絕對空間和時間

絕對空間和時間是一個概念物理和哲學關於宇宙的特性。在物理學中，絕對空間和時間可能是首選框架.

在牛頓之前

絕對空間概念的一個版本首選框架）可以看到亞里士多德物理學.[1]羅伯特·韋斯特曼（Robert S. Westman）寫道，可以在哥白尼De Revolutionibus Orbium Coelestium，哥白尼使用恆星固定球的概念。[2]

牛頓

最初引入艾薩克·牛頓爵士在哲學天然principia Mathematica，絕對時間和空間的概念提供了促進的理論基礎牛頓力學.[3]根據牛頓的說法，絕對時間和空間分別是客觀現實的獨立方面：[4]

絕對，真實和數學時間本身，從其自身的性質中平均流動而無需考慮外部的任何事物，而其他名稱稱為持續時間：相對，顯而易見和常見的時間，是某種明智和外部（無論是準確還是不公平）持續時間通過運動手段，通常使用而不是真實的時間...

根據牛頓的說法，絕對時間獨立於任何感知者，並且在整個宇宙中都以一致的速度發展。與相對時間不同，牛頓認為絕對時間是無法察覺的，只能從數學上理解。根據牛頓的說法，人類只能感知相對時間，這是對運動中可感知的物體（例如月亮或太陽）的測量。從這些動作中，我們推斷出時間的流逝。

絕對的空間本質上，不考慮外部的任何事物，始終保持相似和不動。相對空間是絕對空間的一些可移動尺寸或度量。我們的感官通過其對身體的位置確定的：對於不可移動的空間而言，它是粗俗的……絕對運動是一個身體從一個絕對位置轉換為另一個位置的翻譯：相對運動，從一個相對位置轉換為另一個相對位置。。

- 艾薩克·牛頓

這些概念意味著絕對空間和時間不取決於物理事件，而是發生物理現象的背景或階段環境。因此，每個對像都具有相對於絕對空間的絕對運動狀態，因此對象必須處於絕對狀態休息，或者絕對移動速度.[5]為了支持他的觀點，牛頓提供了一些經驗例子：根據牛頓的說法，可以通過觀察其赤道的凸起來推斷出一個孤立的旋轉球，以相對於絕對空間旋轉，並通過繩索綁住一對孤立的球。被推斷出來絕對旋轉關於他們的重心（Barycenter）觀察繩索中的張力。

不同的觀點

兩個球周圍繞軸繞。球體足夠遙遠，可以互相忽略它們的影響，並且它們被繩子固定在一起。如果繩索處於緊張狀態，則是因為屍體相對於絕對空間旋轉牛頓，或者因為它們根據宇宙本身旋轉馬赫，或者因為它們相對於本地旋轉測量學根據一般相對論.

從歷史上看，對絕對空間和時間的概念有不同的看法。Gottfried Leibniz認為空間是沒有意義的，除了物體的相對位置，除了作為身體的相對運動外，時間沒有意義。[6]喬治·伯克利建議，由於缺乏任何參考點，無法構想一個空無一人的宇宙中的一個球，並且可以認為一對球相對於彼此旋轉，但不能在其重心旋轉，[7]後來提出的一個例子艾爾伯特愛因斯坦在他的一般相對論中。

這些異議的最新形式是由恩斯特·馬赫.馬赫的原則提出力學完全涉及身體的相對運動，尤其是大量的是這種相對運動的表達。因此，例如，沒有其他物體的宇宙中的單個粒子的質量為零。根據馬赫（Mach）的說法，牛頓的例子只是說明了球體和大部分宇宙的相對旋轉。[8]

因此，當我們說一個身體保持不變的方向和速度時在太空，我們的斷言無非是對整個宇宙.
- 恩斯特·馬赫；如Ciufolini和惠勒：引力和慣性，p。 387

這些觀點可以從現代立場中看到與絕對空間和時間相反的觀點，以試圖引入操作定義對於時空，在相對論的特殊理論中明確了觀點。

即使在牛頓力學的背景下，現代觀點也是絕對空間是不必要的。相反，慣性參考框架已經優先，也就是說首選放參考框架那相對於彼此統一的移動。物理定律從一個慣性框架轉變為另一個慣性框架加利利相對論，導致以下對絕對空間的反對，如MilutinBlagojević概述：[9]

