절대적인 공간과 시간

Absolute space and time

절대 시공간은 물리학과 철학에서 우주의 특성에 대한 개념이다.물리학에서는 절대적인 공간과 시간이 선호되는 프레임일 수 있습니다.

뉴턴 이전

아리스토텔레스 [1]물리학에서 절대 공간 개념의 한 버전을 볼 수 있다.로버트 S. 웨스트만은 코페르니쿠스가 움직이지 않는 별의 [2]구체의 개념을 사용하는 코페르니쿠스의 오르비움 실레스티움에서 절대 공간의 "냄새"가 관찰될 수 있다고 쓰고 있다.

뉴턴 경이다.

아이작 뉴턴 경이 'Philoshié Naturalis Principia Mathmatica'에서 처음 소개한 절대 시공간 개념은 뉴턴 [3]역학을 용이하게 하는 이론적 기초를 제공했습니다.뉴턴에 따르면 절대 시공간은 각각 객관적 [4]현실의 독립된 측면이다.

절대, 진실, 수학적 시간 자체는 외부의 어떤 것도 고려하지 않고 균등하게 흐르고, 다른 이름으로 지속시간이라고 불린다.상대적인, 명백한, 일반적인 시간은 실제 시간 대신 일반적으로 사용되는 동작의 수단에 의한 지속시간의 지각 있고 외적인(정확한지 여부를 불문하고) 척도이다....

뉴턴에 따르면, 절대 시간은 어떤 지각자와도 독립적으로 존재하며 우주 전체에서 일정한 속도로 진행됩니다.상대 시간과는 달리, 뉴턴은 절대 시간은 감지할 수 없고 수학적으로만 이해될 수 있다고 믿었다.뉴턴에 따르면, 인간은 단지 상대적인 시간만을 지각할 수 있는데, 이것은 움직이는 지각 가능한 물체의 측정치이다.이러한 움직임으로부터 우리는 시간의 흐름을 추론한다.

절대 공간은 그 자체의 본질상 외부의 어떤 것도 고려하지 않고 항상 비슷하고 움직이지 않는다.상대 공간은 절대 공간의 어떤 이동 차원 또는 척도입니다. 우리의 감각은 신체에 대한 그것의 위치에 의해 결정됩니다: 그리고 그것은 일반적으로 움직이지 않는 공간에 대해 받아들여집니다.절대운동은 어떤 절대적인 장소에서 다른 곳으로의 물체의 변환입니다.상대운동은 상대적인 장소에서 다른 곳으로의 변환입니다.

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이러한 개념은 절대적인 공간과 시간이 물리적 사건에 의존하지 않고 물리적 현상이 발생하는 배경 또는 무대 설정임을 암시합니다.따라서, 모든 물체는 절대 공간에 상대적인 절대적인 운동 상태를 가지고 있기 때문에, 물체는 절대적인 정지 상태에 있거나 어떤 절대적[5]속도로 움직여야 합니다.그의 견해를 뒷받침하기 위해, 뉴턴은 몇 가지 경험적인 예를 제시했습니다: 뉴턴에 따르면, 고립된 회전구는 적도의 불룩한 부분을 관찰함으로써 절대 공간에 상대적인 축을 중심으로 회전하는 것으로 추론할 수 있고, 로프로 묶인 고립된 한 쌍의 구는 무게 중심을 중심으로 절대 회전하는 것으로 추론할 수 있습니다.r) 로프의 장력을 관찰한다.

다른 견해

축을 중심으로 공전하는 두 개의 구.이 구들은 서로에 대한 영향을 무시할 수 있을 만큼 멀리 떨어져 있고, 밧줄로 묶여 있다.로프가 장력을 받는다면 뉴턴에 따르면 절대 공간에 대해 상대적으로 회전하고 있거나 마하(Mach)에 따라 우주 자체에 대해 상대적으로 회전하고 있거나 일반 상대성 이론에 따라 국지 측지학에 대해 상대적으로 회전하기 때문이다.

