Mouvement absolu par rapport au temps maintenant. La formation du concept substantiel d'espace et de temps de Newton

Le statut ontologique de l'espace et du temps est devenu l'objet d'une analyse philosophique et scientifique dans les concepts substantiels et relationnels, qui considèrent la relation entre le temps, l'espace et la matière.

À substantiel(de lat. substance - quelle est la base ; essence), les concepts d'espace et de temps ont été interprétés comme des phénomènes indépendants qui existent avec la matière et indépendamment d'elle. En conséquence, la relation entre l'espace, le temps et la matière a été présentée comme une relation entre des types de substances indépendantes. Cela a conduit à la conclusion que les propriétés de l'espace et du temps sont indépendantes de la nature des processus matériels qui s'y déroulent.

L'ancêtre de l'approche substantielle est considéré comme Démocrite, qui croyait qu'il n'y avait que des atomes et du vide, qu'il identifiait à l'espace.

Le concept substantiel d'espace et de temps a reçu son développement complet et son achèvement chez I. Newton et dans la physique classique dans son ensemble.

Les concepts d'espace et de temps développés en physique classique sont le résultat d'une analyse théorique mouvement mécanique. Newton a clairement distingué deux types de temps et d'espace - absolu et relatif.

Les concepts d '«espace» et de «temps» ont été définis par I. Newton en stricte conformité avec le cadre méthodologique adopté par la science expérimentale émergente du Nouvel Âge, à savoir la connaissance de l'essence (lois de la nature) à travers les phénomènes. . Il a clairement distingué deux types de temps et d'espace - absolu et relatif, et leur a donné les définitions suivantes.

"Temps absolu, vrai, mathématique en soi et dans son essence, sans aucun rapport avec quoi que ce soit d'extérieur, coule régulièrement et est autrement appelé durée.

Temps relatif, apparent ou ordinaire il existe une mesure externe de durée exacte ou variable, comprise par les sens, utilisée dans la vie quotidienne à la place du vrai temps mathématique, telle que: heure, jour, mois, année.

Espace absolu dans son essence, indépendamment de tout ce qui est extérieur, il reste toujours le même et immobile.

Espace relatif il y a une mesure ou une partie mobile limitée, qui est déterminée par nos sens selon sa position par rapport à certains corps et qui, dans la vie courante, est prise pour un espace immobile.

Qu'est-ce qui a causé cette distinction?

Tout d'abord, il est lié aux particularités des niveaux théoriques et empiriques de la cognition de l'espace et du temps.

Au niveau empirique, l'espace et le temps apparaissent comme relatifs, c'est-à-dire liés à des processus physiques et leur perception au niveau des sentiments.

Au niveau théorique, l'espace et le temps absolus sont des objets idéalisés, qui n'ont qu'une seule caractéristique : pour le temps - d'être "pure durée", et pour l'espace d'être "pure extension".

Les concepts de Newton d'espace absolu et de temps absolu sont la base théorique nécessaire pour les lois du mouvement. Plus tard, ils ont été ontologisés, c'est-à-dire doués d'être en dehors du système théorique de la mécanique, et ont commencé à être considérés comme des entités indépendantes, indépendantes les unes des autres ou de la matière.

À relationnel(de lat. relation - relation) les concepts d'espace et de temps sont compris non pas comme des entités indépendantes, mais comme des systèmes de relations formés par des objets matériels en interaction. En dehors de ce système d'interactions, l'espace et le temps étaient considérés comme inexistants. Dans ce concept, l'espace et le temps agissent comme des formes générales de coordination des objets matériels et de leurs états. En conséquence, la dépendance des propriétés de l'espace et du temps à la nature de l'interaction des systèmes matériels était également autorisée. En philosophie, le concept relationnel du temps dans l'Antiquité a été développé par Aristote, et à l'époque moderne par G. Leibniz, pour qui l'espace et le temps ont exclusivement relatif caractère et sont : espace - en ordre coexistence de fragments de réalité, et de temps - séquence coexistence de fragments de réalité.

En physique, le concept relationnel d'espace et de temps a été introduit dans la théorie de la relativité restreinte (1905) et théorie générale Relativité (1916).