  • 絕對空間的存在與古典力學的內部邏輯相矛盾，因為根據伽利略相對論，沒有任何慣性框架可以挑出。
  • 絕對空間不能解釋慣性力，因為它們與任何一個慣性框架有關。
  • 絕對空間通過誘導其對加速度的抗性來作用於物理對象，但不能採取行動。

牛頓本人意識到慣性框架的角色。[10]

給定空間中包含的身體運動彼此之間相同，無論該空間處於靜止狀態還是在直線上均勻地向前移動。

實際上，慣性框架通常被視為相對於固定的星星.[11]看慣性參考框架有關此的更多討論。

數學定義

空間，如在牛頓力學， 是三維和歐幾里得，固定方向。它表示e3。如果有點o在e3固定並定義為起源， 這位置任何點p在e3由它的獨特決定半徑矢量（該矢量的起源與該點一致o它的結局與要點相吻合p）。三維線性矢量空間r3是一個放所有半徑向量。空間r3賦予標量產品⟨，⟩。

時間是一個標量在所有空間中都是一樣的e3並表示為t。這訂購集{t}稱為時軸。

運動（還小路或者彈道）是功能r：δ→r3那地圖一個點間隔從時間軸到A的δ位置（半徑向量）r3.

以上四個概念是提到的“知名”對象艾薩克·牛頓在他的原理：

我沒有將時間，空間，位置和運動定義為所有人都知道的。[12]

特殊相對論

在物理理論中，空間和時間的概念在出現之前是分開的特殊相對論理論，將兩者連接起來，兩者都取決於參考框架的運動。在愛因斯坦的理論中，絕對時間和空間的思想被取代時空在特殊相對論，並彎曲時空一般相對論.

絕對同時指在所有參考框架中商定的方式在空間不同位置的時間及時的事件同意。相對論沒有一個絕對時間的概念，因為有一個同時性的相對論。在一個參考框架中與另一個事件同時進行的事件可能是在該事件的過去或將來以不同的參考框架，[6]：59這否定了絕對同時性。

愛因斯坦

主要文章：愛因斯坦對以太的看法

愛因斯坦從後來的論文中引用了下面的引用醚帶有“空間的屬性”，這是一種未廣泛使用的術語。愛因斯坦說一般相對論“以太”不再是絕對的，因為大地因此，時空的結構取決於物質的存在。[13]

否認以太最終是假設空的空間沒有任何物理品質。機械師的基本事實與這種觀點沒有協調。為了自由徘徊的有形系統的機械行為空的空間不僅取決於相對位置（距離）和相對速度，而且還取決於其旋轉狀態，從物理上講，它們本身不屬於系統。為了能夠至少正式地將系統的旋轉視為真實的東西，牛頓客觀化了空間。由於他將自己的絕對空間與真實的事物融為一體，因此相對於他相對於絕對空間的旋轉也是真實的。牛頓可能還稱他的絕對空間為“以太”。必不可少的只是除了可觀察的對像外，不可感知的另一件事必須被視為真實，以啟用加速度或者迴轉被視為真實的東西。

- 艾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein），以太和相對論（1920）[14]

由於在任何絕對意義上都不再有可能在以太位置的不同位置同時講話，因此以太變成了四維，因為沒有客觀的方式單獨按時訂購其狀態。根據特殊的相對論，以太是絕對的，因為它對慣性的影響和光的傳播被認為是獨立於身體影響的。...相對論通過建立電氣中性的行為來解決這個問題測量線定律的點質量，根據其慣性和重力效應不再被認為是獨立的。在此過程中，它將特性附加到各個點之間變化的以太，從而確定材料點的度量和動態行為，並通過物理因素依次確定質量/能量的分佈。因此，一般相對論的以太與經典力學和特殊相對論的區別不同，因為它不是“絕對”，而是通過局部可變特徵來確定的，這是通過可思考的物質確定的。

