Кукк В.А., Сергеев С.В., Решетников Б.А. Учебное пособие концепции современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

110

возникает из ничего, стабильность и целостность систем оказывается

косвенно обусловленной действием закона сохранения энергии.

Именно на уровне микромира физика ищет сегодня ответы на вопросы, из

чего состоит материя? Есть ли конечный предел делимости материи? —

вопросы, издавна волновавшие человечество.

Долгое время атом считался конечным пределом делимости материи, а

также тем элементарным "кирпичиком" вещества, из которого сложены все

предметы и явления нашего мира. Но уже к началу XX в. [1] выяснилось, что

это не так. Был открыт электрон, а затем и другие элементарные частицы,

число которых постоянно возрастает и на сегодняшний день превысило 300

разновидностей. У большинства элементарных частиц есть античастицы,

отличающиеся противоположными знаками электрического заряда и

магнитного момента: для электронов — позитроны, для протона —

антипротон, для нейтрона — антинейтрон и т.д. Все другие свойства

античастиц аналогичны свойствам обычных частиц. Из них могут

образовываться устойчивые атомные ядра, атомы, молекулы и антивещество,

подчиняющееся тем же законам движения, что и обычное вещество. При

соприкосновении вещества с антивеществом происходит процесс

аннигиляции — превращения частиц и античастиц в фотоны и мезоны

больших энергий.

7.2. Поле и вещество

Основные формы материи подразделяют на поле и вещество. Такое

деление имеет некоторый смысл, но оно ограничено. Под веществом имеют в

виду различные частицы и тела, которым присуща масса покоя. Поля и их

кванты массы покоя не имеют, хотя обладают энергией, импульсом и

множеством других свойств. Но поле и вещество нельзя противопоставлять

друг другу.

В неразрывной взаимосвязи частиц и полей можно видеть одно из

важнейших проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре

материи.

Частицы обладают относительной прерывностью и локализованностью в

пространстве, тогда как поля непрерывно распределены в нем. При

излучении и поглощении поля проявляются относительно дискретно — в

виде квантов: фотонов, мезонов и др. Кванты полей взаимодействуют с

частицами вещества как дискретные образования. Частицы вещества также

нельзя представлять в виде каких-то микроскопических шариков с

абсолютно резкими гранями. Частицы неотделимы от полей и не существует

абсолютно резкой границы, где кончается собственно частица и начинается

ее внешнее поле. В пограничной области существует непрерывный

взаимопереход полей и частиц.

Как поле, так и вещество обладают определенными физическими

параметрами. Под полем в физике понимают специфическую форму

распределения материи в пространстве и времени: в каждой точке

111

пространства-времени существует определенное числовое значение

параметра, характеризующего эту материю. Например, движущееся поле

(волна) описывается длиной волны, фазой, амплитудой и их изменениями во

времени и пространстве. Другая ипостась материи — частицы —

характеризуются иным набором параметров: спин, заряд, масса покоя, время

жизни и ряд квантовых чисел.

Важнейшей характеристикой частицы служит спин, собственный момент

количества движения.

В физике спин интерпретируется как внутренняя степень свободы

частицы, обеспечивающая ей дополнительное физическое состояние. Спин

принимает только положительные дискретные значения, пропорциональные

постоянной Планка. Коэффициент пропорциональности называется спи-

новым квантовым числом, у одних частиц он имеет целочисленные значения

(0, 1, 2...), а у других полуцелые значения (1/2, 3/2...).

Свойства и поведение частиц существенно зависят от того, целое или

полуцелое значение имеет их спин. Исходя из этого значения, можно

систематизировать и классифицировать данные об элементарных частицах.

Классификация элементарных частиц

В зависимости от характера симметрии все элементарные частицы и

построенные из них системы (атомы, молекулы) делятся на два класса.

Частицы с полуцелым спином (например, электроны, протоны, нейтроны)

описываются антисимметричными волновыми функциями и подчиняются

статистике Ферми — Дирака. Эти частицы называются фермионами.

Частицы с нулевым или целочисленным спином (например, π-мезоны,

фотоны) описываются симметричными волновыми функциями и

подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна. Эти частицы называются

бозонами. Сложные частицы (например, атомные ядра), составленные из

нечетного числа фермионов, являются фермионами (суммарный спин —

полуцелый), а из четного — бозонами (суммарный спин — целый).