A.Einstein pour développer sa théorie, il s'est appuyé sur les idées d'un physicien GA Lorentz(1853-1928), physique et mathématiques A. Poincaré(1854-1912), mathématiques G. Minkowski(1864-1909). Si dans la mécanique de Newton l'espace et le temps n'étaient pas interconnectés et avaient un caractère absolu, c'est-à-dire étaient inchangés dans différents cadres de référence, puis dans la théorie restreinte de la relativité, ils deviennent relatifs (dépendent du cadre de référence) et interconnectés, formant un continuum espace-temps, ou un espace-temps quadridimensionnel unique.

La théorie générale de la relativité a été développée par A. Einstein en 1907-1916. Dans sa théorie, il est arrivé à la conclusion que l'espace réel est non euclidien, qu'en présence de corps créant des champs gravitationnels, les caractéristiques quantitatives de l'espace et du temps deviennent différentes de celles en l'absence de corps et des champs qu'ils créent. L'espace-temps est inhomogène, ses propriétés changent avec le changement du champ gravitationnel. Dans la théorie de la relativité générale, le champ gravitationnel a pris la place de l'espace absolu, ainsi "l'espace vide, c'est-à-dire l'espace sans champ, n'existe pas, l'espace-temps n'existe pas par lui-même, mais seulement en tant que propriété structurelle du champ" . Dans la théorie de la relativité générale, non seulement l'espace et le temps séparément, mais aussi le continuum espace-temps sont dépourvus d'absolu. Selon les conclusions de la théorie générale de la relativité, la métrique de l'espace et du temps est déterminée par la répartition des masses gravitationnelles dans l'Univers.

Dans la philosophie marxiste-léniniste, on croyait que la principale signification philosophique de la théorie de la relativité était la suivante.

• 1. La théorie de la relativité a exclu de la science les concepts d'espace absolu et de temps absolu, révélant ainsi l'incohérence de l'interprétation substantielle de l'espace et du temps comme formes d'être indépendantes, indépendantes de la matière.
• 2. Elle a montré la dépendance des propriétés de l'espace-temps à la nature du mouvement et de l'interaction des systèmes matériels, a confirmé l'exactitude de l'interprétation de l'espace et du temps en tant que formes principales de l'existence de la matière, dont le contenu est une matière en mouvement .

Compte tenu des conclusions philosophiques tirées sur la base de la théorie de la relativité, il convient de garder à l'esprit ce qui suit. La physique, comme toute autre science, donne une description du monde, en s'appuyant uniquement sur les connaissances et les idées qu'elle peut généraliser à ce stade. Les concepts substantiels et relativistes d'espace et de temps, développés dans la mécanique classique et la théorie de la relativité, appartiennent aux théories physiques de l'espace et du temps. Ces théories scientifiques présentent des modèles conceptuels de l'espace et du temps et, comme le soulignent certains scientifiques, le temps dans la théorie de la relativité s'est avéré être "spatial", sa spécificité par rapport à l'espace n'a pas été révélée et l'"espace-temps" de la théorie de la relativité est un continuum artificiellement combiné.

Les différends scientifiques autour de la théorie de la relativité sont apparus immédiatement après sa création et ne se sont pas calmés jusqu'à présent.

Comme indiqué dans la spéciale littérature scientifique, il n'existe actuellement aucune vérification expérimentale convaincante de la théorie de la relativité générale. De plus, il n'y a aucune confirmation expérimentale des hypothèses initiales de la théorie générale de la relativité. Par exemple, il n'a pas encore été confirmé que la vitesse de propagation d'une perturbation gravitationnelle est égale à la vitesse de la lumière dans le vide. Seule une expérience peut donner une réponse à la question, quelle est la vitesse réelle de propagation de la gravité.

Les physiciens conviennent qu'une discussion approfondie des fondements physiques de la théorie de la relativité et l'établissement des limites de son applicabilité sont nécessaires. Estimations contemporaines les conclusions philosophiques de la théorie de la relativité sont plus équilibrées. Du point de vue de la reconnaissance de l'objectivité de l'espace et du temps, ces deux concepts sont équivalents. Malgré les différences, ces concepts reflètent le même espace et le même temps réels, de sorte que la philosophie ne peut exclure complètement aucun des modèles, le reconnaissant catégoriquement comme absolument inacceptable.

