Что такое абсолютное пространство и абсолютное время
Основы классической механики и их связь со свойствами пространства и времени
Вы будете перенаправлены на Автор24
Трудности классической механики в определении времени
В классической механике Ньютона была принята концепция абсолютного пространства и времени. Современная физика от этой концепции отказалась. Релятивистская теория показала, что пространство и время являются относительными.
Известно, что время можно измерить с помощью равномерного периодического процесса. Однако, если нет времени, как можно определить, что процесс является равномерным? Отсюда возникает очевидная трудность в определении первичных понятий. Равномерным течением времени можно называть равномерный ход часов. Например, при определении времени при помощи прямолинейного равномерного движения, первый закон Ньютона превращается в определение равномерного хода времени. Часы будут идти равномерно в том случае, если тело, на которое силы не действуют, движется равномерно и прямолинейно. Движение при этом рассматривается относительно инерциальной системы отсчета. Эта система отсчета также нуждается в первом законе Ньютона для своего определения.
Еще одна трудность возникает в связи с тем, что два процесса, одинаково равномерных на заданном уровне точности, при более точном измерении могут быть неравномерными. Отсюда возникает необходимость выбора надежного эталона равномерности хода времени.
Существование этих трудностей было известно Ньютону. В своем труде «Математические начала натуральной философии» он ввел понятие относительного времени и абсолютного. Это сделано для того, чтобы выделить необходимость абстрагирования, определения абсолютного времени на основе относительного. Понимание сущности времени Ньютоном не отличается от современного, но определенная путаница возникает вследствие различия в терминологии.
Определение абсолютного и относительного времени в классической механике
Абсолютное время протекает равномерно без отношения к чему-либо внешнему. Относительное время является мерой продолжительности, которая постигается чувствами в процессе какого-либо движения.
Соотношение между понятиями абсолютного и относительного времени выражается в следующем пояснении. В астрономии абсолютное время отличается от относительного уравнением времени. Естественные солнечные лучи, которые при обыденном измерении считаются равными, на самом деле таковыми не являются. Астрономы исправляют это неравенство для того, чтобы применять более правильное время при измерении движения небесных тел. Не исключается возможность, что в природе не существует такого равномерного движения, которым можно было бы с абсолютной точностью измерять время. Все движения могут ускоряться либо замедляться, а течение абсолютного времени всегда неизменно.
Готовые работы на аналогичную тему
Таким образом, относительное время Ньютона – это время измеряемое, а абсолютное время – это его математическая модель, которой присущи свойства, выведенные из относительного времени с помощью абстрагирования.
Пространство и время, как отмечал Ньютон, постигаются органами чувств человека и поэтому являются обыденному, то есть относительными. То есть относительные количества не являются теми самыми количествами, которыми они называются, а являются только лишь результатом измерений указанных количеств, которые постигаются чувствами и принимаются за сами количества.
Для построения модели этих понятий необходимо введение математических объектов, то есть абсолютных. Эти объекты являются некими идеальными сущностями, которые не зависят от неточности приборов.
Утверждение Ньютона о равномерном протекании времени без отношения к внешнему обычно понимают как независимость времени от движения. Однако для Ньютона абсолютное время и математическое являются синонимами.
В классической механике подразумевается одинаковая равномерность течения времени для всех систем отсчета. Это свойство считается очевидным, поэтому Ньютон его не обсуждает и не формулирует в качестве одного из определений либо законов механики. И именно это свойство времени в теории относительности было отброшено. Абсолютное время в том понимании, в каком его определил Ньютон, в современной физике присутствует.
Пространство в классической механике
Если под абсолютным пространством рассматривать существование определенной системы отсчета, то в классической механике его не существует. Примером этому является описание Галилеем невозможности определения абсолютного движения корабля. Таким образом, в релятивистской теории невозможно было отказаться от того, что отсутствовало в классической механике.
Однако, у Ньютона недостаточно ясно определено соотношение абсолютного пространства и относительного. С одной стороны, и для времени, и для пространства термин относительный рассматривается в качестве измеряемой величины, а абсолютный – в качестве ее математической модели.
Абсолютное пространство является безотносительным к чему-либо внешнему, оно всегда неизменно и неподвижно. А относительное пространство – это какая-либо ограниченная подвижная часть, определяемая человеческими чувствами по положению его относительно каких-либо те. В обыденной жизни относительное пространство принимается за неподвижное.
В то же время, в описании есть рассуждения о корабле и моряке, которые можно рассматривать как описание выделенной системы отсчета: если Земля тоже движется, то абсолютное движение тела определяется по движению Земли в неподвижном пространстве и по относительному движению корабля по отношению к Земле и тела по отношению к кораблю. То есть, появляется понятие абсолютного движения, которое является противоречащим принципу относительности Г. Галилея.
Математическая структура классической механики, так же, как и релятивистской теории, достаточно хорошо известны. Из этой структуры следуют свойства, которыми наделяются пространство и время в этих теориях.
