Fisica teorica: l'origine dello spazio e del tempo. Spazio e tempo nella fisica classica Cosa faremo con il materiale ricevuto

07.02.2021

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Ministero dell'Istruzione e della Scienza della Federazione Russa

Istituzione educativa di bilancio dello Stato federale

istruzione professionale superiore

"Università statale di Vladimir

intitolato a A.G. e NG Stoletov"

Dipartimento "ATB"

per disciplina

"Fisica"

"Spazio e tempo in fisica"

Completato:

Arte. gr. ZTSBvd-113 TV Macarova

Accettato: insegnante

MA Antonova

Vladimir 2013

introduzione

2. Spazio e tempo

3. Spazio e tempo nella teoria della relatività di Albert Einstein

Conclusione

Bibliografia

introduzione

Fin dai tempi antichi, l'umanità è sempre stata affascinata dai concetti di Spazio (Cielo) e Tempo (Inizio, Cambiamento e Fine). I primi pensatori, da Gautama Buddha, Lao Tzu e Aristotele, affrontarono attivamente questi concetti. Nel corso dei secoli, il contenuto del ragionamento di questi pensatori ha cristallizzato nella mente umana quelle immagini mentali che oggi utilizziamo nella nostra vita quotidiana. Pensiamo allo spazio come a un continuum tridimensionale che ci avvolge. Pensiamo al tempo come alla durata di qualsiasi processo, non influenzato dalle forze che operano nell'universo fisico. E insieme formano un palcoscenico su cui si sviluppa l'intero dramma delle interazioni, i cui attori sono tutto il resto: stelle e pianeti, campi e materia, tu e io.

La fisica classica considerava lo spazio come qualcosa di assoluto: un contenitore di oggetti. Si presumeva che lo spazio fosse infinito, lineare, continuo e lo spazio fisico (l'area costituita da oggetti materiali interagenti) veniva identificato con lo spazio matematico della geometria differenziale. Nella teoria della relatività, apparsa all'inizio del XX secolo, lo spazio non è più assoluto, può cambiare, appare il concetto di curvatura dello spazio e, a velocità prossime alla luce, diventano possibili riduzioni delle dimensioni degli oggetti, ma lo spazio fermo è un contenitore di oggetti. Con l'avvento della teoria dei sistemi, è apparsa anche una nuova comprensione dello spazio come sistema di relazioni tra oggetti. Con lo sviluppo di un approccio sistematico alla conoscenza della natura e allo sviluppo della tecnologia, come attività pratica per creare sistemi tecnici , l'idea di una struttura spaziale discreta si sta sviluppando nella scienza. Nella fisica moderna, lo spazio è un modello matematico delle relazioni tra gli elementi delle strutture formate da oggetti materiali. La scelta di un modello matematico è determinata dalla struttura del sistema in esame e dai processi che in esso si verificano. Le controversie su quante dimensioni ha lo spazio appartengono al campo dei modelli matematici, queste sono controversie su quale modello sia più conveniente e più visivo. Quindi, per descrivere il moto di corpi rigidi, è conveniente utilizzare uno spazio omogeneo continuo di geometria differenziale che non ha una struttura (o ha una struttura omogenea). Questo spazio ha una metrica (vengono utilizzati i concetti di distanza e dimensione). E per descrivere il movimento dei flussi di energia in un circuito elettrico, è più conveniente utilizzare una struttura spaziale discreta costituita da elementi di un circuito elettrico e dalle loro connessioni (rami) - questa è l'area della topologia combinatoria (per uno -rami dimensionali - teoria dei grafi). Qui lo spazio non ha metrica (i concetti di distanza e dimensione non sono applicabili). Poiché la distanza e la struttura sono create dalla materia, quindi, di conseguenza, senza oggetti reali, lo spazio stesso non esiste. Il concetto di spazio in relazione ai concetti di "distanza" (metrica) e "struttura" è un livello superiore di astrazione (generalizzazione) di questi concetti. La misurazione delle relazioni spaziali per uno spazio metrico viene effettuata confrontando le distanze con le dimensioni lineari di oggetti materiali scelti come standard. Pertanto, lo spazio fisico è mappato sul modello matematico. Per una persona, la sensazione di spazio dà la relatività di scale, dimensioni (il rapporto tra oggetti / osservatore). I parametri dello spazio vicino alla Terra (campi magnetici ed elettrici, gravità, parametri termodinamici) e i processi che in esso si verificano sono condizioni esterne per noi, poiché siamo immersi in questo ambiente. E noi, a nostra volta, come biosistemi separati, formiamo dentro di noi il nostro spazio e il nostro ambiente, dove avvengono i processi biochimici, che assicurano la nostra attività vitale. Il nostro spazio interno ei suoi parametri costituiscono le condizioni esterne per oggetti di scala minore. Se continuiamo a scendere di questa scala, le condizioni intramolecolari sono esterne per gli atomi, le condizioni intraatomiche sono per i nuclei e gli elettroni che entrano nell'atomo e così via. La fisica classica considerava il tempo come qualcosa di universale, indipendente, qualcosa rispetto al quale si contano gli eventi e con l'aiuto del quale si misurano gli intervalli tra gli eventi. Si presumeva che il tempo fosse continuo, uniforme, assoluto e il tempo fisico (un mezzo per confrontare la dinamica dei processi materiali) era identificato con lo spazio matematico lineare unidimensionale della geometria differenziale. Nella teoria della relatività, apparsa all'inizio del XX secolo, il tempo non è più assoluto, può cambiare, si presume che nei sistemi di riferimento in movimento e vicino a masse gravitanti, il tempo scorra più lentamente. Attualmente, la fisica utilizza sia il tempo continuo dei processi che il tempo discreto degli eventi.

Nella fisica moderna, il tempo è formato da molti processi con dinamiche diverse ed è una proprietà integrata del mondo circostante. Infatti, né i processi, né i cambiamenti, né i movimenti avvengono nel tempo. Al contrario, essi stessi servono come vera base fisica per l'introduzione del concetto di tempo. Il tempo risulta essere solo un livello superiore di astrazione che caratterizza la dinamica di questi fenomeni. C'è un'analogia completa con il concetto di spazio, che si basa sul concetto di distanza, ed è solo un livello superiore di astrazione. Allo stesso modo, il concetto di tempo si basa sul corso di movimenti, processi, cambiamenti reali ed è solo una forma di astrazione più conveniente. La tempistica viene misurata confrontando gli intervalli tra eventi reali con il numero di cicli di processi ciclici altamente stabili scelti come riferimento.

Pertanto, il tempo fisico viene mappato sul modello matematico. L'orologio è la dinamica intrasistemica di qualsiasi sistema, presa come standard e che funge da unità di dinamismo, attraverso la quale si esprimono la dinamica e la durata di altri processi.

1. L'antica dottrina dello spazio e del tempo

spaziotempo e micromondo di Einstein

La dottrina atomistica fu sviluppata dai materialisti dell'antica Grecia, Leucippo e Democrito. Secondo questa dottrina, tutta la diversità naturale è costituita dalle più piccole particelle di materia (atomo) che si muovono, si scontrano e si combinano nello spazio vuoto. Atomi (esistenza) e vacuità (non esistenza) sono i primi principi del mondo. Gli atomi non sorgono e non si distruggono, la loro eternità nasce dall'assenza di inizio del tempo. Gli atomi si muovono nel vuoto per un tempo infinito. Lo spazio infinito corrisponde al tempo infinito.

I sostenitori di questo concetto credevano che gli atomi fossero fisicamente indivisibili a causa della loro densità e dell'assenza di vuoto in essi. Molti atomi che non sono separati dal vuoto si trasformano in un unico grande atomo che esaurisce il mondo.

Il concetto stesso era basato sugli atomi che, in combinazione con il vuoto, formano l'intero contenuto del mondo reale. Questi atomi sono basati sugli ameri (il minimo spaziale della materia). L'assenza di parti in amer serve come criterio di indivisibilità matematica. Gli atomi non si scindono in ameri e questi ultimi non esistono allo stato libero. Questo coincide con le idee della fisica moderna sui quark.

Caratterizzando il sistema di Democrito come una teoria dei livelli strutturali della materia - fisico (atomi e vuoto) e matematico (ameri), ci troviamo di fronte a due spazi: uno spazio fisico continuo come contenitore e uno spazio matematico basato sugli ameri come scala unità di estensione della materia.

In accordo con il concetto atomistico di spazio, Democrito ha risolto le domande sulla natura del tempo e del movimento. Successivamente furono sviluppati da Epicuro in un sistema. Epicuro considerava le proprietà del movimento meccanico basate sulla natura discreta dello spazio e del tempo. Ad esempio, la proprietà dell'isotachia è che tutti gli atomi si muovono alla stessa velocità. A livello matematico, l'essenza dell'isotachia è che nel processo di spostamento degli atomi passa un "atomo" di spazio per un "atomo" di tempo.

Pertanto, gli atomisti greci antichi distinguevano due tipi di spazio e di tempo. Nelle loro rappresentazioni si realizzarono

Aristotele inizia la sua analisi con la questione generale dell'esistenza del tempo, poi la trasforma nella questione dell'esistenza del tempo divisibile. Un'ulteriore analisi del tempo è svolta da Aristotele già a livello fisico, dove si concentra sul rapporto tra tempo e movimento. Aristotele mostra che il tempo è impensabile, non esiste senza movimento, ma non è il movimento stesso. In un tale modello del tempo, viene implementato il concetto relazionale. È possibile misurare il tempo e sceglierne le unità di misura utilizzando qualsiasi movimento periodico, ma affinché il valore risultante sia universale, è necessario utilizzare il movimento alla massima velocità.

Nella fisica moderna, questa è la velocità della luce, nella filosofia antica e medievale, è la velocità della sfera celeste.

Lo spazio per Aristotele agisce come una sorta di relazione degli oggetti del mondo materiale, è inteso come una categoria oggettiva, come una proprietà delle cose naturali. La meccanica di Aristotele funzionava solo nel suo modello del mondo. È stato costruito sui fenomeni evidenti del mondo terreno. Ma questo è solo uno dei livelli del cosmo di Aristotele. Il suo modello cosmologico funzionava in uno spazio finito e disomogeneo, il cui centro coincideva con il centro della Terra. Il cosmo era diviso in livelli terrestre e celeste. La Terra è composta da quattro elementi: terra, acqua, aria e fuoco; celeste - da corpi eterei, che sono in movimento circolare infinito. Questo modello esiste da circa due millenni. Tuttavia, c'erano altre disposizioni nel sistema di Aristotele che si rivelarono più praticabili e determinarono in gran parte lo sviluppo della scienza fino ai giorni nostri. Si tratta della dottrina logica di Aristotele, sulla base della quale si svilupparono le prime teorie scientifiche, in particolare la geometria di Euclide. Nella geometria di Euclide, insieme a definizioni e assiomi, ci sono anche postulati, che è più caratteristico della fisica che dell'aritmetica. I postulati formulavano quei compiti che erano considerati risolti. Questo approccio presenta un modello teorico che funziona ancora oggi: il sistema assiomatico e la base empirica sono legati da regole operative. La geometria di Euclide è il primo sistema logico di concetti che interpretano il comportamento di alcuni oggetti naturali. Il grande merito di Euclide è la scelta come oggetti di teoria.

Galileo Galilei rivelò l'incoerenza del quadro aristotelico del mondo, sia in termini empirici che teorici e logici. Con l'aiuto di un telescopio, mostrò chiaramente quanto fossero profonde le idee rivoluzionarie di Niccolò Copernico, che sviluppò il modello eliocentrico del mondo. I. Le scoperte di Keplero possono essere considerate come il primo passo nello sviluppo della teoria copernicana: 1. Ogni pianeta si muove lungo un'ellisse, in uno dei cui fuochi è il Sole. 2. L'area del settore dell'orbita, descritta dal vettore raggio del pianeta, cambia in proporzione al tempo. 3. I quadrati dei tempi di rivoluzione dei pianeti attorno al Sole sono correlati come i cubi delle loro distanze medie dal Sole.

Galileo, Cartesio e Newton considerarono varie combinazioni dei concetti di spazio e inerzia: Galileo riconobbe lo spazio vuoto e il moto inerziale circolare, Cartesio giunse all'idea del moto inerziale rettilineo, ma negò lo spazio vuoto, e solo Newton combinò lo spazio vuoto e l'inerzia rettilinea movimento.

Cartesio non è caratterizzato da una considerazione cosciente e sistematica della relatività del moto. Le sue idee sono limitate dalla geometrizzazione degli oggetti fisici, è estraneo all'interpretazione newtoniana della massa come resistenza inerziale al cambiamento. Newton, invece, è caratterizzato da un'interpretazione dinamica della massa, e nel suo sistema questo concetto ha giocato un ruolo fondamentale. Il corpo conserva per Cartesio uno stato di movimento o di riposo, poiché ciò è richiesto dall'immutabilità della divinità. Lo stesso vale per Newton a causa della massa del corpo.

