Каким свойством обладает пространство

В настоящее время исследователи категории пространства рассматривают различные его свойства, условно разделяя их на основные и специфические. Основные пространственные характеристики обнаруживаются на всех уровнях материи и неразрывно связаны с другими ее атрибутами, специфические — проявляются только на определенных уровнях и свойственны лишь некоторым классам материальных систем.

Р. А. Аронов к основным свойствам пространства причисляет метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства[1]. Кратко представим топологические свойства пространства (трехмерность, непрерывность, протяженность, структурированность, бесконечность, единство со временем и движением), поскольку они относятся к когнитивным признакам изучаемой категории.

Трехмерность связывает пространство и тело, поскольку соответствует трем основным координатам тела. Три измерения — это тот необходимый и достаточный минимум для осуществления всех возможных взаимодействий материальных объектов, в которых проявляется бесконечность и неисчерпаемость пространства.

Непрерывность проявляется в способе перемещения тел и распространении физических действий через различные поля и означает отсутствие в пространстве каких-либо «разрывов». Вместе с тем «пространству свойственна относительная прерывность, проявляющаяся в раздельном существовании материальных объектов и систем, имеющих определенные размеры и границы, в существовании многообразных структурных уровней материи с различными пространственными отношениями»[2].

Протяженность связана со структурностью материальных объектов и вызвана их взаимодействием: один объект существует рядом с другим. Поскольку протяженность определяет ту долю пространства, которую занимает объект, непротяженные объекты не могут иметь структуру, внутренние связи и возможности изменяться.

Структурированность пространства предполагает координацию различных пространственных предметов и форм посредством таких топологических понятий, как «окружение», «соседство», «разграничение» и «последовательность».

Бесконечно пространство с точки зрения науки, но поскольку человек не может воспринимать и мысленно представлять себе бесконечную, ничем не ограниченную величину, бытовое его осознание требует некоторых пределов. Поэтому человеком создаются необходимые психологические опоры, границы, позволяющие ему очерчивать, отделять и замыкать пространство вокруг себя.

К специфическим свойствам пространства М. П. Титова относит следующие: «Конкретные пространственные формы и размеры

тел, их положение в пространстве по отношению друг к другу, на-личие у тел внутренней симметрии или асимметрии (молекула живого вещества обладает свойством пространственной асимметрии, которое характерно живому веществу), изотропность (равноправие всех направлений) и неоднородность (неравноправие всех точек, наличие выделенных точек) пространства»[3]. Кроме того, пространство обладает свойствами объективности, поскольку его существование не зависит от сознания и всеобщности, так как формы пространства присущи любым воплощениям материи на всех уровнях ее существования.

В современной науке в связи с все большим разграничением видов деятельности возникает тенденция к дифференциации пространства: «Разные виды деятельности человека формируют свои пространства, а сама человеческая деятельность формирует жизненное пространство как основу человеческого существования»[4]. Человек становится объектом и субъектом различных пространств, в том числе и культурного.

Пространство, объем, границы, размеры, форма, материя, движение, гуманизм, трехмерность, протяженность, структурированность, бесконечность.

1. Охарактеризуйте античные представления о пространстве и их выражение в архитектурных формах.
2. Каковы средневековые представления о пространстве?
3. Какие изменения в представлениях о пространстве произошли в эпоху Возрождения?
4. С чем связан процесс новой интерпретации пространства в Новое время и каково его влияние на архитектуру?
5. Охарактеризуйте представления о пространстве в немецкой классической философии.
6. С чем связано возникновение неклассического понимания пространства?
7. Назовите основные свойства пространства.

Специфика дизайна как компонента культурного пространства

Каким свойством обладает пространство

Источник

У этого термина существуют и другие значения, см. Пространство.

Пространство (обычное пространство или физическое пространство[1]) — трёхмерное пространство нашего повседневного мира и/или прямое развитие этого понятия в физике (развитие, возможно, иногда достаточно изощрённое, но прямое, так что можно сказать: наше обычное пространство на самом деле таково).
Это пространство, в котором определяется положение физических тел, в котором происходит механическое движение, геометрическое перемещение различных физических тел и объектов.