역사적으로 절대적인 공간과 시간의 개념에 대해서는 서로 다른 견해가 있었다.고트프리드 라이프니츠는 공간은 물체의 상대적인 위치 외에는 의미가 없고 시간은 [6]물체의 상대적인 움직임 외에는 의미가 없다고 생각했다.George Berkeley는, 어떠한 기준점도 결여되어 있기 때문에, 다른 빈 우주에서는 구가 회전하는 것을 생각할 수 없고, 한 쌍의 구가 서로 상대적으로 회전하는 것을 생각할 수 있지만,[7] 그 무게중심을 중심으로 회전하는 것은 생각할 수 없다고 제안했는데, 이것은 나중에 Albert Einstein이 의 일반 상대성 이론 개발에서 제기한 사례이다.

에른스트 마흐에 의해 이러한 반론의 보다 최근의 형태가 제시되었다.마하의 원리는 역학은 전적으로 물체의 상대적인 운동에 관한 것이며, 특히 질량은 그러한 상대적인 운동의 표현이라고 제안합니다.예를 들어, 다른 물체가 없는 우주에서 하나의 입자는 질량이 0이 됩니다.마하(Mach)에 따르면, 뉴턴의 예는 구와 [8]우주의 대부분을 상대적인 회전으로 보여준다.

따라서, 물체가 우주에서 방향과 속도를 바꾸지 않고 보존한다고 말할 때, 우리의 주장은 우주 전체에 대한 축약된 언급 그 이상도 이하도 아니다.
—Ernst Mach; CiufoliniWheeler 인용: 중력과 관성, 페이지 387

절대 시공간과 시간에 반대하는 이러한 견해는 특별한 상대성 이론에서 명시되는 관점인 시공간의 운영적 정의를 도입하려는 시도로 현대적 입장에서 볼 수 있다.

뉴턴 역학의 맥락 안에서도, 현대적 관점은 절대 공간은 불필요하다는 것이다.대신 관성 기준 프레임의 개념이 우선되어 왔다. 즉, 서로에 대해 균일하게 움직이는 선호 기준 프레임 집합이다.물리 법칙은 갈릴레이의 상대성 이론에 따라 하나의 관성 프레임에서 다른 프레임으로 변환되며, 밀루틴 블라고예비치가 [9]설명한 바와 같이 절대 공간에 대한 다음과 같은 반론을 야기합니다.

  • 절대 공간의 존재는 갈릴레이의 상대성 원리에 따르면 어떤 관성 프레임도 골라낼 수 없기 때문에 고전 역학의 내부 논리와 모순된다.
  • 절대 공간은 관성 프레임 중 하나와 관련된 가속도와 관련이 있기 때문에 관성력을 설명하지 않는다.
  • 절대 공간은 물리적인 물체의 가속에 대한 저항을 유도하여 작용하지만 작용하지는 않습니다.

뉴턴 자신도 관성 [10]프레임의 역할을 알고 있었다.

주어진 공간에 포함된 물체의 움직임은 그 공간이 정지되어 있든 직선으로 균일하게 앞으로 이동하든 간에 서로 동일하다.

실제로 관성 프레임은 고정[11]별에 대해 균일하게 움직이는 프레임으로 간주되는 경우가 많습니다.이에 대한 자세한 내용은 관성 기준 프레임을 참조하십시오.

수학적 정의

뉴턴 역학에서 이해한 바와 같이, 공간은 고정된 방향을 가진 3차원적이고 유클리드적이다.그것은 E로 표기되어3 있다.E에서3O가 고정되고 원점으로 정의되는 경우, E에서3P위치반지름 r {\={OP에 의해 고유하게 결정됩니다(이 벡터의 원점은 O와 일치하고 끝은 점 P와 일치합니다).3차원 선형 벡터 공간3 R은 모든 반지름 벡터의 집합입니다.공간3 R에는 스칼라 곱 , , ⟩가 부여되어 있다.

시간은 모든 공간3 E에서 같은 스칼라이며 t로 표시됩니다.순서 집합 {t }을(를) 시간 축이라고 합니다.