I concetti di spazio e tempo vengono introdotti da Newton al livello iniziale di presentazione, e poi ricevono il loro contenuto fisico con l'aiuto di assiomi attraverso le leggi del moto. Tuttavia, precedono gli assiomi, poiché servono come condizione per la realizzazione degli assiomi: le leggi del moto della meccanica classica sono valide nei sistemi di riferimento inerziali, che sono definiti come sistemi che si muovono inerziale rispetto allo spazio e al tempo assoluti. Per Newton, lo spazio e il tempo assoluti sono l'arena del movimento degli oggetti fisici.

Dopo la pubblicazione degli Elementi di Newton, la fisica iniziò a svilupparsi attivamente e questo processo si svolse sulla base di un approccio meccanicistico. Tuttavia, presto sorsero disaccordi tra meccanica e ottica, che non si adattavano alle idee classiche sul movimento dei corpi.

2. Spazio e tempo in fisica

Lo spazio e il tempo in fisica sono generalmente definiti come le strutture fondamentali della coordinazione degli oggetti materiali e dei loro stati: un sistema di relazioni che riflette la coordinazione di oggetti coesistenti (distanze, orientamento, ecc.) forma lo spazio e un sistema di relazioni che mostra il coordinamento di stati o fenomeni successivi (sequenza, durata, ecc.), forma il tempo. Lo spazio e il tempo sono le strutture organizzative dei diversi livelli di cognizione fisica e svolgono un ruolo importante nelle relazioni interlivello. Esse (o costruzioni ad esse associate) determinano in larga misura la struttura (metrica, topologica, ecc.) delle teorie fisiche fondamentali, stabiliscono la struttura delle interpretazioni empiriche e delle verifiche delle teorie fisiche, la struttura delle procedure operative (che si basano sulla fissazione dello spazio- coincidenze temporali nelle misurazioni). agisce, tenendo conto delle specificità delle interazioni fisiche utilizzate), e organizza anche fisiche. immagini del mondo. L'intero percorso storico di sviluppo concettuale ha portato a tale rappresentazione.

Dopo che i fisici sono giunti alla conclusione sulla natura ondulatoria della luce, è emerso il concetto di etere, il mezzo in cui la luce si propaga. Ogni particella dell'etere potrebbe essere rappresentata come una sorgente di onde secondarie, e l'enorme velocità della luce potrebbe essere spiegata dall'enorme durezza ed elasticità delle particelle dell'etere. In altre parole, l'etere era la materializzazione dello spazio assoluto di Newton. Ma questo andava contro i principi fondamentali della dottrina dello spazio di Newton.

La rivoluzione della fisica iniziò con la scoperta di Roemer: si scoprì che la velocità della luce è finita e pari a circa 300 "000 km / s. Nel 1728 Bradry scoprì il fenomeno dell'aberrazione stellare. Sulla base di queste scoperte, fu riscontrato che la velocità della luce non dipende dal movimento della sorgente e/o del ricevitore.

O. Fresnel ha mostrato che l'etere può essere parzialmente trascinato da corpi in movimento, ma l'esperimento di A. Michelson (1881) lo confuta completamente.

Sorse così un'inspiegabile incoerenza, i fenomeni ottici furono sempre più ridotti alla meccanica. Ma alla fine il quadro meccanicistico del mondo è stato minato dalla scoperta di Faraday - Maxwell: la luce si è rivelata una varietà onde elettromagnetiche. Numerose leggi sperimentali si riflettono nel sistema delle equazioni di Maxwell, che descrivono modelli fondamentalmente nuovi. L'arena di queste leggi è l'intero spazio, e non solo i punti in cui si trovano la materia o le cariche, come è accettato per le leggi meccaniche.

Così è nata la teoria elettromagnetica della materia. I fisici sono giunti alla conclusione sull'esistenza di oggetti elementari discreti nell'ambito dell'immagine elettromagnetica del mondo (elettroni). I principali risultati nello studio dei fenomeni elettrici e ottici sono associati alla teoria elettronica di G. Lorentz. Lorentz era sulla posizione della meccanica classica. Trovò una via d'uscita che salvasse lo spazio e il tempo assoluti della meccanica classica, e spiegò anche il risultato dell'esperimento di Michelson, sebbene dovette abbandonare le trasformazioni di coordinate di Galileo e introdurne le proprie, basate sulla non invarianza del tempo. t"=t-(vx/ce), dove v è la velocità del sistema rispetto all'etere, e x è la coordinata di quel punto nel sistema in movimento dove si misura il tempo. Tempo t" chiamò "ora locale" . Sulla base di questa teoria, è visibile l'effetto della modifica della dimensione dei corpi L2/L1=1+(ve/2ce). Lo stesso Lorentz lo ha spiegato sulla base della sua teoria elettronica: i corpi sperimentano la contrazione a causa dell'appiattimento degli elettroni.

La teoria di Lorentz ha esaurito le possibilità della fisica classica. L'ulteriore sviluppo della fisica era sulla via della revisione dei concetti fondamentali della fisica classica, del rifiuto dell'adozione di qualsiasi sistema di riferimento selezionato, del rifiuto del moto assoluto, della revisione del concetto di spazio e tempo assoluti. Questo è stato fatto solo nella teoria della relatività speciale di Einstein.

3. Spazio e tempo nella teoria della relatività di Albert Einstein.

Nella teoria della relatività di Einstein, la questione delle proprietà e della struttura dell'etere si trasforma nella questione della realtà dell'etere stesso. I risultati negativi di molti esperimenti per rilevare l'etere hanno trovato una spiegazione naturale nella teoria della relatività: l'etere non esiste. La negazione dell'esistenza dell'etere e l'accettazione del postulato della costanza e del limite della velocità della luce hanno costituito la base della teoria della relatività, che funge da sintesi di meccanica ed elettrodinamica.

Il principio di relatività e il principio di costanza della velocità della luce permisero ad Einstein di passare dalla teoria di Maxwell per i corpi in quiete all'elettrodinamica coerente dei corpi in movimento. Einstein considera inoltre la relatività delle lunghezze e degli intervalli di tempo, che lo porta alla conclusione che il concetto di simultaneità non ha significato: "Due eventi che sono simultanei se osservati dallo stesso sistema di coordinate non sono più percepiti come simultanei se visti da un sistema in movimento rispetto a questo". C'è bisogno di sviluppare una teoria della trasformazione delle coordinate e del tempo da un sistema in quiete a un sistema che si muova in modo uniforme e rettilineo rispetto al primo. Einstein inventò la formulazione delle trasformazioni di Lorentz:

Da queste trasformazioni segue la negazione dell'invarianza della lunghezza e della durata, il cui valore dipende dal moto del sistema di riferimento:

Nella teoria della relatività speciale funziona una nuova legge di addizione delle velocità, da cui deriva l'impossibilità di superare la velocità della luce.

La differenza fondamentale tra la teoria della relatività speciale e le teorie precedenti è il riconoscimento dello spazio e del tempo come elementi interni del moto della materia, la cui struttura dipende dalla natura del moto stesso, è la sua funzione. Nell'approccio di Einstein, le trasformazioni di Lorentz risultano essere associate a nuove proprietà dello spazio e del tempo: con la relatività di lunghezza e intervallo di tempo, con l'uguaglianza di spazio e tempo, con l'invarianza dell'intervallo spazio-temporale.

Un importante contributo al concetto di "uguaglianza" è stato dato da G. Minkowski. Ha mostrato il rapporto organico tra spazio e tempo, che si è rivelato essere componenti di un unico continuum quadridimensionale. La divisione in spazio e tempo non ha senso.

Lo spazio e il tempo nella teoria della relatività speciale sono interpretati dal punto di vista del concetto relazionale. Tuttavia, sarebbe erroneo presentare la struttura spazio-temporale della nuova teoria come manifestazione del solo concetto di relatività. L'introduzione da parte di Minkowski del formalismo quadridimensionale ha contribuito a rivelare aspetti del "mondo assoluto" dato nel continuum spazio-temporale.

Nella teoria della relatività, come nella meccanica classica, esistono due tipi di spazio e di tempo che implementano i concetti sostanziali e attributivi. Nella meccanica classica, lo spazio e il tempo assoluti hanno agito come struttura del mondo a livello teorico. Nella teoria della relatività speciale, un singolo spazio-tempo quadridimensionale ha uno status simile.

Il passaggio dalla meccanica classica alla teoria della relatività speciale può essere rappresentato come segue: 1) a livello teorico - è il passaggio dallo spazio e tempo assoluti e sostanziali allo spazio-tempo unico assoluto e sostanziale, 2) a livello empirico livello - il passaggio dallo spazio e tempo relativo ed estensionale di Newton allo spazio e tempo relazionale di Einstein.

Tuttavia, quando Einstein ha cercato di estendere il concetto di relatività alla classe dei fenomeni che si verificano in sistemi di riferimento non inerziali, ciò ha portato alla creazione di una nuova teoria della gravità, allo sviluppo della cosmologia relativistica e così via. Fu costretto a ricorrere a un metodo diverso di costruzione delle teorie fisiche, in cui l'aspetto teorico è primario.

La nuova teoria - la teoria della relatività generale - è stata costruita costruendo uno spazio generalizzato e passando dalla struttura teorica della teoria originaria - la teoria della relatività speciale - alla struttura teorica di una nuova teoria generalizzata con la sua successiva interpretazione empirica. Successivamente, considereremo il concetto di spazio e tempo alla luce della relatività generale.

Uno dei motivi per la creazione della teoria della relatività generale è stato il desiderio di Einstein di salvare la fisica dalla necessità di introdurre un quadro di riferimento inerziale. La creazione di una nuova teoria è iniziata con una revisione del concetto di spazio e tempo nel campo della dottrina di Faraday - Maxwell e la teoria della relatività speciale. Einstein ha sottolineato un punto importante che non è stato toccato. Stiamo parlando della seguente posizione della teoria della relatività speciale: “... due punti materiali scelti di un corpo in quiete corrispondono sempre a un certo segmento di una certa lunghezza, indipendentemente dalla posizione e dall'orientamento del corpo, e time. , corrisponde sempre a un intervallo di tempo di una certa grandezza, indipendentemente dal luogo e dall'ora.

Va notato che l'idea del materialismo dialettico sullo spazio e sul tempo come forme dell'esistenza della materia trova l'incarnazione più completa nella teoria della relatività generale. La teoria della relatività speciale non ha toccato il problema dell'influenza della materia sulla struttura dello spazio-tempo, e nella teoria generale, Einstein ha affrontato direttamente l'interconnessione organica di materia, movimento, spazio e tempo.

Einstein procedeva dal noto fatto sull'uguaglianza delle masse inerziali e pesanti. Vide in questa uguaglianza il punto di partenza in base al quale si può spiegare l'enigma della gravità. Dopo aver analizzato l'esperienza di Eötvös, Einstein ha generalizzato il suo risultato nel principio di equivalenza: "è fisicamente impossibile distinguere tra l'azione di un campo gravitazionale uniforme e un campo generato da un moto uniformemente accelerato".

Il principio di equivalenza è di natura locale e, in generale, non è compreso nella struttura della teoria generale della relatività. Ha contribuito a formulare i principi di base su cui si basa la nuova teoria: ipotesi sulla natura geometrica della gravità, sul rapporto tra la geometria dello spazio-tempo e la materia. Oltre a queste Einstein avanza una serie di ipotesi matematiche, senza le quali sarebbe impossibile derivare equazioni gravitazionali: lo spazio è quadridimensionale, la sua struttura è determinata da un tensore metrico simmetrico, le equazioni devono essere invarianti sotto il gruppo di trasformazioni di coordinate.

Nella sua opera "Relatività e problema dello spazio", Einstein considera specificamente la questione delle specificità del concetto di spazio nella teoria della relatività generale. Secondo questa teoria, lo spazio non esiste separatamente, come qualcosa di opposto a "ciò che riempie lo spazio" e che dipende dalle coordinate. "Lo spazio vuoto, cioè lo spazio senza campo non esiste. Lo spazio-tempo non esiste di per sé, ma solo come proprietà strutturale del campo."

Per la teoria della relatività generale, il problema del passaggio dalle grandezze osservabili teoriche a quelle fisiche è ancora di attualità.

Consideriamo ulteriormente due direzioni derivanti dalla teoria della relatività generale: la geometrizzazione della gravità e la cosmologia relativistica, poiché ad essi è connesso l'ulteriore sviluppo dei concetti spazio-temporali della fisica moderna.