- 阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein），überdenäther（1924）[15]

一般相對論

特殊相對論消除了絕對時間（儘管戈德爾和其他人懷疑絕對時間可能對某些形式的總體相對論有效）[16]一般的相對論通過概念進一步降低了絕對空間和時間的物理範圍測量學.[6]：207–223似乎有絕對空間與遙遠的星星因為局部的大地測量最終從這些恆星傳達信息，但是沒有必要在任何系統的物理學方面調用絕對空間，因為其本地測量學足以描述其時空。[17]

也可以看看

參考和註釋

  1. ^“絕對和關係空間與運動：古典理論”.斯坦福大學哲學百科全書。 2021年7月19日。
  2. ^羅伯特·韋斯特曼（Robert S. Westman），哥白尼成就，加利福尼亞大學出版社，1975年，第1頁。45。
  3. ^Knudsen，Jens M。； Hjorth，Poul（2012）。牛頓力學的元素（插圖編輯​​）。施普林格科學與商業媒體。 p。 30。ISBN 978-3-642-97599-8.
  4. ^在哲學天然principia Mathematica看到原理在線安德魯·莫特翻譯
  5. ^時空：慣性框架（斯坦福大學哲學百科全書）
  6. ^一個bc法拉羅，拉斐爾（2007），愛因斯坦的時空：特殊和一般相對論概論，施普林格科學與商業媒體，Bibcode：2007ESTI.BOOK ..... f，ISBN 9780387699462
  7. ^保羅·戴維斯（Paul Davies）；約翰·格里賓（John Gribbin）（2007）。問題神話：戲劇性發現，挑戰我們對物理現實的理解.Simon＆Schuster。 p。 70。ISBN 978-0-7432-9091-3.
  8. ^恩斯特·馬赫；如Ignazio ciufolini;約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）（1995）。引力和慣性.普林斯頓大學出版社。 pp。386–387。ISBN 978-0-691-03323-5.
  9. ^MilutinBlagojević（2002）。引力和量規對稱性.CRC出版社。 p。 5。ISBN 978-0-7503-0767-3.
  10. ^艾薩克·牛頓：原理，推論V，p。88在安德魯·莫特翻譯中。看到原理在線安德魯·莫特翻譯
  11. ^CMøller（1976）。相對論（第二版）。英國牛津：牛津大學出版社。 p。 1。ISBN 978-0-19-560539-6.OCLC 220221617.
  12. ^牛頓1687哲學天然principia Mathematica，Londini，Jussu Societatis Regiae AC典型J. Streater或自然哲學的數學原理，倫敦，英文翻譯安德魯·莫特（Andrew Motte）1700年代。從學者的一部分中，在第737頁的重印在巨人的肩膀上：物理和天文學的偉大作品（作品哥白尼，開普勒，伽利略，牛頓， 和愛因斯坦）。斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking），ed。 2002ISBN0-7624-1348-4
  13. ^Kostro，L。（2001），，“阿爾伯特·愛因斯坦的新以太及其一般相對論”（PDF），應用差異幾何學會議論文集：78–86，存檔原本的（PDF）在2010-08-02。
  14. ^愛因斯坦，阿爾伯特：“以太和相對論”（1920），，相對論的側視（Methuen，倫敦，1922年）
  15. ^A. Einstein（1924），“überdenäther”，verhandlungen der Schweizerischen Naturforschenden gesellschaft，105（2）：85–93。英文翻譯：關於以太存檔2010-11-04在Wayback Machine
  16. ^薩維特，史蒂文·F。（2000年9月），“沒有時間像現在（Minkowski Spacetime）”，科學哲學，67（S1）：S563 – S574，Citeseerx 10.1.1.14.6140，doi：10.1086/392846，S2CID 121275903
  17. ^吉爾森，詹姆斯·G。（2004年9月1日），馬赫的原則II，arxiv：物理/0409010，Bibcode：2004年份... 9010g