Абсолютное пространство и время

редактировать
Теоретические основы механики Ньютона

Абсолютное пространство и времяравно концепция в физике и философии о свойствах Вселенной. В физике абсолютное пространство и время могут быть предпочтительной системой отсчета.

Содержание

  • 1 До Ньютона
  • 2 Ньютона
  • 3 Различные взгляды
  • 4 Специальная теория относительности
  • 5 Эйнштейн
  • 6 Общая теория относительности
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки и примечания

До Ньютона

Версия концепции абсолютного пространства (в смысле предпочтительной системы отсчета ) можно увидеть в аристотелевской физике. Роберт С. Вестман пишет, что "запах" абсолютного пространства можно наблюдать в De Revolutionibus Коперника orbium coelestium, где Коперник использует понятие неподвижной звездной сферы.

Ньютон

Первоначально введено сэром Исааком Ньютоном в Philosophiæ Naturalis Principia В системе Mathematica концепции абсолютного времени и пространства обеспечили теоретическую основу, которая облегчила механику Ньютона. Согласно Ньютону, абсолютное время и пространство, соответственно, являются независимыми аспектами объективной реальности:

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 продолжительностью: относительное, кажущееся и обычное время - это некоторая разумная и внешняя (точная или неоднозначная) мера продолжительности посредством движения, которое обычно используется вместо истинного времени...

Согласно Ньютону, абсолютное время существует независимо от любой воспринимающий и прогрессирует в постоянном темпе 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, но являются фоном или декорацией, 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. В подтверждение своих взглядов Ньютон привел несколько эмпирических примеров: согласно Ньютону, можно сделать вывод, что уединенная вращающаяся сфера вращается вокруг своей оси относительно абсолютного пространства, наблюдая выпуклость ее экватора, а уединенная пара сфер, связанных веревкой, может можно предположить, что они находятся в абсолютном вращении вокруг своего центра тяжести (центр тяжести ), наблюдая за натяжением веревки.

Разные взгляды

Две сферы, вращающиеся вокруг оси. Сферы расположены достаточно далеко, чтобы их влияние друг на друга можно было игнорировать, и они удерживаются вместе веревкой. Если веревка натянута, то это потому, что тела вращаются относительно абсолютного пространства согласно Ньютону, или потому что они вращаются относительно самой Вселенной согласно Mach, или потому что они вращаться относительно местных геодезических в соответствии с общей теорией относительности.

Исторически сложились различные взгляды на концепцию абсолютного пространства и времени. Готфрид Лейбниц придерживался мнения, что пространство не имело смысла, кроме как относительного расположения тел, а время не имело смысла, кроме как относительного движения тел. Джордж Беркли предположил, что, не имея любая точка отсчета, сфера в пустой вселенной не может быть представлена ​​вращающейся, а пара сфер может вращаться относительно друг друга, но не вращаться вокруг своего центра тяжести, пример, позже приведенный Альберт Эйнштейн в развитии общей теории относительности.

Более поздняя форма этих возражений была высказана Эрнстом Махом. 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.

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

Эти взгляды, противопоставляющие абсолютное пространство и время, можно рассматривать с современной точки зрения как попытку ввести операциональные определения для пространства и времени, перспектива, явно выраженная в специальной теории относительности.

Даже в контексте ньютоновской механики современная точка зрения состоит в том, что абсолютное пространство не нужно. Вместо этого понятие инерциальной системы отсчета имеет приоритет, то есть предпочтительный набор опорных систем, которые движутся равномерно относительно друг друга. Законы физики преобразуются из одной инерциальной системы отсчета в другую согласно теории относительности Галилея, что приводит к следующим возражениям против абсолютного пространства, как обрисовал Милютин Благоевич:

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

Сам Ньютон признавал роль инерциальных систем отсчета.

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

На практике инерциальные системы отсчета часто принимаются как системы, движущиеся равномерно относительно неподвижных звезд. См. Инерциальная система отсчета для более подробного обсуждения этого.

Специальная теория относительности

Концепции пространства и времени были разделены в физической теории до появления специальной теории относительности, которая связала эти две теории и показала, что обе они зависят друг от друга. при движении системы отсчета. В теориях Эйнштейна идеи абсолютного времени и пространства были заменены понятием пространства-времени в специальной теории относительности, а искривленное пространство-время в общей теории относительности.

Абсолютная одновременность относится к совпадение событий во времени в различных 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, что отрицает абсолютную одновременность.

Эйнштейн

Цитируемый ниже из его более поздних работ, Эйнштейн идентифицировал термин эфир со «свойствами пространства», терминологией, которая не используется широко. Эйнштейн заявил, что в общей теории относительности «эфир» больше не является абсолютным, поскольку геодезическая и, следовательно, структура пространства-времени зависит от наличия материи.

Отрицать эфир. в конечном итоге означает предположить, что пустое пространство не имеет никаких физических качеств. Основные факты механики не согласуются с этой точкой зрения. Ибо механическое поведение телесной системы, свободно парящей в пустом пространстве, зависит не только от относительных положений (расстояний) и относительных скоростей, но также от состояния ее вращения, которое физически можно рассматривать как характеристику, не относящуюся к 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 можно было рассматривать ускорение или вращение как нечто реальное.

— Альберт Эйнштейн, Эфир и теория относительности (1920)

Поскольку больше нельзя было говорить в каком-либо абсолютном смысле об одновременных состояниях в разных местах эфира, эфир стал как бы четырехмерный, 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 определяемых, 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 «абсолютный», а определяется в своих локально изменяемых характеристиках весомой материей.

— Альберт Эйнштейн, Über den Äther (1924)

Общая теория относительности

Специальная теория относительности исключает абсолютное время (хотя Гедель и другие подозревают, что абсолютное время может быть справедливым для некоторых форм общей теории относительности), а общая теория относительности еще больше сужает физический объем абсолютного пространства и времени за счет концепции геодезические. 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 его локальные геодезические достаточно, чтобы описать его пространство-время.

См. также

Ссылки и примечания

Последняя правка сделана 2021-06-08 19:43:17
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте