Avaruus (fysiikka)

Huone on eräänlainen "container" varten asiasta ja kenttien , tapahtuvat jossa kaikki fysikaaliset prosessit. Tämä tarkoituksella jonkin verran epätarkka käsitys "avaruudesta" on ollut laajalle levinnyttä Isaac Newtonista lähtien, ja vain Einstein kyseenalaisti sen .

Tämä vastaa sitä tosiasiaa, että ihmiskokemuksessa "aina tiedetään, mikä huone on", esim. B. että se määräytyy pituuden, leveyden ja korkeuden kolmen keskenään kohtisuoran mitan perusteella . Avaruus mahdollistaa kaikkien aineellisten esineiden laajenemisen; se itsessään on perussarjamalli "a priori sen sisältämien esineiden edessä", mutta nykypäivän käsityksen mukaan vain suhteessa niihin. Jos avaruuden käsite muodostetaan tässä mielessä, ei ole mitään syytä puhua ”tyhjästä” tilasta. Fysiikan ongelmana tilan koon määrittämisessä on, että voit mitata vain tiloja, joiden rajat tiedät. Jos oletetaan, että tila on rajaton tai ääretön, on hyvin todennäköistä, että annetut mittausvälineet eivät ole riittäviä. Sama on oletettava säilyttäen tieteellinen varovaisuus yhä pienempien alkeishiukkasten ja niiden välien löytämisessä.

Fyysiseen kuvaukseen käytetään erilaisten matemaattisten tilojen , enimmäkseen euklidisen avaruuden , muodollisia ominaisuuksia . Avaruuden käsite on muuttunut merkittävästi fysiikan historiassa .

Avaruuden käsite muinaisina aikoina

Lähi-idässä pituuden, pinta-alan ja tilavuustekijöiden muodostuminen riippui aina antroposentrisistä näkökohdista, kuten kylvettävän alueen siementen määrä tai työstettävän alueen työ. Pythagoralaiset Ensimmäinen tunnistaa olemassa void vierekkäisten asioita, mutta silti sekoittaa mitätön ilmalla ( pneuma Apeiron ). Archytas von Taranto oli luultavasti ensimmäinen, joka erottaa toisaalta avaruuden tai paikan ( topos ) ja toisaalta aineen. Tila on siis riippumaton kehosta; hänellä on kuitenkin tiettyjä valtuuksia. Varhaisten atomistien , kuten Leukippuksen ja Democrituksen , kanssa avaruus on puhdasta laajenemista ilman mitään vaikutusta aineen liikkumiseen. Se sisältää kuitenkin vain atomien väliset tilat. Vain Lucretius muotoilee selvästi, että ruumiilla on paikka avaruudessa, joka edustaa loputtomia astiaa ruumiille. Saat Platon , tilaa on epähomogeeninen koska sen paikallisia geometrisia eroja. Varten Aristoteles paikka elin on sen ulompi raja; Ei ole aukkoja, joita elimet eivät täytä, eikä ruumiita tunkeudu. (Tämä on kuitenkin ristiriidassa hänen teoriansa jatkuvasta "viidennestä ruumiista", josta taivas muodostuu; planeettojen pallot häiritsevät tätä.) Kehojen liikkeiden syitä on etsittävä pelkästään avaruuden geometrisesta rakenteesta. (nykyään tätä kutsutaan "dynaamiseksi kenttärakenteeksi"), jolla on keskusta (maa), ylä ja ala. Aristoteleen mukaan alkupartikkeleiden liikkeet riippuvat vain tilaolosuhteista, ei siitä, mitä me nyt kutsumme massaksi. Avaruus on vain kaikkien ruumiiden paikkojen summa; siksi se ei ole ääretön. 1400-luvulle asti Aristoteleen käsitys pysyi mallina useimmille avaruusteorioille.

Kuitenkin kritiikkiä esiintyi aina: Aristoteleen oppilas Theophrastus von Eresosille tila ei ole todellinen, se on puhdas järjestyssuhde kappaleiden välillä. Sillä Stoalaiset , materiaali maailma, joka lepää tyhjään tilaan, on pitää yhdessä sisemmän yhteenkuuluvuus; avaruudessa ei ole suositeltavaa suuntaa.

Muinaisina aikoina tila ja aika olivat täysin heterogeenisiä, etuyhteydettömiä kokonaisuuksia. Zenon oli todennäköisesti ensimmäinen, joka tunnisti, että ne ovat yhteydessä toisiinsa nopeuden käsitteessä . Toisin kuin tason geometria, avaruuden geometria oli myös hyvin huonosti kehitetty ja sillä oli vähän kiinteitä teknisiä termejä, luultavasti myös aavistusta avaruuskoordinaateista, joille euklidisen geometrian lopulta yhteensopimattomuus äärellisen, anisotrooppisen (sen ominaisuuksien kanssa) Suunnasta riippuvainen) Aristoteleen maailmankaikkeus oli vastuussa.

Avaruus klassisessa mekaniikassa

Vuonna klassinen mekaniikka , Isaac Newtonin määritelmä tilaa pätee :

  • Avaruus on absoluuttinen, muuttumaton ja siinä olevat fyysiset prosessit eivät vaikuta siihen.
  • Avaruus on euklidinen ja kolmiulotteinen .

Tätä ääretöntä, liikkumatonta, tunkeutuvaa tilaa kaikille ruumiille, jolla ei ole ominaisuuksia tai muotoja, ei voida erottaa millään voimalla, se on 1700-luvulle asti kaikkien etäisyyksien ja nopeuksien mitta, todellakin Jumalan työ .

