Абсолютное пространство и время

Абсолютное пространство и время - это концепция физики и философии о свойствах вселенной. В физике абсолютное пространство и время могут быть предпочтительной рамкой .

Ранняя концепция

Версия концепции абсолютного пространства (в смысле предпочтительного кадра ) можно увидеть в аристотелевской физике . ^{[ 1 ]} Роберт С. Уэстман пишет, что «запах» абсолютного пространства может наблюдаться в Copernicus , de Revolutionibus orbium coelestium где Copernicus использует концепцию неподвижной сферы звезд. ^{[ 2 ]}

Ньютон

Первоначально представленные сэром Исааком Ньютоном в Philosophiæ Naturalis Principia Matematica , концепции абсолютного времени и пространства обеспечили теоретическую основу, которая облегчила ньютоновскую механику . ^{[ 3 ]} Согласно Ньютону, абсолютное время и пространство соответственно являются независимыми аспектами объективной реальности: ^{[ 4 ]}

Абсолютное, истинное и математическое время, самого себя, и из -за своей собственной природы течет в равной степени без учета чего -либо внешнего, а другое имя называется продолжительностью: относительно, очевидное и общее время, является некоторым разумным и внешним (будь то точным или невозможным) мерой продолжительности с помощью движения, которое обычно используется вместо истинного времени ...

По словам Ньютона, абсолютное время существует независимо от любого восприятия и прогрессирует в постоянных темпах по всей вселенной. В отличие от относительного времени, Ньютон полагал, что абсолютное время было незаметным и может быть только математически понято. По словам Ньютона, люди способны только воспринимать относительное время, которое представляет собой измерение воспринимаемых объектов в движении (например, луна или солнце). Из этих движений мы выводим время.

Абсолютное пространство, по своему собственному характеру, без учета чего -либо внешнего, всегда остается похожим и неподвижным. Относительное пространство - это некоторое подвижное измерение или мера абсолютных пространств; которые наши чувства определяют по его положению к телам: и что вульгарно принимается для недвижимого пространства ... Абсолютное движение - это перевод тела из одного абсолютного места в другое: и относительное движение, перевод из одного относительного места в другое ...
- Исаак Ньютон

Эти понятия подразумевают, что абсолютное пространство и время не зависят от физических событий, но являются фоном или сценой, в рамках которой происходят физические явления. Таким образом, каждый объект имеет абсолютное состояние движения относительно абсолютного пространства, так что объект должен находиться либо в состоянии абсолютного покоя , либо двигаться на некоторой абсолютной скорости . ^{[ 5 ]} Чтобы поддержать свои взгляды, Ньютон дал несколько эмпирических примеров: согласно Ньютону, одиночная вращающаяся сфера может быть выведена по поводу его оси относительно абсолютного пространства, наблюдая за выпуклостью его экватора, и одиночная пара сфер, связанных веревкой быть выведенными в абсолютном вращении вокруг своего центра тяжести ( барицентра ), наблюдая за напряжением в веревке.

Разные взгляды

Исторически было разные взгляды на концепцию абсолютного пространства и времени. Готфрид Лейбниц придерживался мнения, что пространство не имело смысла, кроме как относительное местоположение тел, и время не имело смысла, кроме как относительное движение тел. ^{[ 6 ]} Джордж Беркли предположил, что, не имея какой -либо точки отсчета, сфера в остальной пустой вселенной не может быть задумана для вращения, а пара сфер может быть задумана, чтобы вращаться по сравнению друг с другом, но не вращать вокруг своего центра тяжести, ^{[ 7 ]} Пример, позже поднятый Альбертом Эйнштейном в его развитии общей относительности.

Более недавняя форма этих возражений была сделана Эрнстом Махом . Принцип Маха предполагает, что механика полностью связана с относительным движением тел, и, в частности, масса является выражением такого относительного движения. Так, например, одна частица во вселенной без других тел будет иметь нулевую массу. По словам Маха, примеры Ньютона просто иллюстрируют относительное вращение сфер и основную часть вселенной. ^{[ 8 ]}

Когда, соответственно, мы говорим, что тело сохраняет его направление и скорость в космосе , наше утверждение - не более или менее, чем сокращенная ссылка на всю вселенную .
–Shm ^{[ 9 ]}

Эти взгляды, противостоящие абсолютному пространству и времени, можно рассматривать из современной позиции как попытку ввести операционные определения для пространства и времени, что явно была явно в особой теории относительности.

