Класичні уявлення про простір і час та їх арифметизація.

Рух матеріальних об'єктів відбувається в просторі й у часі. Тому уявлення про простір і час є основними поняттями не тільки класичної механіки, але й всієї фізики. Ці поняття відбивають порядок розташування одночасно співіснуючих об'єктів (простір) і послідовність існування явищ, що змінюють один одного (час). Матеріалізм підкреслює об'єктивний характер простору й часу, заперечує позачасову й поза-просторову реальність. Простір і час невід ' ємні від матерії. У цьому проявляється їхня універсальність і загальність. Діалектичний матеріалізм визнає не просто зовнішній зв'язок часу й простору з матерією, що рухається, а вважає, що цей рух є сутністю часу й простору (тобто властивості їх повністю залежать від властивостей матерії, що рухається) і що, отже, матерія, рух, простір і час невід’ємні один від одного. Відзначимо, що саме ці ідеї одержують усе більше повне підтвердження в сучасній ФКС.

Проте, у класичній механіці (і у всієї МКС) кількісно реалізована не діалектико-матеріалістична, а метафізична концепція, відповідно до якої час і простір існують незалежно від матеріальних процесів й окремо один від одного. Інакше кажучи, в основі МН лежать найбільш примітивні уявлення про простір і час, отримані в результаті узагальнених спостережень тільки повільних рухів макроскопічних тіл в умовах Землі. Звідси випливає, що еволюція, а на деяких етапах навіть докорінної зміни цих класичних уявлень про простір і час настільки ж закономірні, як закономірний сам процес розвитку фізики.

Для кількісного опису руху тіл необхідно попередньо арифметизувати простір і час й одержати тим самим можливість виражати будь-які просторові й тимчасові співвідношення за допомогою чисел. Для цього (пам'ятаючи про те, що фізика - наука експериментальна) потрібно вказати:

1) спосіб виміру відстаней між матеріальними точками (це можна здійснити за допомогою тих або інших еталонів довжини);

2) спосіб виміру інтервалів між різними моментами часу (для цього треба мати який-небудь годинник, тобто прилад, дія якого заснована на використанні деякого періодичного процесу, що протікає рівномірно й незалежно від інших явищ природи);

3) ту або іншу систему координат, пов'язану з тілом відліку (відносно якого описується механічна форма руху). Сукупність системи координат і годин, пов'язаних з тілом відліку, називається системою відліку (СВ) у механіці. Т. ч., користуючись надалі поняттям «СВ», ми будемо завжди мати на увазі цілком певний спосіб арифметизацїї простору й часу й спосіб виміру просторових і часових інтервалів.

При цьому в класичній механіці постулюються наступні властивості простору й часу:

1) простір є тривимірним різноманіттям (у математичному понятті "різноманіття" закодована найважливіша постульована властивість простору - його неперервність, що дозволяє розглядати як завгодно малі, навіть нескінченно малі, інтервали в просторі й, використати всю потужність математичного аналізу; 3^х - мірність означає, що положення будь-якої геометричної точки в просторі можна задати в довільній системі координат трьома числами);

2) простір однорідний, тобто в ньому відсутні чим-небудь примітні точки, які можуть бути виділені серед всіх точок (всі точки простору рівноправні);

3) простір ізотропний, тобто в ньому відсутні чим-небудь примітні напрямки, які можуть бути виділені серед всіх напрямків (всі напрямки в просторі рівноправні);

4) простір є Евклідовим, тобто його метричні властивості повністю описуються системою аксіом геометрії Евкліда;

5) простір абсолютний в тому розумінні, що всі його перераховані вище властивості ніяк не пов’язані з властивостями часу й повністю незалежні від фізичних процесів, що протікають у просторі. Зокрема, цим постулатом затверджується абсолютність просторових інтервалів (тобто однаковість відстаней між двома матеріальними точками m₁ й m₂ у цей момент часу "з погляду" усіх СВ), що в декартовій системі координат можна записати так:

 

, (2.1)

 

або для відстаней між двома нескінченно близькими точками:

 

, (2.1')

 

де штрихами відзначені координати тих же точок в іншій СВ).

6) час є одномірнимрізноманіттям (тобто, він є неперервним та для завдання будь-якого моменту часу необхідно тільки одне число);

7) час однорідний, тобто немає чим-небудь примітних, виділених моментів часу (всі моменти часу рівноправні);

8) час абсолютний, тобто у всіх точках простору воно «тече» однаково рівномірно й цей його «плин» не залежить від руху матеріальних тіл і фізичних процесів. Зокрема, цим постулатом стверджується абсолютність часових інтервалів між подіями, тобто приймається, що тривалість будь-якого процесу однакова в усіх СВ, що рухаються один відносно одного довільним чином, тобто

 

або (2.2)

 

де й - тривалість того самого процесу у двох різних СВ. Для процесу нескінченно малої тривалості (2.2) записується у вигляді

 

(2.2')

 

Згідно (2.2) в усіх СВ можна довільним чином вибрати один той самий початок відліку часу і ввести в усіхСВ єдину часову координату t, тобто фактично тут постулюється існування таких годинників, період яких не залежить від характеру їхнього руху й не змінюється при переносі з однієї СВ, що рухається довільно, в іншу.

Зауваження. Перераховані постулати про конкретні властивості простору й часу справедливі тільки в класичній механіці (ширше - у МКС). Сучасний розвиток фізики встановив несправедливість постулатів 2) - 5) і 7) - 8); сумніву в ЕКТП піддаються навіть постулати 1) і 6).