Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Время
Текущее время ( обновление )
22:20, 23 февраля 2021 г. ( UTC )
Основные концепции
Области исследования
Философия
  • Измерение
  • Стандарты
похожие темы

Абсолютное пространство и время - это понятие в физике и философии о свойствах Вселенной. В физике предпочтительной системой отсчета могут быть абсолютное пространство и время .

Перед Ньютоном [ править ]

Вариант концепции абсолютного пространства (в смысле предпочтительной системы отсчета ) можно увидеть в аристотелевской физике . [1] Роберт С. Westman пишет , что «дуновение» абсолютного пространства можно наблюдать в Коперника «s О вращении небесных сфер , где Коперник использует понятие неподвижной сферы звезд. [2]

Ньютон [ править ]

Понятия абсолютного времени и пространства, впервые введенные сэром Исааком Ньютоном в « Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» , послужили теоретической основой, которая упростила ньютоновскую механику . [3] Согласно Ньютону, абсолютное время и пространство, соответственно, являются независимыми аспектами объективной реальности: [4]

Абсолютное, истинное и математическое время само по себе и из своей собственной природы течет равномерно, независимо от чего-либо внешнего, и по другому имени называется длительностью: относительное, кажущееся и обычное время - это некоторая разумная и внешняя (точная или неравномерная) мера продолжительности с помощью движения, которое обычно используется вместо истинного времени ...

Согласно Ньютону, абсолютное время существует независимо от любого воспринимающего и движется с постоянной скоростью по всей вселенной. В отличие от относительного времени, Ньютон считал, что абсолютное время незаметно и может быть понято только математически. Согласно Ньютону, люди способны воспринимать только относительное время, которое является мерой воспринимаемых движущихся объектов (например, Луны или Солнца). По этим движениям мы делаем вывод о течении времени.

Абсолютное пространство по своей природе, безотносительно к чему-либо внешнему, всегда остается подобным и неподвижным. Относительное пространство - это подвижное измерение или мера абсолютных пространств; которое наши органы чувств определяют по его положению к телам: и которое обычно принимается за неподвижное пространство ... Абсолютное движение - это перевод тела из одного абсолютного места в другое, а относительное движение - это перевод из одного относительного места в другое ... .

-  Исаак Ньютон

Эти понятия подразумевают, что абсолютное пространство и время не зависят от физических событий, а являются фоном или сценой, в 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 с некоторой абсолютной скоростью . [5] В подтверждение своих взглядов Ньютон привел несколько эмпирических примеров: согласно Ньютону, можно сделать вывод, что одиночная вращающаяся сфера вращается вокруг своей оси относительно абсолютного пространства, наблюдая выпуклость ее экватора, а уединенную пару сфер, связанных между собой канат может быть выведен в абсолютном вращении об их центре тяжести ( барицентр), наблюдая за натяжением веревки.

Различные взгляды [ править ]

Две сферы вращаются вокруг оси. Сферы расположены достаточно далеко, чтобы их влияние друг на друга можно было игнорировать, и они удерживаются вместе веревкой. Если веревка находится под натяжением, это потому, что тела вращаются относительно абсолютного пространства согласно Ньютону , или потому, что они вращаются относительно самой Вселенной согласно Маху , или потому, что они вращаются относительно местных геодезических согласно общей теории относительности .

Исторически сложились разные взгляды на концепцию абсолютного пространства и времени. Готфрид Лейбниц считал, что пространство не имеет смысла, кроме как относительного расположения тел, а время не имеет смысла, кроме как относительного движения тел. [6] Джордж Беркли предположил, что из-за отсутствия какой-либо точки отсчета сфера в пустой вселенной не может вращаться, а пара сфер может вращаться относительно друг друга, но не вращаться вокруг своего центра. о гравитации [7] , пример, который позже привел Альберт Эйнштейн при разработке общей теории относительности.

Более позднюю форму этих возражений высказал Эрнст Мах . Принцип Маха предполагает, что механика полностью посвящена относительному движению тел и, в частности, масса является выражением такого относительного движения. Так, например, единичная частица во вселенной без других тел будет иметь нулевую массу. Согласно Маху, примеры Ньютона просто иллюстрируют относительное вращение сфер и основной части Вселенной. [8]

Когда, соответственно, мы говорим, что тело сохраняет неизменными свое направление и скорость в пространстве , наше утверждение является не чем иным, как сокращенной ссылкой на всю вселенную .
- Эрнст Мах; цитируется Чуфолини и Уилером : Gravitation and Inertia , p. 387

Эти взгляды, противостоящие абсолютному пространству и времени, могут быть рассмотрены с современной точки зрения как попытка ввести операциональные определения пространства и времени - перспектива, явно выраженная в специальной теории относительности.