Даже в контексте ньютоновской механики современное мнение в том, что абсолютное пространство не нужно. Вместо этого понятие инерционной структуры отсчета имела приоритет, то есть предпочтительный набор кадров , которые равномерно движутся друг с другом по отношению друг к другу. Законы физики превращаются из одной инерционной рамки в другой в соответствии с галилейской относительностью , что приводит к следующим возражениям против абсолютного пространства, как указано Милутин Благоевич: ^{[ 10 ]}

Существование абсолютного пространства противоречит внутренней логике классической механики, поскольку, согласно Галилийскому принципу относительности, ни одна из инерционных рамок не может быть выделена.

Абсолютное пространство не объясняет инерционные силы, поскольку они связаны с ускорением по отношению к любой из инерционных рам.

Абсолютное пространство действует на физические объекты, вызывая их сопротивление ускорению, но на него нельзя действовать.

Сам Ньютон признал роль инерционных рам. ^{[ 11 ]}

Движения тел, включенные в данное пространство, одинаковы между собой, независимо от того, находится ли это пространство в состоянии покоя или движется равномерно вперед по прямой.

Что касается практического вопроса, инерционные рамы часто принимаются в виде рамки, движущихся равномерно по отношению к фиксированным звездам . ^{[ 12 ]} См. Инерциальную систему отсчета для получения дополнительной информации об этом.

Математические определения

Пространство , как понятно в ньютоновской механике , является трехмерным и евклидовым , с фиксированной ориентацией . Это обозначено E ³Полем Если какой -то пункт o в e ³ фиксируется и определяется как происхождение , положение любой точки P в E ³ уникально определяется его радиусом вектором $\mathbf {r} ={\vec {OP}}$ (Происхождение этого вектора совпадает с точкой O , а его конец совпадает с точкой P ). Трехмерное линейное векторное пространство r ³ набор . всех векторов радиуса Пространство р ³ наделен скалярным продуктом ⟨,⟩.

Время - скаляр , который одинаково во всем пространстве E ³ и обозначается как т . { Заказанный набор t } называется оси времени.

Движение (также путь или траектория ) является функцией r : Δ → r ³ Это отображает точку в интервале δ от оси времени до положения (вектор радиуса) в r ³.

Приведенные выше четыре понятия являются «известными» объектами, упомянутыми Исааком Ньютоном в его принципиальном :

Я не определяю время, пространство, место и движение, как хорошо известный всем. ^{[ 13 ]}

Особая относительность

Концепции пространства и времени были отделены в физической теории до появления специальной теории относительности , которая связывала их и показала, что оба зависят от движения эталонного кадра. В теориях Эйнштейна идеи абсолютного времени и пространства были заменены понятием пространства -времени в особой относительности и изогнутом пространстве в общей относительности .

Абсолютная одновременность относится к совпадению событий во времени в разных местах в пространстве способом, согласованным во всех кадрах ссылки . Теория относительности не имеет концепции абсолютного времени, потому что существует относительность одновременности . Событие, которое одновременно с другим событием в одном рамке отсчета, может быть в прошлом или будущем этого события в другой структуре отсчета, ^{[ 6 ]}^: 59 который отрицает абсолютную одновременность.

Эйнштейн

Приведенный ниже из своих более поздних документов, Эйнштейн определил термин Aether с «свойствами пространства», терминологией, которая не широко используется. Эйнштейн заявил, что в целом относительность «эфир» больше не является абсолютным, поскольку геодезическая и, следовательно, структура пространства -времени зависит от наличия материи. ^{[ 14 ]}

Отрицать эфир, в конечном счете, предположить, что пустое пространство не имеет физических качеств. Фундаментальные факты механики не гармонизируются с этой точкой зрения. Для механического поведения телесной системы, свободно зависшей в пустом пространстве, зависит не только от относительных положений (расстояний) и относительных скоростей, но и от его состояния вращения, которые физически могут рассматриваться как характеристика, не прижимаясь к системе само по себе. Чтобы иметь возможность взглянуть на вращение системы, по крайней мере, формально, как нечто реальное, Ньютон объективирует пространство. Поскольку он наказывает свое абсолютное пространство вместе с реальными вещами, его вращение относительно абсолютного пространства также является чем -то реальным. Ньютон мог бы не менее хорошо назвать его абсолютное пространство «эфиром»; Важно просто то, что, кроме того, наблюдаемые объекты, другая вещь, которая не воспринимается, должна рассматриваться как реальная, чтобы позволить ускорять или вращение рассматриваться как нечто реальное.
- Альберт Эйнштейн, Эфир и Теория относительности (1920) ^{[ 15 ]}