Различные абстрактные пространства в том смысле, как они понимаются в математике, не имеющие к обычному («физическому») пространству никакого отношения, кроме отношения более или менее далёкой формальной аналогии (иногда, в отдельных простых случаях, правда, просматривается и генетическая связь, например для пространства скоростей[источник не указан 51 день], импульсного пространства[источник не указан 51 день]). Обычно это те или иные абстрактные векторные или линейные пространства, впрочем, часто снабженные разнообразными дополнительными математическими структурами.
В физике же термин пространство применяется в этом смысле, как правило, обязательно с уточняющим определением или дополнением (пространство скоростей[неизвестный термин], цветовое пространство, пространство состояний, гильбертово пространство, пространство спиноров), или, в крайнем случае, в виде неразрывного словосочетания абстрактное пространство. Такие пространства используются однако для постановки и решения вполне «земных» задач в обыкновенном трёхмерном пространстве.

Разновидности[править | править код]

Рассматриваются в физике и ряд пространств, которые занимают как бы промежуточное положение в этой простой классификации, то есть такие, которые в частном случае могут совпадать с обычным физическим пространством, но в общем случае — отличаться от него (как, например, конфигурационное пространство) или содержать обычное пространство в качестве подпространства (как фазовое пространство, пространство-время или пространство Калуцы).

В теории относительности в её стандартной интерпретации пространство[2] оказывается одним из проявлений единого пространства-времени, и выбор координат в пространстве-времени, в том числе и разделение их на пространственные и временную, зависит от выбора конкретной системы отсчёта[3]. В общей теории относительности (и большинстве других метрических теорий гравитации) в качестве пространства-времени рассматривается псевдориманово многообразие (или, для альтернативных теорий, даже что-то более общее) — более сложный объект, чем плоское пространство, которое может играть роль физического пространства в большинстве других физических теорий (впрочем, практически у всех общепринятых современных теорий есть или подразумевается форма, обобщающая их на случай псевдориманова пространства-времени общей теории относительности, являющейся непременным элементом современной стандартной фундаментальной картины).

В большинстве разделов физики сами свойства физического пространства (размерность, неограниченность и т. п.) никак не зависят от присутствия или отсутствия материальных тел. В общей теории относительности оказывается, что материальные тела модифицируют свойства пространства, а точнее, пространства-времени, «искривляют» пространство-время.

Одним из постулатов любой физической теории (Ньютона, ОТО и т. д.) является постулат о реальности того или иного математического пространства (например, Евклидова у Ньютона).

Конечно же, различные абстрактные пространства (в чисто математическом понимании термина пространство) рассматриваются не только в фундаментальной физике, но и в разных феноменологических физических теориях, относящихся к разным областям, а также на стыке наук (где разнообразие способов применения этих пространств достаточно велико). Иногда случается, что название математического пространства, используемого в прикладных науках, берут в фундаментальной физике для обозначения некоего абстрактного пространства фундаментальной теории, которое оказывается похоже на него некоторыми формальными свойствами, что дает термину и понятию больше живости и (абстрактной) наглядности, приближает хоть как-то немного к повседневному опыту, «популяризирует» его. Так было, например, сделано в отношении упомянутому выше внутреннего пространства заряда сильного взаимодействия в квантовой хромодинамике, которое назвали цветовым пространством потому, что оно чем-то напоминает цветовое пространство в теории зрения и полиграфии.

