а абсолютное (истинное, математическое время) само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Таким образом, и время у Ньютона, аналогично пространству – пустое вместилище событий, не зависящее ни от чего. Время течет в одном направлении – от прошлого к будущему.

Пространство и время в различных отраслях естествознания В современной науке используются такие n понятия, как физическое, геологическое, географическое, биологическое, психологическое, социальное пространство и время. Проиллюстрируем это на двух видах пространства и времени биологическом и психологическом. Биологическое пространство и время характеризуют специфические пространственно-временные свойства параметров органической материи: асимметрию расположения атомов в молекулах белка и нуклеиновых кислот; собственные временные ритмы и темпы изменения внутриорганизменных и надорганизменных биосистем; взаимосвязь и синхронизацию ритмов друг с другом, а также с вращением Земли вокруг оси и сменой времен года.

Психологическое пространство и время характеризуют основные структуры пространства и времени, связанные с восприятием и так называемыми перцептивными (вкусовыми, визуальными и т. д. ) полями. Исследователями выявлены неоднородность перцептивного пространства, его асимметрия, эффект обратимости времени в бессознательных и транспсихических процессах, а также синхронизм психических процессов, состоящий в одновременном параллельном проявлении идентичных психических переживаний у двух или нескольких человек. Для иллюстрации психологического времени можно привести широко известное высказывание немецкого философа А. Шопенгауэра о том, что в детстве время идет очень медленно, в юности -быстрее, но все равно еле <передвигает ноги>, в зрелом возрасте оно уже <идет в ногу> со старением, а в старости мчится, как стрела. Конечно же каждый человек испытывал моменты, когда время <мчится, как стрела> или <тянется, как резина>. Проиллюстрировать различное восприятие пространства можно, например, напомнив о том, что одно и то же помещение одним людям может казаться большим, а другим - маленьким.

Проблема пространств и времени Кроме рассмотренных типов пространства и времени в литературе обсуждаются проблемы геологического, географического, социального и других типов пространств и времен, выделяются их специфические черты и характерные особенности. При этом обычно анализируются неоднородность пространственновременных структур, специфические пространственные отношения между элементами, ритмы и темпы изменения, ускорение или замедление темпов развития рассматриваемых в конкретной отрасли естествознания объектов.

Виды времени (солнечное, звёздное, местное, поясное)

Местное солнечное время может обозначать: n местное истинное солнечное время, определяемое в месте нахождения наблюдателя видимым положением солнца на небесной сфере. Например, истинный полдень в некоторой точке Земли наступает в момент верхней кульминации Солнца (момент, когда Солнце пересекает небесный меридиан места наблюдателя, и соответственно, находится строго над точкой юга).

Истинное солнечное время определяется положением солнца n n n Именно положение Солнца определяет истинное солнечное время. Часы же показывают время, которое лишь приблизительно связано со средним (и тем более, истинным) солнечным временем. Гражданское время условно. Точно истинное солнечное время можно узнать, измерив специальным астрономическим инструментом часовой угол Солнца. Приблизительно солнечное время можно узнать по солнечным часам (низкая точность которых обусловлена размытостью тени). Истинное солнечное время неравномерно n Для современного городского жителя истинное время — скорее астрономическая абстракция, которая не имеет большого значения в его жизни, поскольку оно неравномерно. Действительно, сложно сделать часы, которые идут с переменной скоростью в течение года. А вот обычное время, напротив, организовано равномерно (если не считать скачков на ± 1 ч два раза в год) и точно и, значит, легче поддается учёту.

Расчёт среднего солнечного времени От универсального времени можно рассчитать не только гражданское время в любом часовом поясе, но и местное среднее солнечное время на любом меридиане. Гражданское время во всех часовых поясах сдвинуто на целое (или половинное) число часов относительно среднего солнечного времени на Гринвичском меридиане, которое называют универсальным и обозначают UTC (Акроним UTC не представляет какую-либо фразу, но созвучен с CUT = Coordinated Universal Time). Ранее GMT считалось точкой отсчёта времени — время в других часовых поясах отсчитывалось от гринвичского. Связывать их прекратили из-за того что фактически в Гринвиче летом используется летнее время, из-за чего местное время отличается от среднего солнечного, а также обсуждаемого перехода Великобритании в часовой пояс UTC+1, на центральноевропейское время (CET), от которого страна сейчас отстаёт на 1 час. Предположим, что универсальное время равно 8 часов утра — 08: 00. Тогда по гражданскому времени в Москве будет полдень: GMT+4 = 8: 00 + 4: 00 = 12: 00. Но за четыре часа солнце перемещается на 15° × 4 = 60°. Поэтому истинный солнечный полдень будет в это время на 60° восточной долготы (например, в Екатеринбурге), а не в Москве. Чтобы узнать среднее солнечное время в Москве, надо перевести долготу места (около 38°) в часовые единицы. Поэтому в 8 часов UTC среднее солнечное время в Москве будет 8: 00 + 2: 32 = 10: 32. Расчёт сделан для Москвы, а, например, в Балее можно самостоятельно рассчитать среднее солнечное время, имея в виду, что восточная долгота города Балей равна 116° 38', а часовой пояс считается как UTC+9. Чтобы рассчитать среднее солнечное время, необходимо знать градусы и минуты долготы того места, где вы находитесь.

Определение среднего солнечного времени Среднее солнечное время — это промежуток времени от нижней кульминации среднего солнца на данном меридиане до любого другого положения на небесной сфере. Среднее солнечное время на долготе Гринвича практически равно Всемирному времени. Местное среднее солнечное время на других долготах отличается от Всемирного времени пропорционально этим долготам (1 час на каждые 15° долготы).