Un astrophysicien russe bien connu a proposé sa version de la nature du temps N. A. Kozyrev(1908-1983). Sa conception du temps est substantielle, c'est-à-dire le temps est considéré comme un phénomène naturel indépendant, existant avec la matière et les champs physiques et affectant les objets de notre monde et les processus qui s'y déroulent.

Kozyrev est parti de l'idée que le temps n'est pas seulement une "durée pure", la distance d'un événement à un autre, mais quelque chose de matériel qui a propriétés physiques. On peut dire que le temps possède deux types de propriétés : passives, liées à la géométrie de notre monde (elles sont étudiées par la théorie de la relativité), et actives, dépendant de son « agencement » interne. C'est le sujet de la théorie de Kozyrev.

A la fin du XXème siècle. un certain nombre de versions de la compréhension de l'essence du temps sont apparues, analyse détaillée qui se trouve dans le livre de V. V. Kryukov. Analysant les nouvelles approches de la compréhension du temps et notant leurs perspectives de développement ultérieur du problème du temps, V.V. activité importe, quelle que soit la nature de cette activité. À son tour, l'activité de la matière peut être décrit sous deux aspects interdépendants : topologique et métrique, ceux. comme une séquence d'événements et comme leur durée.

La relation du temps avec l'énergie interne des corps matériels est considérée dans le concept de A. N. Beach

L'espace absolu est un espace euclidien tridimensionnel, homogène et isotrope.

Cette déclaration signifie que l'espace absolu a les propriétés suivantes :

1) il a trois mesures linéaires indépendantes, ce sont des mesures indépendantes dans trois directions linéairement indépendantes ;

2) espace ne dépend pas du mouvement et du changement de la matière en elle("homogénéité"); il a les mêmes propriétés pour tous les objets matériels (quelle que soit leur nature) ;

3) le changement des propriétés des mouvements des objets matériels dans toutes les directions est le même("isotropie");

4) dans l'espace La géométrie d'Euclide s'applique.

1.2 . Temps absolu

Temps absolu- c'est:

- quantité en constante évolution;

- son changement se produit du "passé" au "futur";

- quantité homogène(en ce sens qu'elle ne dépend pas du mouvement et de l'évolution de la matière et qu'elle est la même en tout point de l'espace).

1.3 .Le lien entre "l'espace absolu" et
"temps absolu"

En mécanique classique, on postule que

l'espace absolu et le temps absolu n'ont rien à voir l'un avec l'autre

(contrairement au modèle de l'espace et du temps dans la théorie de la relativité générale, où ces concepts sont interdépendants).

1.4 .Unités de mesure (dans l'espace et le temps)

L'unité de longueur dans l'espace est 1 mètre (m)

(l'étalon est à Paris à la Chambre des Poids et Mesures).

L'unité de temps est 1 seconde(s).

Elle est partie intégrante journées:.

1s.=1/86400 [jours].

[jour] est le jour solaire moyen,

déterminée par des observations astronomiques et faisant partie intégrante de l'année tropique.

Le jour solaire moyen est calculé dans une année tropicale à l'aide de la formule :

1[jour]=1/365.2422 [année tropique].

L'année tropique est déterminée à partir d'observations astronomiques comme

la période de temps entre deux passages successifs du point "Spring" par le centre du disque solaire sur le méridien de Greenwich.

Cependant, du fait de la rotation inégale de la Terre autour de son axe et des oscillations de nutation de cet axe, la durée de l'année tropique change. Cela implique de changer l'étalon de temps (secondes).

En 1967, par décision de la XIIIe Conférence générale des poids et mesures par unité de temps, la seconde atomique a été adoptée comme expérience, qui a été utilisée dans les calculs de certains paramètres astronomiques.

Avec l'introduction de cette unité de temps :

un processus périodique d'oscillations du rayonnement de l'atome de césium et la période de ces oscillations en tant que composante de la durée d'une seconde ont été utilisés.