Поскольку больше невозможно было говорить в любом абсолютном смысле, одновременных состояний в разных местах в эфире, эфир стал, как бы это ни было четырехмерным, поскольку не было никакого объективного способа упорядочения своих состояний только по времени. Согласно специальной относительности, атер был абсолютным, поскольку его влияние на инерцию и распространение света считалось самой независимой от физического влияния ... Теория относительности решала эту проблему, установив поведение электрически нейтрального точка масса по закону геодезической линии, согласно которой инерционные и гравитационные эффекты больше не рассматриваются как отдельные. При этом он прикреплял характеристики к эфиру, которые варьируются от точки к точке, определяя метрику и динамическое поведение материальных точек и определяли, в свою очередь, с помощью физических факторов, а именно распределения массы/энергии. Таким образом, эфир общей относительности отличается от лиц классической механики и особой относительности, поскольку она не является «абсолютным», но определяется, по его локально переменной характеристикам, с помощью облегченного вещества.
- Альберт Эйнштейн, об эфире (1924) ^{[ 16 ]}

Общая относительность

Специальная относительность устраняет абсолютное время (хотя Гёдель и другие подозревают, что абсолютное время может быть действительным для некоторых форм общей относительности) ^{[ 17 ]} и общая относительность еще больше снижает физический охват абсолютного пространства и времени посредством концепции геодезики . ^{[ 6 ]}^{: 207–223} Похоже, что существует абсолютное пространство по отношению к далеким звездам , потому что местные геодезики в конечном итоге направляют информацию от этих звезд, но нет необходимости вызывать абсолютное пространство в отношении физики любой системы, поскольку ее локальные геодезики достаточны для описания его космоса. ^{[ 18 ]}

Смотрите также

Ссылки и примечания

^ «Абсолютное и реляционное пространство и движение: классические теории» . Стэнфордская энциклопедия философии . 19 июля 2021 года.
^ Роберт С. Уэстман, Коперниканское достижение , Университет Калифорнийской Прессы, 1975, с. 45
^ Кнудсен, Йенс М.; Hjorth, Poul (2012). Элементы ньютоновской механики (иллюстрировано изд.). Springer Science & Business Media . п. 30. ISBN 978-3-642-97599-8 .
^ Ньютон, Исаак; Читтенден, NW Life of Sir Isaac Newton; Аде, Даниэль; Мотт, Эндрю; Хилл, Теодор Престон Ранняя Америка Математика Книги Cu-Banc (1846). Принципия Ньютона: математические принципы естественной философии Библиотеки Калифорнийского университета. Нью-Йорк: опубликовано Даниэлем Ади.
^ Пространство и время: инерционные рамки (Стэнфордская энциклопедия философии)
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Ferraro, Rafael (2007), пространственное время Эйнштейна: введение в специальную и общую относительность , Springer Science & Business Media, Bibcode : 2007esti.book ..... f , ISBN 9780387699462
^ Дэвис, Пол; Гриббин, Джон (2007). Миф о вопросах: драматические открытия, которые бросают вызов нашему пониманию физической реальности . Саймон и Шустер . п. 70. ISBN 978-0-7432-9091-3 .
^ Ernst Mach; Как цитируется Ignazio ciufolini; Джон Арчибальд Уилер (1995). Гравитация и инерция УНИВЕРСИТЕТА ПРИСЕТА ПРИЗНАЯ Стр. 386–3 ISBN 978-0-691-03323-5 .
^ Как цитируется Ciufolini и Wheeler : гравитация и инерция , с. 387
^ Blagojevic, Милутин (2002). Гравитация и датчика симметрии . CRC Press . П. 978-0-7503-0767-3 .
^ Ньютон, Исаак; Читтенден, NW Life of Sir Isaac Newton; Аде, Даниэль; Мотт, Эндрю; Хилл, Теодор Престон Ранняя Америка Математика Книги Cu-Banc (1846). Принципия Ньютона: математические принципы естественной философии Библиотеки Калифорнийского университета. Нью-Йорк: опубликовано Даниэлем Ади. П. 88
^ Møller, C. (1976). Теория относительности (второе изд.). Оксфорд, Великобритания: издательство Оксфордского университета . п. 1. ISBN 978-0-19-560539-6 Полем OCLC 220221617 .
^ Newton 1687 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , Londini, Jussu Societatis regiae ac typis J. Streater, или математические принципы естественной философии , Лондон , английский перевод Эндрю Мотта 1700 -х годов. От части схлия, перепечатана на странице 737 о плечах гигантов : великие произведения физики и астрономии (работы Коперника , Кеплер , Галилео , Ньютона и Эйнштейна ). Стивен Хокинг , изд. 2002 ISBN 0-7624-1348-4
^ Костро Л. (2001), «Новый эфир Альберта Эйнштейна и его общая теория относительности» (PDF) , Материалы Конференции прикладной дифференциальной геометрии : 78–86, архивируя от первоначальной (PDF) 2010-08-02.
^ Эйнштейн, Альберт: « Эфир и теория теории относительности » (1920), боковые фонари о относительности (Methuen, London, 1922)
^ А. Эйнштейн (1924), «Об эфире», переговоры Швейцарского общества естественных исследований , 105 (2): 85–93 . Английский перевод: Ather в отношении архивирования 2010-11-04 в The Wayback Machine
^ Савитт, Стивен Ф. (сентябрь 2000 г.), «Нет времени, как настоящее (в Minkowski Spacetime», «Философия науки» , 67 (S1): S563 - S574, Citeseerx 10.1.1.14.6140 , doi : 10.1086/392846 , S2CID 121275903
^ Гилсон, Джеймс Г. (1 сентября 2004 г.), Принцип Маха II , Arxiv : Physics/0409010 , Bibcode : 2004 Physics ... 9010G