Huoneen mitat vastaavat sen toteuttamia suorakulmaisia ​​koordinaatteja , jotka yleensä annetaan x-, y- ja z-suuntiin. Näitä kutsutaan avaruuskoordinaatit ja mitat kesti niiden kutsutaan tilallisia ulottuvuuksia , jossa ei ole alueellinen ulottuvuus vastaa kohta , yksi spatiaalinen ulottuvuus vastaa suora tai käyrä ja kaksi paikkatietojen mitat vastaavat pintaan . Määritys referenssipiste koordinaatiston vaatii todellista esineitä. Yleensä tähän tarkoitukseen otetaan suuren massan, kuten maan tai auringon , painopiste .

tilaa ja aikaa

Avaruuden käsitteen muokkaukset

Havainto, että valon nopeus on sama kaikille tarkkailijoille, vaati avaruuden käsitteen muuttamista. Albert Einstein teki valmistelutyön erityisessä suhteellisuusteoriassaan , jotta Hermann Minkowski voisi yhdistää tilaa ja aikaa yhteiseksi rakenteeksi, aika-aika. Tämä tarkoittaa, että tila ei ole enää absoluuttinen, vaan riippuu tarkkailijasta (tarkemmin sanottuna inertiaalijärjestelmästä ). Tämä ilmenee esimerkiksi Lorentzin supistumisessa , jonka mukaan toisiinsa nähden liikkuvat tarkkailijat mittaavat eri objektille saman pituuden .

Erityisessä suhteellisuusteoriassa avaruus riippuu tarkkailijasta, mutta ei hänen fyysisistä prosesseistaan. Hän on edelleen euklidinen kaikille tarkkailijoille. Se muuttaa yleistä suhteellisuusteoriaa . Tässä painovoimaa kuvaa aika-ajan kaarevuus, mikä tarkoittaa myös avaruuden kaarevuutta. Aika-ajan geometria riippuu energia-momentti-tensorista , ts. Avaruudessa olevista hiukkasista ja kentistä. Siksi tila on vain paikallisesti euklidinen.

Nykyaikaiset teoriat avaruudessa

Kaluza-Klein teoriat ja merkkijono teorioita , joiden tarkoituksena on yhdistää painovoiman muiden perus- voimat, lisätä ulottuvuuksia avaruusaika. Nämä lisäulottuvuudet eivät kuitenkaan ole, kuten tunnetut neljä aika-aikaulottuvuutta (lähes) äärettömiksi; pikemminkin ne ovat pienempiä kuin ytimen halkaisija. Lisäksi oletetaan, että ne ajoittain "rullataan ylös" tai että ne "virtaavat" olemassa olevaan aika-aikaan ylimääräisinä vapausasteina (esim. Niin kutsuttu kvintessenssi ).

Näiden teorioiden yhtenä tavoitteena ei ole postuloida tilaa sen ominaisuuksilla annettuna, vaan perustella se kattavassa teoriassa yhdessä tunnettujen perusvoimien ja alkeishiukkasten kanssa.

Eri mielipiteitä edustaa konstruktivistinen protofysiikka , jossa geometria ja kronometria määritetään mittauslaitteiden standardeilla.

Katso myös

kirjallisuus

klassinen
  • Ulf Heuner (toim.): Klassiset tekstit avaruudessa. Berliini: Parados 2006, ISBN 3-938880-05-8 .
  • Nick Huggett (toim.): Avaruus Zenosta Einsteiniin , MIT Press 1999 Valinta lyhyitä klassisia englanninkielisiä tekstejä. Trans.
  • Jörg Dünne , Stephan Günzel (Toim.): Avaruusteoria - perustekstejä filosofiasta ja kulttuurintutkimuksesta . Frankfurt a. M.: Suhrkamp, ​​2006. ISBN 3-518-29400-8 .
  • Stephan Günzel (toim.): Tekstejä avaruuden teoriasta . Reclam 2013.
Tieteen historia
  • Max Jammer : Avaruuden ongelma: avaruusteorioiden  kehitys, Darmstadt: Wiss. Buchges. 1960. (Saksankielinen painos 1. painikkeesta Avaruuden käsitteet .)
  • Max Jammer: Avaruuden käsitteet: avaruuden  teorioiden historia fysiikassa, esipuheen kirjoittanut Albert Einstein , 3. A., New York: Dover Publ. 1993.
  • Sendker, Werner Bernhard: Avaruuden ja ajan niin erilaiset teoriat : Kantin transsendenttinen idealismi suhteessa Einsteinin suhteellisuusteoriaan, Osnabrück, 2000 ISBN 3-934366-33-3 .
Systemaattiset esitykset

katso myös yleisen kirjallisuuden alla: fysiikan filosofia , filosofia tiede

Yksittäiset todisteet

  1. ^ Albert Einstein, esipuhe Max Jammerille , Das Problem des Raumes , Darmstadt 1960, s. XIII ja sitä seuraavat.
  2. ↑ "Mikä on ääretön?" Alfa-Centauri-TV-sarjassa (noin 15 minuuttia). Ensimmäinen lähetys 26. toukokuuta 2002. https://www.br.de/mediathek/video/sendung/alpha-centauri/alpha-centauri-unendlichkeit-2002_x100.html#tab=bcastInfo&jump=tab
  3. ↑ Lucretius: De rerum natura , I, 963-976.
  4. ↑ Max Jammer 1960, s. 12--22.
  5. ↑ Max Jammer 1960, s.26.
  6. ↑ Max Jammer 1960, s.139.