Виртуальная школа » Большая книга физики » Мир физики » Этот трёхмерный мир

Этот трёхмерный мир

Наш реальный мир трёхмерен

 

Это значит, что через каждую точку пространства можно провести только три взаимно перпендикулярные прямые. И никак нельзя провести четвёртую. Поэтому, чтобы задать положение точки, требуется три прямоугольные координаты. Этот метод задания положения точки в пространстве был предложен ещё Декартом. Но в пустом или «абсолютном» пространстве задать положение тела нельзя. Пространство однородно и все его точки неотличимы. О положении тела можно говорить лишь тогда, когда рассматривается его положение относительно какого-то другого тела, которое называют «телом отсчёта». «Тело отсчёта» и связанная с ним декартова прямоугольная система координат образуют систему отсчёта, в которой и рассматривается событие (явление или процесс).

Понятие «пространство» связано с протяжённостью тел или их движением. Определяя размеры тела: длину, ширину, высоту, мы фактически указываем расстояние между крайними точками предмета на выбранном направлении. Определяя перемещение тела – указываем расстояние между точками начального и конечного положения объекта исследования. Таким образом, для решения  широкого круга задач на движение тел, фактически надо научиться задавать их положение в пространстве в разные моменты времени.

 

Прямоугольная система координат

 

Для решения задач на движение тел (задание положения окружающих тел и их перемещение) нам лучше представлять пространство как кубическую решётку, в которой находится интересующий нас предмет. В этой решётке можно выделить три взаимно перпендикулярные оси, вдоль которых будут располагаться элементы кубической решётки (маленькие кубики со стороной равной единице расстояния). Количество элементов на выбранном направлении будет определять значение соответствующей координаты.
 

Рисунок пространственной кубической решётки трёхмерного мира
 

Кубическую решётку модели системы отсчёта можно увеличивать, но рано или поздно начнут проявляться искажения. Правильные «столбики» кубических элементов будут расходиться. Значит, будут расходиться линии их образующие. Связано это с формой Земли. И чем дальше от поверхности Земли, тем больше эти искажения будут проявляться.

Следовательно, реальное пространство искривляется, и его свойства отличаются от свойств «евклидова пространства», или так называемого «абсолютного пространства». Но вблизи поверхности Земли и на сравнительно небольших расстояниях эти искажения очень малы и существенно не влияют на результаты решаемых в этой области задач. Чего нельзя сказать о глобальных задачах, связанных с космическими объектами.
 

 

Назад ... к пространству Евклида

 
Ещё в 1826 году русский математик Николай Иванович Лобачевский опубликовал своё открытие, перевернувшее Евклидову геометрию. При этом он не отвергал представления Евклида, а лишь раздвинул границы сложившейся науки геометрического пространства. Геометрия Лобачевского включает постулаты Евклида, как частный, предельный случай. По сути Н.И. Лобачевский вывел геометрию из трёхмерного пространства в многомерное пространство, в котором следует применять принципиально иные системы отсчёта. Но всегда ли надо вести об этом речь, если чаще всего на уроках физики рассматриваются явления природы того мира, в котором живём мы с вами (то есть трёхмерного)?! Ведь положениям многомерной геометрии Лобачевского может соответствовать только космическое пространство, причём при определённых условиях!

Если отвергать понятие модели трёхмерного пространства, ссылаясь на современные представления об искривлённом гиперпространстве (в космических масштабах), то человечество изначально должно было отказаться от применения карт. Зная, что Земля – шар (а ещё точнее – эллипсоид!), следовало предположить искажения, связанные с изображением поверхности Земли на плоском листе бумаги. Но почему-то географические карты не вызывают раздражения, в отличие от представлений об абсолютном пространстве и абсолютном времени! А всего-то и следует учесть, что для явлений, происходящих вблизи поверхности Земли, трудности вычислений с учётом всех современных представлений о «пространстве-времени» несоизмеримо огромны по сравнению с мизерными погрешностями на основе упрощённых представлений об абсолютном пространстве в классической механике.

Именно поэтому законы Ньютона и законы движения изучаются в школьной программе без существенных изменений. «Без существенных изменений» - это значит, что иногда всё-таки меняются формулировки законов без изменения их смысловой сути.


В заключении


- Но, если всё так просто, зачем эти представления о многомерном пространстве? Зачем забивать голову рассуждениями Лобачевского, которого и учёные поняли не сразу?! - воскликнет наш Эрудит.

О, да! И мне было бы так проще! Но дело в том, что для космических объектов и быстрых частиц отклонениями реального мира от абсолютного (Евклидова) пространства уже нельзя пренебрегать. И специальная теория относительности А. Эйнштейна могла возникнуть только после того, как взгляды Н. Лобачевского пошатнули привычные представления о реальном мире.

 

Категория: Мир физики | Добавил: Лана (06.01.2018) | Автор: Александрова С.В. E W
Просмотров: 182 | Теги: прямоугольная система координат, трёхмерный мир, система отсчёта. трёхмерное простра | Рейтинг: 5.0/2
Всего комментариев: 0
avatar