Внешние ссылки

СМИ, связанные с абсолютным пространством и временем в Wikimedia Commons

[1] «Абсолютное и реляционное пространство и движение: классические теории» . Стэнфордская энциклопедия философии . 19 июля 2021 года.

[2] Роберт С. Уэстман, Коперниканское достижение , Университет Калифорнийской Прессы, 1975, с. 45

[3] Кнудсен, Йенс М.; Hjorth, Poul (2012). Элементы ньютоновской механики (иллюстрировано изд.). Springer Science & Business Media . п. 30. ISBN 978-3-642-97599-8 .

[Newton-4] Ньютон, Исаак; Читтенден, NW Life of Sir Isaac Newton; Аде, Даниэль; Мотт, Эндрю; Хилл, Теодор Престон Ранняя Америка Математика Книги Cu-Banc (1846). Принципия Ньютона: математические принципы естественной философии Библиотеки Калифорнийского университета. Нью-Йорк: опубликовано Даниэлем Ади.

[5] Пространство и время: инерционные рамки (Стэнфордская энциклопедия философии)

[Ferraro-6] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Ferraro, Rafael (2007), пространственное время Эйнштейна: введение в специальную и общую относительность , Springer Science & Business Media, Bibcode : 2007esti.book ..... f , ISBN 9780387699462

[Davies-7] Дэвис, Пол; Гриббин, Джон (2007). Миф о вопросах: драматические открытия, которые бросают вызов нашему пониманию физической реальности . Саймон и Шустер . п. 70. ISBN 978-0-7432-9091-3 .

[Wheeler-8] Ernst Mach; Как цитируется Ignazio ciufolini; Джон Арчибальд Уилер (1995). Гравитация и инерция УНИВЕРСИТЕТА ПРИСЕТА ПРИЗНАЯ Стр. 386–3 ISBN 978-0-691-03323-5 .

[9] Как цитируется Ciufolini и Wheeler : гравитация и инерция , с. 387

[Blagojević2-10] Blagojevic, Милутин (2002). Гравитация и датчика симметрии . CRC Press . П. 978-0-7503-0767-3 .

[Principia-11] Ньютон, Исаак; Читтенден, NW Life of Sir Isaac Newton; Аде, Даниэль; Мотт, Эндрю; Хилл, Теодор Престон Ранняя Америка Математика Книги Cu-Banc (1846). Принципия Ньютона: математические принципы естественной философии Библиотеки Калифорнийского университета. Нью-Йорк: опубликовано Даниэлем Ади. П. 88

[Moeller-12] Møller, C. (1976). Теория относительности (второе изд.). Оксфорд, Великобритания: издательство Оксфордского университета . п. 1. ISBN 978-0-19-560539-6 Полем OCLC 220221617 .