L'échelle de temps atomique a été construite en utilisant des étalons de fréquence moléculaires et atomiques très stables pour ajuster les horloges à quartz. Elle se distinguait par une uniformité presque parfaite et ne dépendait pas de la rotation de la Terre.

Cette échelle de temps atomique a été formée sur la base de l'utilisation de plusieurs horloges atomiques.

Une seconde atomique sur cette échelle correspond à la durée :

9 milliards 192 millions 631 milliers 770

périodes d'oscillations du rayonnement de l'atome de césium-133.

Ainsi, depuis 2002 La seconde atomique a été adoptée comme unité de temps dans système international Les unités SI.

L'heure est indiquée par la lettre . Sa plage de valeurs est définie comme suit.

Certains événements sont fixés comme le début du compte à rebours. Le moment où cet événement s'est produit se voit attribuer une valeur égale à zéro.

Tous les événements qui se sont produits avant celui fixé sont affectés Sens négatif temps (ils se sont produits "dans le passé"), et tous les événements qui se produiront après celui fixé sont assignés valeur positive temps .

La valeur sera égale à la longueur de l'intervalle de temps entre un événement fixe et l'événement qui s'est produit ou se produira.

2º. Point de départ. Système de référence

2.1. Le concept du rayon vecteur d'un point géométrique et
ses dispositions

Avant de donner la notion de repère et de référentiel, rappelons quelques définitions issues de la géométrie de l'espace euclidien.

Nous fixons deux points géométriques dans l'espace - un point et un point (voir Fig. B.2.1).

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Comme indiqué plus haut, pour construire la mécanique, il a fallu introduire la notion de référentiel, car on ne peut parler de mouvement que lorsqu'il existe un référentiel. Newton est parti du fait que la nature est inhérente à un référentiel absolument immobile sous la forme d'un espace absolu (homogène et immobile) servant de réceptacle à tous les corps, ainsi que d'un temps absolu qui s'écoule de lui-même, quels que soient les processus (Newton l'a appelé durée ). Ainsi, dans le concept de Newton, l'espace et le temps sont séparés des corps matériels et des processus réels.

L'espace et le temps newtoniens sont absolus et universels - ils ne changent pas de ce qui s'y passe avec les corps matériels. Newton considérait l'espace comme une substance indépendante. Sous certaines conditions, l'espace peut agir sur la matière, mais la matière ne peut pas agir sur l'espace. Tout objet a une certaine position et orientation dans l'espace, la distance entre deux événements est précisément définie. Les événements qui se déroulent dans points différents en même temps, simultanément.

Il n'y a pas de marques dans l'espace. La position d'un objet dans l'espace peut être déterminée par rapport à un autre objet. À quelle vitesse l'objet se déplace-t-il ? Qu'est-ce que le repos ? Après tout, tout dans l'univers bouge. Le mouvement peut être ressenti s'il est inégal. Il est impossible de sentir un mouvement à vitesse constante. Si deux systèmes se déplacent uniformément, mais avec différentes vitesses, alors aucune expérience ne peut montrer qu'un système est au repos et que l'autre est en mouvement. La seule chose que l'on puisse dire à leur sujet est qu'ils sont dans un état de mouvement uniforme les uns par rapport aux autres. Ainsi, tous les mouvements uniformes de la mécanique newtonienne sont relatifs. En revanche, les mouvements accélérés le sont absolument. Disons que si le train ralentit, les choses bougeront sous l'effet de l'inertie. Le mouvement uniforme pour Newton est état naturel tél. Le mouvement accéléré est causé par certaines causes, que Newton appelle des forces. D'où viennent les forces d'inertie ? Newton les a attribués à l'espace dans lequel l'accélération a lieu. Ainsi, Newton peut être qualifié de substantialiste dans sa compréhension de l'espace et du temps.

Les principes de la mécanique que nous avons esquissés ont été en partie vus par Newton dans les travaux de Galilée, et en partie formulés par lui. Nous sommes principalement redevables à Newton pour les définitions et les lois dans de telles Forme générale qu'elles paraissent indépendantes des expériences terrestres et applicables aux événements de l'espace astronomique.

