Контрольная работа на тему Концепции пространства в современном естествознании.

Содержание:

Введение. 3

1.   Пространство. Человеческое понимание
пространства. 5

2. Наиболее распространенные
концепции пространства. 5

3. О делимости и бесконечности
пространства. 7

4. Метрика, топология и связанность
пространства. 8

5. О числе измерений пространства. 12

6. Развитие представлений о
пространстве в XX веке. 14

Заключение. 17

Список использованной литературы.. 19

Введение:

Существование материи
связано с двумя веществами, такими как пространство и время. Физические,
химические и другие величины прямо или косвенно связаны с измерением длин и
длительностей, т. е. пространственно-временными свойствами объектов. Поэтому
расширение и углубление знаний о мире связано с соответствующими учениями о
пространстве и времени.

Слово концепция происходит
от латинского conceptus – мысль, понятие, а еще concepcio – восприятие.
Следовательно, речь идет о системе взглядов на определенные явления, о способе
понимания, толкования этих явлений.

Естествознание в
современном понимании – это все области науки, которые в совокупности
занимаются исследованиями всего, что окружает нас, но и нас, людей, тоже. Во
всех случаях приходится выяснять вопрос о возможностях и границах науки, а
также – о возможностях философии, ее важность, в частности, для
ученого-естествоиспытателя.

Из всех отраслей
естествознания ведущими, определяющими являются три: физика, астрономия и
биология. Можно уточнить: в наше время вторая в ипостаси космологии фактически
уже сливается с физикой – как космомикрофизика, давая нам конкретные данные о
«когда-то осуществленном грандиозном физическом эксперименте». Ведь вследствие
его и появился окружающий мир, в частности, все разнообразие имеющихся
элементарных частиц. Биология всесторонне и детально изучает весь окружающий
мир живых форм включая вопросы об их происхождении, их появление на нашей
планете.

Устанавливая свое место
во Вселенной, человек с каждым столетием все глубже и глубже проникает в суть
окружающих вещей и явлений. Благодаря этому он разработал некоторые наиболее
общие понятия, в которых он выразил содержание всего человеческого опыта –
категории (такие как материя, пространство, время, свойства и отношения,
качество и количество, движение, состояние, реальность, возможность и
действительность, случайность и необходимость) и определенные принципы
(причинность и развитие, единства и разнообразия, идентичности и различия и т.д.).

В материалистическом
мировоззрении понятие пространства было создано на основе наблюдения и
практического использования объектов, их протяженности и объема.

Естественнонаучные представления
о пространстве прошли долгий путь образования и развития. Первые из них
возникли в результате очевидного существования в природе и особенно в
макрокосме твердых физических тел, занимающих определенный объем. Речь шла
главным образом о повседневных представлениях о пространстве как о внешних
условиях существования, в которые помещается материя и которые были бы
сохранены, если бы сама материя исчезла. Эта перспектива позволила
сформулировать концепцию абсолютного пространства и времени, которая получила
наиболее выразительное выражение в работе И. Ньютона «Математические начала
натуральной философии». Эта работа определила развитие естественнонаучной
картины более чем на два века. В ней были сформулированы основные законы
движения, определены понятия пространства, времени, места.

Цель
нашей работы проанализировать существовавшие и существующие концепции
пространства в естествознании, определить дальнейшие направления в исследовании
наукой природы пространства.

Заключение:

Из изложенного следует,
что пространству свойственны самые общие физические закономерности, касающиеся
всех объектов и процессов. Это имеет отношение и к проблемам, связанным с
топологическими свойствами пространства. Проблема границы (столкновение)
отдельных объектов и процессов непосредственно связана с вопросами, которые
привлекали внимание еще в древности. Речь идет о конечной или бесконечной
делимости пространства, его дискретности или непрерывности.

В античной философии этот
вопрос решался только умовыводимо. Высказывались, например, предположение о существовании
«атомов» времени (Зенон).