[13] Newton 1687 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , Londini, Jussu Societatis regiae ac typis J. Streater, или математические принципы естественной философии , Лондон , английский перевод Эндрю Мотта 1700 -х годов. От части схлия, перепечатана на странице 737 о плечах гигантов : великие произведения физики и астрономии (работы Коперника , Кеплер , Галилео , Ньютона и Эйнштейна ). Стивен Хокинг , изд. 2002 ISBN 0-7624-1348-4

[kostb-14] Костро Л. (2001), «Новый эфир Альберта Эйнштейна и его общая теория относительности» (PDF) , Материалы Конференции прикладной дифференциальной геометрии : 78–86, архивируя от первоначальной (PDF) 2010-08-02.

[einstb-15] Эйнштейн, Альберт: « Эфир и теория теории относительности » (1920), боковые фонари о относительности (Methuen, London, 1922)

[16] А. Эйнштейн (1924), «Об эфире», переговоры Швейцарского общества естественных исследований , 105 (2): 85–93 . Английский перевод: Ather в отношении архивирования 2010-11-04 в The Wayback Machine

[Savitt-17] Савитт, Стивен Ф. (сентябрь 2000 г.), «Нет времени, как настоящее (в Minkowski Spacetime», «Философия науки» , 67 (S1): S563 - S574, Citeseerx 10.1.1.14.6140 , doi : 10.1086/392846 , S2CID 121275903

[18] Гилсон, Джеймс Г. (1 сентября 2004 г.), Принцип Маха II , Arxiv : Physics/0409010 , Bibcode : 2004 Physics ... 9010G

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

v Т и Сэр Исаак Ньютон
Publications	Fluxions (1671) De Motu (1684) Principia (1687) Opticks (1704) Queries (1704) Arithmetica (1707) De Analysi (1711)
Other writings	Quaestiones (1661–1665) "standing on the shoulders of giants" (1675) Notes on the Jewish Temple (c. 1680) "General Scholium" (1713; "hypotheses non fingo" ) Ancient Kingdoms Amended (1728) Corruptions of Scripture (1754)
Contributions	Calculus fluxion Impact depth Inertia Newton disc Newton polygon Newton–Okounkov body Newton's reflector Newtonian telescope Newton scale Newton's metal Spectrum Structural coloration
Newtonianism	Bucket argument Newton's inequalities Newton's law of cooling Newton's law of universal gravitation post-Newtonian expansion parameterized gravitational constant Newton–Cartan theory Schrödinger–Newton equation Newton's laws of motion Kepler's laws Newtonian dynamics Newton's method in optimization Apollonius's problem truncated Newton method Gauss–Newton algorithm Newton's rings Newton's theorem about ovals Newton–Pepys problem Newtonian potential Newtonian fluid Classical mechanics Corpuscular theory of light Leibniz–Newton calculus controversy Newton's notation Rotating spheres Newton's cannonball Newton–Cotes formulas Newton's method generalized Gauss–Newton method Newton fractal Newton's identities Newton polynomial Newton's theorem of revolving orbits Newton–Euler equations Newton number kissing number problem Newton's quotient Parallelogram of force Newton–Puiseux theorem Absolute space and time Luminiferous aether Newtonian series table
Personal life	Woolsthorpe Manor (birthplace) Cranbury Park (home) Early life Later life Apple tree Religious views Occult studies Scientific Revolution Copernican Revolution
Relations	Catherine Barton (niece) John Conduitt (nephew-in-law) Isaac Barrow (professor) William Clarke (mentor) Benjamin Pulleyn (tutor) Roger Cotes (student) William Whiston (student) John Keill (disciple) William Stukeley (friend) William Jones (friend) Abraham de Moivre (friend)
Depictions	Newton by Blake (monotype) Newton by Paolozzi (sculpture) Isaac Newton Gargoyle Astronomers Monument
Namesake	Newton (unit) Newton's cradle Isaac Newton Institute Isaac Newton Medal Isaac Newton Telescope Isaac Newton Group of Telescopes XMM-Newton Sir Isaac Newton Sixth Form Statal Institute of Higher Education Isaac Newton Newton International Fellowship
Categories	Isaac Newton