Каким свойством обладает пространство
В настоящее время исследователи категории пространства рассматривают различные его свойства, условно разделяя их на основные и специфические. Основные пространственные характеристики обнаруживаются на всех уровнях материи и неразрывно связаны с другими ее атрибутами, специфические — проявляются только на определенных уровнях и свойственны лишь некоторым классам материальных систем.
Р. А. Аронов к основным свойствам пространства причисляет метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства[1]. Кратко представим топологические свойства пространства (трехмерность, непрерывность, протяженность, структурированность, бесконечность, единство со временем и движением), поскольку они относятся к когнитивным признакам изучаемой категории.
Трехмерность связывает пространство и тело, поскольку соответствует трем основным координатам тела. Три измерения — это тот необходимый и достаточный минимум для осуществления всех возможных взаимодействий материальных объектов, в которых проявляется бесконечность и неисчерпаемость пространства.
Непрерывность проявляется в способе перемещения тел и распространении физических действий через различные поля и означает отсутствие в пространстве каких-либо «разрывов». Вместе с тем «пространству свойственна относительная прерывность, проявляющаяся в раздельном существовании материальных объектов и систем, имеющих определенные размеры и границы, в существовании многообразных структурных уровней материи с различными пространственными отношениями»[2].
Протяженность связана со структурностью материальных объектов и вызвана их взаимодействием: один объект существует рядом с другим. Поскольку протяженность определяет ту долю пространства, которую занимает объект, непротяженные объекты не могут иметь структуру, внутренние связи и возможности изменяться.
Структурированность пространства предполагает координацию различных пространственных предметов и форм посредством таких топологических понятий, как «окружение», «соседство», «разграничение» и «последовательность».
Бесконечно пространство с точки зрения науки, но поскольку человек не может воспринимать и мысленно представлять себе бесконечную, ничем не ограниченную величину, бытовое его осознание требует некоторых пределов. Поэтому человеком создаются необходимые психологические опоры, границы, позволяющие ему очерчивать, отделять и замыкать пространство вокруг себя.
К специфическим свойствам пространства М. П. Титова относит следующие: «Конкретные пространственные формы и размеры
тел, их положение в пространстве по отношению друг к другу, на-личие у тел внутренней симметрии или асимметрии (молекула живого вещества обладает свойством пространственной асимметрии, которое характерно живому веществу), изотропность (равноправие всех направлений) и неоднородность (неравноправие всех точек, наличие выделенных точек) пространства»[3]. Кроме того, пространство обладает свойствами объективности, поскольку его существование не зависит от сознания и всеобщности, так как формы пространства присущи любым воплощениям материи на всех уровнях ее существования.
В современной науке в связи с все большим разграничением видов деятельности возникает тенденция к дифференциации пространства: «Разные виды деятельности человека формируют свои пространства, а сама человеческая деятельность формирует жизненное пространство как основу человеческого существования»[4]. Человек становится объектом и субъектом различных пространств, в том числе и культурного.
Пространство, объем, границы, размеры, форма, материя, движение, гуманизм, трехмерность, протяженность, структурированность, бесконечность.
- 1. Охарактеризуйте античные представления о пространстве и их выражение в архитектурных формах.
- 2. Каковы средневековые представления о пространстве?
- 3. Какие изменения в представлениях о пространстве произошли в эпоху Возрождения?
- 4. С чем связан процесс новой интерпретации пространства в Новое время и каково его влияние на архитектуру?
- 5. Охарактеризуйте представления о пространстве в немецкой классической философии.
- 6. С чем связано возникновение неклассического понимания пространства?
- 7. Назовите основные свойства пространства.
Специфика дизайна как компонента культурного пространства
Источник
Пространство и время являются универсальными, всеобщими формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени.
Обычно выделяют всеобщие, общие и специфические свойства пространства и времени.
Всеобщие свойства пространства и времени: объективность и независимость от человеческого сознания; универсальность – проявляется на всех структурных уровнях материи; неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей; бесконечность – нет места, где пространство и время отсутствовали бы.
Общие свойства пространства: протяженность – существование и связь различных элементов; единство прерывности и непрерывности. Непрерывность означает отсутствие каких-либо «разрывов» в пространстве. Прерывность проявляется в раздельном существовании материальных объектов. Их единство – это характер перемещений тел от точки к точке; трехмерность – пространство трех измерений.