En dérivant ces lois, Newton a dû préférer des principes mécaniques spécifiques, qui nécessitaient certaines idées sur l'espace et le temps. Sans de telles définitions, même loi la plus simple mécanique - la loi de l'inertie. Selon cette loi, un corps, sur lequel aucune force n'agit, se déplace uniformément et en ligne droite. Revenons à la table sur laquelle ont été effectuées les expériences avec des boules roulantes. Lorsqu'une boule roule sur une table en ligne droite, un observateur suivant sa trajectoire depuis une autre planète est forcé d'affirmer que la trajectoire de la boule, de son point de vue, n'est pas rectiligne, puisque la Terre elle-même tourne, et que la le mouvement, qui semble être rectiligne, tourne avec la Terre pour un observateur, juste parce que la balle laisse une trace droite sur la table, devrait apparaître curviligne pour un autre observateur ne participant pas à la rotation de la Terre. Ceci peut être illustré par l'exemple brut suivant.

disque rond carton blanc fixé sur l'axe de sorte qu'il puisse être tourné avec une poignée. Une règle est fixée au-dessus du plan du disque. Faisons maintenant tourner le disque le plus uniformément possible et essayons en même temps de tirer le crayon le long de la règle à une vitesse constante pour qu'il trace sa trajectoire sur le carton. La trajectoire d'un crayon sur carton ne sera bien sûr pas une ligne droite, mais une ligne courbe, qui se refermera même en boucle si mouvement rotatif disque sera assez rapide. Ainsi, le même mouvement, que l'observateur connecté à la règle appelle uniforme et rectiligne, sera appelé par l'observateur connecté

avec un disque curviligne (et irrégulier). Ce mouvement peut être construit point par point, comme le montre la Fig. 32.

Notre exemple montre clairement que la loi d'inertie, bien sûr, n'a de sens que dans les cas où l'espace, ou, plus précisément, le référentiel dans lequel le mouvement est interprété comme rectiligne et uniforme, est précisément donné.

Figure. 32. La transition d'un corps du point A au point B avec un mouvement uniforme sur quatre intervalles de temps - le mouvement est observé par un observateur au repos. au moment où le corps est au point l'observateur marque ce point d'un astérisque, au moment où la position du corps est déterminée par le point, qui est également marqué d'un astérisque ; disque, et avec l'astérisque, marqué à la Fig. 32, b, tourné en biais - l'observateur continue à marquer la position du corps de la même manière qu'auparavant. La ligne brisée reliant les étoiles décrit approximativement la trajectoire du corps le long du disque en mouvement.

L'image copernicienne de l'univers, bien sûr, suppose que le cadre de référence pour lequel la loi d'inertie est remplie n'est pas la Terre, mais un système en quelque sorte fixé dans l'espace astronomique. Dans des expériences menées sur Terre, par exemple, dans des expériences avec une boule se déplaçant sur une table, la trajectoire d'un corps en mouvement n'est en fait pas une ligne droite, mais une ligne légèrement courbe. Le fait que cela échappe à notre attention est uniquement dû à la petitesse du chemin observé dans nos expériences par rapport à la taille de la Terre. Ici, comme cela arrive souvent dans

science, l'inexactitude de l'observation conduit à la découverte fait important. Si Galilée avait été capable de faire des observations aussi précises qu'il l'a fait au cours des siècles suivants, le mélange complexe de divers phénomènes aurait rendu la découverte des lois beaucoup plus difficile. Kepler n'aurait peut-être jamais expliqué les mouvements des planètes si leurs orbites lui avaient été connues avec autant de précision qu'elles le sont aujourd'hui. Après tout, les ellipses de Kepler ne sont que des approximations, dont les véritables orbites, lorsqu'elles sont observées sur une longue période de temps, diffèrent considérablement. Un cas similaire s'est produit en physique moderne avec les régularités des spectres : la découverte de relations simples s'est avérée beaucoup plus difficile et sensiblement retardée en raison d'un excès de données expérimentales.

Ainsi, Newton était confronté à la tâche de trouver un cadre de référence dans lequel la loi d'inertie et d'autres lois de la mécanique seraient remplies. S'il avait choisi le Soleil comme cadre de référence, la question n'aurait pas été résolue, et sa solution n'aurait été que retardée, car il pourrait s'avérer que le Soleil se déplace également, comme il s'est avéré en réalité à l'époque.