В науке XVII-XIX веков
идея атомизма пространства потеряла всякий смысл. Ньютон считал, что
пространство реально расчленено до бесконечности. Этот вывод следовал из его
концепции пустых пространств, наименьшими элементами которых являются геометрическая
точка и момент времени («мгновения» в буквальном смысле слова). Лейбниц считал,
что хоть пространство и время делимы до бесконечности, но реально не расчленены
на точки – в природе нет объектов и явлений, лишенных размеров и
продолжительности. Из представления о неограниченной делимости пространства не
следует, что и границы тел и явлений являются абсолютными.

Представление о непрерывности
пространства еще больше окрепло в XIX веке с открытием поля: в классическом
понимании – поле абсолютно непрерывный объект.

Проблема реальной делимости
пространства появилась в XX веке в связи с открытием в квантовой механике
соотношение неопределенностей. В соответствии с соотношением неопределенностей
для абсолютно точной локализации микрочастицы необходимы бесконечно большие
импульсы, что в физическом аспекте является невыполнимой задачей. Более того,
современная физика элементарных частиц показывает, что при очень сильных
воздействиях на частицу она не сохраняется вообще, даже происходит множественное
рождение частиц. На самом деле не существует реальных физических условий, при
которых можно было бы измерить точное значение напряженности поля в каждой
точке. Таким образом, современная физика установила, что невозможно не только
реально осуществить разделение пространства на точки, но и принципиально
невозможно осуществить процесс реального бесконечного его разделения. Итак,
геометрические понятия точки, кривой, поверхности являются абстракциями,
отражающими пространственные свойства материальных объектов лишь
приблизительно. На самом деле объекты отделены друг от друга не абсолютно, а лишь
относительно. Именно такой взгляд на «точечность» событий вытекает из так
называемой теории нелокального поля. Одновременно с идеей нелокальности
взаимодействия разрабатывается гипотеза о квантовании пространства, то есть о
существовании наименьших длительностей и продолжительностей.

Решение вопроса о
квантовании пространства тесно связано с проблемами структуры элементарных
частиц. Появились исследования, которые вообще отрицают применимость к
субмикроскопическому миру понятия пространства. Однако, в целом понятие
пространства не должно сводиться ни к метрическим, ни к топологическим
отношениям известных типов.

Фрагмент текста работы:

1. Пространство.
Человеческое понимание пространства

На основании своего
ежедневного опыта мы утверждаем, что все предметы или явления занимают
определенное место, находятся «здесь» или «там», «ближе» или «дальше». Обобщаем
это так: есть пространство как вместилище всех предметов окружающего мира, в котором
«здесь» и «там» разворачиваются все явления и процессы.

Пространство предстает
перед нами в трех измерениях. В нем человек может свободно перемещаться
влево-вправо, вперед-назад, вверх-вниз. От этого непосредственного опыта как
раз и было нетрудно перейти к понятию пространство, к науке о пространственных
отношениях – геометрии (дословно – землемерие). Это была геометрия Евклида, с
помощью которой устанавливали количественные, метрические соотношения между отдельными
точками пространства.

Как известно, около 300
г. до н.э. александрийский ученый Евклид в своих «Началах» сформулировал пять
постулатов:

«1. Допустим, что от любой
точки до каждой точки [можно] провести прямую линию.

2. Ограниченную прямую
[можно] непрерывно продолжать по прямой.

3. Из любого центра и любым
расширением циркуля [можно] описать круг.

4. Все прямые углы равны
между собой.

Наибольшее внимание на протяжении
веков привлекал пятый постулат.

5. И если прямая,
падающая на две прямые, образует внутренние и по одну сторону углы, [в сумме]
меньше двух прямых, то, продолженные неограниченно, они встретятся с той
стороны, где углы меньше двух прямых» [1].

2.
Наиболее распространенные концепции пространства

Уже со времен
древнегреческих философов существует несколько концепций пространства (лат. conceptio
– принятияе), то есть систем взглядов.