См. также[править | править код]

Размерность пространства
Однородность пространства
Изотропность пространства
Пространство-время
Философия пространства и времени

Примечания[править | править код]

↑ Физическое пространство — это уточняющий термин, используемый для разграничения этого понятия как от более абстрактного (обозначаемого в этой оппозиции как абстрактное пространство), так и для различения реального пространства от слишком упрощенных его математических моделей.
↑ Тут имеется в виду трёхмерное «обычное пространство», то есть пространство в понимании (1), как описано в начале статьи. В традиционных рамках теории относительности стандартным является именно такое употребление термина (а для четырёхмерного пространства Минковского или четырёхмерного псевдориманова многообразия общей теории относительности используется соответственно термин пространство-время). Однако в более новых работах, особенно если это не может вызвать путаницы, термин пространство употребляют и в отношении пространства-времени в целом. Например, если говорят о пространстве размерности 3+1, имеется в виду именно пространство-время (а представление размерности в виде суммы обозначает сигнатуру метрики, как раз и определяющую количество пространственных и временных координат этого пространства; во многих теориях количество пространственных координат отличается от трёх; существуют и теории с несколькими временными координатами, но последние очень редки). Аналогично говорят «пространство Минковского», «пространство Шварцшильда», «пространство Керра» и т. д.
↑ Возможность выбора разных систем пространственно-временных координат и перехода от одной такой системы координат к другой, аналогичен возможности выбора разных (с разным направлением осей) систем декартовых координат в обычном трёхмерном пространстве, причём от одной такой системы координат можно перейти к другой поворотом осей и соответствующим преобразованием самих координат — чисел, характеризующих положение точки в пространстве относительно данных конкретных декартовых осей. Однако следует заметить, что преобразования Лоренца, служащие аналогом поворотов для пространства-времени, не допускают непрерывного поворота оси времени до произвольного направления, например, ось времени нельзя повернуть до противоположного направления и даже до перпендикулярного (последнему соответствовало бы движение системы отсчета со скоростью света).

Литература[править | править код]

Ахундов М. Д. Концепция пространства и времени: истоки, эволюция, перспективы. М., «Мысль», 1982. — 222 стр.
Потёмкин В. К., Симанов А. Л. Пространство в структуре мира. Новосибирск, «Наука», 1990. — 176 с.
Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. — М.: Мир, 1977. — Т. 1—3.

Источник

Пространство и время являются универсальными, всеобщими формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени.

Обычно выделяют всеобщие, общие и специфические свойства пространства и времени.

Всеобщие свойства пространства и времени: объективность и независимость от человеческого сознания; универсальность – проявляется на всех структурных уровнях материи; неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей; бесконечность – нет места, где пространство и время отсутствовали бы.

Общие свойства пространства: протяженность – существование и связь различных элементов; единство прерывности и непрерывности. Непрерывность означает отсутствие каких-либо «разрывов» в пространстве. Прерывность проявляется в раздельном существовании материальных объектов. Их единство – это характер перемещений тел от точки к точке; трехмерность – пространство трех измерений.

Общие свойства времени:длительность – последовательность смены состояний; необратимость – однонаправленность от прошлого к будущему; неповторяемость – невозможность повторения прошлых событий; одномерность – линейная последовательность событий, связанных друг с другом.

Специфические свойства пространства:конкретные формы и размеры тел; наличие у них внутренней симметрии или асимметрии; изотропность и неоднородность пространства. Изотропность означает отсутствие выделенных направлений (верх, низ и др.). Неоднородность означает различные значения кривизны в зависимости от распределения тяготеющих масс.

Специфические свойства времени:конкретная длительность существования систем; скорость протекания процессов.

В современной науке используется также понятие биологического и социального пространства и времени.

Специфическими пространственно-временными свойствами в биологических системах являются: асимметрия расположения атомов в молекулах белка и нуклеиновых кислот, собственные временные ритмы и темпы изменения внутриорганизменных и надорганизменных биосистем, взаимосвязь и синхронизация ритмов друг с другом, а также с вращением Земли вокруг своей оси и сменой времен года.

Социальное пространство и время характеризуют особенности протяженности и пространственности социальных объектов.

Социальное время характеризует длительность, последователь-ность этапов материальной и духовной деятельности человека. Главным фактором, определяющим ход социального времени, является деятельность человека, направленная на преобразование среды и самого себя. Все известные единицы календарного времени – секунды, минуты, часы, дни – могут быть достаточно точно измерены.