C'est probablement pour ces raisons que Newton est arrivé à la conclusion que les systèmes de référence empiriques associés aux corps matériels ne peuvent jamais servir de base à une loi basée sur le concept d'inertie. Cependant, la loi elle-même, en raison de son lien étroit avec l'idée euclidienne de l'espace, dont la ligne droite est un élément, semble être un point de départ naturel pour la dynamique de l'espace astronomique. Sans doute, c'est dans la loi d'inertie que l'espace euclidien se manifeste hors des limites étroites de la Terre. Des circonstances similaires se produisent dans le cas du temps, dont l'écoulement s'exprime par un mouvement uniforme dû à l'inertie. Si, par exemple, la période d'une révolution de la Terre était choisie comme unité de temps, alors la loi d'inertie ne serait pas tout à fait juste, car il y a des irrégularités dans le mouvement de la Terre.

Suivant un raisonnement similaire, Newton est arrivé à la conclusion qu'il existe un espace absolu et un temps absolu. Il est préférable de transmettre l'essence de la question dans les mots de Newton lui-même (les citations sont données selon la traduction du texte latin original de Newton). Il était temps, Newton a écrit :

« Le temps vrai ou mathématique absolu en lui-même et en vertu de sa nature profonde s'écoule de la même manière, indépendamment de tout

externe et autrement appelée durée ; le temps relatif, apparent ou ordinaire est une sorte de mesure sensible ou externe (si exacte ou incomparable soit-elle) de la durée, déterminée par le mouvement, qui est habituellement utilisée à la place du temps vrai ; c'est une heure, un jour, un mois, un an...

Car les jours dans la nature ne sont pas vraiment égaux entre eux, bien qu'ils soient généralement considérés comme égaux et utilisés comme mesure du temps : les astronomes corrigent ces mesures en faisant une analyse précise des mouvements célestes. Il n'existe peut-être pas de mouvement standard permettant de mesurer avec précision le temps. Tous les mouvements peuvent être accélérés ou ralentis, mais le véritable processus, ou standard, du passage du temps absolu n'est soumis à aucun changement. La durée ou l'âge de l'existence des choses reste le même, que les mouvements soient rapides ou lents ou pas du tout... »

Newton a exprimé une opinion similaire sur l'espace. Il a écrit:

"L'espace absolu, en vertu de sa nature, indépendamment de tout ce qui est extérieur, reste toujours le même et immobile. L'espace relatif est une dimension mobile ou une mesure d'espaces absolus; nous le définissons à l'aide de nos sens par l'arrangement mutuel des corps, il est vulgairement interprété comme espace immobile...

Ainsi, au lieu de positions et de mouvements absolus, nous utilisons des positions relatives, et nous le faisons sans aucun inconvénient pour notre activités pratiques. Mais dans les recherches philosophiques il faut s'abstraire de ses sens et considérer les choses comme telles, indépendamment de tout ce qui n'est que la mesure sensible de ces phénomènes. Car peut-être n'y a-t-il pas de corps véritablement en repos, par rapport auquel toutes les positions et tous les mouvements des autres corps pourraient être comptés..."

L'affirmation sans ambiguïté, à la fois dans le cas de la définition du temps absolu et dans le cas de la définition de l'espace absolu, que ces deux catégories existent "indépendamment de tout objet extérieur" semble étrange dans la bouche d'une personne comme Newton, parce qu'il lui-même souligne souvent qu'il ne cherche à étudier que ce qui existe réellement, ce qui peut être confirmé par l'observation "Hypothèses non fingo" - c'est son expression courte et précise. Mais ce qui existe "indépendamment de tout objet extérieur" ne peut pas être confirmé par l'observation, et donc ce n'est pas un fait. Ici, nous sommes confrontés à un cas clair de la façon dont les représentations subconscientes sont "appliquées imperceptiblement aux concepts du monde objectif". Plus tard, nous examinerons cette question plus en détail.

Notre tâche consiste maintenant à décrire comment Newton a interprété les lois du cosmos et comment ses idées se sont développées en concepts modernes.

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Livres

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