La geometrizzazione della gravità è stato il primo passo verso la creazione di una teoria dei campi unificata. Il primo tentativo di geometrizzare il campo è stato fatto da G. Weyl. Viene eseguito al di fuori del quadro della geometria riemanniana. Tuttavia, questa direzione non ha portato al successo. Ci sono stati tentativi di introdurre spazi di una dimensione superiore alla varietà spazio-temporale quadridimensionale di Riemann: Kaluza ne propone una a cinque dimensioni, Klein - una a sei dimensioni, Kalitsyn - una varietà infinita. Tuttavia, il problema non può essere risolto in questo modo.

Sulla via della revisione della topologia euclidea dello spazio - tempo, si sta costruendo una moderna teoria dei campi unificati - la geometrodinamica quantistica di J. Whitler. In questa teoria, la generalizzazione delle idee sullo spazio raggiunge un grado molto alto e il concetto di superspazio viene introdotto come arena d'azione della geometrodinamica. Con questo approccio, ogni interazione ha una sua geometria, e l'unità di queste teorie sta nell'esistenza di un principio comune, secondo il quale la geometria data viene generata e gli spazi corrispondenti vengono "stratificati".

La ricerca di teorie di campo unificate continua. Per quanto riguarda la geometrodinamica quantistica di Whitler, deve affrontare un compito ancora più ambizioso: comprendere l'Universo e le particelle elementari nella loro unità e armonia. Le idee pre-insteiniane sull'Universo possono essere caratterizzate come segue: l'Universo è infinito e omogeneo nello spazio e stazionario nel tempo. Sono stati presi in prestito dalla meccanica di Newton: questi sono spazio e tempo assoluti, quest'ultimo nella loro natura euclidea. Un tale modello sembrava molto armonioso e unico. Tuttavia, i primi tentativi di applicare leggi e concetti fisici a questo modello hanno portato a conclusioni innaturali.

Già la cosmologia classica richiedeva una revisione di alcune disposizioni fondamentali per superare le contraddizioni. Ci sono quattro disposizioni di questo tipo nella cosmologia classica: la stazionarietà dell'Universo, la sua omogeneità e isotropia e lo spazio euclideo. Tuttavia, nell'ambito della cosmologia classica, non è stato possibile superare le contraddizioni.

Il modello dell'Universo, seguito dalla teoria della relatività generale, è connesso con la revisione di tutte le disposizioni fondamentali della cosmologia classica. La teoria generale della relatività identificava la gravità con la curvatura dello spazio-tempo quadridimensionale. Per costruire un modello relativamente semplice che funzioni, gli scienziati sono costretti a limitare la revisione generale delle disposizioni fondamentali della cosmologia classica: la teoria generale della relatività è integrata dal postulato cosmologico dell'omogeneità e dell'isotropia dell'Universo. La rigorosa attuazione del principio di isotropia dell'Universo porta al riconoscimento della sua omogeneità. Sulla base di questo postulato, il concetto di spazio e tempo mondiale viene introdotto nella cosmologia relativistica. Ma questi non sono lo spazio e il tempo assoluti di Newton, che, sebbene fossero anche omogenei e isotropi, avevano curvatura zero a causa della natura euclidea dello spazio. Quando applicate a uno spazio non euclideo, le condizioni di omogeneità e isotropia implicano la costanza della curvatura, e qui sono possibili tre modifiche di tale spazio: con curvatura zero, negativa e positiva.

La possibilità che lo spazio e il tempo abbiano diversi valori di curvatura costante ha sollevato in cosmologia la questione se l'universo sia finito o infinito. Nella cosmologia classica, questa domanda non si poneva, perché la natura euclidea dello spazio e del tempo determinava in modo univoco la sua infinità. Tuttavia, nella cosmologia relativistica, è possibile anche la variante di un Universo finito, che corrisponde a uno spazio di curvatura positiva.

L'universo di Einstein è una sfera tridimensionale, uno spazio tridimensionale non euclideo chiuso in se stesso. È finito, anche se illimitato. L'universo di Einstein è finito nello spazio ma infinito nel tempo. Tuttavia, la stazionarietà è entrata in conflitto con la teoria generale della relatività, l'Universo si è rivelato instabile e ha cercato di espandersi o contrarsi. Per eliminare questa contraddizione, Einstein ha introdotto un nuovo termine nelle equazioni della teoria, con l'aiuto del quale sono state introdotte nell'Universo nuove forze proporzionali alla distanza, che possono essere rappresentate come forze di attrazione e repulsione.

L'ulteriore sviluppo della cosmologia si è rivelato non collegato a un modello statico dell'Universo. Il modello non stazionario è stato sviluppato per la prima volta da A. A. Fridman. Le proprietà metriche dello spazio si sono rivelate variabili nel tempo. Si è scoperto che l'universo si sta espandendo. La conferma di ciò fu scoperta nel 1929 da E. Hubble, che osservò il redshift dello spettro. Si è scoperto che la velocità di recessione delle galassie aumenta con la distanza e obbedisce alla legge di Hubble V = H*L, dove H è la costante di Hubble, L è la distanza. Questo processo continua al momento attuale.

A questo proposito sorgono due problemi importanti: il problema dell'espansione dello spazio e il problema dell'inizio del tempo. C'è un'ipotesi che la cosiddetta "recessione delle galassie" sia una designazione visiva della non stazionarietà della metrica spaziale rivelata dalla cosmologia. Quindi, non sono le galassie che volano in disparte in uno spazio immutabile, ma lo spazio stesso si espande. Il secondo problema è legato all'idea dell'inizio del tempo. Le origini della storia dell'Universo si riferiscono al tempo t=0, quando si verificò il cosiddetto Big Bang. V.L. Ginzburg crede che "... l'Universo in passato era in uno stato speciale, che corrisponde all'inizio del tempo, il concetto di tempo prima di questo inizio è privo di significato fisico, e in effetti di qualsiasi altro significato".

Nella cosmologia relativistica è stata mostrata la relatività della finitezza e dell'infinito del tempo in vari sistemi di riferimento. Questa posizione si riflette particolarmente chiaramente nel concetto di "buchi neri". Stiamo parlando di uno dei fenomeni più interessanti della cosmologia moderna: il collasso gravitazionale.

S. Hawkins e J. Ellis osservano: "L'espansione dell'Universo è per molti aspetti simile al collasso di una stella, tranne per il fatto che la direzione del tempo durante l'espansione è invertita".

Sia l '"inizio" dell'Universo che i processi nei "buchi neri" sono collegati allo stato superdenso della materia. I corpi spaziali hanno questa proprietà dopo aver attraversato la sfera di Schwarzschild (sfera condizionale con raggio r = 2GM/ce, dove G è la costante gravitazionale, M è la massa). Indipendentemente dallo stato in cui l'oggetto spaziale ha attraversato la corrispondente sfera di Schwarzschild, passa rapidamente in uno stato superdenso nel processo di collasso gravitazionale. Dopodiché, è impossibile ottenere informazioni dalla stella, perché nulla può sfuggire da questa sfera nello spazio - tempo circostante: la stella si spegne per un osservatore distante e nello spazio si forma un "buco nero".

L'infinito si trova tra una stella che crolla e un osservatore nel mondo ordinario, poiché una tale stella è oltre l'infinito nel tempo.

Così, si è scoperto che lo spazio-tempo nella teoria generale della relatività contiene singolarità, la cui presenza ci costringe a riconsiderare il concetto di continuum spazio-temporale come una sorta di varietà differenziabile "liscia".

C'è un problema associato al concetto dello stadio finale del collasso gravitazionale, quando l'intera massa della stella è compressa in un punto

(r->0), quando la densità della materia è infinita, la curvatura dello spazio è infinita, ecc. Ciò solleva ragionevoli dubbi. J. Whitler crede che nella fase finale del collasso gravitazionale non ci sia affatto lo spazio-tempo. Scrive S. Hawking: "La Singolarità è il luogo in cui crolla il concetto classico di spazio e tempo, così come tutte le leggi fisiche conosciute, poiché sono tutte formulate sulla base dello spazio-tempo classico. La maggior parte dei cosmologi moderni aderisce a queste idee.

Nelle fasi finali del collasso gravitazionale vicino a una singolarità, devono essere presi in considerazione gli effetti quantistici. Dovrebbero svolgere un ruolo dominante a questo livello e potrebbero non consentire affatto la singolarità. Si presume che in questa regione si verifichino fluttuazioni submicroscopiche della materia, che costituiscono la base del micromondo profondo.

Tutto ciò indica che è impossibile comprendere il mega mondo senza comprendere il micro mondo.

4. Spazio e tempo nella fisica del micromondo

La creazione di Einstein della teoria della relatività speciale non esaurisce la possibilità di interazione tra meccanica ed elettrodinamica. In connessione con la spiegazione dell'irraggiamento termico, è emersa una contraddizione sia nell'interpretazione dei dati sperimentali che nella coerenza teorica di queste conclusioni. Ciò ha portato alla nascita della meccanica quantistica. Ha gettato le basi per la fisica non classica, ha aperto la strada alla conoscenza del microcosmo, alla padronanza dell'energia intraatomica, alla comprensione dei processi nelle profondità delle stelle e dell'"inizio" dell'Universo.

Alla fine del 19° secolo, i fisici iniziarono a studiare come la radiazione è distribuita sull'intero spettro di frequenze. A quel tempo, i fisici si proponevano anche di scoprire la natura della relazione tra l'energia della radiazione e la temperatura corporea. M. Planck ha cercato di risolvere questo problema utilizzando i metodi dell'elettrodinamica classica, ma ciò non ha portato al successo. Un tentativo di risolvere il problema dal punto di vista della termodinamica si è scontrato con una discrepanza tra teoria ed esperimento. Planck ha derivato la formula della densità di radiazione per interpolazione. La formula ottenuta da Planck era molto istruttiva, inoltre includeva una costante h precedentemente sconosciuta, che Planck chiamava il quanto d'azione elementare. La validità della formula di Planck è stata raggiunta da un presupposto molto strano per la fisica classica: il processo di radiazione e assorbimento di energia è discreto.

Con il lavoro di Einstein sui fotoni, l'idea della dualità onda-particella è entrata nella fisica. La vera natura della luce può essere rappresentata come un'unità dialettica di onda e particelle.

Tuttavia, è sorta la domanda sull'essenza e sulla struttura dell'atomo. Sono stati proposti insiemi di modelli contrastanti. La soluzione è stata trovata da N. Bohr sintetizzando il modello planetario dell'atomo di Rutherford e l'ipotesi quantistica. Ha suggerito che un atomo può avere un numero di stati stazionari durante la transizione a cui un quanto di energia viene assorbito o emesso. Nello stato stazionario stesso, l'atomo non irradia. Tuttavia, la teoria di Bohr non spiegava l'intensità e la polarizzazione della radiazione. In parte, questo è stato gestito con l'aiuto del principio di corrispondenza di Bohr. Questo principio si riduce al fatto che quando si descrive una teoria microscopica, è necessario utilizzare la terminologia usata nel macrocosmo.

Il principio di corrispondenza ha svolto un ruolo importante nella ricerca di de Broglie. Scoprì che non solo le onde luminose hanno una struttura discreta, ma anche le frequenze elementari della materia hanno un carattere ondulatorio. Il problema della creazione della meccanica ondulatoria degli oggetti quantistici, risolto nel 1929 da E. Schrödinger, che dedusse l'equazione d'onda che porta il suo nome, era all'ordine del giorno.

N. Bohr ha rivelato il vero significato dell'equazione d'onda di Schrödinger. Ha mostrato che questa equazione descrive l'ampiezza della probabilità di trovare una particella in una data regione dello spazio.

Poco prima (1925) Heisenberg sviluppò la meccanica quantistica. Le regole formali di questa teoria si basano sulla relazione di incertezza di Heisenberg: maggiore è l'incertezza nella coordinata spaziale, minore è l'incertezza nel valore della quantità di moto della particella. Una relazione simile vale per il tempo e l'energia della particella.

Così, nella meccanica quantistica, è stato trovato il limite fondamentale dell'applicabilità dei concetti fisici classici ai fenomeni e processi atomici.

Nella fisica quantistica si poneva un problema importante circa la necessità di rivedere le rappresentazioni spaziali del determinismo laplaciano della fisica classica. Si sono rivelati solo concetti approssimativi e si basavano su idealizzazioni troppo forti. La fisica quantistica richiedeva forme più adeguate di ordinamento degli eventi, che tenesse conto dell'esistenza di un'incertezza fondamentale nello stato dell'oggetto, della presenza di caratteristiche di integrità e individualità nel micromondo, che si esprimeva nel concetto di quanto di azione universale h.