Зависимость характера симметрии волновых функций системы

тождественных частиц от спина частиц теоретически обоснована

швейцарским физиком В. Паули (1900–1958), что явилось еще одним

доказательством того, что спин является фундаментальной характеристикой

микрочастиц.

Если тождественные частицы имеют одинаковые квантовые числа, то их

волновая функция симметрична относительно перестановка частиц. Отсюда

следует, что два одинаковых фермиона, входящих в одну систему, не могут

находиться в одинаковых состояниях, так как для фермионов волновая

функция должна быть антисимметричной. Обобщая опытные данные, В.

Паули сформулировал принцип, согласно которому системы фермионов

встречаются в природе только в состояниях, описываемых ан-

тисимметричными волновыми функциями (квантово-механическая

формулировка принципа Паули).

112

Из этого положения вытекает более простая формулировка принципа

Паули, которая и была введена им в квантовую теорию (1925) еще до

построения квантовой механики: в системе одинаковых фермионов любые

два из них не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии.

Отметим, что число однотипных бозонов, находящихся в одном и том же

состоянии, не лимитируется.

Элементарные частицы принято делить на три группы: фотоны, лептоны

и адроны.

К группе фотонов относится единственная частица — фотон, которой

переносит электромагнитное взаимодействие. В электромагнитном

взаимодействии участвуют в той или иной степени все частицы, как

заряженные, так и нейтральные (кроме нейтрино).

К группе лептонов относятся электрон, мюон, таон, соответствующие им

нейтрино. Все лептоны имеют спин, равный 1/2, и, следовательно, являются

фермионами, подчиняясь статистике Ферми — Дирака.

Основную часть элементарных частиц составляют адроны. К группе

адронов относятся пионы, каоны, η-мезон, нуклоны, гипероны.

В последние годы увеличение числа элементарных частиц происходит в

основном вследствие расширения группы адронов.

Поэтому развитие работ по их классификации все время сопровождалось

поисками новых, более фундаментальных частиц, которые могли бы служить

базисом для построения всех адронов. Гипотеза о существовании таких

частиц, названных кварками, была высказана независимо друг от друга

(1964) американскими физиками Дж. Цвейгом и Гелл-Манном.

Согласно модели Гелл-Манна — Цвейга, все известные в то время адроны

можно было построить, постулировав существование трех типом кварков

(u, d, s) и соответствующих антикварков (

sdu

). Самое удивительное (почти

невероятное) свойство кварков связано с их электрическим зарядом,

поскольку еще никто не находил частицы с дробным значением

элементарного электрического заряда. Спин кварка равен 1/2, поскольку

только из фермионов можно "сконструировать" как фермионы (нечетное

число фермионов), так и бозоны (четное число фермионов).

Адроны строятся из кварков следующим образом: мезоны состоят из пары

кварк — антикварк, барионы — из трех кварков (антибарион — из трех

антикварков). Так, например, пион π

имеет кварковую структуру

, пион

–

—

, каон К

—

, протон — uud, нейтрон — udd, Σ

-гиперон — uus,

-гиперон — uds и т. д.

Углубленное изучение модели Гелл-Манна — Цвейга, а также открытие в

1974 г. истинно нейтрального джей-пси-мезона (J/Ψ) массой около 6000 m

со временем жизни примерно 10

–20

с и спином, равным единице, привело к

введению нового кварка, так называемого с-кварка, и новой сохраняющейся

величины — "очарования" (от англ. charm).

Кварковая модель оказалась весьма плодотворной, она позволила

определить почти все основные квантовые числа адронов. Например, из этой

модели, поскольку спин кварков равен 1/2, следует целочисленный (нулевой)

113

спин для мезонов и полуцелый — для барионов в полном соответствии с

экспериментом. Кроме того, эта модель позволила предсказать также и новые

частицы, например Ω

-гиперон. Однако при использовании этой модели

возникают и трудности. Кварковая модель не позволяет, например,

определить массу адронов, поскольку для этого необходимо знание

динамики взаимодействия кварков и их масс, которые пока неизвестны.

