SPATIUL si TIMPUL FIZIC
Fiecarui om natura i se pare imensa si
complexa scena unei uimitoare diversitati de aparitie de evenimente. Aceste
impresii sunt justificate de estimarile ordinelor de marime ale valorilor
marimilor de inters pentru studierea lumii naturale. Universul este imens.
Viata pare a fi cel mai complex fenonen din natura, iar toate cuceririle mari
ale stiintelor experimentale realizate de catre oameni rabdatori, perseverenti
cu intuitie sau inventivi au descris si-au explicat oamenilor de ce intampla
atatea lucruri in lume.
Realitatea obiectiva care ne
inconjoara este materia, care exista independent de contiinta noastra si este
reflectata de aceasta. Materia nu poate exista decat intr-o continua miscare
adica intr-un proces continuu de transformare.
Miscarea ca mod de existenta a materiei, se
realizeaza in spatiu si timp; in intelesul cel mai general spatiul si timpul
reprezinta forme obiective de existenta a materiei in miscare. Ele
generalizeaza relatiile spatiale si temporale, care caracterizeaza orice
obiect, fenomem sau proces material.
Fizica ia in consirare numai aspectele
cantitative ale spatiului si ale timpului, in sensul ca foloseste acele
insusiri ale spatiului si ale timpului, care se masoara cu etaloane de lungime
si respectiv cu ceasornice. Se vorbeste astfel despre un spatiu fizic si despre un timp fizic.
Toate fenomenele se desfasoara in ansamblul relatiilor spatiale si
temporale sau pe scurt in spatiul.
Ceea ce se petrece intr-un punct
determinat si la un moment dat se numeste eveniment. Pentru a preciza pozitia
unui eveniment in spatiu trebuie sa se efectueze trei masuratori si sa se
indice trei numere de exemplu: latitudinea,
longitudinea in raport cu suprafata pamantului. Aceasta informatie este
importanta si arata ca spatiul fizic este tridimensional. Nimeni nu stie de ce
este asa; desi Aristotel a incercat sa gaseasca o explicatie a acestei
probleme. Din punct de vedere matematic se pot defini spatii si cu un numar de
dimensiuni mai mare sau mai mic decat trei. Insa aceste posibilitati nu apar in
realitate si din motive necunoscute natura si-a ales ca arena de desfasurare a
evenimentelor spatiul cu trei dimensiuni.
Cele trei numere care determina pozitia unui
eveniment in spatiu se numesc coordonate
spatiale. Pentru descrierea pozitiei in spatiu a evenimentelor R. Descartes
(1596-1650) a ales un sistem de coordonate rectanguar denumit sistem de
coordonate cartezian.
Pentru indicarea momentului in care s-a
produs evenimentul este necesara o singura masuratoare si deci, indicarea unui
singur numar. Cu alte cuvinte timpul este unidimensional. Aceasta proprietate este atat de inerenta gandirii
noastre incat este greu chiar de imaginat un univers ipotetic cu un timp
multidimensional.
Axa timpului are un singur sens care
indica asa numita directie a timpului. Prin aceasta, masuratoarea temporara se
deosebeste fundamental de masuratorile spatiale. Vorbind despre directia
timpului se constata ca toate evenimentele se produc intr-o succesiune
determinata si anume de la trecut spre viitor. Pentru toti observatorii,
aceasta succesiune a evenimentelor
intr-un punct dat al
spatiului este una si aceeasi. Aceasta proprietate importanta este legata de
notiunea de cauzalitate. Intotdeauna
pe baza unei relatii cauza-efect intre doua evenimente care se produc in
acelasi punct si poate indica univoc care din ele este cauza si care este
efectul, deoarece, prin definitie cauza precede efectul.
Axele spatiale nu au un sens privilegiat
de exemplu un eveniment care se petrece in dreapta unui observator va apare in
stanga unui alt observator, care sta fata in fata cu primul.
Pentru descrierea miscarii, corpurilor se
alege un sistem de coordonate in sensul geometric si un sistem de ceasornice.
Ansamblul format din axele de coordonate si ceasornice se numeste sistem de referinta sau pe scurt referential. Folosind un sistem de
referinta se poate caracteriza un eveniment prin trei coordonate spatiale si o
coordonata temporala.
In fiecare punct din spatiu este necesar
sa existe un ceasornic (chiar si in corpul omenesc), deoarece in cazul unui
singur ceasornic asezat de exempul in originea coordonatelor se ridica
problema: 'comunicarii' catre
origine aceea ce s-a intamplat in punctele indepartate. Situatia ar fi destul
de complicata deorece in conformitate cu exceptiile fizicii moderne, toate
semnalele se propaga cu viteza finita. Doar in conceptia clasica (newtoniana),
care admite ca semnalele se propaga cu viteza infinita (instantaneu), se poate
defini un sistem de referinta cu un singur ceasornic.
Pentru a construi un sistem de
referinta se alege un corp de referinta
format dintr-o retea cubica de etaloana de lungime. Un nod oarecare al retelei
poate fi considerat originea celor trei axe: X,Y,Z in raport cu care se
determina coordonatele spatiale ale evenimentelor. In fiecare nod al retelei se
aseaza cate un ceasornic. Toate ceasornicele trebuie sa fie absolut identice si
sa aiba o origine comuna a timpului, adica sa fie sincronizare. Pentru a realiza sincronizarea ceasornicelor dispuse
pe o axa oarecare de exemplu pe axa X din originea coordonatelor se emite la un
moment dat ales ca origine a ceasornicului de baza un semnal electromagnetic.
Viteza dev propagare a undelor electomagnetice in vid fiind c=3x10 m/s,
observatorii de pe axa X vor considera prin definit ca momentul trecerii
semnalului prin punctul in care se afla este t=x/c unde x reprezinta coordonata
acestui punct.
Regland acele ceasornicelor, in acest mod se
realizeaza o sincronizare a lor de-a lungul axei X. Analog se pot sincroniza
ceasornicele din orice punct al spatiului.
Noi trebuie sa stim ca tot ceea ce ne inconjoara se petrece intr-un anumit
timp si cu un anumit motiv. Trebuie sa fim atenti la acestea pentru ca viata sa
fie traita din plin.