La meccanica quantistica è stata la base per la fisica in rapido sviluppo delle particelle elementari, il cui numero raggiunge diverse centinaia, ma non è stata ancora creata una teoria generalizzante corretta. Nella fisica delle particelle elementari, le idee sullo spazio e sul tempo hanno incontrato difficoltà ancora maggiori. Si è scoperto che il microcosmo è un sistema multilivello, a ciascun livello del quale dominano specifici tipi di interazioni e proprietà specifiche delle relazioni spazio-temporali. L'area degli intervalli microscopici disponibili nell'esperimento è convenzionalmente suddivisa in quattro livelli: 1) il livello dei fenomeni molecolari e atomici, 2) il livello dei processi elettrodinamici quantistici relativistici, 3) il livello delle particelle elementari, 4) il livello di scale ultrapiccole, dove le relazioni spazio-temporali risultano essere alquanto diverse rispetto alla fisica classica del macrocosmo. In quest'area, la natura del vuoto - il vuoto - dovrebbe essere intesa in modo diverso.

Nell'elettrodinamica quantistica, il vuoto è un sistema complesso di fotoni, coppie elettrone-positrone e altre particelle virtualmente prodotti e assorbiti. A questo livello, il vuoto è considerato un tipo speciale di materia, come un campo in uno stato con l'energia più bassa possibile. L'elettrodinamica quantistica per la prima volta ha mostrato chiaramente che lo spazio e il tempo non possono essere separati dalla materia, che il cosiddetto "vuoto" è uno degli stati della materia. La meccanica quantistica è stata applicata al vuoto e si è scoperto che lo stato minimo di energia non è caratterizzato dalla sua densità zero. Il suo minimo è risultato essere uguale al livello dell'oscillatore hv/2. "Dopo aver consentito un modesto 0,5 hv per ogni singola onda", scrive Ya. Zel'dovich, "scopriamo immediatamente con orrore che tutte le onde insieme danno una densità di energia infinita". Questa energia infinita dello spazio vuoto è irta di enormi possibilità che devono ancora essere padroneggiate dalla fisica.

Entrando più in profondità nella materia, gli scienziati hanno superato il limite di 10 cm e hanno iniziato a esplorare i processi fisici nel campo delle relazioni spazio-temporali subatomiche. A questo livello dell'organizzazione strutturale della materia, il ruolo decisivo è svolto dalle forti interazioni delle particelle elementari. Ecco altri concetti spazio-temporali. Quindi, le specificità del micromondo non corrispondono alle idee ordinarie sulla relazione tra la parte e il tutto. Cambiamenti ancora più radicali nelle rappresentazioni spazio-temporali richiedono un passaggio allo studio dei processi caratteristici delle interazioni deboli. Pertanto, la questione della violazione della parità spaziale e temporale, cioè le direzioni spaziali destra e sinistra risultano non equivalenti.

In queste condizioni, sono stati fatti vari tentativi per un'interpretazione fondamentalmente nuova dello spazio e del tempo. Una direzione è associata a un cambiamento di idee sulla discontinuità e continuità di spazio e tempo, e la seconda - con un'ipotesi sulla possibile natura macroscopica dello spazio e del tempo. Diamo un'occhiata più da vicino a queste aree.

La fisica del micromondo si sviluppa in una complessa unità e interazione di discontinuità e continuità. Questo vale non solo per la struttura della materia, ma anche per la struttura dello spazio e del tempo.

Dopo la creazione della teoria della relatività e della meccanica quantistica, gli scienziati hanno cercato di combinare queste due teorie fondamentali. Il primo risultato lungo questo percorso è stata l'equazione d'onda relativistica per l'elettrone. È stata ottenuta una conclusione inaspettata sull'esistenza di un antipode dell'elettrone: una particella con una carica elettrica opposta. Allo stato attuale è noto che ad ogni particella in natura corrisponde un'antiparticella, ciò è dovuto alle disposizioni fondamentali della teoria moderna ed è associato alle proprietà cardinali dello spazio e del tempo (parità dello spazio, riflessione del tempo, ecc.).

Storicamente, la prima teoria quantistica dei campi è stata l'elettrodinamica quantistica, che include una descrizione delle interazioni di elettroni, positroni, muoni e fotoni. Questo è finora l'unico ramo della teoria delle particelle elementari che ha raggiunto un alto livello di sviluppo e una certa completezza. È una teoria locale, in essa funzionano concetti presi in prestito dalla fisica classica, basata sul concetto di continuità spazio-temporale: carica puntiforme, località di campo, interazione puntiforme, ecc. La presenza di questi concetti comporta notevoli difficoltà associate agli infiniti valori di alcune grandezze (massa, autoenergia dell'elettrone, energia di oscillazione di campo zero, ecc.).

Gli scienziati hanno cercato di superare queste difficoltà introducendo nella teoria i concetti di spazio e tempo discreti. Questo approccio delinea l'unica via d'uscita dall'indeterminatezza dell'infinito, dal momento che contiene la lunghezza fondamentale - la base dello spazio atomistico.

Successivamente è stata costruita l'elettrodinamica quantistica generalizzata, che è anche una teoria locale che descrive le interazioni puntiformi delle particelle puntiformi, il che porta a difficoltà significative. Ad esempio, la presenza del vuoto elettromagnetico ed elettrone-positrone richiede la complessità interna e la struttura dell'elettrone. L'elettrone polarizza il vuoto e le fluttuazioni di quest'ultimo creano un'atmosfera attorno all'elettrone da una coppia virtuale elettrone-positrone.

In questo caso il processo di annichilazione dell'elettrone iniziale con il positrone della coppia è abbastanza probabile. L'elettrone rimanente può essere considerato come quello originale, ma in un punto diverso dello spazio. Tale specificità degli oggetti dell'elettrodinamica quantistica è un forte argomento a favore del concetto di discrezione spazio-temporale. Si basa sull'idea che la massa e la carica di un elettrone si trovano in campi fisici diversi, diversi dalla massa e dalla carica di un elettrone idealizzato (isolato dal mondo). La differenza tra le masse risulta essere infinita. Quando si opera con questi infiniti, possono essere espressi in termini di costanti fisiche: la carica e la massa di un vero elettrone. Ciò si ottiene rinormalizzando la teoria.

Per quanto riguarda la teoria delle interazioni forti, la procedura di rinormalizzazione non può essere utilizzata lì. A questo proposito, nella fisica del micromondo, è stata ampiamente sviluppata la direzione associata alla revisione del concetto di località. Il rifiuto dell'interazione puntuale di microoggetti può essere effettuato con due metodi. All'inizio procedi dalla situazione. che la nozione di interazione locale è priva di significato. Il secondo si basa sulla negazione del concetto di coordinata puntiforme dello spazio-tempo, che porta alla teoria dello spazio-tempo quantistico. Una particella elementare estesa ha una struttura dinamica complessa. Una struttura così complessa di micro-oggetti mette in dubbio la loro elementarietà. Gli scienziati devono affrontare non solo un cambiamento nell'oggetto a cui è collegata la proprietà dell'elementarità, ma anche una revisione della stessa dialettica dell'elementare e del complesso nel microcosmo. Le particelle elementari non sono elementari in senso classico: sono simili ai sistemi complessi classici, ma non sono questi sistemi. Le particelle elementari combinano le proprietà opposte dell'elementare e del complesso. Il rifiuto delle idee sull'interazione puntuale comporta un cambiamento nelle nostre idee sulla struttura dello spazio-tempo e della causalità, che sono strettamente interconnesse. Secondo alcuni fisici, nel microcosmo le consuete relazioni temporali "prima" e "dopo" perdono di significato. Nel campo dell'interazione non locale, gli eventi sono collegati in una sorta di "grumo", in cui si determinano reciprocamente, ma non si susseguono.

Questo è lo stato di cose fondamentale che si è sviluppato nello sviluppo della teoria quantistica dei campi, a partire dai lavori di Heisenberg e terminando con le moderne teorie non locali e non lineari, dove la violazione della causalità nel microcosmo è proclamata come principio e si nota che la delimitazione dello spazio-tempo in regioni "piccole", dove la causalità è violata, e grandi, dove è soddisfatta, è impossibile senza l'apparizione nella teoria non locale di una nuova costante della dimensione della lunghezza - l'elementare lunghezza. A questo "atomo" dello spazio è connesso anche un momento elementare del tempo (chronon), ed è nella regione spazio-temporale ad essi corrispondente che procede il processo di interazione delle particelle.

La teoria dello spazio-tempo discreto continua a svilupparsi. Resta aperta la questione della struttura interna degli "atomi" dello spazio e del tempo. Spazio e tempo esistono negli "atomi" di spazio e tempo? Questa è una delle versioni dell'ipotesi sulla possibile natura macroscopica dello spazio e del tempo, che sarà discussa in seguito.

Conclusione

Il rapporto delle proprietà di simmetria dello spazio e del tempo con le leggi di conservazione delle grandezze fisiche è stato stabilito nella fisica classica. La legge di conservazione della quantità di moto si è rivelata strettamente correlata all'omogeneità dello spazio, la legge di conservazione dell'energia - all'omogeneità del tempo, la legge di conservazione del momento angolare - all'isotropia dello spazio. Nella teoria della relatività speciale, questa relazione è generalizzata a uno spazio-tempo quadridimensionale. Una generalizzazione relativistica generale non è stata ancora eseguita in modo coerente.

Sono sorte anche serie difficoltà quando si è cercato di utilizzare i concetti di spazio e tempo elaborati nella fisica classica (compresa la relativistica), cioè non quantistica, per la teoria della descrizione dei fenomeni nel micromondo. Già nella meccanica quantistica non relativistica risultava impossibile parlare delle traiettorie delle microparticelle e l'applicabilità dei concetti di spazio e tempo alla teoria della descrizione dei microoggetti era inoltre limitata dal principio (o relazione di incertezza). L'estrapolazione di concetti macroscopici di spazio e tempo al micromondo nella teoria quantistica dei campi (divergenze, mancanza di unificazione delle simmetrie unitarie con quelle spazio-temporali, teoremi di Whiteman e Haag) presenta difficoltà fondamentali. Per superare queste difficoltà, sono state avanzate alcune proposte per modificare il significato dei concetti di spazio e tempo - quantizzazione dello spazio-tempo, modificando la segnatura delle metriche di spazio e tempo, aumentando la dimensione di spazio e tempo , tenendo conto della sua topologia (geometrodinamica), ecc. Il tentativo più radicale di superare le difficoltà della teoria quantistica relativistica è l'ipotesi dell'inapplicabilità dei concetti di spazio e tempo al micromondo. Considerazioni simili sono espresse anche in relazione ai tentativi di comprendere la natura dell'inizio della singolarità nel modello di un universo caldo in espansione. La maggior parte dei fisici, tuttavia, è convinta dell'universalità dello spazio-tempo, riconoscendo la necessità di cambiamenti significativi nel significato dei concetti di spazio e tempo.

La comunanza dello spazio-tempo sta nel fatto che sono entrambi associati ai processi nel sistema, se la natura dei processi e la struttura interna determinano lo spazio stesso e i suoi parametri, allora la dinamica dei processi interni crea l'effetto di volta. Come puoi vedere, lo spazio e il tempo sono solo mezzi diversi per descrivere lo stesso fenomeno: i processi. Comprendendo il sistema come una struttura di elementi connessi e processi che si verificano in questa struttura, possiamo dire che le connessioni tra gli elementi formano percorsi e i processi che si verificano in questi percorsi sono flussi di materia ed energia. Allo stesso tempo, gli elementi del sistema e le connessioni tra loro formano lo spazio del sistema, e la dinamica dei flussi di materia ed energia è il tempo del sistema. Quindi per un circuito elettrico, la struttura spaziale (nodi, contorni, rami) è descritta dalle leggi di Kirchhoff, ei processi nei rami sono descritti dalla legge di Ohm e dalle sue generalizzazioni. Allo stesso tempo, la teoria dei calcoli dei circuiti elettrici considera contemporaneamente le equazioni dei processi e le equazioni della struttura. Queste equazioni rappresentano lo spazio-tempo come un modello matematico dei processi in un circuito elettrico.

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O. Fresnel ha mostrato che l'etere può essere parzialmente trascinato da corpi in movimento, ma l'esperimento di A. Michelson (1881) lo confuta completamente.

Sorse così un'inspiegabile incoerenza, i fenomeni ottici furono sempre più ridotti alla meccanica. Ma alla fine il quadro meccanicistico del mondo è stato minato dalla scoperta di Faraday - Maxwell: la luce si è rivelata una specie di onde elettromagnetiche. Numerose leggi sperimentali si riflettono nel sistema delle equazioni di Maxwell, che descrivono modelli fondamentalmente nuovi. L'arena di queste leggi è l'intero spazio, e non solo i punti in cui si trovano la materia o le cariche, come è accettato per le leggi meccaniche.

I concetti di spazio e tempo sviluppati nella fisica classica sono il risultato di un'analisi teorica del moto meccanico.

Nell'opera principale di I. Newton "I principi matematici della filosofia naturale", pubblicata nel 1687, furono formulate le leggi fondamentali del moto e fu data la definizione dei concetti di spazio e tempo.