Общие свойства времени:длительность – последовательность смены состояний; необратимость – однонаправленность от прошлого к будущему; неповторяемость – невозможность повторения прошлых событий; одномерность – линейная последовательность событий, связанных друг с другом.
Специфические свойства пространства:конкретные формы и размеры тел; наличие у них внутренней симметрии или асимметрии; изотропность и неоднородность пространства. Изотропность означает отсутствие выделенных направлений (верх, низ и др.). Неоднородность означает различные значения кривизны в зависимости от распределения тяготеющих масс.
Специфические свойства времени:конкретная длительность существования систем; скорость протекания процессов.
В современной науке используется также понятие биологического и социального пространства и времени.
Специфическими пространственно-временными свойствами в биологических системах являются: асимметрия расположения атомов в молекулах белка и нуклеиновых кислот, собственные временные ритмы и темпы изменения внутриорганизменных и надорганизменных биосистем, взаимосвязь и синхронизация ритмов друг с другом, а также с вращением Земли вокруг своей оси и сменой времен года.
Социальное пространство и время характеризуют особенности протяженности и пространственности социальных объектов.
Социальное время характеризует длительность, последователь-ность этапов материальной и духовной деятельности человека. Главным фактором, определяющим ход социального времени, является деятельность человека, направленная на преобразование среды и самого себя. Все известные единицы календарного времени – секунды, минуты, часы, дни – могут быть достаточно точно измерены.
Совсем другое дело – исчисление длительности социальных процессов – это эпоха, эра, сессия, сезон, семестр и т. п. Все они не могут быть не только определены, но не образуют соотношений между собой. Размышляет так и Плиний Старший, римский писатель и ученый, автор афоризма«Не считать надо дни, а взвешивать». Очевидно, что значимые для человека и общества характеристики длительности должны стать компонентами социального времени.
С социальным временем связано и личное время человека. Можно встретить два типа людей, которые по-разному относятся к своему личному времени: одни им вполне самостоятельно распоряжаются, другие не знают, как его провести, чем заполнить. Личностное время используется непосредственно при определении многих ценностей человеческой жизни и, прежде всего, его деятельности. Леонардо да Винчи считал удавшейся независимо от ее длительности всякую жизнь, прожитую хорошо и достойно.
Личностному времени присуще чувство ритма, так, например, в жизни каждого человека устанавливается определенная последовательность событий: детство, юность, получение образования, начало творческой деятельности, вступление в брак, рождение детей и т. д. Такая последовательность выражает ритмическую организацию индивидуальной жизни, но не всякая последовательность носит ритмический характер. Несовпадение важнейших этапов социальной зрелости человека с его календарным возрастом или общепринятым ритмом организации общественной жизни является проявлением аритмии личностного времени.
Необходимо отметить сложность и неоднозначность пространственно-временных отношений на уровне отдельного человека. Личностные время и пространство обусловлены особенностями восприятия самого человека. Именно с ними приходится соизмерять свои поступки, строить планы. Научный подход в этом вопросе необходим для более целостного видения мира.
Во всех перечисленных и других системах проявляются всеобщие свойства пространства и времени.
Выводы:
– Фундамент СТО составляют два постулата.
– СТО изменила представление о характере взаимодействий. Скорость передачи взаимодействия не может превышать скорость света в вакууме.
– Релятивистские эффекты пространства и времени не иллюзорны, а действительны.
– Согласно ОТО, тяготение – это не что иное, как искривленность пространственно-временного континуума.
Источник
Слово “Пространство” – очень широко используемое слово. Пространство – это свободное от чего бы то ни было место. Пустое. Ничем не занятое. Особенно часто оно используется (непосредственно или в словосочетаниях) в различных разделах знаний – математика, физика, философия. Можно даже считать, что это – одно из основных понятий естественных наук и философии.
Из словаря Ожегова:
1. Одна из форм (наряду со временем) существования бесконечно развивающейся материи, характеризующаяся протяжённостью и объёмом: Вне времени и пространства нет движения материи.
2. Протяжённость, место, не ограниченное видимыми пределами: Небесное п. Воздушное п. Степные пространства. На всём пространстве пустыни. Смотреть в п. (о невидящем, отсутствующем взгляде).
3. Промежуток между чем-н., место, где что-н. вмещается: Свободное п. между окном и дверью
В бытовом смысле “пространство” есть вместилище всего сущего.
В общефилософском смысле понятие “пространство” относится к числу понятий с большой смысловой емкостью.