В настоящее время признана точка зрения, что между лептонами и

кварками существует симметрия: число лептонов должно быть равно числу

типов кварков. В 1977 г. был открыт сверхтяжелый мезон массой около

20 000 m

, который представляет собой структуру из кварка и антикварка

нового типа — b-кварка (является носителем сохраняющейся в сильных

взаимодействиях величины, названной "прелестью" (от англ. beauty)). Заряд

b-кварка равен –1/3. Предполагается, что существует и шестой кварк с

зарядом +2/3, который уже решено назвать истинным (от англ. truth —

истина), подобно тому как с-кварк называют очарованным, b-кварк —

прелестным. В физике элементарных части введен "аромат" —

характеристика типа кварка (u, d, s, c, b, t), объединяющая совокупность

квантовых чисел (странность, очарование, прелесть и др.), отличающих один

тип кварка от другого, кроме цвета. Аромат сохраняется в сильных и

электромагнитных взаимодействиях. Является ли схема из шести лептонов и

шести кварков окончательной или же число лептонов (кварков) будет расти,

покажут дальнейшие исследования [3].

7.3. Физические взаимодействия

В своей повседневной жизни человек сталкивается с множеством сил,

действующих на тела: сила ветра или потока воды; давление воздуха;

мощный выброс взрывающихся химических веществ; мускульная сила

человека; вес предметов; давление квантов света; притяжение и отталкивание

электрических зарядов; сейсмические волны, вызывающие подчас

катастрофические разрушения; вулканические извержения, приводившие к

гибели цивилизаций и т.д. Одни силы действуют непосредственно при

контакте с телом, другие, например гравитация, действуют на расстоянии,

через пространство. Но, как выяснилось в результате развития

естествознания, несмотря на столь большое разнообразие, все действующие в

природе силы можно свести к четырем фундаментальным взаимодействиям

[4]. Это силы гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого

взаимодействия.

Именно эти взаимодействия, в конечном счете, отвечают за все изменения

в мире, именно они являются источником всех материальных

преобразований тел, процессов. Каждое из четырех фундаментальных

взаимодействий имеет сходство с тремя остальными и в то же время свои

отличия. Изучение свойств фундаментальных взаимодействий составляет

главную задачу современной физики [5].

114

Гравитационное взаимодействие. Гравитация первым из четырех

фундаментальных взаимодействий стала предметом научного исследования.

Созданная в XVII в. ньютоновская теория гравитации (закон всемирного

тяготения) позволила впервые осознать истинную роль гравитации как силы

природы.

Гравитация обладает рядом особенностей, отличающих ее от других

фундаментальных взаимодействий. Наиболее удивительной особенностью

гравитации является ее малая интенсивность. Гравитационное

взаимодействие в 10

раз меньше силы взаимодействия электрических

зарядов.

Вторая черта гравитации — ее универсальность. Ничто во Вселенной не

может избежать гравитации. Каждая частица испытывает на себе действие

гравитации и сама она является источником гравитации, вызывает

гравитационное притяжение. Гравитация возрастает по мере образования все

больших скоплений вещества. И хотя притяжение одного атома

пренебрежимо мало, но результирующая сила притяжения со стороны всех

атомов может быть значительной. Это проявляется и в повседневной жизни:

мы ощущаем гравитацию потому, что все атомы Земли сообща притягивают

нас. Зато в микромире роль гравитации ничтожна. Никакие квантовые

эффекты в гравитации пока не доступны наблюдению.

Кроме того, гравитация — дальнодействующая сила природы. Это

означает, что, хотя интенсивность гравитационного взаимодействия убывает

с расстоянием, оно распространяется в пространстве и может сказываться на

весьма удаленных от источника телах. В астрономическом масштабе

гравитационное взаимодействие, как правило, играет главную роль.

Благодаря дальнодействию гравитация не позволяет Вселенной развалиться

на части: она удерживает планеты на орбитах, звезды в галактиках, галактики

в скоплениях, скопления в Метагалактике.

Сила гравитации, действующая между частицами, всегда представляет

собой силу притяжения, она стремится сблизить частицы. Гравитационное

отталкивание еще никогда не наблюдалось.

С точки зрения квантовой теории гравитации, поле тяготения

подвергается квантованию, квантами этого поля являются гравитоны. Силы

тяготения являются результатом постоянного обмена между телами

гравитонами или гравитационными волнами. Они переносят энергию,

обладают пространственно-временными свойствами, импульсом и другими

характеристиками, присущими материальным объектам. Но в общей теории

относительности существует и противоположное понимание гравитации —

как проявления кривизны пространственно-временного континуума, тем

самым гравитация сводится к метрическим особенностям пространства-

времени. Поле тяготения создает искривление пространства, тем большее,

чем больше тяготеющая масса.