Интересные факты На географических полюсах вопрос «Который сейчас час? » лишён всякого смысла: день длится полгода, при этом солнце меняет свою высоту незаметно, а любое направление, например, на Северном полюсе, есть направление на юг. Солнечные часы на Северном полюсе вполне объективно будут показывать истинное время в течение летнего полугодия. Просто единицей измерения следует выбрать день. Таков природный ритм жизни за Полярным кругом, и особенности восприятия времени у заполярных народов можно проследить и в лунном календаре, и в древних обрядах. Таким образом, понять условность гражданского времени нагляднее всего можно на Северном полюсе. Значение долготы для пункта, расположенного к западу от Гринвича, можно вычислить, если вычесть значение местного солнечного времени, определённое астрономическими наблюдениями, из значения всемирного времени, полученного по радиосигналам точного времени. С помощью уравнения времени (в виде годового графика) можно подсчитать гражданское время на основании положения солнца.

Уравнение времени. График выше нуля солнечные часы «спешат» , ниже нуля - солнечные часы «отстают» График уравнения времени (синяя линия) и двух его составляющих при определении этого уравнения как УВ = ССВ - ИСВ.

Звездное время - надежный помощник при изучении звездного Вспомним соотношение, согласно которому s а + t. Пусть часовой угол светила t равна нулю (светило находится в верхней кульминации). Тогда звездный час s равен его прямому подъему а, т. е. s - а. Пользуясь астрономическим календарем и зная долготу своей местности, вычислим по формуле звездное время s на момент наблюдений, а на звездной карте найдем звезды с соответствующим прямым подъемом а. Именно эти звезды будут находиться в южной части неба, пересекая небесный меридиан. Остается сравнить вид звездного неба со звездными узорами на карте. Следовательно, умение вычислять звездное время помогает при изучении звездного неба.

Звёздное время Из многолетних наблюдений установлено, что в тропическом году содержится 365, 2422 средних солнечных суток. Нетрудно показать, что звездных суток в тропическом году на единицу больше, т. е. 366, 2422. Действительно, предположим, что в момент весеннего равноденствия некоторого года среднее экваториальное солнце и точка весеннего равноденствия находятся в верхней кульминации. Спустя одни звездные сутки точка весеннего равноденствия снова придет на небесный меридиан, а среднее экваториальное солнце не дойдет до него, так как за звездные сутки оно сместится по небесному экватору к востоку на дугу примерно в 1°. Оно пройдет небесный меридиан после поворота небесной сферы на этот угол, на что потребуется около 4 m времени, а точнее Зm 56 s. Следовательно, средние сутки продолжительнее звездных суток на Зm 56 s. Отходя каждые звездные сутки к востоку на дугу в 3 m 56 s (или ~1°), среднее экваториальное солнце на протяжении тропического года обойдет весь небесный экватор (подобно одному видимому обороту Солнца по эклиптике) и в момент следующего весеннего равноденствия снова придет в точку весеннего равноденствия. Но в этот момент часовой угол среднего солнца и точки весеннего равноденствия будут отличаться от нуля, так как тропический год не содержит целого числа ни звездных, ни средних суток. Нетрудно видеть, что, какова бы ни была продолжительность тропического года, число суточных оборотов Солнца за этот промежуток времени будет на единицу меньше, чем число суточных оборотов точки весеннего равноденствия.

Циферблат часов

Звездное время. Соотношение между звездным и солнечным временем. n n Настоящее и среднее солнечное время, звездное время. Измерять время, пользуясь звездной эпохой, проще, а потому очень удобно при решении многих астрономических задач. Однако повседневный распорядок жизни человека связан с видимым положением Солнца, его восходом, кульминацией и западом. Другими словами, мы живем по солнечному времени. Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра диска Солнца на одном и том же географическом меридиане называется настоящей солнечной сутками. За начало настоящей солнечных суток на определенном меридиане принимается момент нижней кульминации Солнца (истинная полночь). Но продолжительность настоящей солнечных суток не является постоянной величиной. за год целые сутки - в простом году насчитывается 365 солнечных дней и 366 звездных. Если мы будем измерять звездную сутки единицами солнечных суток, то начислим в звездной эпохе 23 ч 56 мин 4 с солнечного времени. Если солнечную сутки будем измерять звездными единицами, то начислим 24 ч 3 мин 56 с звездного времени.

Местное время — одинаковое время в один момент суток в точках, расположенных на одном меридиане. Конкретно, под местным временем могут пониматься: n Поясное время в данном конкретном месте — это наиболее частое подразумеваемое значение; n Среднее солнечное время на данном меридиане; n Местное солнечное время на данном меридиане с учётом изменяемой продолжительности астрономических суток, также называемое в астрономии «Истинное солнечное время» , и отсчитываемое от моментов астрономических полуночи и полудня

Поясное время – это среднее солнечное время, определяемое для 24 основных географических меридианов, отстоящих на 15° по долготе. Поверхность Земли разделена на 24 часовых пояса (с номерами от 0 до 23), в пределах каждого из которых поясное время совпадает со временем проходящего через них основного меридиана. Поясное время в смежных поясах различается на 1 ч. Счет поясов ведется с запада на восток. Основным меридианом нулевого пояса является Гринвичский меридиан. Разность (в часах) между поясным временем какого-либо пояса и всемирным временем равна номеру пояса. Поясное время некоторых поясов имеет собственное название; например, поясное время нулевого пояса называют западноевропейским (всемирным), первого пояса - среднеевропейским, второго пояса - восточноевропейским

Часовые пояса делят поверхность Земли на 24 пояса с номерами от 0 до 23, в пределах каждого из которых поясное время совпадает со временем проходящего через них основного меридиана. Смежные часовые пояса отличаются на 1 час. Существуют зоны с 30 -минутным смещением, они выделены на карте красной границей

Спасибо за внимание