Совсем другое дело – исчисление длительности социальных процессов – это эпоха, эра, сессия, сезон, семестр и т. п. Все они не могут быть не только определены, но не образуют соотношений между собой. Размышляет так и Плиний Старший, римский писатель и ученый, автор афоризма«Не считать надо дни, а взвешивать». Очевидно, что значимые для человека и общества характеристики длительности должны стать компонентами социального времени.

С социальным временем связано и личное время человека. Можно встретить два типа людей, которые по-разному относятся к своему личному времени: одни им вполне самостоятельно распоряжаются, другие не знают, как его провести, чем заполнить. Личностное время используется непосредственно при определении многих ценностей человеческой жизни и, прежде всего, его деятельности. Леонардо да Винчи считал удавшейся независимо от ее длительности всякую жизнь, прожитую хорошо и достойно.

Личностному времени присуще чувство ритма, так, например, в жизни каждого человека устанавливается определенная последовательность событий: детство, юность, получение образования, начало творческой деятельности, вступление в брак, рождение детей и т. д. Такая последовательность выражает ритмическую организацию индивидуальной жизни, но не всякая последовательность носит ритмический характер. Несовпадение важнейших этапов социальной зрелости человека с его календарным возрастом или общепринятым ритмом организации общественной жизни является проявлением аритмии личностного времени.

Необходимо отметить сложность и неоднозначность пространственно-временных отношений на уровне отдельного человека. Личностные время и пространство обусловлены особенностями восприятия самого человека. Именно с ними приходится соизмерять свои поступки, строить планы. Научный подход в этом вопросе необходим для более целостного видения мира.

Во всех перечисленных и других системах проявляются всеобщие свойства пространства и времени.

Выводы:

– Фундамент СТО составляют два постулата.

– СТО изменила представление о характере взаимодействий. Скорость передачи взаимодействия не может превышать скорость света в вакууме.

– Релятивистские эффекты пространства и времени не иллюзорны, а действительны.

– Согласно ОТО, тяготение – это не что иное, как искривленность пространственно-временного континуума.

Источник

Естествознание, 10 класс

Урок 25. Единство природы. Симметрия

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Какими свойствами симметрии обладают пространство и время, и что следует из этих свойств;
Что такое нарушенная симметрия, и как она проявляется.

Глоссарий по теме:

Симметрия – это отображение существующего в объективной действительности порядка, определённое равновесное состояние, относительная устойчивость, пропорциональность и соразмерность между частями целого.

Нарушение симметрии (асимметрия) – явление нарушения порядка, равновесия, пропорциональности, соразмерности между частями целого, в связи с изменениями, развитием, организационной перестройкой, внешним направленным воздействием.

Однородность – равноценность, равноправность моментов времени или точек пространства.

Изотропность – тождественность физических свойств в любых направлениях. Изотропность пространства – равноценность всех направлений; ни одно направление не имеет преимуществ в сравнении с другим.

Замкнутая система – идеализированная модель системы тел, для которой равнодействующая внешних сил равна нулю. Например, Замкнутая система в механике может быть определена как такая система тел, на которую не действуют внешние силы, либо действия этих внешних сил на тела системы полностью скомпенсированы.

Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы; в замкнутой системе полная энергия остаётся неизменной с течением времени. Является следствием однородности времени.

Закон сохранения импульса — для замкнутой системы внешние силы отсутствуют, и импульс замкнутой системы сохраняется, т.е. остаётся неизменным со временем. Закон является следствием однородности пространства.

Закон сохранения момента импульса: момент импульса замкнутой системы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени; илиимпульс системы материальных точек сохраняется, если система замкнута, или если сумма моментов всех внешних сил, действующих на систему, равна нулю. Закон является следствием изотропности пространства.

Хиральность – свойство объекта быть несовместимым со своим зеркальным изображением. Хиральные тела характеризуются тем, что у них отсутствуют плоскости и центры симметрии. В то же время, они могут иметь оси симметрии. Типичным примером хиральных объектов являются руки, ноги и даже левая и правая половины лица человека. Подобным свойством обладают многие молекулы органических веществ.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017.: с 119 — 121.