Пока еще нет однозначного ответа на вопрос, чем является гравитация —

неким полем, искривлением пространства-времени или тем и другим вместе.

115

На этот счет существуют разные мнения и концепции. Поэтому нет и

завершенной теории квантово-гравитационного взаимодействия.

Электромагнитное взаимодействие характеризуется как

взаимодействие, в основе которого лежит связь с электромагнитным полем.

В отличие от гравитационного взаимодействия, которое всегда выступает

в виде притяжения, электромагнитное взаимодействие может проявляться и

как притяжение (между разноименными зарядами), и как отталкивание

(между одинаковыми зарядами).

В течение долгого времени электрические и магнитные процессы

изучались независимо друг от друга. Как мы уже знаем, решающий шаг в

познании электромагнетизма сделал в середине XIX в. Дж. К. Максвелл,

объединивший электричество и магнетизм в единой теории

электромагнетизма — первой единой теории поля.

Существование электрона (единицы электрического заряда) было твердо

установлено в 90-е гг. XIX в. Но не все материальные частицы являются

носителями электрического заряда. Электрически нейтральны, например,

фотон и нейтрино. В этом электричество отличается от гравитации. Все

материальные частицы создают гравитационное поле, тогда как с

электромагнитным полем связаны только заряженные частицы.

Электрическая и магнитная силы (как и гравитация) являются

дальнодействующими, их действие ощутимо на больших расстояниях от

источника. Электромагнитное взаимодействие проявляется на всех уровнях

материи — в мегамире, макромире и микромире.

Электромагнитное поле Земли простирается далеко в космическое

пространство, мощное поле Солнца заполняет всю Солнечную систему.

Существуют и галактические электромагнитные поля. Электромагнитное

взаимодействие определяет также структуру атомов и отвечает за

подавляющее большинство физических и химических явлений и процессов

(за исключением ядерных). К нему сводятся все обычные силы: силы

упругости, трения, поверхностного натяжения, им определяются агрегатные

состояния вещества, оптические явления и др.

Современная физика создала более совершенную и точную теорию

электромагнетизма, в которой учтены и квантово-полевые аспекты

явления. Эта теория названа квантовой электродинамикой.

Слабое взаимодействие — наиболее медленное из всех взаимодействий,

протекающих в микромире. Оно ответственно за взаимодействие частиц,

происходящих с участием нейтрино, например, в захвате нейтрино ядрами, в

β-распаде, распаде π

-, π

–

- и µ-мезонов, а также безнейтринные процессы

распада, характеризующиеся довольно большим временем жизни

распадающейся частицы (τ ≥ 10

–10

c).

Слабое взаимодействие по величине значительно меньше всех

взаимодействий, кроме гравитационного, и в системах, где оно присутствует,

его эффекты оказываются в тени электромагнитного и сильного

взаимодействий. Кроме того, слабое взаимодействие распространяется на

очень незначительных расстояниях. Радиус слабого взаимодействия очень

116

мал. Слабое взаимодействие прекращается на расстоянии, большем 10

–16

см

от источника, и потому оно не может влиять на макроскопические объекты, а

ограничивается микромиром, субатомными частицами. Когда началось

лавинообразное открытие множества нестабильных субъядерных частиц, то

обнаружилось, что большинство из них участвуют в слабом взаимодействии.

Теория слабого взаимодействия была создана в конце 1960-х гг. С мо-

мента построения Максвеллом теории электромагнитного поля создание этой

теории явилось самым крупным шагом на пути к единству физики.

Сильное, или ядерное, взаимодействие обуславливает связь протонов и

нейтронов в ядрах атомов и обеспечивает исключительную прочность этих

образований, лежащую в основе стабильности вещества в земных условиях.

Наиболее характерной особенностью ядерных сил является

короткодействие — они достигают очень большой величины при сближении

нуклонов (чтобы подчеркнуть тождественность свойств протона и нейтрона

по отношению к ядерным силам, эти две частицы объединяют одним

термином — нуклон) на расстояние порядка 10

–13

см, но при увеличении

этого расстояния всего в несколько раз ядерные силы так сильно спадают,

что практически ими можно пренебречь. В этом отношении ядерные силы не

похожи на электрические силы или силы тяготения, которые изменяются

плавно (обратно пропорционально квадрату расстояния между частицами).