В космологии под пространством понимается наша 3-х или 4-мерная Вселенная с дискутируемой топологией, в которой мы живем и существуем.
В физике пространство – вместилище для реальных физических материальных объектов и полей. Но не только, т.к. математика – инструмент для описания Природы. Есть место и для других смыслов. В теоретических физических построениях понятие “пространства” практически совпадает с математическим “пространством”. Наиболее распространенный тип используемого для этой пространства – это 3-мерное евклидово пространство. Это исторически первое и важнейшее математическое пространство (Большой Энциклопедический Словарь). Что такое евклидово пространство, знают все, кто учился в школе. Если не знают – то знают школьную геометрию. Пространство школьной геометрии и есть евклидово пространство.
Картина советского космонавта Алексея Леонова с адреса: https://s3.wi-fi.ru/cp3o/gBvMf5pghBveCQvKDFdwMoeo?response-content-type=image/jpeg
Понятие “Пространство” в математике используется и в более широком смысле, чем объект евклидова пространства. ПРОСТРАНСТВО – это множество объектов, между которыми установлены отношения, сходные по своей структуре с обычными пространственными отношениями типа окрестности, расстояния и т. д.
Общее математическое понятие “пространство” есть “множество чего–то, удовлетворяющих тому–то”, синоним понятия “множество” с определенной геометрической (топологической) структурой (упорядочения, непрерывности, движения). Очень часто это математическое аффинное, векторное или тензорное, метрическое пространство с некоторой топологической структурой, построенное как многомерное координатное пространство на основе вещественных чисел.
Наиболее общим типом математических пространств является топологическое пространство. Оно мало в чем сходится с евклидовым пространством, но все же есть точки соприкосновения. Они обе состоят из элементов – точек, а совокупность всех точек составляет само определяемое пространство. Конечно, это определение настолько широкое, что любые математические объекты – множества подходят под это определение. Но как в евклидовом, так и в топологическом пространствах определены отношения “быть окрестностью”. А “окрестности” объединяют в каком то смысле близкие точки. Просто близкие – без определенного расстояния между ними.
Топологическое пространство, как и евклидово, обладает размерностью, потому что размерность Пространства – топологическая характеристика пространства. Для большинства практически изучаемых пространств определяется количеством числовых параметров для определения координаты точки. Но это определение размерности не является строгим, но по отношению к рассматриваемым в математике и физике числовым пространствам Rn оно верно. Скрытые размерности физического пространства могут явно себя не проявлять.
Ну и наконец, евклидово пространство является топологическим, но не наоборот.
А что находится между ними? И вообще – есть ли что-то между ними?
А между ними находятся “метрические” пространства. Евклидово пространство является метрическим, но метрические пространства – это более широкий класс пространств. Их объединяет только одно – между любыми точками метрического пространства имеется вполне определенное “расстояние”. Численное. Со всеми теми свойствами, которые имеются у “расстояния” и “длины” в евклидовом пространстве. Например –
1) аксиома треугольника – сумма любых двух сторон больше третьей,
2) сумма углов, образуемых расходящимися из одной точки лучами на 2-мерной поверхности равна 2pπ и
3) евклидово пространство непрерывно и
4) любое евклидово пространство можно разметить с помощью N < ∞ чисел, где N – размерность пространства.
Но и отличиями – эти пространства могут быть линейными, криволинейными римановыми, лобачевского, … Замкнутыми и открытыми, связными и несвязными, плоскими и с кротовыми норами. Назову хотя бы в качестве примера всем известные названия подобных пространств: одномерные – линия, круг, двухмерные – плоскость, цилиндр, тор, сфера, лист Мебиуса, трехмерные – известное вам евклидово 3-мерное пространство, 3-мерная “сфера” – как считается, оно похоже на нашу Вселенную, и др. торообразные и цилиндроподобные 3-мерные пространства, и т.д.
Аксиома треугольника – это действительно аксиома, определяющая отношения между тремя простейшими объектами пространства – точками. Любыми. А вот сумма углов требует определения не только расстояний, но и прямых и плоскостей. И определения бесконечной последовательности специальных окрестностей с определенными свойствами и существования определенного бесконечного “ряда”, предел которой и есть угол. Окрестности – это окружности на плоскости, предел – отношение длины окружности к ее радиусу.
