Развитие пространства-времени и законы сохранения

Социальное время - это определённый по длительности период, каким располагает любой социальный объект и общество в целом. Это - совокупное время существования и деятельности всех индивидов общества. При этом социальное время неотделимо от социального пространства, в рамках которого жизнедеятельность индивидов существует в форме различных институтов, общностей, групп и территориальных структур. Социальное время фиксирует особенности параметров времени в ретрансляции социального опыта и одновременность в протекании социальных событий.

 

3. Законы сохранения

 

Важную роль в познании законов природы играют законы сохранения – фундаментальные физические законы, согласно которым при определённых условиях некоторые измеримые физические величины, характеризующие замкнутую физическую систему, не изменяются с течением времени.

Философские предпосылки  к открытию законов были заложены ещё античными философами, а также Декартом и М. В. Ломоносовым.

В письме к Эйлеру Ломоносов формулирует свой «всеобщий естественный закон» (5 июля 1748 года), повторяя его в диссертации «Рассуждение о твердости и жидкости тел» (1760): «...Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте... Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оные у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает»³.

К законам сохранения относятся:

закон сохранения энергии;

закон сохранения импульса;

закон сохранения момента  импульса;

закон сохранения массы;

закон сохранения электрического заряда;

закон сохранения лептонного числа;

закон сохранения барионного числа;

закон сохранения чётности.

Законы сохранения теснейшим  образом связаны со свойствами симметрии физических систем, понимаемой как инвариантность физических законов относительно определенной совокупности преобразований входящих в эти законы величин. Эту связь устанавливает фундаментальная теорема физики, сформулированная немецким математиком Эмми Нетер. Теорема Нетер дает наиболее простой и универсальный метод выведения законов сохранения в классической и квантовой механике, теории поля и других разделах физики. Смысл ее состоит в том, что каждому преобразованию в пространстве-времени, при котором уравнение движения остается инвариантным (неизменным), соответствует закон сохранения.

Известны следующие преобразования в пространстве-времени, сохраняющие  инвариантность: сдвиг во времени и в пространстве, трехмерное вращение и преобразование Лоренца.

Согласно теореме Нетер:

– из инвариантности относительно сдвига во времени следует закон  сохранения энергии;

– из инвариантности относительно пространственных сдвигов следует  закон сохранения импульса;

– из инвариантности относительно пространственного вращения следует  закон сохранения момента количества движения.

Особенно важную роль теорема Нетер играет в квантовой теории поля, где законы сохранения, следующие из определенных видов симметрии, являются ценным источником информации о свойствах изучаемых процессов.

Из инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени следует симметрия пространства-времени, называемая однородностью пространства и времени.

Однородность времени  состоит в инвариантности физических законов относительно выбора начала отсчета времени. Из однородности (симметрии) времени вытекает закон сохранения энергии: в изолированной физической системе энергия может переходить из одной формы в другую, но ее количество остается постоянным. Если система не изолирована, может происходить ее обмен энергией с окружающими телами, однако фундаментальный принцип остается неизменным: энергия не появляется и не исчезает, она лишь переходит из одного вида в другой.

Поскольку энергия по определению  есть наиболее общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, закон сохранения энергии выражает сущность неуничтожимости материи и ее движения.

Однородность пространства состоит в том, что физические свойства и законы движения замкнутой  системы тел не зависят от выбора положения для начала координат  инерциальной системы отсчета. Из однородности пространства вытекает закон сохранения импульса: импульс изолированной системы не изменяется с течением времени.

Свойство симметрии пространства проявляется не только в его однородности, но также и в изотропности. Изотропность пространства состоит в инвариантности физических законов относительно выбора направления осей координат системы  отсчета, т. е. поворота физической системы  на произвольный пространственный угол. Мерой вращательного движения материальной точки или системы является момент импульса (момент количества движения), который может определяться относительно центра (точки) и относительно оси. Из изотропности пространства следует закон сохранения момента импульса: момент импульса изолированной системы не изменяется с течением времени.

Приведенные законы сохранения носят универсальный характер и  представляют собой фундаментальные  законы природы. Тем не менее, с развитием  науки взгляды на эти законы и  на симметрию пространства-времени  будут уточняться и даже пересматриваться. Например, долгое время считалось установленным фактом наличие у пространства зеркальной симметрии, т. е. инвариантности относительно пространственной инверсии. Однако экспериментальное обнаружение несохранения четности в слабом взаимодействии привело к пересмотру взглядов на геометрические свойства мира.