Даже в контексте механики Ньютона современный взгляд состоит в том, что абсолютное пространство не нужно. Вместо этого понятие инерциальной системы отсчета имеет приоритет, то есть предпочтительный набор систем отсчета, которые движутся равномерно относительно друг друга. Законы физики преобразуются из одной инерциальной системы отсчета в другую в соответствии с теорией относительности Галилея , что приводит к следующим возражениям против абсолютного пространства, как обрисовал Милутин Благоевич: [9]

  • Существование абсолютного пространства противоречит внутренней логике классической механики, поскольку в соответствии с принципом относительности Галилея ни одна из инерциальных систем не может быть выделена.
  • Абсолютное пространство не объясняет силы инерции, поскольку они связаны с ускорением относительно любой из систем инерции.
  • Абсолютное пространство действует на физические объекты, вызывая их сопротивление ускорению, но на него нельзя воздействовать.

Сам Ньютон признавал роль инерциальных систем отсчета. [10]

Движения тел, включенных в данное пространство, одинаковы между собой, независимо от того, находится ли это пространство в покое или движется равномерно вперед по прямой линии.

На практике инерциальные системы отсчета часто принимаются как системы, движущиеся равномерно относительно неподвижных звезд . [11] См. Инерциальную систему отсчета для более подробного обсуждения этого вопроса.

Математические определения [ править ]

Пространство , как понимается в механике Ньютона , трехмерно и евклидово с фиксированной ориентацией . Обозначается E 3 . Если некоторая точка O в E 3 фиксирована и определена как начало координат , положение любой точки P в E 3 однозначно определяется ее радиус-вектором (начало этого вектора совпадает с точкой O, а его конец совпадает с точкой P ). Трехмерное линейное векторное пространство R 3 - это набор всех радиус-векторов. В пространстве R 3 имеется скалярное произведение ⟨,⟩.

Время - это скаляр, который одинаков во всем пространстве E 3 и обозначается t . Упорядоченное множество { т } называется осью времени.

Движение (также путь или траектория ) - это функция r  : Δ → R 3, которая отображает точку в интервале Δ от оси времени в положение (радиус-вектор) в R 3 .

Вышеупомянутые четыре концепции являются «хорошо известными» объектами, упомянутыми Исааком Ньютоном в его « Началах» :

Я не определяю время, пространство, место и движение как хорошо известные всем. [12]

Специальная теория относительности [ править ]

Понятия пространства и времени были разделены в физической теории до появления специальной теории относительности , которая связала эти два понятия и показала, что оба они зависят от движения системы отсчета. В теориях Эйнштейна идеи абсолютного времени и пространства были заменены понятием пространства-времени в специальной теории относительности и искривленным пространством-временем в общей теории относительности .

Абсолютная одновременность относится к совпадению событий во времени в разных точках пространства в порядке, согласованном во всех системах отсчета. В теории относительности нет понятия абсолютного времени, потому что существует относительность одновременности . Событие, которое является одновременным с другим событием в одной системе отсчета, может быть в прошлом или будущем этого события в другой системе отсчета [6] : 59, что отрицает абсолютную одновременность.

Эйнштейн [ править ]

Основная статья: взгляды Эйнштейна на эфир

Цитируемые ниже из его более поздних работ, Эйнштейн отождествил термин эфир со «свойствами пространства», терминологией, которая не получила широкого распространения. Эйнштейн заявил, что в общей теории относительности «эфир» больше не является абсолютным, поскольку геодезическая и, следовательно, структура пространства-времени зависит от наличия материи. [13]

Отрицать эфир - значит предполагать, что пустое пространство не имеет никаких физических качеств. Основные факты механики не согласуются с этой точкой зрения. За механическое поведение телесной системы, свободно парящей в пустом пространстве.зависит не только от относительного положения (расстояний) и относительных скоростей, но и от его состояния вращения, которое физически можно рассматривать как характеристику, не относящуюся к самой системе. Чтобы иметь возможность рассматривать вращение системы, хотя бы формально, как нечто реальное, Ньютон объективизирует пространство. Поскольку он классифицирует свое абсолютное пространство вместе с реальными вещами, для него вращение относительно абсолютного пространства также является чем-то реальным. С тем же успехом Ньютон мог бы назвать свое абсолютное пространство «эфиром»; существенно то, что помимо наблюдаемых объектов, еще одна вещь, которая не воспринимается, должна рассматриваться как реальная, чтобы ускорение или вращение можно было рассматривать как нечто реальное.

-  Альберт Эйнштейн, Эфир и теория относительности (1920) [14]

Поскольку уже было невозможно говорить в каком-либо абсолютном смысле об одновременных состояниях в разных местах эфира, эфир стал как бы четырехмерным, поскольку не было объективного способа упорядочить его состояния только по времени. Согласно специальной теории относительности, эфир был абсолютным, поскольку его влияние на инерцию и распространение света считалось независимым от физического воздействия ... Теория относительности разрешила эту проблему, установив поведение электрически нейтрального точечная масса по закону геодезической линии, согласно которому инерционные и гравитационные эффекты больше не рассматриваются как отдельные. При этом он придавал эфиру характеристики, которые меняются от точки к точке, определяя метрику и динамическое поведение материальных точек, и определял:в свою очередь, физическими факторами, а именно распределением массы / энергии. Таким образом, эфир общей теории относительности отличается от эфира классической механики и специальной теории относительности тем, что он не «абсолютен», а определяется в своих локально изменяемых характеристиках весомой материей.