Электронные ресурсы:

Хиральные и ахиральные молекулы. Асимметрический атом углерода. Примеры. Оптическая активность.Открытый образовательный ресурс Познайка// электронный доступ: https://poznayka.org/s16947t1.html

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Взаимосвязи между явлениями природы человек фиксирует в формате законов природы. Эти законы существуют в самой природе и не зависят от человека. Совокупность фундаментальных законов обнаруживает некую первооснову, которую в науке называют принципами (основа, начало, первоначало (лат. Principium). Если бы не было единых принципов, то и не было бы подобия явлений.

К числу наиболее фундаментальных принципов, относится принцип симметрии, который, как предполагает современное естествознание, лежит в основе многообразия и единства природы.

Принцип симметрии

Термин симметрия можно встретить у мыслителей древней Греции. Под ней понималась соразмерность, пропорциональность, однородность. Античные философы считали симметрию сущностью вечного и прекрасного; порядка и определённости. В архитектуре, предметах изобразительного искусства, музыке авторы интуитивно или сознательно через симметрию пытались воспроизвести порядок, красоту и совершенство.

Суть симметрии можно представить как отображение существующего в объективной действительности порядка, определённое равновесное состояние, относительную устойчивость, пропорциональность и соразмерность между частями целого.

С понятием симметрии вы начали своё знакомство в геометрии. Здесь под симметрией понимается отражение точки, фигуры или геометрического тела относительно некоего центра – точки, прямой или плоскости. Другими словами, симметрию можно понимать в геометрическом смысле как симметрию положений. Например, рассмотрение объектов по отношению к отражениям, поворотам, переносам.

Мир природы показывает проявление принципа симметрии во всем многообразии.

Расположение частиц вещества обнаруживает определённую тенденцию к упорядочению. Примером могут служить пространственные модели кристаллов. Симметрия кристаллов выступает как форма, в которой неживая природа выражает тенденцию к своему самосохранению .

Химия изучает симметрию геометрических конфигураций молекул. Большинство простых молекул обладают осями симметрии. Например, форма молекул метана соответствует правильной треугольной пирамиде (тетраэдр). Напомним, что пространственное строение молекул влияет на их физические и химические свойства. Поэтому, например, исследование строения, свойств и поведения комплексных соединений связано со знаниями о симметрии молекул.

Изучение многообразия биологических систем обнаруживает структурную симметрию. Эволюционное развитие иллюстрирует изменение от простых симметричных форм (шар, правильный многогранник) до билатеральной и многолучевой симметрии животных и растений.

На первый взгляд, может показаться странным, однако наше пространство также обладает такими свойствами. Попробуем осмыслить это.

Протекание физических явлений в одних и тех же условиях, но в разных местах пространства одинаково. Другими словами все точки пространства равноправны. Это проявление так называемой трансляционной симметрии. Например, телефон, выпущенный на другом континенте, будет работать и у нас. Благодаря этой равноправности, мы убеждены, что закон открытый, например, в парижской лаборатории, будет справедлив и в Санкт-Петербурге, и в любом другом месте. Этот тип симметрии связан со свойством однородности пространства.

Следующее свойство пространства – изотропность – в пространстве равноправны не только все точки, но и все направления. Именно в силу изотропности пространства мы можем наблюдать поворотную симметрию. Так поставив какой-либо эксперимент, а затем поворачивая всю экспериментальную установку вокруг некоторой оси на некоторый угол, результаты окажутся аналогичными. Наблюдение за раскрученным спинером покажет, что поворачивая его на разные углы, он также продолжает своё движение, а значит момент импульса сохранится. Из изотропности пространства прямо следует закон сохранения момента импульса.

Время тоже обладает симметрией. Симметрия времени означает его однородность. Так, любое физическое явление, осуществлённое в какой-нибудь момент времени, может быть точно воспроизведено (если сохранились все условия его протекания) в любой последующий момент времени. Это означает, что ход времени сам по себе не может изменить характер протекания явления. Именно в силу временной симметрии мы уверены, что те научные факты, которые были твёрдо установлены наукой в прошлом, должны иметь место и в настоящее время.