Они напоминают скорее силы, возникающие при соприкосновении

резиновых шаров.

На малых расстояниях ядерное взаимодействие округлённо на два

порядка (т.е. в 10

раз) сильнее электрического. При больших расстояниях

между протонами, например в молекуле Н

(r ≈ 10

–8

см), положение

обратное: ядерное взаимодействие протонов оказывается ничтожно слабым

по сравнению с электрическим.

Сильное взаимодействие испытывают не все частицы. Так, его испы-

тывают протоны и нейтроны, но электроны, нейтрино и фотоны не

подвластны ему. В сильном взаимодействии участвуют обычно только

тяжелые частицы. Оно ответственно за образование ядер и многие

взаимодействия элементарных частиц.

Теоретическое объяснение природы сильного взаимодействия

развивалось трудно. Прорыв наметился только в начале 60-х гг. ХХ в., когда

была предложена кварковая модель. В этой теории нейтроны и протоны

рассматриваются не как элементарные частицы, а как составные системы,

построенные из кварков.

Таким образом, в фундаментальных физических взаимодействиях четко

прослеживается различие сил дальнодействующих и близкодействующих. С

одной стороны, взаимодействия неограниченного радиуса действия

(гравитация, электромагнетизм), а с другой — малого радиуса (сильное и

слабое). Мир физических процессов развертывается в границах этих двух

полярностей и является воплощением единства предельно малого и

предельно большого — близкодействия в микромире и дальнодействия во

всей Вселенной.

117

7.4. Теория Великого объединения и полная теория объединения

Мечта всех физиков — выявить универсальность всех фундаментальных

сил, объединить все физические взаимодействия в одной теории [6].

Объединение электромагнитного и слабого взаимодействия в единое

электрослабое взаимодействие стало первым обнадеживающим успехом на

этом пути.

В 70-е гг. XX в. в естествознании произошло выдающееся событие: два

фундаментальных взаимодействия из четырех физики объединили в одно.

Картина фундаментальных взаимодействий несколько упростилась.

Электромагнитное и слабое взаимодействия, казалось бы, весьма разные по

своей природе, предстали как разновидности единого электрослабого

взаимодействия. Теория электрослабого взаимодействия в окончательной

форме была создана двумя независимо работавшими физиками —

С. Вайнбергом и А. Саламом. Теория электрослабого взаимодействия

решающим образом повлияла на дальнейшее развитие физики элементарных

частиц в конце XX в. [7].

Главная идея в построении этой теории состояла в описании слабого

взаимодействия на языке концепции калибровочного поля, в соответствии с

которой ключом к пониманию природы взаимодействий служит симметрия.

Одна из фундаментальных идей в физике второй половины XX в. — это

убеждение, что все взаимодействия существуют лишь для того, чтобы

поддерживать в природе некий набор абстрактных симметрий.

Опыт успешного объединения слабого и электромагнитного

взаимодействий на основе идеи калибровочных полей подсказал возможные

пути дальнейшего развития принципа единства физики, объединения

фундаментальных физических взаимодействий.

С созданием квантовой хромодинамики появилась надежда на построение

единой теории всех (или хотя бы трех из четырех) фундаментальных

взаимодействий. Модели, единым образом описывающие хотя бы три из

четырех фундаментальных взаимодействий, называются моделями Великого

объединения.

В 70–90-е гг. ХХ в. было разработано несколько конкурирующих между

собой теорий Великого объединения. Все они основаны на одной и той же

идее. Если электрослабое и сильное взаимодействия в действительности

представляют собой лишь две стороны Великого единого взаимодействия, то

последнему также должно соответствовать калибровочное поле с некоторой

сложной симметрией. Она должна быть достаточно общей, способной

охватить все калибровочные симметрии, содержащиеся и в квантовой

хромодинамике, и в теории электрослабого взаимодействия. Отыскание

такой симметрии — главная задача на пути создания единой теории сильного

и электрослабого взаимодействия.

На основе теорий Великого объединения предсказаны, по крайней мере,

две важные закономерности, которые могут быть проверены

118

экспериментально: нестабильность протона и существование магнитных

монополей. Экспериментальное обнаружение распада протона и магнитных

монополей могло бы стать веским доводом в пользу теорий Великого

объединения. На проверку этих предсказаний направлены усилия

экспериментаторов.