Некоторые из законов сохранения выполняются всегда и при всех условиях (например, законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, массы, электрического заряда), или, во всяком случае, никогда не наблюдались процессы, противоречащие этим законам. Другие законы являются лишь приближёнными и выполняющимися при определённых условиях (например, закон сохранения чётности выполняется для сильного и электромагнитного взаимодействия, но нарушается в слабом взаимодействии).

Заключение

Время и пространство всегда интересовали человека. Вселенная эволюционирует, процессы изменения материи происходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в будущем. Человечество на протяжении всей своей сознательной истории задумалось над процессами во вселенной, проблемами пространства и времени.

Появление теории относительности  заложило основу современного научного представления о мире. Многие положения теории были подтверждены опытными данными, тем не менее, вопрос познания пространства и времени, их природы, взаимосвязи и даже наличия во многом остается открытым.

Прошло более 2500 лет с той  поры, как было положено начало осмыслению времени и пространства, тем не менее, и интерес к проблеме и  споры философов, физиков и представителей других наук вокруг определения природы  пространства и времени нисколько  не снижаются. Значительный интерес  к проблеме пространства и времени  естественен и закономерен, влияния  данных факторов на все аспекты деятельности человека нельзя переоценить. Понятие  пространства - времени является важнейшим  и самым загадочным свойством  Природы или, по крайней мере, человеческой природы. Представление о пространстве времени подавляет наше воображение.

Казалось бы, пространство и время представляют собой формы, выражающие определенные способы координации материальных объектов и их состояний, содержанием этих форм является движущаяся материя, материальные процессы, и именно особенности и характер последних должны определять их основные свойства. В то же время актуально современное представление о пространстве и времени А. Эйнштейна: «Пространство и время являются способом, которым мы мыслим, а не условиями, в которых мы живем»⁴, в этом высказывании отражена вся  противоречивость и нерешенность проблемы.

Решающее значение пространства-времени  получает все возрастающее понимание. Как ученые, так и практики осознают, что почти любой физический процесс и действия человека имеют свою географию, а также историю. На каком-то уровне банально звучит утверждение, что все существует в пространстве и времени, но на более содержательном уровне этот постулат превращается в остро осязаемое ощущение «временной пространственности», которая раскрываясь, наиболее полно освящает взятую тему.

Симметрия, проявляясь в  самых различных объектах материального  мира, несомненно, отражает наиболее общие, наиболее фундаментальные его свойства. Поэтому исследование симметрии  разнообразных природных объектов и сопоставление его результатов  является удобным и надежным инструментом познания основных закономерностей  существования материи.

Можно надеяться, что на основе биологических законов сохранения, разнообразных инвариантов, симметрии  законов живой природы относительно тех или иных преобразований рано или поздно удастся глубже проникнуть в сущность живого, объяснить ход  эволюции, её вершины, тупики, предсказать неизвестные сейчас ветви, теоретически возможные и действительные числа типов, классов, семейств всего живого в этом мире.

 

Список литературы

 

1. Антропова В. И. О геометрическом методе «Математических начал натуральной философии» И. Ньютона // Историко-математические исследования. — М.: Наука, 1966. — № 17.
2. Карпенков С.Н. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М., 2002.
3. Клименко И. С., Энгвер Н. Н. Концепции современного естествознания. – М., 2002.
4. Ломоносов М.В. Избранные произведения в 2-х томах. - М.: Наука. 1986.
5. Салопов Е. Ф. Концепции современного естествознания. – М.: Владос, 1998.
6. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырёх томах. Том I. Работы по теории относительности 1905-1920. - М., 1965 г.

¹ Антропова В. И. О геометрическом методе «Математических начал натуральной философии» И. Ньютона // Историко-математические исследования. — М.: Наука, 1966. — № 17.

² Карпенков С.Н. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М., 2002.

³ Ломоносов М.В. Избранные произведения в 2-х томах. - М.: Наука. 1986.

⁴ Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырёх томах. Том I. Работы по теории относительности 1905-1920. - М., 1965 г.