운동(경로 또는 궤적)은 시간 축에서 R3 위치(경로 벡터)로 δ 구간의 점을 매핑하는 함수 r : δ3 → R이다.

위의 네 가지 개념은 아이작 뉴턴이 의 프린키피아에서 언급한 "잘 알려진" 물체입니다.

나는 시간, 공간, 장소, 움직임을 모두에게 잘 알려진 것으로 정의하지 않는다.[12]

특수상대성이론

공간과 시간의 개념은 특수 상대성 이론이 등장하기 전에 물리 이론에서 분리되었고, 두 이론이 둘 다 기준 프레임의 움직임에 의존한다는 것을 보여주었다.아인슈타인의 이론에서, 절대 시공간 개념은 특수 상대성 이론에서는 시공간 개념으로 대체되었고, 일반 상대성 이론에서는 시공간이 곡선화되었다.

절대 동시성은 모든 기준 프레임에서 합의된 방식으로 공간 내 다른 위치에서 시간 내 이벤트가 동시에 발생하는 것을 의미합니다.상대성 이론은 동시성의 상대성이 있기 때문에 절대 시간의 개념을 가지고 있지 않다.하나의 기준 프레임에서 다른 이벤트와 동시에 발생하는 이벤트는 다른 [6]: 59 기준 프레임에서 해당 이벤트의 과거 또는 미래일 수 있으며, 이는 절대 동시성을 부정한다.

아인슈타인

아인슈타인은 그의 후기 논문에서 에테르라는 용어를 널리 사용되지 않는 용어인 "우주의 속성"과 동일시했다.아인슈타인은 일반 상대성 이론에서 "에테르"는 더 이상 절대적이지 않다고 말했는데, 이는 측지학이 그렇기에 시공간 [13]구조가 물질의 존재에 달려있기 때문이다.

ether를 거부하는 것은 궁극적으로 빈 공간이 물리적 특성이 전혀 없다고 가정하는 것입니다.역학의 기본적인 사실들은 이 견해와 일치하지 않는다.공간에서 자유롭게 맴돌고 있는 물리적 시스템의 기계적 동작은 상대적인 위치(거리)와 상대적인 속도뿐만 아니라 회전 상태에 따라 달라지며, 이는 물리적으로 시스템 자체에 관련되지 않는 특성으로 간주될 수 있다.시스템의 회전을 적어도 형식적으로는 실재하는 것으로 볼 수 있도록 뉴턴은 공간을 객관화한다.그는 절대공간을 실물과 함께 분류하기 때문에 절대공간과 상대적인 회전도 현실이다.뉴턴은 그의 절대 공간을 "에테르"라고 잘 불렀을 것이다; 중요한 것은 단지 관찰할 수 있는 물체 외에, 가속이나 회전을 실제의 것으로 볼 수 있도록 하기 위해, 지각할 수 없는 또 다른 것이 현실로 여겨져야 한다는 것이다.

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에테르 내의 다른 위치에서 동시 상태를 절대적인 의미에서 말할 수 없게 되었기 때문에 에테르를 4차원으로 만들 수 있었습니다. 시간만으로 상태를 정렬할 수 있는 객관적인 방법이 없었기 때문입니다.특수상대성이론에 따르면 에테르도 절대적이어서 관성과 빛의 전파에 미치는 영향이 물리적 영향과는 무관하다고 여겨졌기 때문이다.상대성 이론은 전기적으로 중성인 점 질량의 거동을 측지선의 법칙에 따라 설정함으로써 이 문제를 해결하였고, 이에 따라 관성 효과와 중력 효과는 더 이상 별개로 간주되지 않는다.이를 통해 지점마다 다른 특성을 에테르에 부착하여 측정 기준과 재료 지점의 동적 거동을 결정하고 물리적 요인, 즉 질량/에너지의 분포를 결정했다.따라서 일반상대성이론의 에테르는 고전역학 및 특수상대성이론의 에테르는 절대적인 것이 아니라 국소적으로 가변적인 특성에서 생각할 수 있는 물질에 의해 결정된다는 점에서 다릅니다.

