А.Эйнштейн и относительность пространства и времени. Измерение времени и длины в разных системах отсчета. Интервал

Теория относительности включает в себя две генетически связанные теории: специальную теорию относительности (СТО), основные идеи которой были сформулированы А.Эйнштейном в 1905 г., и общую теорию относительности (ОТО), работу над которой А. Эйнштейн закончил в 1916 г. СТО показала, что многие пространственно-временные свойства, считавшиеся до сих пор неизменными, абсолютными, фактически являются релятивными. Основное философское значение теории относительности состоит в следующем: 1. Теория относительности исключала из науки понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, обнаружив тем самым несостоятельность субстанциальной трактовки пространства и времени как самостоятельных, независимых от материи форм бытия. 2. Она показала зависимость пространственно-временных свойств от характера движения и взаимодействия материальных систем, подтвердила правильность трактовки пространства и времени как основных форм существования материи, в качестве содержания которых выступает движущаяся материя. Сам Эйнштейн, отвечая на заданный ему вопрос о сути теории относительности, сказал: «Суть такова: раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы. Согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы пространство и время». 3. Теория относительности нанесла удар субъективистским трактовкам сущности пространства и времени, которые противоречили ее выводам.

Общие свойства, характеризующие пространство и время, вытекают из их характеристик как основных, коренных форм существования материи. К свойствам пространства относятся протяженность, однородность и изотропность, трехмерность. Время обычно характеризуется такими свойствами, как длительность, одномерность, необратимость, однородность.

Что касается таких свойств, как длительность времени и протяженность пространства, то их трудно называть свойствами, поскольку они совпадают с самой сущностью пространства и времени. Ведь протяженность и проявляется в способности тел существовать одно подле другого, а длительность в способности существовать одно после другого, что и выражает сущность пространства и времени как форм существования материи К наиболее характерным свойствам пространства относится его трехмерность. Положение любого объекта может быть определено с помощью трех независимых величин. Время одномерно, ибо для фиксации положения события во времени достаточно одной величины. Под заданием положения события, объекта в пространстве или времени имеется в виду определение его координат по отношению к другим событиям и объектам. Факт трехмерности реального физического пространства не противоречит существованию в науке понятия многомерного пространства с любым числом измерений.

К специфическим свойством пространства относятся однородность и изотропность. Однородность пространства означает отсутствие в нем каких-либо выделенных точек, а изотропность — равноправность всех возможных направлений. В отличие от пространства время обладает только свойством однородности, заключающимся в равноправии всех его моментов. Свойства однородности пространства и времени и изотропности пространства теснейшим образом связаны с фундаментальными физическими законами, и прежде всего с законами сохранения. Они и лежат в основании самого принципа физической относительности.