I concetti di "spazio" e "tempo" furono definiti da I. Newton in stretto accordo con l'impostazione metodologica adottata dalla scienza sperimentale emergente del Nuovo Tempo, ovvero la conoscenza dell'essenza (leggi di natura) attraverso i fenomeni . Ha scritto: “Tempo, spazio, luogo e movimento sono concetti ben noti. Tuttavia, va notato che questi concetti sono generalmente riferiti a ciò che è compreso dai nostri sensi. Da ciò derivano alcuni giudizi errati, per l'eliminazione dei quali è necessario dividere i concetti di cui sopra in assoluti e relativi, veri e apparenti, matematici e ordinari.

Newton distinse chiaramente due tipi di tempo e spazio: assoluti e relativi e diede loro le seguenti definizioni:

« Tempo assoluto, vero, matematico in sé e nella sua essenza, senza alcuna relazione con nulla di esterno, scorre uniforme ed è altrimenti chiamata durata.

« Tempo relativo, apparente o ordinario esiste una misura esterna della durata, esatta o mutevole, compresa dai sensi, usata nella vita quotidiana al posto del vero tempo matematico, come: ora, giorno, mese, anno.

« Spazio assoluto nella sua essenza, indipendentemente da tutto ciò che è esterno, rimane sempre lo stesso e immobile.

« Spazio relativo c'è una misura o una specie di parte mobile limitata, che è determinata dai nostri sensi dalla sua posizione rispetto a certi corpi e che nella vita di tutti i giorni è presa per uno spazio immobile.

Cosa ha causato questa distinzione?

Innanzitutto è connesso con le peculiarità dei livelli teorici ed empirici di cognizione dello spazio e del tempo.

A livello teorico, lo spazio e il tempo sono oggetti idealizzati che hanno una sola caratteristica: per il tempo - essere "pura durata", e per lo spazio essere "pura estensione".

A livello empirico, spazio e tempo appaiono relativi, cioè associati a specifici processi fisici e alla loro percezione a livello di sentimenti.

Così, sia per il tempo che per lo spazio, il termine "relativo" è stato utilizzato nel senso di "quantità misurabile" (compresa dai nostri sensi), e "assoluto" nel senso di "modello matematico".

Perché Newton ha introdotto una distinzione tra i significati teorici ed empirici di questi concetti?

La relazione tra i concetti di tempo assoluto e relativo e la loro necessità è chiaramente visibile dalla spiegazione che segue.

Il tempo, come è noto, può essere misurato utilizzando un processo periodico uniforme. Tuttavia, sappiamo che i processi sono uniformi? Vi sono evidenti difficoltà logiche nella definizione di tali concetti primari.

Un'altra difficoltà è legata al fatto che due processi che sono ugualmente uniformi a un dato livello di accuratezza possono risultare relativamente non uniformi con una misurazione più accurata. E ci troviamo costantemente di fronte alla necessità di scegliere uno standard sempre più affidabile per l'uniformità del trascorrere del tempo.

Il tempo assoluto differisce in astronomia dal tempo solare ordinario per l'equazione del tempo. Infatti i giorni solari naturali, presi uguali nella misura ordinaria del tempo, sono in effetti disuguali tra loro. Questa disuguaglianza viene corretta dagli astronomi per usarne di più momento giusto. È possibile che non ci sia un movimento così uniforme (in natura) con cui il tempo possa essere misurato con perfetta precisione. Tutti i movimenti possono accelerare o rallentare, ma il corso del tempo assoluto non può cambiare.

Pertanto, il tempo relativo di Newton è il tempo misurato, mentre il tempo assoluto è il suo modello matematico con proprietà derivate dal tempo relativo mediante astrazione.

Passiamo al concetto di spazio assoluto.

Un ruolo importante nello sviluppo delle scienze naturali fu svolto dal principio di relatività per il moto meccanico, prima stabilito da G. Galileo e infine formulato in meccanica da Newton.

Il padre del principio di relatività è Galileo Galilei, il quale ha richiamato l'attenzione sul fatto che trovandosi in un sistema fisico chiuso, è impossibile determinare se questo sistema sia fermo o si muova uniformemente. Ai tempi di Galileo si trattava principalmente di fenomeni puramente meccanici. Nel suo libro Dialoghi sui due sistemi del mondo, Galileo formulò il principio di relatività come segue: per gli oggetti catturati dal moto uniforme, quest'ultimo, per così dire, non esiste, e manifesta il suo effetto solo su cose che non partecipano dentro.

Le idee di Galileo si sono sviluppate nella meccanica di Newton, che ha dato la formulazione scientifica del principio di relatività: i movimenti relativi dei corpi in relazione tra loro, racchiusi in qualsiasi spazio, sono gli stessi, sia che questo spazio sia fermo, sia che si muova in modo uniforme e rettilineo senza rotazione.

In altre parole, secondo il principio di relatività di Galileo, le leggi della meccanica sono invarianti, cioè rimangono invariate sotto certe trasformazioni relative ai sistemi di riferimento inerziali. Il passaggio da un sistema di riferimento inerziale all'altro avviene sulla base delle cosiddette trasformazioni galileiane, dove x, yez indicano le coordinate del corpo, v è la velocità e t è il tempo:

Il significato del principio di relatività sta nel fatto che in tutti i sistemi di riferimento inerziali le leggi della meccanica classica hanno la stessa forma matematica di scrittura.

Durante la creazione della meccanica, Newton ha inevitabilmente affrontato la domanda: esistono sistemi inerziali? Se esiste almeno uno di questi sistemi, allora possono essercene un numero infinito di essi, perché qualsiasi sistema che si muova in modo uniforme e rettilineo rispetto a quello dato sarà anche inerziale. È abbastanza ovvio che non esistono sistemi di riferimento inerziali in natura. Sulla Terra, il principio di inerzia è osservato con un grado di accuratezza sufficiente, eppure la Terra è un sistema non inerziale: ruota attorno al Sole e attorno al proprio asse. Anche il sistema associato al Sole non può essere inerziale, perché il Sole ruota attorno al centro della Galassia. Ma se nessun quadro di riferimento reale è strettamente inerziale, allora le leggi fondamentali della meccanica non si rivelano una finzione?

La ricerca di una risposta a questa domanda ha portato al concetto di spazio assoluto. Sembrava essere completamente immobile e il quadro di riferimento ad esso associato era inerziale. Si presumeva che in relazione allo spazio assoluto le leggi della meccanica fossero rispettate in modo rigoroso.

Le trasformazioni di Galileo riflettono le proprietà di base dello spazio e del tempo così come erano intese nella meccanica classica.

Quali sono queste proprietà?

1. Spazio e tempo esistono come entità indipendenti, non connesse tra loro.

Le coordinate spaziali e temporali entrano nelle equazioni in modo disuguale. La coordinata spaziale in un sistema mobile dipende sia dalle coordinate spaziali che temporali in un sistema stazionario (x "= x - vt). La coordinata temporale in un sistema mobile dipende solo dalla coordinata temporale in un sistema stazionario e non è in alcun modo connesso con coordinate spaziali (t" = t ).

Pertanto, il tempo è concepito come qualcosa di completamente indipendente rispetto allo spazio.

2. L'assolutezza dello spazio e del tempo, cioè l'assoluto della lunghezza e degli intervalli di tempo, nonché l'assoluto della simultaneità degli eventi.

Le principali caratteristiche metriche dello spazio e del tempo sono la distanza tra due punti nello spazio (lunghezza) e la distanza tra due eventi nel tempo (gap). Nelle trasformazioni di Galileo, il carattere assoluto della lunghezza e della distanza è fisso. Per quanto riguarda l'intervallo di tempo, questo è direttamente evidente dall'equazione t" = t. Il tempo non dipende dal sistema di riferimento, è lo stesso in tutti i sistemi, ovunque e ovunque scorre in modo completamente uniforme e uniforme.

Così, in tutti i sistemi di riferimento inerziali, un unico tempo assoluto continuo scorre uniforme e si realizza un sincronismo assoluto (cioè, la simultaneità degli eventi non dipende dal sistema di riferimento, è assoluta), la cui base potrebbe essere solo lunga -Forze istantanee a portata - questo ruolo nel sistema di Newton è stato assegnato alla gravità (legge gravità). Tuttavia, lo stato dell'azione a lungo raggio non è determinato dalla natura della gravità, ma dalla natura molto sostanziale dello spazio e del tempo nel quadro del quadro meccanicistico del mondo.

Nella meccanica newtoniana classica, lo spazio è introdotto attraverso la geometria tridimensionale euclidea. Per questo motivo è continuo, ordinato, tridimensionale, infinito, illimitato: è un continuum tridimensionale di punti.

Il concetto di spazio e tempo di Newton e il principio di relatività di Galileo, sulla base del quale è stata costruita l'immagine fisica del mondo, dominarono fino alla fine dell'Ottocento.

Facoltà di fisica e matematica dell'istituto pedagogico statale di Murmansk Dipartimento di fisica sull'argomento II Gnatyuk Murmansk 7 Il materialismo dialettico procede dal fatto che non c'è niente al mondo se non materia in movimento, e in movimento la materia non può muoversi se non nello spazio e nel tempo Lenin V.I. PSS, vol.18, pag. 181 Spazio e tempo, quindi, sono le forme fondamentali l'esistenza della materia La fisica classica considerava il continuum spazio-temporale come un'arena universale della dinamica degli oggetti fisici.

Tuttavia, lo sviluppo della fisica non classica della fisica delle particelle elementari, della fisica quantistica, ecc. ha avanzato nuove idee sullo spazio e sul tempo. Si è scoperto che queste categorie sono indissolubilmente legate. Sono emersi concetti diversi, secondo alcuni non c'è niente al mondo, tranne lo spazio curvo vuoto, e gli oggetti fisici sono solo manifestazioni di questo spazio.Secondo altri, lo spazio e il tempo sono inerenti solo agli oggetti macroscopici.

Come puoi vedere, la fisica moderna è cresciuta così tanto e ha perso la sua unità che nelle sue varie sezioni ci sono affermazioni direttamente opposte sulla natura e lo stato dello spazio e del tempo. Questo fatto richiede uno studio attento, poiché può sembrare che le idee della fisica moderna contraddicano le disposizioni fondamentali del materialismo dialettico.È vero, va notato che nella fisica moderna si parla di spazio e tempo come concetti fisici, come specifiche strutture matematiche dotate con le corrispondenti interpretazioni semantiche ed empiriche nell'ambito di alcune teorie, e che la delucidazione della natura macroscopica di tali strutture non è direttamente correlata alla posizione del materialismo dialettico sull'universalità dello spazio e del tempo, poiché si tratta già di categorie filosofiche .

Si consiglia di iniziare lo studio con le idee della filosofia naturale antica, analizzando poi l'intero processo di sviluppo delle idee spazio-temporali fino ai giorni nostri. uno Aristotele. La dottrina atomistica fu sviluppata dai materialisti dell'antica Grecia, Leucippo e Democrito.

Secondo questa dottrina, tutta la diversità naturale è costituita dalle più piccole particelle della materia degli atomi che si muovono, si scontrano e si combinano nello spazio vuoto.L'essere degli atomi e il vuoto non-essere sono i primi principi del mondo. Gli atomi non sorgono e non si distruggono, la loro eternità nasce dall'assenza di inizio del tempo.

Gli atomi si muovono nel vuoto per un tempo infinito. Lo spazio infinito corrisponde al tempo infinito. I sostenitori di questo concetto credevano che gli atomi fossero fisicamente indivisibili a causa della loro densità e dell'assenza di vuoto in essi.Molti atomi che non sono separati dal vuoto si trasformano in un grande atomo che esaurisce il mondo. Il concetto stesso era basato sugli atomi che, in combinazione con il vuoto, formano l'intero contenuto del mondo reale. Questi atomi sono basati sugli ameri, il minimo spaziale della materia.

L'assenza di parti in amer serve come criterio di indivisibilità matematica. Gli atomi non si scindono in ameri e questi ultimi non esistono allo stato libero. Ciò coincide con le idee della fisica moderna sui quark: caratterizzando il sistema di Democrito come una teoria dei livelli strutturali della materia - atomi fisici e vacuità e ameri matematici, ci troviamo di fronte a due spazi - uno spazio fisico continuo come contenitore e un spazio matematico basato sugli ameri come unità di scala dell'estensione della materia.

In accordo con il concetto atomistico di spazio, Democrito ha risolto le domande sulla natura del tempo e del movimento. Successivamente furono sviluppati da Epicuro in un sistema. Epicuro considerava le proprietà del movimento meccanico basate sulla natura discreta dello spazio e del tempo.Ad esempio, la proprietà dell'isotachia è che tutti gli atomi si muovono alla stessa velocità. A livello matematico, l'essenza dell'isotachia è che nel processo di spostamento degli atomi passa un atomo di spazio per un atomo di tempo.