Ещё одним видом симметрии является зеркальная симметрия, т.е. отражение пространства относительно любой плоскости. Так, в природе мы встречаем зеркальную симметрию, рассматривая структуру снежинки; различаем левую и правую сторону в теле человека. Время тоже обладает этим свойством. В микромире законы в основном симметричны по отношению к обращению времени. В макромире такого не наблюдается в следствии неравновесности Вселенной. Другими словами, в реальности двигаться во времени обратно невозможно, нельзя вернуться в прошлое.

Симметрия пространства и времени определяет существование законов сохранения. Однородность пространства проявляется в законе сохранение импульса. А однородность времени фиксирует закон сохранения энергии.

Нарушение симметрии.

Наблюдения в природе показывают, что абсолютной симметрии не бывает. Чаще всего симметрию обнаруживают в результате её нарушения. Любой физический объект содержит элементы симметрии и асимметрии. Таким образом симметрия и асимметрия взаимодополняемы.

Нарушение симметрии обычно связано с нарушением порядка, равновесия, пропорциональности, соразмерности между частями целого, в связи с изменениями, развитием, организационной перестройкой, внешним направленным воздействием.

Чаще всего нарушение симметрии связано с воздействием внешних сил. При этом внутренняя симметрия сохраняется. Например, деформированные ветви деревьев сохраняют симметричное расположение и форму листьев.

Асимметрия встречается в расположении внутренних органов человека; выполняемые функции полушарий так же различаются. Наибольший интерес имеет нарушению симметрии на молекулярном уровне живого. В природе существуют молекулы органических веществ с зеркальной симметрией, отличающихся как левые и правые перчатки. Это называют хиральностью молекул. При этом, у живых организмов встречаются молекулы только одной ориентации (левой или правой). Известно, что спираль ДНК всегда закручена вправо. У глюкозы правовращающаяся форма. Организм может усваивать только «правильно» симметричные молекулы белков или углеводов. По всей вероятности это стало результатом эволюции. Поскольку в природе встречаются оба типа молекул, то по некоторым представлениям именно хиральность молекул разграничивает живую и неживую природу.

Заметим, что сама по себе асимметрия не отменяет симметрии исходных фундаментальных законов. Явление нарушения симметрии природы, как считают современные учёные, имеет не случайный характер, а является важнейшим условием её существования и развития.

ВЫВОД:

Пытаясь разобраться в окружающем, человек стремится в многообразии выделить нечто общее, сохраняющееся, инвариантное. Поиск и анализ симметрий помогает этому. Например, открытые законы сохранения — это положения, выделяющие общее, инвариантное в частном многообразии.

Явления симметрии и нарушения симметрии природы имеет не случайный характер, а является важнейшим условием её существования и развития.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1.

Выберите один ответ:

Как называется симметрии пространства, согласно которому пространство однородно, а следовательно при одинаковых условиях эксперимент в разных точках планеты будет схожесть результатов

Трансляционная симметрия;

Поворотная симметрия;

Осевая симметрия

Ответ: Трансляционная симметрия

Пояснение: от лат. translatio — перенос, перемещение

Задание 2.

Почему открытие в 17 века Ньютоном закона Всемирного притяжения считается справедливым? (вычеркните ошибочное суждение)

А) И.Ньютон был великим учёным и его мнению можно безоговорочно доверять;

Б) Закон представляет собой наиболее обобщённую трактовку описываемого явления;

Б) Пространство обладает свойством симметрии, вследствие чего при одинаковых условиях этот закон остаётся справедливым;

В) Однородность времени даёт возможность утверждать, что факты, установленные в прошлом, имеют место и в настоящее время.

Ответ:

А) И.Ньютон был великим учёным и его мнению можно безоговорочно доверять;

Б) Закон представляет собой наиболее обобщённую трактовку описываемого явления;

Пояснение: Объективность научных законов — законы существуют в самой природе и не зависят от человека. В свою очередь, выявление связей между явлениями описываются научным языком, и допускает вариативность трактовок, отражающую суть закономерности.

Источник