Масштабы материального мира

Деление материи на два вида – вещество и поле – имеет смысл, но ограничено. Под веществом имеют в виду частицы и тела, которым присуща масса покоя, тогда как поля и их кванты не имеют массы покоя, хотя обладают энергией, импульсом и другими свойствами. Взаимодействие частиц осуществляется посредством полей.

    Пространство и время как формы существования материи для физической науки являются исходными понятиями. Современное понимание пространства и времени было сформулировано в теории относительности А. Эйнштейна.

Классический принцип относительности был сформулирован Г. Галилеем. Согласно этому принципу, во всех инерциальных системах отсчета, т. е. системах, движущихся прямолинейно и равномерно, движение тел происходит по одинаковым законам. Из этого принципа следует, что между покоем и движением, если оно прямолинейно и равномерно, нет принципиальной разницы, движение и покой относительны. Понятие покоя и движения приобретают смысл тогда, когда указана точка отсчета.

В специальной теории относительности(СТО)пространство и время объединяются  в единый четырехмерный пространственно-временной континуум, при этом пространственно-временные свойства тел зависят от скорости их движения. Пространственные размеры сокращаются в направлении движения при приближении скорости тела к скорости света в вакууме (с=300 000 км/с). Временные процессы при таких высоких скоростях замедляются, а масса тела увеличивается.

Абсолютная скорость света не противоречит принципу относительности и полностью совместима с ним. Скорость света - это верхний предел для скорости перемещения любых тел природы: частиц, полей, волн.

Представления о пространстве и времени, сформулированные в теории относительности, на сегодняшний день являются наиболее последовательными. В настоящее время ученые предполагают существование кванта пространства (фундаментальная длина L ) и кванта времени, равного отношению L / c, ограничивающего точность определения временных интервалов.

Все свойства пространства и времени можно разделить на две большие группы. К всеобщим относятся такие пространственно-временные характеристики, которые проявляются на всех известных структурных уровнях материи, тогда как специфические свойства проявляются лишь на отдельных структурных уровнях.

К всеобщим свойствам пространства и времени относятся:

▪ объективность и независимость от сознания человека;

▪ абсолютность, т. е. проявление на всех структурных уровнях материи;

▪ неразрывность между собой и с движущейся материей;

▪ единство непрерывности и прерывистости в их структуре;

▪ количественная и качественная бесконечность, неотделимая от структурной бесконечности материи.

   К специфическим свойствам пространства относятся:

● протяженность;

● непрерывность и связность (как отсутствие разрывов);

● трехмерность (длина, ширина, высота);

● наличие пространственной формы тел, их расположение в пространстве;

● наличие симметрии или асимметрии;

● изотропность (отсутствие верха, низа и др.).

К специфическим свойствам времени относятся:

1) длительность;

2) единство прерывного и непрерывного;

3) необратимость;

4) одномерность (линейная последовательность событий: от прошлого через настоящее к будущему);

5) конкретная длительность существования материальных систем (время от их возникновения до распада, ритмы, циклы);

6) неодновременность событий в разных системах.

   Кроме физического пространства и времени, иногда выделяют в качестве самостоятельных: биологическое, социальное, индивидуальное, художественное, историческое и др. пространства и время. Основания для этого есть, т.к. во всех этих специфических системах проявляются в большинстве общие пространственно-временные свойства.

    Для изучения материального мира его объекты – тела, элементарные частицы, электромагнитные поля и др. – заменяют моделями. Различают следующие основные их виды: классическая, или механическая, модель – материальная точка, система материальных точек; полевая модель – применяется для изучения материи в виде макроскопического физического поля; квантово-релятивистская модель – используется для изучения материи в микромире.

    Объектом исследования классической механики является макроскопическое тело, заменяемое материальной точкой, в релятивистской механике основной объект – элементарная частица.

    Физические объекты – тела, поля, элементарные частицы – отличаются друг от друга рядом свойств, характеризующихся физическими величинами. Универсальными, т.е. применимыми во всей изученной области пространства, являются энергия, импульс и момент импульса. Эти же величины характеризуют элементарные частицы. Что касается макроскопического поля, то оно обладает энергией, импульсом и моментом импульса, распределенным в пространстве с той или иной плотностью.

Контрольные вопросы

    1.Каким образом человек сумел проникнуть в чрезвычайно большие масштабы и оценить размеры несравненно большие его самого?

    2.Какие малые расстояния человек сумел оценить и каким образом получил о них представление?

    3.Геометрическая модель пространства и времени.

    4.Как измеряется время? С каким движением связан календарь и что лежит в основе единиц измерения – недели, года, месяца?

    5.Как понимаются понятия «пространство» и «время» в разных науках?

    6.Основные положения СТО. Кинематические следствия СТО.

7.Чем отличается поле от вещества?