Pertanto, gli atomisti greci antichi distinguevano due tipi di spazio e di tempo. Nelle loro rappresentazioni sono stati implementati 4 concetti sostanziali e attributivi. Aristotele inizia l'analisi con la questione generale dell'esistenza del tempo, poi la trasforma nella questione dell'esistenza del tempo divisibile.Un'ulteriore analisi del tempo è svolta da Aristotele già a livello fisico, dove si concentra sul rapporto del tempo e movimento.

Aristotele mostra. quel tempo è impensabile, non esiste senza movimento, ma non è il movimento stesso. In un tale modello del tempo, viene implementato il concetto relazionale. Puoi misurare il tempo e scegliere le sue unità di misura utilizzando qualsiasi movimento periodico, ma affinché il valore risultante sia universale, è necessario utilizzare il movimento con la massima velocità.Nella fisica moderna, questa è la velocità della luce, nell'antichità e filosofia medievale - la velocità di movimento della sfera celeste.

Quello terrestre è costituito da quattro elementi - terra, acqua, aria e fuoco celeste - da corpi eterei che sono in continuo movimento circolare. Questo modello esiste da circa due millenni. C'erano però altre disposizioni nel sistema aristotelico che si rivelarono più attuabili e determinarono in gran parte lo sviluppo della scienza fino ai giorni nostri: si tratta della dottrina logica di Aristotele, sulla base della quale si svilupparono le prime teorie scientifiche , in particolare la geometria di Euclide.

Nella geometria di Euclide, insieme a definizioni e assiomi, ci sono anche postulati, che è più caratteristico della fisica che dell'aritmetica. I postulati formulavano quei compiti che erano considerati risolti. In questo approccio viene presentato un modello teorico che funziona ancora oggi.Il sistema assiomatico e la base empirica sono collegati da regole operative.La geometria di Euclide è il primo sistema logico di concetti che interpreta il comportamento di alcuni oggetti naturali.

Il grande merito di Euclide è la scelta della teoria dello stato solido e dei raggi luminosi come oggetti della teoria. G. Galileo rivelò l'incongruenza dell'immagine aristotelica del mondo, sia empiricamente che teoricamente, e con l'aiuto di un cannocchiale mostrò chiaramente quanto fossero profonde le idee rivoluzionarie di N. Copernico, che sviluppò il modello eliocentrico del mondo. Il primo passo nello sviluppo della teoria di Copernico può essere considerato le scoperte di I. Keplero 1. Ogni pianeta si muove lungo un'ellisse, in uno dei cui fuochi è il Sole. 2. L'area del settore dell'orbita, descritta dal vettore raggio del pianeta, cambia in proporzione al tempo. 3. I quadrati dei tempi orbitali dei pianeti attorno al Sole sono correlati come i cubi delle loro distanze medie dal Sole.

Galileo, Cartesio e Newton considerarono varie combinazioni dei concetti di spazio e inerzia; Galileo riconosce lo spazio vuoto e il moto inerziale circolare, Cartesio giunse all'idea del moto inerziale rettilineo, ma negava lo spazio vuoto, e solo Newton combinava spazio vuoto e rettilineo moto inerziale. Per Cartesio, un resoconto cosciente e sistematico della relatività del moto non è caratteristico.

Le sue idee sono limitate dalla geometrizzazione degli oggetti fisici, l'interpretazione newtoniana della massa come resistenza inerziale al cambiamento gli è estranea, per Newton l'interpretazione dinamica della massa è caratteristica e nel suo sistema questo concetto ha giocato un ruolo fondamentale. Il corpo conserva per Cartesio uno stato di movimento o di riposo, poiché ciò è richiesto dall'immutabilità della divinità. Lo stesso vale per Newton a causa della massa del corpo. I concetti di spazio e tempo vengono introdotti da Newton al livello iniziale di presentazione, per poi ricevere il loro contenuto fisico con l'ausilio di assiomi attraverso le leggi del moto.

Tuttavia, precedono gli assiomi, poiché servono come condizione per la realizzazione degli assiomi.Le leggi del moto della meccanica classica sono valide nei sistemi di riferimento inerziali, che sono definiti come sistemi che si muovono inerziale rispetto allo spazio e al tempo assoluti.

Per Newton, lo spazio e il tempo assoluti sono l'arena del movimento degli oggetti fisici. Dopo la pubblicazione dei Principi di Newton, la fisica iniziò a svilupparsi attivamente, e questo processo avvenne sulla base di un approccio meccanicistico, ma presto sorsero disaccordi tra meccanica e ottica, che non si adattavano alle idee classiche sul movimento dei corpi. Dopo che i fisici sono giunti alla conclusione sulla natura ondulatoria della luce, è emerso il concetto di etere, il mezzo in cui la luce si propaga.

Ogni particella dell'etere potrebbe essere rappresentata come una sorgente di onde secondarie, e l'enorme velocità della luce potrebbe essere spiegata dall'enorme durezza ed elasticità delle particelle dell'etere. In altre parole, l'etere era la materializzazione dello spazio assoluto di Newton. Ma questo andava contro le disposizioni di base della dottrina dello spazio di Newton.La rivoluzione in fisica iniziò con la scoperta di Rmer: si scoprì che la velocità della luce è finita e pari a circa 30 km. Nel 1728 Bradry scoprì il fenomeno dell'aberrazione stellare.

Sulla base di queste scoperte, è stato riscontrato che la velocità della luce non dipende dal movimento della sorgente e/o del ricevitore. O. Fresnel ha mostrato che l'etere può essere parzialmente trascinato da corpi in movimento, ma l'esperienza di A. Michelson nel 1881. completamente confutato. Sorse così un'inspiegabile incoerenza, i fenomeni ottici furono sempre meno ridotti alla meccanica, ma alla fine l'immagine meccanicistica del mondo fu minata dalla scoperta di Faraday - Maxwell, la luce si rivelò una specie di onde elettromagnetiche. Numerose leggi sperimentali si riflettono nel sistema delle equazioni di Maxwell, che descrivono modelli fondamentalmente nuovi. L'arena di queste leggi è l'intero spazio, e non solo i punti in cui si trovano la materia o le cariche, come è accettato per le leggi meccaniche.

È così che è nata la teoria elettromagnetica della materia: i fisici sono giunti alla conclusione sull'esistenza di oggetti elementari discreti nell'ambito del quadro elettromagnetico del mondo degli elettroni.

I principali risultati nello studio dei fenomeni elettrici e ottici sono associati alla teoria elettronica di G. Lorentz, che si ergeva sulla posizione della meccanica classica. Trovò una via d'uscita che salvasse lo spazio e il tempo assoluti della meccanica classica, e spiegò anche il risultato dell'esperimento di Michelson, sebbene dovette abbandonare le trasformazioni di coordinate di Galileo e introdurne le proprie, basate sulla non invarianza del tempo. tt-vxc2, dove v è la velocità del sistema rispetto all'etere e x è la coordinata di quel punto nel sistema in movimento in cui viene misurato il tempo.

Chiamò l'ora t ora locale. Sulla base di questa teoria, è visibile l'effetto della modifica delle dimensioni dei corpi L2L11v22c2. Lo stesso Lorentz lo ha spiegato sulla base della sua teoria elettronica dei corpi che subiscono la contrazione a causa dell'appiattimento degli elettroni. La teoria di Lorentz ha esaurito le possibilità della fisica classica.L'ulteriore sviluppo della fisica è stato sulla via della revisione dei concetti fondamentali della fisica classica, rifiuto dell'adozione di qualsiasi sistema di riferimento selezionato, rifiuto del moto assoluto, revisione del concetto di spazio e tempo assoluti.

Questo è stato fatto solo nella teoria della relatività speciale di Einstein. 3 2.1. Teoria della relatività speciale. Nella teoria della relatività di Einstein, la questione delle proprietà e della struttura dell'etere si trasforma nella questione della realtà dell'etere stesso.I risultati negativi di molti esperimenti per rilevare l'etere hanno trovato una spiegazione naturale nella teoria della relatività: il l'etere non esiste. La negazione dell'esistenza dell'etere e l'accettazione del postulato della costanza e del limite della velocità della luce hanno costituito la base della teoria della relatività, che funge da sintesi di meccanica ed elettrodinamica.

Il principio di relatività e il principio di costanza della velocità della luce permisero ad Einstein di passare dalla teoria di Maxwell per i corpi in quiete all'elettrodinamica coerente dei corpi in movimento. Inoltre, Einstein considera la relatività delle lunghezze e degli intervalli di tempo, il che lo porta alla conclusione che il concetto di simultaneità non ha significato: due eventi che sono simultanei se osservati da un sistema di coordinate non sono più percepiti come simultanei se visti da un sistema in movimento relativo a questo. C'è bisogno di sviluppare una teoria della trasformazione delle coordinate e del tempo da un sistema in quiete a un sistema che si muova in modo uniforme e rettilineo rispetto al primo.

Einstein giunse alla formulazione delle trasformazioni di Lorentz dove x, y, z, t sono coordinate in un sistema, x, y, z, t - in un altro.

Da queste trasformazioni segue la negazione dell'invarianza di estensione e durata, la cui grandezza dipende dal moto del sistema di riferimento.Nella teoria della relatività speciale, funziona una nuova legge di addizione delle velocità, da cui l'impossibilità di eccedere segue la velocità della luce.La differenza fondamentale tra la teoria della relatività speciale e le teorie precedenti è il riconoscimento dello spazio e del tempo come elementi interni del moto della materia, la cui struttura dipende dalla natura del moto stesso, è la sua funzione .

Nell'approccio di Einstein, le trasformazioni di Lorentz risultano essere associate a nuove proprietà dello spazio e del tempo con la relatività di lunghezza e intervallo di tempo, con l'uguaglianza di spazio e tempo, con l'invarianza dell'intervallo spazio-temporale. il concetto di uguaglianza è G. Minkowski. Ha mostrato il rapporto organico tra spazio e tempo, che si è rivelato essere componenti di un unico continuum quadridimensionale.

La divisione in spazio e tempo non ha senso. Lo spazio e il tempo nella teoria della relatività speciale sono interpretati dal punto di vista del concetto relazionale. Tuttavia, sarebbe erroneo presentare la struttura spazio-temporale della nuova teoria come manifestazione del solo concetto di relatività. L'introduzione del formalismo quadridimensionale da parte di Minkowski ha aiutato a svelare aspetti del mondo assoluto, dato nel continuum spazio-temporale.Nella teoria della relatività, come nella meccanica classica, ci sono due tipi di spazio e tempo che implementano il sostanziale e concetti attributivi.

Nella meccanica classica, lo spazio e il tempo assoluti hanno agito come struttura del mondo a livello teorico. Nella teoria della relatività speciale, un singolo spazio-tempo quadridimensionale ha uno status simile livello - la transizione dallo spazio e tempo relativo ed estensionale di Newton allo spazio e tempo relazionale di Einstein.

La nuova teoria - la teoria della relatività generale - è stata costruita costruendo uno spazio generalizzato e passando dalla struttura teorica della teoria originaria - la teoria della relatività speciale - alla struttura teorica di una nuova teoria generalizzata con successiva interpretazione empirica. Successivamente, considereremo il concetto di spazio e tempo alla luce della teoria della relatività generale, spazio e tempo nella teoria della relatività generale e nella cosmologia relativistica.

Uno dei motivi per la creazione della teoria della relatività generale è stato il desiderio di Einstein di salvare la fisica dalla necessità di introdurre un quadro di riferimento inerziale. La creazione di una nuova teoria è iniziata con una revisione del concetto di spazio e tempo nel campo della dottrina di Faraday - Maxwell e la teoria della relatività speciale. Einstein si concentrò su un punto importante rimasto intatto: stiamo parlando della seguente posizione della teoria della relatività speciale, due punti materiali scelti di un corpo in quiete corrispondono sempre ad un certo segmento di una certa lunghezza, indipendentemente sia dalla posizione che orientamento del corpo e tempo.

Le due indicazioni indicate della lancetta dell'orologio, che sono in quiete rispetto a qualche sistema di coordinate, corrispondono sempre ad un intervallo di tempo di un certo valore, indipendentemente dal luogo e dal tempo.Va notato che nella teoria della relatività generale, la rappresentazione del materialismo dialettico sullo spazio e sul tempo come forme dell'esistenza della materia trova l'incarnazione più completa.

La teoria della relatività speciale non ha toccato il problema dell'influenza della materia sulla struttura dello spazio-tempo, e nella teoria generale, Einstein si è rivolto direttamente alla relazione organica tra materia, movimento, spazio e tempo. fatto ben noto sull'uguaglianza delle masse inerziali e pesanti. Vide in questa uguaglianza il punto di partenza in base al quale si può spiegare l'enigma della gravità.

Dopo aver analizzato l'esperienza di Eötvös, Einstein ha generalizzato il suo risultato nel principio di equivalenza: è fisicamente impossibile distinguere tra l'azione di un campo gravitazionale uniforme e un campo generato da un moto uniformemente accelerato. Il principio di equivalenza è di natura locale e, in generale, non è compreso nella struttura della teoria generale della relatività, ma ha contribuito a formulare i principi di base su cui si basa la nuova teoria dell'ipotesi sulla natura geometrica della gravità, sulla si basa il rapporto tra la geometria dello spazio-tempo e la materia.