Характерным специфическим свойством времени является его необратимость, которая проявляется в невозможности возврата в прошлое. Время течет от прошлого через настоящее к будущему, и обратное течение его невозможно. Необратимость времени связана с необратимостью протекания фундаментальных материальных процессов. Некоторые философы усматривают связь необратимости времени с необратимостью термодинамических процессов и с действием закона возрастания энтропии. В микрофизике необратимость времени связывается с характером законов квантовой механики. Существуют также космологические подходы к обоснованию необратимости времени. Наиболее широкое распространение получила причинная концепция времени; ее сторонники считают, что при обратном течении времени причинная связь оказывалась бы невозможной. 2. Как же практически определяются длины отрезков и длительно­сти временных интервалов? По принципу, лежащему в основе многих измерений в физике: путем сравнения с установленной единицей. Для нахождения длины какого-либо отрезка нужно взять единицу длины и посмотреть, сколько раз она (или какая-либо известная ее часть) со­держится в этом отрезке. Аналогично мерится и время, хотя его изме­рение и имеет свою специфику: один и тот же интервал нельзя изме­рить дважды и одну и ту же " единицу времени" нельзя (как единицу длины) " прикладывать" к различным частям измеряемого интервала, чтобы узнать, сколько раз она в нем содержится. Поэтому приходится использовать много одинаковых временных единиц, вплотную примы­кающих друг к другу и целиком заполняющих рассматриваемый отре­зок времени. Такой последовательностью единиц может служить ка­кой-либо периодический процесс, т.е. процесс, при котором измери­тельное устройство в точности повторяет раз за разом одинаковые движения. Число единиц-периодов, укладывающихся на определенном интервале, и называется его длительностью. В настоящее время приняты новые, значи­тельно более стабильные и достаточно легко воспроизводимые эталоны (равные с максимально достижимой сегодня точностью старым, вели­чины которых на текущий момент и были зафиксированы новыми стандартами). Сейчас метр, служащий эталоном длины (и являющий­ся одновременно ее единицей в системе СИ) это длина пути, проходимого светом в вакууме за строго определенное время. Эталон же времени секунда (одновременно и единица времени в СИ) это интервал, равный заданному числу периодов излучения атома цезия-133 тоже при фик­сированных условиях. любое движение должно рассматриваться в определен­ной системе отсчета. Под системой отсчета мы понимаем произ­вольно выбранное твердое тело так называемое тело отсчета****), свя­занную с этим телом систему координат и прибор для измерения времени " часы".Задание системы координат предполагает выбор тех величин, которыми определяется положение тела в пространстве, а также указание того, откуда и как их откладывать. Наиболее распро­страненной является декартова система координат, однако существуют и другие (например, цилиндрическая, сферическая и проч.). Часы должны показывать время тоже относительно начала отсчета. В различных системах отсчета одно и то же движение может выглядеть совершенно по-разному.