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일반상대성이론

특수상대성이론은 절대시간을 제거하며(괴델과 다른 사람들은 절대시간이 [16]일반상대성이론의 어떤 형태에 유효하다고 의심하지만), 일반상대성이론은 측지학[6]: 207–223 개념을 통해 절대시공간과 시간의 물리적 범위를 더욱 감소시킨다.지역 측지학이 결국 이 별들로부터 정보를 전달하기 때문에 멀리 있는 별들에 대해 절대적인 공간이 있는 것처럼 보이지만, 지역 측지학이 [17]시공간을 설명하기에 충분하기 때문에 어떤 시스템의 물리학과 관련해서도 절대적인 공간을 호출할 필요는 없습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스 및 메모

  1. ^ 공간과 운동에 관한 절대적 및 관계적 이론
  2. ^ 로버트 S.웨스트만, 코페르니쿠스 업적, 캘리포니아 대학 출판부, 1975, 페이지 45.
  3. ^ Knudsen, Jens M.; Hjorth, Poul (2012). Elements of Newtonian Mechanics (illustrated ed.). Springer Science & Business Media. p. 30. ISBN 978-3-642-97599-8.
  4. ^ 철학의 자연 원리 수학에서 앤드류 모트 번역에서 프린키피아를 온라인으로 참조
  5. ^ 공간 및 시간:관성 프레임 (Stanford 철학 백과사전)
  6. ^ a b c Ferraro, Rafael (2007), Einstein's Space-Time: An Introduction to Special and General Relativity, Springer Science & Business Media, Bibcode:2007esti.book.....F, ISBN 9780387699462
  7. ^ Paul Davies; John Gribbin (2007). The Matter Myth: Dramatic Discoveries that Challenge Our Understanding of Physical Reality. Simon & Schuster. p. 70. ISBN 978-0-7432-9091-3.
  8. ^ 에른스트 마하, 인용한 바와 같이
  9. ^ Milutin Blagojević (2002). Gravitation and Gauge Symmetries. CRC Press. p. 5. ISBN 978-0-7503-0767-3.
  10. ^ 아이작 뉴턴: 프린키피아, 코롤러리 5세, 앤드류 모트 번역 88페이지.Andrew Motte Translation 온라인 프린시피아 참조
  11. ^ C Møller (1976). The Theory of Relativity (Second ed.). Oxford UK: Oxford University Press. p. 1. ISBN 978-0-19-560539-6. OCLC 220221617.
  12. ^ Newton 1687 Philoshiae Naturalis Principia Mathematica, Londini, Jussu Societatis Regiae ac Typis Streater 또는 자연철학의 수학적 원리, 런던, Andrew Motte 1700s 영어 번역.스콜리움의 일부에서, "거인의 어깨에" 737페이지에 전재되었습니다.물리와 천문학의 위대한 작품들 (코페르니쿠스, 케플러, 갈릴레오, 뉴턴, 아인슈타인작품)스티븐 호킹, 2002년판 ISBN 0-7624-1348-4
  13. ^ Kostro, L. (2001), "Albert Einstein's New Ether and his General Relativity" (PDF), Proceedings of the Conference of Applied Differential Geometry: 78–86, archived from the original (PDF) on 2010-08-02.
  14. ^ 아인슈타인, 알버트: "Ether and the Relatibility"(이더와 상대성 이론)(1920), 상대성에 관한 사이드라이트(Methuen, London, 1922)
  15. ^ A. Einstein (1924), "Über den Äther", Verhandlungen der Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft, 105 (2): 85–93. 영어 번역:Wayback Machine에서 아카이브된 Ether 2010-11-04에 대하여
  16. ^ Savitt, Steven F. (September 2000), "There's No Time Like the Present (in Minkowski Spacetime)", Philosophy of Science, 67 (S1): S563–S574, CiteSeerX 10.1.1.14.6140, doi:10.1086/392846, S2CID 121275903
  17. ^ Gilson, James G. (September 1, 2004), Mach's Principle II, arXiv:physics/0409010, Bibcode:2004physics...9010G