Пространственные отношения в природе

Для рассмотрения пространственных отношений в одном измерении (напр. Вдоль оси Х) вводится эталонный объект- масштаб (линейка), в его качестве можно использовать любой материальный объект (твердое тело), размеры которого можно считать неизменными. Положение материального объекта вдоль оси Xможет быть указано в соответствии с правилом «ближе – дальше», после чего ему сопоставляется геометрическая точка х_А. За начало отсчета на такой оси выбирается произвольная точка х₀ = 0. Пространственные координаты одного и того же события относительны: они зависят от выбора начала отсчета пространственных координат и поэтому сами по себе не могут служить объективными характеристиками пространственных отношений.

Расстояние Dх между двумя точками на оси, которые показывают положение 2 различных материальных объектов настолько мало, что не зависит от выбора точки отсчета. Т. е. в данный момент времени расстояние вдоль оси X инвариантно (неизменно) по отношению к выбору начала отсчета пространственных координат, поэтому его можно выбирать в качестве объективной характеристики пространственных отношений вдоль оси Х. Это является одним из важнейших свойств пространства – его однородностью. Это приводит к тому, что всякая физическая система обладает еще одной фундаментальной характеристикой, называемой импульсом, которая сохраняется со временем в изолированной системе.

Наименьшее расстояние, которое воспринимают наши глаза – это толщина человеческого волоса, примерно равная одной десятой миллиметра, т.е. 10^-2см. Рост человека – это примерно 2м = 2×10²см. Расстояние до линии горизонта на уровне моря составляет 4 км = 4×10⁵см. Наконец, окружность экватора Земли приблизительно равна 40 тыс. км = 4×10⁹см. Расстояние до Солнца составляет уже 1,5×10⁸км (или 1,5×10¹³см), т.е. с «земной» точки зрения очень велико. Расстояние между звездами так велики, что их неудобно измерять в километрах. Для этого используется специальная единица измерения расстояний – световой год, которое проходит свет за один год, двигаясь со скоростью с=3×10⁵км/с). Наконец, радиус Вселенной равен примерно 20×10⁹ световых лет.

Что касается известных сегодня мелких размеров или расстояний, то они таковы. Размер пылинки около 10^-4см, атома – 10^-8см. В свою очередь, размер ядра атома – 10^-13см. Наименьшее изученное сегодня расстояние, на котором происходят физические процессы внутри ядра, составляет 10^-16см. Таким образом, полная шкала расстояний, освоенная физикой, охватывает более сорока порядков.

В трехмерном пространстве для каждого объекта необходимо задавать 3 координаты. Для описания пространственных соотношений 2 материальных объектов также нужно задавать еще направление от одного к другому (вектор расстояния Dr, представляющий собой направленный отрезок (стрелку), длина которого равна расстоянию Dr между объектами, а его направление в заданной системе координат характеризуется направляющими углами с осями координат.)

Еще одно важнейшее свойство пространства – его изотропность, которое означает физическое равноправие всех направлений в пространстве. То есть, всякая изолированная система обладает фундаментальной характеристикой (третьей), называемой полным моментом, которая сохраняется со временем.