Свойства пространства и времени
Естественнонаучная картина мира – синтез философских идей и идей естественных наук. Физическая картина мира (ФКМ) – обобщённая модель природы в целом, включающая в себя представления физической науки о материи, движении, пространстве, времени, причинности, закономерности. ФКМ является составляющей естественнонаучной картины мира.
Содержание ФКМ меняется в ходе развития науки. Все природные процессы и явления происходят в пространстве и во времени, Формулировки физических законов во многом определяются представлениями о пространстве и времени.
Классическая физика основывается на следующих свойствах пространства и времени.
1. Трёхмерность пространства и одномерность времени
Чтобы однозначно определить положение точки, необходимо знать ее три независимые координаты. Для определения момента времени необходимы не три величины, а одна – промежуток времени от начального момента.
2. Обратимость пространства и необратимость времени
В любую точку пространства можно попасть сколько угодно раз. Время необратимо. Оно течёт от прошлого через настоящее к будущему.
3. Однородность пространства и времени.
Физическое явление, осуществленное в какой-нибудь момент времени, может быть в точности воспроизведено (если сохранить все условия протекания) в любой последующий момент времени, т.е. ход времени сам по себе не влияет на протекание явления.
Протекание физических явлений в одних и тех же условиях, но в различных местах пространства одинаково; все точки пространства физически равноправны.
4. Изотропность пространства.
В пространстве равноправны не только все точки, но и все направления. Ни одно направление не имеет каких-либо преимуществ по сравнению с другими. Чего нельзя сказать о времени, так как направление времени от прошлого к будущему неравноценно обратному.
5. Плоский, евклидовый характер пространства.
Свойства пространства описываются геометрией Евклида, соотношения которой наглядно интерпретируются на плоскости.
Изменение преставления о категориях пространства и времени в ХХ веке.
В 1905 году А. Эйнштейн разработал новую, по сравнению с классической, концепцию пространства, времени, движения. В основу созданной им специальной теории относительности положены два постулата:
1) Принцип относительности: все инерциальные системы отсчёта (ИСО) физически равноправны – любые физические процессы протекают в них одинаково (при одних и тех же начальных условиях)
2) Принцип постоянства скорости света: совокупность всех инерциальных систем отсчёта характеризуется абсолютной конечной и постоянной величиной с размерностью скорости, обозначенной символом с. Иными словами, скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех ИСО.
Абсолютного времени нет. Время рассматривается во взаимосвязи с пространством. Каждая система отсчёта характеризуется своим собственным временем τ0 – собственное время частицы в системе отсчёта, где эта частица покоится. Длина тела в собственной системе отсчёта (где тело покоится) - l0.
При переходе из одной ИСО в другую пользуются формулами, устанавливающими соотношения между промежутками времени, длинами, скоростями, характеристиками электромагнитного поля в соответствующих системах отсчёта. Основополагающим фактором при этом является 
- относительная скорость движения инерциальных систем отсчёта друг относительно друга.
Релятивистский закон преобразования скорости: 
.
Длительность событий в разных ИСО: 
.
Длина тел в разных системах отсчёта: 
.
При скоростях малых, по сравнению со скоростью света, представленные формулы переходят в законы классической механики. Чем ближе скорость υ к скорости света, тем больше отличие величин в разных ИСО.
Вводится величина, независящая от выбора ИСО. Она называется пространственно - временной интервал: 
.
Раздел физики, рассматривающий движение частиц со скоростями, сравнимыми со скоростью света называется релятивисткой физикой.
В релятивистской механике энергия импульс и скорость свободной частицы связаны соотношениями:
E = m 0 c 2 
; 
= m 0 ; = E / c 2..
При υ = c и m 
0 выражения для р и Е обращаются в бесконечность. Частица с нулевой массой может двигаться только со скоростью меньшей с.
Закон взаимосвязи массы и энергии: E = mc2 – фундаментальный закон природы.
Общая теория относительности является следующим шагом (по сравнению со специальной теорией относительности), сделанным Эйнштейном в рассмотрении проблем, связанных с пространством и временем.
В ходе мысленных экспериментов Эйнштейн пришёл к выводу об эквивалентности гравитационных сил и сил инерции. С точки зрения общей теории относительности движение тела в поле тяготения можно рассматривать как движение по инерции вдоль искривлённых линий пространства. Структура пространства и его кривизна определяются массой. Искривление пространства тем сильнее, чем больше вызывающая это искривление масса. Таким образом, свойства пространства и времени находятся в тесной связи с материей.
Принцип эквивалентности Эйнштейна: все физические явления в поле тяготения происходят совершенно так же, как и в соответствующем поле сил инерции. Если напряжённости обоих полей в соответствующих точках пространства совпадают. А прочие начальные условия для рассматриваемых тел одинаковы.