22.Необратимость времени для живых систем. Жизненный цикл организма: от зарождения до гибели. Проблемы старения и смерти организма. Известно одно неотъемлемое свойство времени – его направленность от прошлого к будущему. При описании любых явлений, с которыми человеку приходится иметь дело, прошлое и будущее играют разные роли. Это справедливо для физики, изучающей макроскопические явления (для микромира, на фундаментальном уровне описания этой направленности времени не существует), биологии, геологии, гуманитарных наук. Известный физик Эддингтон придумал яркое название «стрела времени». Одной из основных проблем в классической физике долгое время оставалась проблема необратимости реальных процессов в природе. Первоначально с проблемой необратимости столкнулись в области термодинамики, которая занимается тепловыми явлениями в природе. Следует отметить, что вплоть до начала XVIII века считалось, что эти явления обусловлены наличием в телах определенной " жидкости" - теплорода. Английский астрофизик Фрейд Хойл высказал мысль о связи направления времени с направлением процесса увеличение расстояния между галактиками в ходе расширения Вселенной, которое наблюдается в настоящее время. Эту идею поддержал и Эддингтон. Однако расширение Вселенной, о котором свидетельствует т.н. “красное смещение” спектральных линий в излучении удаляющихся друг от друга галактик («разбегания» галактик) не означает расширения в каждом месте, иначе расширялись бы размеры тел, а этого не наблюдается. Три «стрелы времени»:
космологическая (расширение Вселенной);
психологическая (субъективное восприятие, опыт); термодинамическая (рост энтропии). Жизненный цикл – последовательность стадий развития, через которые проходит представитель данного вида от зиготы одного поколения до зиготы следующего. Жизненный цикл организма - совокупность всех фаз развития организма.. Следует отличать жизненный цикл (характеристику вида) от онтогенеза (развития отдельной особи от момента ее появления до момента смерти или деления). Индивидуальное развитие организма, или онтогенез, - этосовокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом от момента его зарождения до смерти. В онтогенезе происходит реализация наследственной информации, полученной организмом от родителей. В онтогенезе выделяют два основных периода — эмбриональный и постэмбриональный. Эмбриональный период — это период онтогенеза от образования зиготы в процессе оплодотворения до рождения или выхода из яйцевых оболочек. Его основными этапами являются дробление, гаструляция и первичный органогенез. В процессе дробления зигота многократно делится, при этом размеры дочерних клеток-бластомеров становятся все меньше, так как после деления они не растут. В результате дробления образуется полый шарик из лежащих в один слой клеток — бластула. Клетки бластулы начинают перемещаться друг относительно друга. Сначала формируется два слоя клеток, а затем закладывается третий, и возникает гаструла. Гаструлой называют двух- или трехслойный многоклеточный зародыш. Слои клеток гаструлы называются зародышевыми листками. У большинства многоклеточных животных, за исключением кишечнополостных и губок, их три — наружный (эктодерма), средний (мезодерма) и внутренний (энтодерма). В процесс сложного процесса возникновения и нарастания структурных и функциональных различий между отдельными клетками и частями зародыша — дифференцировки — клетки зародышевых листков дают начало различным тканям и органам. Из эктодермы образуются нервная система, органы чувств, эпителий кожи, эмаль зубов. Производными мезодермы являются соединительная ткань, в том числе костная, а также мышечная ткань, кровеносная система, почки и половые железы. Из энтодермы образуются эпителий средней кишки, желудка, легких, а также печень и поджелудочная железа. Первичный органогенез у хордовых связан с возникновением комплекса осевых органов — нервной трубки, хорды и кишечника и дальнейшей дифференцировкой. Значительный вклад в развитие эмбриологии внесли выдающиеся русские ученые К. М. Бэр, доказавший единство плана развития человека и других позвоночных животных, И. И. Мечников, установивший единство эмбрионального развития беспозвоночных и позвоночных животных, а также А. О. Ковалевский, обнаруживший зародышевые листки у всех групп хордовых. Это дало возможность немецким ученым Ф. Мюллеру и Э. Геккелю сформулировать биогенетический закон, согласно которому онтогенез является кратким и быстрым повторением филогенеза — исторического развития вида. Однако российский ученый А. Н. Северцов установил, что в онтогенезе повторяется развитие зародышей организмов, а не взрослых особей. Постэмбриональный период развития начинается рождением или выходом из яйцевых оболочек и заканчивается смертью организма. Различают два основных типа постэмбрионального развития прямое и непрямое. При прямом развитии появившийся на свет организм имеет все основные органы, свойственные взрослому организму и в дальнейшем происходит только рост и половое созревание. Такой тип развития характерен для пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. При непрямом развитии вышедший из тела матери или из яйцевых оболочек новый организм имеет ряд личиночных органов, отсутствующих во взрослом состоянии. В процессе развития происходит не только рост, но и существенная перестройка всего организма. Эволюционное значение непрямого развития заключается в том, что личинки самостоятельно питаются, чаще всего отличной от взрослых особей пищей и могут осуществлять расселение вида. В постэмбриональном развитии выделяют дорепродуктивный и репродуктивный периоды. Границей между ними является половое созревание, в ходе которого организм приобретает способность к размножению. Старение — в биологии процесс постепенного нарушения и потери важных функций организма или его частей, в частности способности к размножению и регенерации. Вследствие старения организм становится менее приспособленным к условиям окружающей среды, уменьшает и теряет свою способность бороться с хищниками и противостоять болезням и травмам. Наука, которая изучает старение человека, называется геронтологией. Термин «старение» может использоваться для описания социальных эффектов старения человека, а также для описания разрушения неживых систем (старение металлов). Причины (или инициаторы) старения можно разделить на две группы: эндогенные (внутренние), неизбежно действующие, обя­зательные (облигатные) и экзогенные (внешние), необязательные (факультативные), которые могут быть или не быть, у одних одни, у других другие. К эндогенным инициаторам старения относятся: генетический — загадочно, но неизбежно лимитирующий продолжительность жизни каждого живого существа, по мере «исчерпания» которого происходит старение;
аутоинтоксикация продуктами «обратного метаболизма», непременно образующимися в клетках, тканях и органах в те­чение жизни, и обмена веществ. К экзогенным инициаторам старения относятся все вред­ные воздействия среды жизни, наносящие малые или большие повреждающие воздействия на организм, последствия которых накапливаются с годами: психо-эмоциональное и физическое перенапряжение, нарушения питания, инфекции, интоксикации, облучения, механические травмы и т. д.