-  Альберт Эйнштейн, Über den Äther (1924) [15]

Общая теория относительности [ править ]

Специальная теория относительности исключает абсолютное время (хотя Гёдель и другие подозревают, что абсолютное время может быть справедливым для некоторых форм общей теории относительности) [16], а общая теория относительности еще больше сужает физический объем абсолютного пространства и времени с помощью концепции геодезических . [6] : 207–223 Кажется, что существует абсолютное пространство относительно далеких звезд, потому что локальные геодезические в конечном итоге передают информацию от этих звезд, но нет необходимости использовать абсолютное пространство по отношению к физике любой системы, поскольку ее локальные геодезические достаточно для описания его пространства-времени. [17]

См. Также [ править ]

  • Абсолютное вращение
  • Абсолютная теория
  • Апейрон
  • Аргумент ведра
  • Принцип Коперника
  • Инерциальная система отсчета
  • Светоносный эфир
  • Принцип маха
  • Философия пространства и времени
  • Вращающиеся сферы
  • Вакуум

Ссылки и примечания [ править ]

  1. ^ Абсолютные и относительные теории пространства и движения
  2. ^ Роберт С. Вестман, Достижение Коперника , Калифорнийский университет Press, 1975, стр. 45.
  3. ^ Knudsen, Jens M .; Хьорт, Поул (2012). Элементы ньютоновской механики (иллюстрировано ред.). Springer Science & Business Media . п. 30. ISBN 978-3-642-97599-8.
  4. ^ В Philosophiae Naturalis Principia Mathematica См. Принципы онлайн на Переводе Эндрю Мотта
  5. ^ Пространство и время: инерционные кадры (Стэнфордская энциклопедия философии)
  6. ^ a b c Ферраро, Рафаэль (2007), Пространство-время Эйнштейна: Введение в специальную и общую теорию относительности , Springer Science & Business Media, Bibcode : 2007esti.book ..... F , ISBN 9780387699462
  7. ^ Пол Дэвис; Джон Гриббин (2007). Миф о материи: драматические открытия, которые бросают вызов нашему пониманию физической реальности . Саймон и Шустер . п. 70. ISBN 978-0-7432-9091-3.
  8. ^ Эрнст Мах; цитируется Игнацио Чуфолини; Джон Арчибальд Уиллер (1995). Гравитация и инерция . Издательство Принстонского университета . С. 386–387. ISBN 978-0-691-03323-5.
  9. ^ Милутин Благоевич (2002). Гравитационная и калибровочная симметрии . CRC Press . п. 5. ISBN 978-0-7503-0767-3.
  10. ^ Исаак Ньютон: Принципы , следствие V, стр. 88 в переводе Эндрю Мотта. Ознакомьтесь с принципами онлайн на сайте Andrew Motte Translation.
  11. Перейти ↑ C Møller (1976). Теория относительности (второе изд.). Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета . п. 1. ISBN 978-0-19-560539-6. OCLC  220221617 .
  12. ^ Ньютон 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. Из части Схолиума, перепечатанной на странице 737 книги « На плечах гигантов : великие труды по физике и астрономии» (работы Коперника , Кеплера , Галилея , Ньютона и Эйнштейна ). Стивен Хокинг , изд. 2002 ISBN 0-7624-1348-4 
  13. ^ Kostro, L. (2001), «Альберт Эйнштейн Нового Эфир и его общая теория относительности» (PDF) , Труды конференции прикладной дифференциальной геометрии : 78-86, архивируются от оригинала (PDF) на 2010-08-02.
  14. ↑ Эйнштейн, Альберт: « Эфир и теория относительности » (1920), Взгляд на теорию относительности (Метуэн, Лондон, 1922)
  15. ^ А. Эйнштейна (1924), "Über ден Ather" , Verhandlungen дер Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft , 105 (2): 85-93. Английский перевод: Об эфире, заархивированном 4 ноября 2010 г. на Wayback Machine.
  16. ^ Savitt, Стивен Ф. (сентябрь 2000), "Там нет времени , как настоящее (в Минковского Spacetime)", философия науки , 67 (S1): S563-S574, CiteSeerX 10.1.1.14.6140 , DOI : 10,1086 / 392846 , S2CID 121275903  
  17. ↑ Gilson, James G. (1 сентября 2004 г.), Принцип Маха II , arXiv : Physics / 0409010 , Bibcode : 2004physics ... 9010G