1. Пространство является
своеобразной сосудом, абсолютной бесконечной протяженностью или пустотой,
которая содержит в себе все тела и не зависящая от них (Демокрит, Эпикур,
Ньютон). Согласно Ньютону, пространство само по себе, как «холодное» пустое
«вместилище» тел, является неподвижным, непрерывным, однородным и изотропным
(то есть его свойства по всем направлениям одинаковы), имеет три измерения и
является непознаваемым. Благодаря тому, что тела имеют протяженность, они в
этом абсолютном пространстве занимают определенные места, и эти положения тел и
расстояния между ними можно определить только относительно других тел.

2. Пространство – это
порядок сосуществования и взаимного расположения большого количества тел,
которые взаимно ограничивают и продолжают друг друга (Аристотель, Декарт,
Лейбниц, Риман). Так, в своих «Началах философии»(1644р.) Рене Декарт писал: «Пространство,
или внутреннее место, также отличается от телесной субстанции, содержащейся в
этом пространстве, только в нашем мышлении». Согласно Лейбницу, протяженность каждого
объекта не является первичным свойством, а обусловлена силами, которые действуют
внутри него.

3. Пространство является
формой упорядочения комплексов ощущений, выражением порядка восприятия (Беркли,
Кант). При обсуждении вопроса о протяженности пространства еще в Древней Греции
возникло два взгляда. По одному из них пространство является бесконечным (так
утверждал Демокрит), по другим оно ограничено. Так, философ Платон (+347 до н.э.),
имея в виду Бога-Творца, писал: «Очертания же Он предоставил Вселенной такие,
которые были для Него приличные и Ему родственные … Поэтому Он путем вращения
округлил космос до состояния сферы, поверхность которой везде одинаково
удаленная от центра». Этот взгляд, согласно которому Земля находится в центре
мироздания, физически обосновал Аристотель таким соображением: тяжелые тела
должны падать к центру мира, а более легкие подниматься вверх, что якобы и
наблюдается на Земле (камень падает вниз, огонь – пламя – поднимается вверх).
Радиус же Вселенной, а, следовательно, ее пространства, по Аристотелю, должен
быть в девять раз больше расстояния от Земли до Солнца.

Почти общепринятым является
утверждение, что становление новой науки, а соответственно и изменение картины
мира, началось после открытия Колумбом Америки (1492р.) и кругосветного
путешествия Магеллана (1519-1521 гг.). В значительной степени это так. Но, как
было уже отмечено, новые взгляды на место Земли появились, по крайней мере, за
150 лет до этого, в трудах Буридана, а впоследствии Николая Кузанского.
Очевидно, уже в начале II тысячелетия н.э. те, кто размышлял над проблемами
мироздания, начинали осознавать, что размеры «хрустальной сферы звезд» должны
быть очень большими, а следовательно, линейные скорости ее отдельных точек
должны достигать фантастических значений. С другой стороны, для тех, кто, вслед
за Демокритом, представлял себе Вселенную бесконечной в пространстве, понятие
«бесконечный звездный мир» и суточное вращения сферы звезд» были логически
несовместимы. Ведь невозможно представить, как могли упорядочиваться, взаимно
согласовываться движения всех видимых звезд вокруг Земли (точнее, вокруг «оси
света», которые проходят через нее), если эти звезды находятся на самых разных расстояниях
от нее. Куда легче было представить, вращающуюся (и движущуюся) именно Землю.
Поэтому и понятно, почему, как только Н. Коперник обобщил такие представления и
изложил их в своей работе, возврата к старым взглядам уже не могло быть (хотя
доказательства правильности гелиоцентрической модели мира были получены лишь
через 200-300 лет!)[3,
с.48-53].

3.
О делимости и бесконечности пространства

В Древней Греции был
сформулирован вопрос: можно ли осуществлять разделение пространства до
бесконечности, или, наоборот, оно есть 
дискретным (лат. discretus – прерывный). В этом втором случае
пространство должен состоит из отдельных «атомов» конечных размеров. Так,
последователи Пифагора утверждали, что пространственные тела и