В конце хочу показать разницу между метрическим евклидовым пространством и всеми другими метрическими не евклидовыми пространствами. В любом N-мерном метрическом евклидовом пространстве расстояние между бесконечно близкими точками определяется из формулы
dl² = dx₁² + dx₂² + dx₃² +…(1)
А между далекими точками – из формулы
L² = Δx₁² + Δx₂² + Δx₃² +…(2)
где Δx₁ – разность координат между точками. А расстояние в произвольных метрических пространствах определяется из формулы
dl² = ∑gᵤᵣdxᵘʳ.(3)
где u, r пробегают все возможные значения от 1 до N. Причем простой формулы, подобной (2), не имеется при любом координатном представлении пространства.
И последнее, что хотел сказать: если (1) определяет расстояние между точками евклидова и галилеева пространства классической механики Ньютона, то (3) определяет расстояния между точкам и риманова пространства. Например, именно такой формулой определяется расстояние между точками на Земле. Еще одно применение – это в знаменитой Общей теории относительности (ОТО) А.Эйнштейна. Сколько копий сломано на в отношении этой теории – не сосчитать. А его основа настолько проста, насколько и сложна.
Можно было сюда еще включить векторные пространства. А также тензорные пространства. Но это для другой статьи.
Ссылка на мою статью Как написать формулы в статье на Дзен?
Мои странички на Дзен: https://zen.yandex.ru/id/5e036c95fc69ab00aecfe6e9
Если хотите узнать, что обозначает слово или словосочетание, в ОПЕРЕ выделите это слово(сочетание), нажмите правую клавишу мыши и выберите “Искать в …”, далее – “Yandex”. Если это текстовая ссылка – выделите ее, нажмите правую клавишу мыши, выберите “перейти …”. Все! О-ля-ля!
Если вам понравилась статья, то поставьте “лайк” и подпишитесь на канал! Если не понравилась – все равно комментируйте и подписывайтесь. Этим вы поможете каналу. И делитесь ссылками в ваших соцсетях!
Источник
Естественнонаучные представления о пространстве и времени прошли длительный путь становления и развития. В материалистической картине мира понятие пространства возникло на основе наблюдения и практического использования объектов, их объема и протяженности. Понятие времени возникло на основе восприятия человеком смены событий, последовательной смены состояний предметов и круговорота различных процессов. Обыденные представления о пространстве и времени рассматривали их как внешние условия бытия, в которые помещена материя и которые сохранились бы, даже если бы материя исчезла.
Наиболее отчетливо концепцию абсолютного пространства и абсолютного времени сформулировал И. Ньютон в работе «Математические начала натуральной философии». По Ньютону пространство и время составляют как бы вместилища самих себя и всего существующего, представляют собой самодовлеющие элементы бытия, существующие вне и независимо от любых материальных процессов, это некоторые универсальные условия, в которые помещена материя.
Развитие естествознания привело к принципиально другим толкованиям пространства и времени. Современное понимание пространства и времени сформулировано в теории относительности А. Эйнштейна. По Эйнштейну пространство и время – формы существования материи, не существующие вне материи, эти атрибуты материи определяются ее связями и взаимодействиями. Далее этот вопрос будет рассмотрен более подробно.
Всеобщими свойствами пространства и времени являются их объективность и независимость от человеческого сознания, проявление на всех структурных уровнях существования материи, неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей. Невзирая на неразрывную связь между собой, пространство и время обладают рядом специфических свойств.
Рассмотрим основные свойства пространства.
1 Однородность – все точки пространства обладают одинаковыми свойствами, нет выделенных точек пространства, параллельный перенос системы координат не изменяет законов природы.
2 Изотропность – все направления в пространстве обладают одинаковыми свойствами, нет выделенных направлений; поворот системы координат на любой угол сохраняет неизменными законы природы.
3 Непрерывность – между двумя любыми различными точками в пространстве, как бы близко они не находились, всегда есть третья.
4 Трехмерность – каждая точка пространства однозначно определяется набором трех действительных чисел (координат).
5 Евклидовость – свойства пространства описываются геометрией Евклида.
Рассмотрим два последних свойства более подробно.
На глубокую связь между размерностью пространства и законом всемирного тяготения указывал еще И. Кант. Согласно теореме Эренфеста (1917), большинство взаимодействий убывает с расстоянием по закону F~1/rn-1, где n – размерность пространства. Таким образом,трехмерность пространства приводит к тому, что в нашем мире работает «закон обратных квадратов», т.е. силы убывают пропорционально квадрату расстояния (сила гравитационного взаимодействия, сила взаимодействия электрических зарядов и т.д.). В четырехмерном пространстве (n=4) сила взаимодействия между планетами была бы обратно пропорциональна кубу расстояния между ними. В таком воображаемом мире планеты двигались бы по спиралям и быстро упали бы на Солнце. При числе измерений более трех не существовало бы и устойчивых электронных орбит в атомах, следовательно, не было бы химических процессов и жизни.
