Материя, время и пространство

Физика - одна из составных частей естествознания. Наиболее общими понятиями физики являются материя, движение, время и пространство.

Материя – это все виды существования вещества. Она подразделяется на вещество, физическое поле и физический вакуум. Любое изменение, происходящее в материи, называется движением материи.

Вещество – это вид материи, обладающий массой. К вещественным объектам относятся: фундаментальные частицы (кварки) ® элементарные частицы (электрон, протон) ® атомы ® молекулы ® и многочисленные объекты, образованные из них.

Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия (например, трение); это обуславливает различные агрегатные состояния вещества (газ, жидкость, твердое тело, плазма).

Плазма – это вещество, нагретое до температуры в миллионы градусов, и представляющее собой электронно-протонную смесь (атомное строение разрушается).

Физическое поле – это вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем. К физическим полям относятся:

1) гравитационное поле;

2) электромагнитное поле;

3) поле ядерных сил;

4) волновые (квантовые) поля, соответствующие различным частицам.

Источником физического поля являются частицы (например, электромагнитное поле – частицы, имеющие заряд).

Физический вакуум – это низшее энергетическое состояние квантового поля.

Всеобщими универсальными формами движения материи в настоящее время принято считать время и пространство.

Время выражает порядок смены физических состояний и является объективной характеристикой любого процесса или явления. Временная характеристика реальных процессов основывается на постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время. Этот постулат не проверяем, поскольку точность самых современных атомных часов составляет 10^-11 с.

При создании классической механики в 17 в. И. Ньютон ввел понятие абсолютного или истинного времени, которое течет всегда и везде равномерно, и относительного времени, как меры продолжительности, употребляемой в обыденной жизни.

В современном представлении время всегда относительно. Из теории относительности А. Эйнштейна следует, что (1) при скорости, близкой к скорости света в вакууме (~3*10⁸ м/с), время замедляется; (2) сильное поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени. В обычных земных условиях такие эффекты чрезвычайно малы.

Важнейшее свойство времени заключается в его необратимости, которая обусловлена сложным взаимодействием множества природных систем, в том числе атомов и молекул, и символически обозначается стрелой времени, летящей всегда из прошлого в будущее.

Понятие пространства гораздо сложнее понятия времени. Для человеческих органов чувств оно трехмерно, тогда как на самом деле пространство многомерно. В основе практической деятельности людей свойства пространства определяются геометрией Эвклида.

Таким образом,пространство выражает порядок существования физических тел.

В классической механике по аналогии с абсолютным временем И. Ньютон ввел понятие абсолютного пространства, которое существует независимо от находящихся в нем физических объектов и может быть совершенно пустым. Сегодня установлено, что абсолютного движения, как и абсолютного покоя тел, в природе не существует: пространство, как и время, относительно.

Специальная теория относительности А. Эйнштейна объединила пространство и время в единый континуум пространство-время. Основанием для такого объединения служит принцип относительности и постулат о предельной скорости передачи взаимодействий материальных объектов (скорости света в вакууме). Из этой теории следует (1) относительность одновременности двух событий, произошедших в разных точках пространства, а также (2) относительность измерений длин и интервалов времени, произведенных в разных системах отсчета, движущихся относительно друг друга.

В соответствии с общей теорией относительности свойства пространства-времени зависят от наличия материальных объектов. Любой материальный объект искривляет пространство (описывается геометрий Римана или геометрией Лобачевского). Предполагается, что вокруг массивного тела при очень большой плотности вещества искривление становится настолько существенным, что пространство-время как бы «замыкается» само на себя, отделяя данное тело от остальной Вселенной, и образуя черную дыру, которая поглощает материальные объекты и электромагнитное излучение. На поверхности черной дыры для внешнего наблюдения время как бы останавливается.