Oltre a queste Einstein ha avanzato una serie di ipotesi matematiche, senza le quali sarebbe impossibile derivare le equazioni gravitazionali in uno spazio quadridimensionale, la sua struttura è determinata da un tensore metrico simmetrico, le equazioni devono essere invarianti rispetto a il gruppo di trasformazioni di coordinate. Nell'opera Relativity and the problem of space, Einstein affronta specificamente la questione della specificità del concetto di spazio nella teoria generale della relatività. Secondo questa teoria, lo spazio non esiste separatamente, come qualcosa di opposto a ciò che riempie lo spazio e dipende sulle coordinate.

Spazio vuoto, ad es. lo spazio senza campo non esiste. Lo spazio-tempo non esiste di per sé, ma solo come proprietà strutturale del campo. Per la teoria della relatività generale è ancora rilevante il problema del passaggio dalle grandezze osservabili teoriche a quelle fisiche.La teoria prevedeva e spiegava tre effetti relativistici generali, venivano previsti e calcolati valori specifici dello spostamento del perelio di Mercurio, è stata prevista e scoperta la deviazione dei raggi luminosi delle stelle durante il loro passaggio vicino al Sole, è stato previsto e scoperto l'effetto dello spostamento della frequenza gravitazionale rossa delle righe spettrali. Consideriamo ulteriormente due direzioni derivanti dalla teoria generale della relatività, la geometrizzazione della gravità e la cosmologia relativistica, poiché ad essi è connesso l'ulteriore sviluppo dei concetti spazio-temporali della fisica moderna.

Ci sono stati tentativi di introdurre spazi di dimensioni superiori. rispetto alla varietà spazio-temporale quadridimensionale Riemann Kalutz ne propone una a cinque dimensioni, Klein - una varietà a sei dimensioni, Kalitsyn - una varietà infinita. Tuttavia, non è stato possibile risolvere il problema in questi modi: sulla via della revisione della topologia euclidea dello spazio-tempo, si sta costruendo una moderna teoria dei campi unificati: la geometrodinamica quantistica di J. Whitler.

In questa teoria, la generalizzazione delle idee sullo spazio raggiunge un grado molto alto e il concetto di superspazio viene introdotto come arena d'azione della geometrodinamica.Con questo approccio, ogni interazione ha la sua geometria e l'unità di queste teorie risiede nella esistenza di un principio generale secondo il quale la geometria data viene svuotata e gli spazi corrispondenti vengono stratificati.

La ricerca di teorie di campo unificate continua. Per quanto riguarda la geometrodinamica quantistica di Whitler, deve affrontare un compito ancora più ambizioso: comprendere l'Universo e le particelle elementari nella loro unità e armonia. Le idee di Pre-Einstein sull'Universo possono essere caratterizzate come segue: l'Universo è infinito e omogeneo nello spazio e stazionario nel tempo.Sono stati presi in prestito dalla meccanica di Newton: questo è spazio e tempo assoluti, quest'ultimo nella sua natura euclidea.

Un tale modello sembrava molto armonioso e unico. Tuttavia, i primi tentativi di applicare leggi e concetti fisici a questo modello hanno portato a conclusioni innaturali. Già la cosmologia classica richiedeva una revisione di alcune disposizioni fondamentali per superare le contraddizioni.Tali disposizioni nella cosmologia classica sono la quattro stazionarietà dell'Universo, l'omogeneità e l'isotropia, lo spazio euclideo. Tuttavia, nell'ambito della cosmologia classica, non è stato possibile superare le contraddizioni.

Il rigoroso adempimento del principio dell'isotropia dell'Universo porta al riconoscimento della sua omogeneità. Sulla base di questo postulato, il concetto di spazio e tempo mondiale viene introdotto nella cosmologia relativistica. Ma questi non sono lo spazio e il tempo assoluti di Newton, che, pur essendo anche omogenei e isotropi, avevano curvatura nulla a causa dello spazio euclideo.Quando applicati a uno spazio non euclideo, le condizioni di omogeneità e isotropia comportano la costanza della curvatura, e qui tre modifiche di un tale spazio con curvatura zero, negativa e positiva.

La possibilità che lo spazio e il tempo abbiano diversi valori di curvatura costante ha sollevato in cosmologia la questione se l'universo sia finito o infinito. Nella cosmologia classica, questa domanda non si poneva, perché La natura euclidea dello spazio e del tempo ha determinato in modo univoco la sua infinità, tuttavia, nella cosmologia relativistica, è possibile anche la variante di un Universo finito, che corrisponde a uno spazio di curvatura positiva.

L'universo di Einstein è una sfera tridimensionale, uno spazio tridimensionale non euclideo chiuso in se stesso. È finito, anche se illimitato. L'universo di Einstein è finito nello spazio ma infinito nel tempo. Tuttavia, la stazionarietà era in conflitto con la teoria della relatività generale, l'Universo si rivelò instabile e cercò di espandersi o di contrarsi.Per eliminare questa contraddizione, Einstein introdusse un nuovo termine nelle equazioni della teoria, con l'aiuto del quale nuove forze proporzionali alla distanza sono stati introdotti nell'Universo, possono essere rappresentati come forze di attrazione e repulsione.

Si è scoperto che la velocità della recessione delle galassie aumenta con la distanza e obbedisce alla legge di Hubble V HL, dove H è la costante di Hubble, L è la distanza. Questo processo continua al momento attuale. In relazione a ciò, sorgono due problemi importanti: il problema dell'espansione dello spazio e il problema dell'inizio del tempo. C'è un'ipotesi che la cosiddetta recessione delle galassie sia una designazione visiva della non stazionarietà della metrica spaziale rivelata dalla cosmologia, quindi non sono le galassie a separarsi in uno spazio immutato, ma lo spazio stesso si espande. Il secondo problema è legato all'idea dell'inizio del tempo.

Le origini della storia dell'Universo risalgono al momento t0, quando si verificò il cosiddetto Big Bang. V.L. Ginzburg crede che l'Universo in passato fosse in uno stato speciale che corrisponde all'inizio del tempo, il concetto di tempo prima di questo inizio è privo di significato fisico, e anzi di qualsiasi altro Nella cosmologia relativistica, la relatività della finitezza e infinito di tempo in vari quadri di riferimento è stato mostrato.

Questa posizione si riflette particolarmente chiaramente nel concetto di buchi neri. Stiamo parlando di uno dei fenomeni più interessanti della cosmologia moderna: il collasso gravitazionale. S. Hawkins e J. Ellis notano che l'espansione dell'Universo è per molti aspetti simile al collasso di una stella, tranne per il fatto che la direzione del tempo durante l'espansione è invertita Sia l'inizio dell'Universo che i processi in i buchi neri sono associati a uno stato superdenso della materia. I corpi cosmici hanno questa proprietà dopo aver attraversato la sfera di Schwarzschild, una sfera condizionale di raggio r 2GMc2, dove G è la costante gravitazionale, M è la massa.

Indipendentemente dallo stato in cui l'oggetto spaziale attraversa la corrispondente sfera di Schwarzschild, nel processo di collasso gravitazionale passa rapidamente in uno stato superdenso, dopodiché è impossibile ottenere alcuna informazione dalla stella, perché nulla può sfuggire da questa sfera nello spazio circostante: il tempo in cui la stella si spegne per un osservatore distante e si forma un buco nero nello spazio. L'infinito si trova tra una stella che crolla e un osservatore nel mondo ordinario, poiché una tale stella è oltre l'infinito nel tempo.

Si è così scoperto che lo spazio-tempo nella teoria generale della relatività contiene singolarità, la cui presenza ci costringe a riconsiderare il concetto di continuum spazio-temporale come una specie di varietà liscia differenziabile.r - 0, quando la densità della materia è infinita, la curvatura dello spazio è infinita, ecc. Ciò solleva ragionevoli dubbi.

J. Whitler crede che nella fase finale del collasso gravitazionale non ci sia affatto lo spazio-tempo. S. Hawking scrive La singolarità è il luogo in cui crolla il concetto classico di spazio e tempo, così come tutte le leggi conosciute della fisica, poiché sono tutte formulate sulla base dello spazio-tempo classico.

Queste opinioni sono sostenute dalla maggior parte dei cosmologi moderni. Nelle fasi finali del collasso gravitazionale vicino a una singolarità, devono essere presi in considerazione gli effetti quantistici. Dovrebbero svolgere un ruolo dominante a questo livello e potrebbero non consentire affatto la singolarità. Si presume che in quest'area si verifichino fluttuazioni submicroscopiche della materia, che costituiscono la base del microcosmo profondo.Tutto ciò indica che è impossibile comprendere il megamondo senza comprendere il micromondo. 4. SPAZIO E TEMPO NELLA FISICA DEL MICROMONDO. Rappresentazioni spazio-temporali della meccanica quantistica.

La creazione di Einstein della teoria della relatività speciale non esaurisce le possibilità di interazione tra meccanica ed elettrodinamica. In relazione alla spiegazione della radiazione termica, si è rivelata una contraddizione sia nell'interpretazione dei dati sperimentali che nella coerenza teorica di queste conclusioni, che ha portato alla nascita della meccanica quantistica.

Ha gettato le basi per la fisica non classica, ha aperto la strada alla conoscenza del microcosmo, alla padronanza dell'energia intraatomica, alla comprensione dei processi nelle profondità delle stelle e all'inizio dell'Universo. Alla fine del 19° secolo, i fisici iniziarono a studiare come si distribuisce la radiazione sull'intero spettro di frequenze, e in quel periodo si proponevano anche di scoprire la natura della relazione tra l'energia della radiazione e la temperatura corporea. M. Planck ha cercato di risolvere questo problema utilizzando i metodi dell'elettrodinamica classica, ma ciò non ha portato al successo.

Un tentativo di risolvere il problema dal punto di vista della termodinamica si è scontrato con una discrepanza tra teoria ed esperimento. Planck ha ottenuto la formula della densità di radiazione per interpolazione dove v è la frequenza di radiazione, T è la temperatura, k è la costante di Boltzmann. La formula ottenuta da Planck era molto significativa, inoltre includeva una costante h precedentemente sconosciuta, che Planck chiamava il quanto elementare d'azione.La validità della formula di Planck era raggiunta da un presupposto molto strano per la fisica classica, il processo di radiazione e l'assorbimento di energia è discreto. Con il lavoro di Einstein sui fotoni, il concetto di dualismo onda carpuscolare è entrato nella fisica.

La vera natura della luce può essere rappresentata come un'unità dialettica di onda e particelle. Tuttavia, è sorta la domanda sull'essenza e sulla struttura dell'atomo. Sono stati proposti insiemi di modelli contraddittori e la soluzione è stata trovata da N. Bohr sintetizzando il modello planetario dell'atomo di Rutherford e l'ipotesi quantistica.

Ha suggerito che un atomo può avere un numero di stati stazionari durante la transizione a cui un quanto di energia viene assorbito o emesso. Nello stato stazionario stesso, l'atomo non irradia. Tuttavia, la teoria di Bohr non spiegava l'intensità e la polarizzazione della radiazione. In parte, questo è stato gestito con l'aiuto del principio di corrispondenza di Bohr. Questo principio si riduce al fatto che per descrivere qualsiasi teoria microscopica è necessario utilizzare la terminologia usata nel macrocosmo.Il principio di corrispondenza ha svolto un ruolo importante nella ricerca di de Broglie.

Scoprì che non solo le onde luminose hanno una struttura discreta, ma anche le frequenze elementari della materia hanno un carattere ondulatorio. Il problema della creazione della meccanica ondulatoria degli oggetti quantistici, risolto nel 1929 da E. Schrödinger, che dedusse l'equazione d'onda che porta il suo nome, era all'ordine del giorno. N. Bohr ha rivelato il vero significato dell'equazione d'onda di Schrodinger, mostrando che questa equazione descrive l'ampiezza della probabilità di trovare una particella in una data regione dello spazio.

Poco prima del 1925. Heisenberg ha sviluppato la meccanica quantistica. Le regole formali di questa teoria si basano sulla relazione di incertezza di Heisenberg: maggiore è l'incertezza della coordinata spaziale, minore è l'incertezza del valore della quantità di moto della particella. Una relazione simile vale per il tempo e l'energia di una particella, quindi, nella meccanica quantistica, è stato trovato il limite fondamentale dell'applicabilità dei concetti fisici classici ai fenomeni e ai processi atomici.