Но объединение трех из четырех фундаментальных взаимодействий —

это еще не единая теория в подлинном смысле слова. Ведь остается еще

гравитация. Теоретические схемы, в которых объединяются все четыре

взаимодействия, называются моделями полной теории объединения [8].

Полная теория объединения базируется на идее суперсимметрии, т.е. такого

перехода от глобальной калибровочной симметрии к локальной, который бы

позволил переходить от фермионов (носителей субстрата материи) к бозонам

(носителям структуры материи, переносчикам взаимодействий) и наоборот.

Одна из теоретических моделей сводит воедино 70 частиц со спином 0; 56

частиц со спином 1/2; 28 частиц со спином 1; 8 частиц со спином 3/2 (их

назвали гравитино) и 1 частица со спином 2 (гравитон). Все эти частицы

были объединены единой суперсилой при колоссальной энергии 10

ГэВ

(Т = 10

К, r = 10

–33

см, ρ = 10

г/см

). На пути объединения гравитации с

остальными фундаментальными взаимодействиями пока еще остаётся много

проблем.

Вопросы для повторения

1. Чем вещество отличается от поля?

2. Чем частица отличается от волны?

3. Сколько существует физических взаимодействий, и как они называются?

4. Какие элементарные частицы вы знаете?

5. Что такое корпускулярно-волновой дуализм?

6. В чём суть теории Великого объединения?

Библиографический список

1. Ахиезер, A.M. Современная физическая картина мира / A.M. Ахиезер,

М.П. Рекало. — М.: Мир, 1980.

2. Ацюковский, В.А. Материализм и релятивизм / В.А. Ацюковский. — М.:

Знание, 1993.

3. Готт, B.C. Философия и прогресс в физике / B.C. Готт, В.Г. Сидоров. —

М.: Мир, 1986.

4. Гудков, Н.А. Идея "великого синтеза" в физике / Н.А. Гудков. — Киев:

Наук. думка, 1990.

5. Девис, П. Суперсила / П. Девис. — М.: Наука, 1989.

6. Михайлов, В.И. Единство физики / В.И. Михайлов. — Новосибирск: Изд-

во НГУ, 1993.

119

Глава 8. КОНЦЕПЦИИ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

В СОВРЕМЕННОМ ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

8.1. Развитие представлений о пространстве и времени

Естественно-научные представления о пространстве и времени прошли

длинный путь становления и развития. Самые первые из них возникли из

очевидного существования в природе и в первую очередь в макромире

твердых физических тел, занимающих определенный объем. Здесь

основными были обыденные представления о пространстве и времени как о

каких-то внешних условиях бытия, в которые помещена материя и которые

сохранились бы, если бы даже материя исчезла. Такой взгляд [1] позволил

сформулировать концепцию абсолютного пространства и времени,

получившую свою наиболее отчетливую формулировку в работе И. Ньютона

"Математические начала натуральной философии". Этот труд более чем на

два столетия определил развитие всей естественно-научной картины мира. В

нем были сформулированы основные законы движения и дано определение

пространства, времени, места и движения.

В доньютоновский период развитие представлений о пространстве и

времени носило преимущественно стихийный и противоречивый характер. И

только в "Началах" древнегреческого математика Евклида пространственные

характеристики объектов впервые обрели строгую математическую форму. В

это время зарождаются геометрические представления об однородном и

бесконечном пространстве.

Геоцентрическая система К. Птолемея, изложенная им в труде

"Альмагест", господствовала в естествознании до XVI в. Она представляла

собой первую универсальную математическую модель мира, в которой время

было бесконечным, а пространство конечным, включающим равномерное

круговое движение небесных тел вокруг неподвижной Земли.

Коренное изменение пространственной и всей физической картины

произошло в гелиоцентрической системе мира, развитой Н. Коперником в

работе "Об обращениях небесных сфер". Принципиальное отличие этой

системы мира от прежних теорий состояло в том, что в ней концепция

единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела

реальный эмпирический базис.

Первостепенную роль в развитии представлений о пространстве сыграл

открытый Г. Галилеем общий принцип классической механики — принцип

относительности Галилея [2]. Согласно этому принципу все физические

(механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся

или движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной по величине и

направлению скоростью. Такие системы называются инерциальными.

Математические преобразования Галилея отражают движение в двух

инерциальных системах, движущихся с относительно малой скоростью

(меньшей, чем скорость света в вакууме). Они устанавливают

инвариантность (неизменность) в системах длины, времени и ускорения.