Топологические свойства пространства

РЕФЕРАТ

Дисциплина: «История теплоэнергетики и теплотехники»

Наименование темы: «Свойства пространства и времени в современном естествознании»

Вологда

2022 г.

Введение

Пространство и время объективны и реальны, то есть существуют независимо от сознания людей и познания ими объективной реальности. В рамках физической картины мира пространство и время –это всеобщие формы существования материи на микро-, макро- и мегауровнях.

Абсолютно всё, что нас окружает – существует в пространстве и времени.

Свойства пространства о времени описывают воспроизводимость физического процесса или его системы в разных условиях с одним и тем же результатом.

Свойства пространства

Свойство трехмерности пространства означает, что положение любого предмета может быть точно определено только с помощью трех независимых координат.

Свойство однородности пространства осуществляет любой физический процесс одинаково в любой точке пространства. То есть выражается симметрия и равноправие всех точек пространства. Однородность пространства также означает, что в каждую его точку можно возвращаться; в этом смысле его однородность похожа на обратимость.

Свойство изотропности пространства говорит о том, что любую систему с физическими процессами можно повернуть на произвольный угол, тем самым доказывая равноправие всех направлений в пространстве.

Свойства времени

Свойство однородности времени отражает возможность повторения физического процесса через любой промежуток времени.

В отличие от пространства, время необратимо, так как идёт строго из прошлого через настоящие к будущему. Назад не вернуться, в будущее, минуя настоящие, не попасть.

Теория струн и суперструн

В конце XX в. было обосновано положение об 11 пространственно-временных измерениях в области микромира в первые моменты рождения нашей Вселенной: 10 — пространственных и 1 — временное. Это теория струн или суперструн. Затем из них возникает четырехмерный континуум, который состоит из трёх координат пространства и одной координаты времени макромира, а остальные измерения оказываются «свернутыми» в микромире.

Инвариативность законов

Инвариативность законов – это независимость результата физического процесса от условий и способа описания его каким-либо законом.

Существует инвариантность законов природы по отношению к четырем типам преобразований:

1) Законы независимы от переноса в пространстве.

2) Законы независимы от вращения в пространстве.

3) Законы независимы от сдвига во времени.

4) Законы независимы от преобразования движения.

Из-за этого со свойствами пространства и времени связаны законы сохранения, которые определяют свойства системы, которые не меняются в процессе преобразования некоторых физических величин. А эти самые физические величины выражают какой-то конкретный вид симметрии. Это демонстрирует известная теорема, которую доказала немецкий математик Эмми Нётер (1882—1935).

Однородность времени – закон сохранения энергии.

Однородность пространства – закон сохранения импульса.

Изотропность пространства – закон сохранения момента импульса.

Отмеченные законы трактуются как всеобщие, и до сих пор не найдено ни одного исключения. Считается, что вся совокупность законов сохранения выражает неизменность движущейся материи, принцип ее несотворимости и неуничтожимости.

Специальная теория относительности Эйнштейна о том, что свойства пространства и времени тесно связаны с движением, приводит к мысли, что каждому виду движения соответствуют свои пространственно-временные характеристики. Эти понятия отражают специфику проявления пространственно-временных свойств объектов, принадлежащих к разным сферам бытия материи. Метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства пространства и времени в таких объектах могут быть существенно отличными.

Топологические свойства пространства

Топологические свойства – это свойства, изучающие непрерывность пространств, остающихся неизменными при любой деформации.

Свойство непрерывности пространства говорит о том, что в пространстве не существует «разрывов». Но стоит отметить, что пространству свойственна относительная разрывность, то есть некоторые объекты разных размеров могут существовать вместе.

Свойство протяжённости пространства определяет долю пространства, занимаемую каким-то объектом. Благодаря этому свойству объекты могут находиться рядом друг с другом.

Свойство структурированности пространстваопределяет положение (координацию) объектов относительно друг друга или окружения.

Свойство бесконечности пространства.

Метрические свойства пространства и времени численно описывают топологические свойства объектов для работы с ними в физических задачах.