Теория относительности продемонстрировала, что те вещи, которые при небольших скоростях кажутся абсолютными, при больших скоростях такими не являются.
Абсолютное пространство и время
Содержание
Перед Ньютоном [ править ]
Ньютон [ править ]
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.
Различные взгляды [ править ]
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.
Математические определения [ править ]
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 ]
Эйнштейн [ править ]
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]
Общая теория относительности [ править ]
СОДЕРЖАНИЕ
Перед Ньютоном
Ньютон
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.
Разные взгляды
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. Джордж Беркли предположил, что в отсутствие 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 тяжести. пример, который позже привел Альберт Эйнштейн в своем развитии общей теории относительности.
Сам Ньютон признавал роль инерциальных систем отсчета.
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.
Математические определения
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.
Специальная теория относительности
Эйнштейн
Цитируемые ниже из его более поздних работ, Эйнштейн отождествлял термин эфир со «свойствами пространства», терминологией, которая широко не используется. Эйнштейн заявил, что в общей теории относительности «эфир» больше не является абсолютным, поскольку геодезическая и, следовательно, структура пространства-времени зависит от наличия материи.
Общая теория относительности
СОДЕРЖАНИЕ
Перед Ньютоном
Ньютон
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.
Разные взгляды
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. Джордж Беркли предположил, что в отсутствие 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 тяжести. пример, который позже привел Альберт Эйнштейн в своем развитии общей теории относительности.
Сам Ньютон признавал роль инерциальных систем отсчета.
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.
Математические определения
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.
Специальная теория относительности
Эйнштейн
Цитируемые ниже из его более поздних работ, Эйнштейн отождествлял термин эфир со «свойствами пространства», терминологией, которая широко не используется. Эйнштейн заявил, что в общей теории относительности «эфир» больше не является абсолютным, поскольку геодезическая и, следовательно, структура пространства-времени зависит от наличия материи.
Общая теория относительности
Абсолютное пространство и время это концепция в физика и философия о свойствах Вселенной. В физике абсолютное пространство и время могут быть предпочтительный фрейм.
Содержание
Перед Ньютоном
Вариант концепции абсолютного пространства (в смысле предпочтительный фрейм) можно увидеть в Аристотелевская физика. [1] Роберт С. Вестман пишет, что «запах» абсолютного пространства можно наблюдать в Коперникс De Revolutionibus orbium coelestium, где Коперник использует понятие неподвижной звездной сферы. [2]
Ньютон
Первоначально представленный Сэр Исаак Ньютон в Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, концепции абсолютного времени и пространства дали теоретическую основу, которая облегчила Ньютоновская механика. [3] Согласно Ньютону, абсолютное время и пространство соответственно являются независимыми аспектами объективной реальности: [4]
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.
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 движения. отдых, или двигаясь в каком-то абсолютном скорость. [5] 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 предположительно быть в абсолютное вращение об их центре тяжести (барицентр), наблюдая за натяжением веревки.
Разные взгляды
Исторически сложились разные 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. [6] Джордж Беркли предположил, что без какой-либо точки 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, [7] пример, позже приведенный Альберт Эйнштейн в его развитии 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]
Даже в контексте механики Ньютона современный взгляд состоит в том, что абсолютное пространство не нужно. Вместо этого понятие инерциальная система 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 Галилея относительность, что приводит к следующим возражениям против абсолютного пространства, как обрисовал Милутин Благоевич: [9]
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 фиксированные звезды. [11] Видеть Инерциальная система отсчета для более подробного обсуждения этого.
Математические определения
Время это скаляр что одинаково во всем пространстве E 3 и обозначается как т. В заказанный набор < т > называется ось времени.
Вышеупомянутые четыре концепции являются «хорошо известными» объектами, упомянутыми Исаак Ньютон в его Начала:
Я не определяю время, пространство, место и движение как хорошо известные всем. [12]
Специальная теория относительности
Концепции пространства и времени были разделены в физической теории до появления специальная теория относительности теория, которая связала эти два понятия и показала, что оба они зависят от движения системы отсчета. В теориях Эйнштейна идеи абсолютного времени и пространства были вытеснены понятием пространство-время в специальная теория относительности, и искривленное пространство-время в общая теория относительности.
Абсолютная одновременность относится к совпадению событий во времени в разных точках пространства в порядке, согласованном во всех системах отсчета. Теория относительности не имеет 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
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) [16] а общая теория относительности еще больше сужает физический объем абсолютного пространства и времени за счет концепции геодезические. [6] : 207–223 Кажется, что существует абсолютное пространство по отношению к далекие звезды потому что локальные геодезические в конечном итоге передают информацию от этих звезд, но нет необходимости ссылаться на абсолютное пространство по отношению к физике любой системы, поскольку его локальные геодезические достаточны для описания ее пространства-времени. [17]