Установлено, что при распространении волн в пространстве с четным числом измерений наблюдаются искажения, нарушающие переносимую волной информацию. Пример тому – распространение волны по резиновому покрытию (n=2). Г. Дж. Уитроу (1955 г.) пришел к выводу, что поскольку живым организмам необходимы передача и обработка информации, то высшие формы жизни не могут существовать в пространстве четной размерности. Следует отметить, указанные выводы относятся к известным нам законам природы и формам жизни и не исключают существование миров иной природы.
Согласно Оксфордскому толковому словарю, геометрия – это наука о свойствах и отношениях величин в пространстве. Древнегреческий математик Евклид (около 330-275 до н.э.) создал стройное учение о свойствах пространства, т.н. евклидову геометрию, которая практически в неискаженном виде до сих пор входит в школьный курс. Геометрия Евклида основана на 10 постулатах (утверждений, истинность которых считается очевидной и принимается на веру). Все остальное покоится на этих постулатах как здание на своем фундаменте. Если изменить постулаты, то изменится и весь предмет, что на них основан. В геометрии Евклида постулируется, что линия, вдоль которой расстояние между двумя точками M и N минимально, есть прямая; касательная к этой линии не меняет своего направления от точки к точке. Постулат Евклида о параллельных утверждает, что через точку Р можно провести одну и только одну прямую, параллельную заданной прямой MN, не содержащей точки Р (рисунок 1).
Рисунок 1 – Понятие прямой в геометрии Евклида
Сумма углов треугольника в пространстве Евклида равна 180°, отношение длины окружности к ее диаметру равно π.
Пространство с такими свойствами называется плоским или пространством с нулевой кривизной (R=0). Плоскому пространству соответствует т.н. евклидова метрика
dl2 = dx2 + dy2 + dz2. (2.1)
Физика Ньютона опирается на геометрию Евклида, т.е. это физика плоского пространства.
Примером двумерного плоского пространства служит лист бумаги. Легко представить искривленное двумерное пространство: поверхность сферы или поверхность горлышка кувшина в самой узкой его части. Первый пример относится к классу поверхностей с положительной кривизной (R>0), второй – к классу поверхностей с отрицательной кривизной (R<0). Геометрия искривленного пространства с положительной кривизной была создана в 60-х годах XIX в. Б. Риманом. Н.И. Лобачевский и Я. Больяй разработали геометрию пространства с отрицательной кривизной.
На поверхности с положительной кривизной нельзя провести ни одной прямой, параллельной данной; сумма углов треугольника больше 180º. В геометрии Лобачевского и Больяй постулируется, что через заданную точку в пространстве с отрицательной кривизной можно провести сколько угодно прямых параллельных данной. Сумма внутренних углов треугольника на поверхности с отрицательной кривизной меньше 180º. Примеры двумерных пространств с разной кривизной представлены на рисунке 2.
Понятия плоского и искривленного пространства можно обобщить на случай более двух измерений. Эйнштейн показал, что кривизна пространства обуславливается гравитирующей массой, геометрия реального пространства-времени всегда неевклидова.
Рассморим основные свойства времени.
1 Однородность – любые явления, происходящие в одних и тех же условиях, но в разное время, протекают одинаково.
2 Непрерывность – между двумя различными моментами времени, как бы близко они не находились, всегда можно выделить третий.
3 Одномерностьвремени проявляется в линейной последовательности событий, генетически связанных между собой. Если для определения положения точки в пространстве необходимо задать три координаты (пространство трехмерно), то для определения времени достаточно одной.
4 Необратимость – однонаправленное изменение от прошлого к настоящему и от настоящего к будущему, но никогда наоборот.
Перечисленные свойства пространства и времени определяют характер физических законов. Симметрия времени (связанная с его однородностью) и симметрия пространства (связанная с его однородностью и изотропностью) приводят к фундаментальным законам сохранения энергии, импульса и момента импульса. Необратимость времени связана со вторым законом термодинамики. Эти вопросы будут рассмотрены позднее.
Источник