Пространство и време

Страницата е създадена на:29 октомври 2018 и редактирана на:22 май 2022

Определението за механично движение, което изказахме на страница Предмет и деление на механиката съдържа понятията за пространство и време. За разбиране на даденото определение там, може да се счита, че всеки има достатъчно ясни представи за тези понятия, но нека да обърнем отделно внимание на някои детайли на тези понятия.

Понятията за пространство и време възникват при наблюдаване на заобикалящата ни действителност и установяване на фундаменталните факти, че в тази действителност можем да различим отделни обекти, които възникват, съществуват, променят се и се превръщат в други обекти.

Понятието пространство произхожда от наблюдението, че материалните тела, имат взаимно положение (ляво, дясно, горе, долу, ...) и различни размери (големи-малки, дълги-къси, ...). Количественото съпоставяне на размерите дължина, ширина, височина, води до възникване на понятието за величината разстояние, а измерването и съпоставянето на разстоянията до откриване на начини за точно, количествено описване на положението в пространство. За еднозначно определяне на положението в пространството на една точка, например чрез декартови координати, са необходими точно три на брой величини, поради което се казва, че пространството е триизмерно. В класическата механика, пространството се подчинява на Евклидовата геометрия, възникнала в резултат на обобщаването на непосредствения човешки опит, свързан с чертане на прави линии и наблюдаване на съотношенията между линии и точки. Казва се, че пространството в класическата механика е плоско или неизкривено.

Представата ни за време възниква от наблюдението върху повтарящи се явления. Наблюдава се, че броят на повторенията на различни, протичащи заедно, повтарящите се явления е различен, а избирането на едно такова явление за еталон, (вижте определението за единицата за време секунда) позволява измерване на величина, характеризираща бързината на промените, които наблюдаваме - величината време. Времето в класическата механика е абсолютно, което означава, че то е едно, отнасящо се за всички явления в природата и не зависи от движението на телата.

Уредите за измерване на времето наричаме часовници и представата, че времето е абсолютно възниква от предположението, че всички часовници, независимо дали са неподвижни или в движение един спрямо друг, могат да се сверят и синхронизират да показват едно и също време. Последното предположение би било вярно, ако имаше възможност информацията за показанията на един часовник да се предаде мигновено до всеки друг, отдалечен от него, неподвижен или движещ се часовник. В действителност за сверяването на часовниците се изпращат сигнали, разпространявани в най-добрия случай с най-голямата в природата скорост - скоростта на светлината във вакуум. Поради факта, че скоростта на тези сигнали е крайна, синхронизирането на всички часовници намиращи се в движещи се една спрямо друга отправни системи е невъзможно. Така времето се оказва относително и локално, зависещо от материалните обекти и тяхното движение.

Връзката между пространството и времето не е очевидна, но такава връзка съществува. Например, измерването на дължини предполага отчитане положението на две точки от пространството с положението на еталон за дължина, което отчитане е естествено да се извърши в един и същи момент от времето. Възниква въпросът: как да се направи това? Как да се синхронизират два часовника, намиращи се на разстояние, да показват едно и също време при това с помощта на сигнали, пренасяни с крайна скорост?

Подробният анализ на въпросите, свързани с измерване на разстояния и сверяване на движещи се и неподвижни часовници, е довел до създаване на предложената от А. Айнщайн специалната теория на относителността, в която се извеждат формули показваща връзката между пространствените координати и времето отчитано спрямо неподвижна и движеща се с постоянна скорост отправни системи. Тези формули ясно показват относителния характер на пространството и времето и връзката им с движещите се тела.

Предишна страница: Основни понятия в кинематиката

Следваща страница: Закон за движението, траектория, преместване и път