Nella fisica quantistica si è posto un problema importante circa la necessità di rivedere le rappresentazioni spaziali del determinismo laplaciano della fisica classica, che si sono rivelate solo concetti approssimativi e si basavano su idealizzazioni troppo forti. La fisica quantistica richiedeva forme più adeguate di ordinamento degli eventi, che tenesse conto dell'esistenza di un'incertezza fondamentale nello stato di un oggetto, della presenza di caratteristiche di integrità e individualità nel microcosmo, che si esprimeva nel concetto di un quanto universale di azione h. La meccanica quantistica è stata la base per la fisica in rapido sviluppo delle particelle elementari, il cui numero raggiunge diverse centinaia, ma non è stata ancora creata una teoria generalizzante corretta. Nella fisica delle particelle elementari, le idee sullo spazio e sul tempo hanno incontrato difficoltà ancora maggiori.

Si è scoperto che il microcosmo è un sistema multilivello, a ciascun livello del quale dominano specifici tipi di interazioni e proprietà specifiche delle relazioni spazio-temporali.

L'area degli intervalli microscopici disponibili nell'esperimento è condizionatamente suddivisa in quattro livelli: 1 livello di fenomeni molecolari e atomici, 2 livello di processi elettrodinamici quantistici relativistici, 3 livello di particelle elementari, 4 livello di scale ultra-piccole, dove lo spazio -le relazioni temporali risultano essere alquanto diverse rispetto alla fisica classica del macrocosmo In quest'area diversamente è necessario comprendere la natura del vuoto - vuoto.

Nell'elettrodinamica quantistica, il vuoto è un sistema complesso di fotoni, coppie elettrone-positrone e altre particelle virtualmente generati e assorbiti. A questo livello, il vuoto è considerato un tipo speciale di materia, come un campo in uno stato con l'energia più bassa possibile. Per la prima volta, l'elettrodinamica quantistica ha mostrato chiaramente che lo spazio e il tempo non possono essere separati dalla materia, che il cosiddetto vuoto è uno degli stati della materia.La meccanica quantistica è stata applicata al vuoto e si è scoperto che lo stato di energia minima è non caratterizzato da densità zero e.

La e minima è risultata uguale al livello dell'oscillatore hv2. Supponendo un modesto 0.5hv per ogni singola onda, scrive Ya. Zel'dovich, scopriamo subito con orrore che tutte le onde insieme danno una densità di energia infinita. Questa energia infinita dello spazio vuoto è irta di enormi possibilità che la fisica deve ancora padroneggiare.Spingendo più in profondità nella materia, gli scienziati hanno superato il limite dei 10 cm e hanno iniziato a esplorare i processi fisici nel campo delle relazioni spazio-temporali subatomiche. A questo livello dell'organizzazione strutturale della materia, il ruolo decisivo è svolto dalle forti interazioni delle particelle elementari.

Ecco altri concetti spazio-temporali. Quindi, le specificità del micromondo non corrispondono alle idee ordinarie sulla relazione tra parte e tutto.Anche cambiamenti più radicali nei concetti spazio-temporali richiedono una transizione allo studio dei processi caratteristici delle interazioni deboli.

Pertanto, la questione della violazione della parità spaziale e temporale, cioè le direzioni spaziali destra e sinistra risultano non equivalenti. In queste condizioni, sono stati fatti vari tentativi per un'interpretazione fondamentalmente nuova dello spazio e del tempo. Una direzione è associata a un cambiamento di idee sulla discontinuità e continuità di spazio e tempo, e la seconda - con l'ipotesi di una possibile natura macroscopica dello spazio e del tempo Consideriamo queste direzioni più in dettaglio.

Discontinuità e continuità dello spazio e del tempo nella fisica del microcosmo. La fisica del micromondo si sviluppa in una complessa unità e interazione di discontinuità e continuità. Questo vale non solo per la struttura della materia, ma anche per la struttura dello spazio e del tempo. Dopo la creazione della teoria della relatività e della meccanica quantistica, gli scienziati hanno cercato di combinare queste due teorie fondamentali.Il primo risultato lungo questo percorso è stata l'equazione d'onda relativistica per l'elettrone.

Una conclusione inaspettata è stata ottenuta sull'esistenza di un antipode di un elettrone - una particella con una carica elettrica opposta.Al momento è noto che ogni particella in natura corrisponde a un'antiparticella, ciò è dovuto alle disposizioni fondamentali della teoria moderna e è associato alle proprietà cardinali dello spazio e del tempo - la parità dello spazio, la riflessione del tempo, ecc. e Storicamente, la prima teoria quantistica dei campi è stata l'elettrodinamica quantistica, che include una descrizione delle interazioni di elettroni, positroni, muoni e fotoni. Questo è finora l'unico ramo della teoria delle particelle elementari, che ha raggiunto un alto livello di sviluppo e una certa completezza.

È una teoria locale, in essa funzionano concetti presi in prestito dalla fisica classica, basata sul concetto di continuità spazio-temporale - carica puntiforme, località del campo, interazione puntiforme, ecc. La presenza di questi concetti comporta notevoli difficoltà associate all'infinito valori di alcune quantità di massa, l'autoenergia dell'elettrone, l'energia delle oscillazioni di punto zero del campo, ecc. Gli scienziati hanno cercato di superare queste difficoltà introducendo nella teoria i concetti di spazio e tempo discreti.

Questo approccio delinea l'unica via d'uscita dall'incertezza dell'infinito, poiché contiene una lunghezza fondamentale - la base dello spazio atomistico. Successivamente, è stata costruita un'elettrodinamica quantistica generalizzata, che è anche una teoria locale che descrive le interazioni puntiformi delle particelle puntiformi, che porta a difficoltà significative. Ad esempio, la presenza del vuoto elettromagnetico ed elettrone-positrone provoca la necessità di complessità interna, struttura dell'elettrone.

L'elettrone polarizza il vuoto e le fluttuazioni di quest'ultimo creano un'atmosfera attorno all'elettrone da una coppia virtuale elettrone-positrone. In questo caso il processo di annichilazione dell'elettrone iniziale con il positrone della coppia è abbastanza probabile. L'elettrone rimanente può essere considerato come quello originale, ma in un punto diverso dello spazio. Tale specificità degli oggetti dell'elettrodinamica quantistica è un forte argomento a favore del concetto di discrezione spazio-temporale.

Si basa sull'idea che la massa e la carica di un elettrone si trovano in campi fisici diversi, diversi dalla massa e dalla carica di un elettrone idealizzato isolato dal mondo. La differenza tra le masse risulta essere infinita e quando si opera con questi infiniti, possono essere espressi in termini di costanti fisiche: la carica e la massa di un vero elettrone. Ciò si ottiene rinormalizzando la teoria.

Per quanto riguarda la teoria delle interazioni forti, la procedura di rinormalizzazione non può essere utilizzata lì. In connessione con ciò, nella fisica del micromondo, è stata ampiamente sviluppata la direzione associata alla revisione del concetto di località. Il rifiuto dell'interazione puntuale di microoggetti può essere effettuato con due metodi. All'inizio procedi dalla situazione. che il concetto di interazione locale è privo di significato.Il secondo si basa sulla negazione del concetto di coordinata puntiforme dello spazio-tempo, che porta alla teoria dello spazio-tempo quantistico.

Una particella elementare estesa ha una struttura dinamica complessa. Una struttura così complessa di micro-oggetti mette in dubbio la loro elementarietà. Gli scienziati devono affrontare non solo un cambiamento nell'oggetto a cui è collegata la proprietà di elementarietà, ma anche una revisione della stessa dialettica di elementare e complesso nel microcosmo Le particelle elementari non sono elementari in senso classico, sono simili ai sistemi complessi classici, ma non sono questi sistemi.

Le particelle elementari combinano le proprietà opposte dell'elementare e del complesso. Il rifiuto delle idee sull'interazione puntuale comporta un cambiamento nelle nostre idee sulla struttura dello spazio-tempo e della causalità, che sono strettamente interconnesse. Secondo alcuni fisici, nel microcosmo, le relazioni temporali ordinarie perdono il loro significato prima e dopo.Nel campo dell'interazione non locale, gli eventi sono collegati in una sorta di grumo in cui si determinano reciprocamente, ma non si susseguono. altro.

Questo è lo stato di cose fondamentale che si è sviluppato nello sviluppo della teoria quantistica dei campi, a partire dai lavori di Heisenberg e terminando con le moderne teorie non locali e non lineari, dove la violazione della causalità nel microcosmo è proclamata come principio e si nota che la separazione dello spazio-tempo in piccole aree, dove la causalità è violata, e grandi, dove si realizza, è impossibile senza l'apparizione nella teoria non locale di una nuova costante della dimensione della lunghezza: la lunghezza elementare.

A questo atomo di spazio è associato anche il momento elementare del tempo crononico, ed è nella regione spazio-temporale ad esso corrispondente che procede il processo di interazione delle particelle. La teoria dello spazio-tempo discreto continua a svilupparsi. Rimarrà aperta la questione della struttura interna degli atomi dello spazio e del tempo. Esistono spazio e tempo negli atomi dello spazio e del tempo? Questa è una delle versioni dell'ipotesi sulla possibile macroscopicità dello spazio e del tempo, che sarà essere discusso di seguito. Il problema dello spazio e del tempo microscopici nel micromondo.

Nella fisica moderna del micromondo è sorto il seguente problema: non si tratta di cambiare le proprietà o la struttura dello spazio e del tempo, ma la loro natura macroscopica, cioè sul fatto che potrebbero non esistere affatto nel microcosmo Una tale affermazione della domanda è collegata alla creazione della meccanica quantistica. Per quanto riguarda le sfere di applicabilità dell'ipotesi, i sostenitori non sono d'accordo, alcuni ritengono che sia solo legata alla descrizione teorica della realtà oggettiva nella fisica quantistica, mentre altri ampliano il livello della posizione filosofica sulla non universalità dello spazio e del tempo come forme di esistenza della materia in movimento.

Nella meccanica newtoniana, lo spazio e il tempo teorici ed empirici coincidevano in molti modi. Con lo sviluppo della fisica, questa coincidenza viene violata. In connessione con ciò, sorge la domanda se la struttura empirica della teoria fisica debba necessariamente apparire nella forma dello spazio e del tempo della fisica classica. Heisenberg descrive la situazione che si è verificata nella fisica del microcosmo come segue.Si scopre che nei nostri studi sui processi atomici c'è inevitabilmente una sorta di biforcazione.

Da un lato, le domande con cui affrontiamo la natura attraverso esperimenti sono sempre formulate in termini di fisica classica, soprattutto in termini di spazio e tempo, poiché il nostro linguaggio è adatto a trasmettere solo il nostro ambiente ordinario e poiché non possiamo condurre esperimenti se non solo nel tempo e nello spazio.

D'altra parte, le espressioni matematiche adatte a rappresentare risultati sperimentali sono funzioni d'onda in spazi di configurazione multidimensionali che non consentono una semplice interpretazione visiva. Da questa posizione, possiamo concludere che lo spazio e il tempo della fisica classica sono la struttura empirica della meccanica quantistica.Quindi qual è l'essenza dell'ipotesi in esame?La struttura empirica della teoria fisica è ovviamente macroscopica.

La struttura teorica nella descrizione del micromondo funge da spazio e tempo.Lo spazio e il tempo possono essere utilizzati nello sviluppo di teorie fisiche che descrivono altri livelli della struttura della materia, ma ciò è associato a una complicazione ingiustificata della teoria, e quindi sono abbandonati. Stiamo parlando della natura macroscopica dello spazio e del tempo, che agiscono come strutture teoriche delle teorie fisiche.

In conclusione, consideriamo l'ipotesi della natura macroscopica dello spazio e del tempo dal punto di vista della dottrina dialettica-materialistica della loro universalità. Parliamo di spazio e tempo come categorie della fisica moderna, che sono strutture metriche specifiche della coesistenza di questi fenomeni e del cambiamento di stati specifici, il che implica la possibilità di distinguere due punti vicini e due momenti successivi.Le proprietà di vicinato e di seguito sono riportate proprietà specifiche e specifiche della struttura che possono esistere lontano da ogni luogo.

Da questo punto di vista si può anche parlare di forme extraspaziali e atemporali dell'esistenza della materia, ma un'altra domanda ci si può porre se spazio e tempo si rivelano non universali, allora che significato attribuirgli ora in modo che rimangano ancora universali.Questa domanda è connessa con l'emergere e lo sviluppo di varie modificazioni dell'ipotesi sulla natura macroscopica dello spazio e del tempo.

Se cercano di dare a questa ipotesi uno status filosofico, allora questo è irragionevole, perché. è di natura puramente fisica e non è in conflitto con la tesi della filosofia dialettica-materialista sull'universalità dello spazio e del tempo. va tenuto presente che il macrocosmo non è limitato agli oggetti classici nello spazio e nel tempo classici, che il macrocosmo non classico può richiedere un'organizzazione spazio-temporale non classica 1. Askin Ya.F. Problema di tempo.

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Volume I. Lavori sulla teoria della relatività 1905-1920, M.Nauka 1985 700s.

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