Mutlaq makon va vaqt

Mutlaq fazo va vaqt — bu fizika va falsafada olamning xossalari haqidagi tushunchadir. Fizikada mutlaq fazo va vaqt afzal tushuncha boʻlishi mumkin.

Nyutondan oldin

Mutlaq fazo konseptsiyasining versiyasini (afzal tushuncha maʼnosida) Aristotel fizikasida koʻrish mumkin. ^[1] Robert S. Vestmanning yozishicha, Kopernikning " De revolutionibus orbium coelestium " asarida mutlaq fazoning „muhitini“ kuzatish mumkin, bu yerda Kopernik yulduzlarning harakatsiz sferasi tushunchasidan foydalanadi. ^[2]

Nyuton

Dastlab ser Isaak Nyuton tomonidan Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica asarida kiritilgan mutlaq vaqt va makon tushunchalari Nyuton mexanikasini osonlashtirgan nazariy asos boʻlib xizmat qildi. ^[3] Nyutonning fikriga koʻra, mutlaq vaqt hamda makon mos ravishda ob’ektiv voqelikning mustaqil tomonlari hisoblanadi: ^[4]

Mutlaq, haqiqiy va matematik vaqt oʻz-oʻzidan va oʻz tabiatidan tashqi hech narsadan qatʼiy nazar, teng ravishda oʻtaadi va boshqa nom bilan davomiylik deyiladi: nisbiy, aniq va umumiy vaqt — bu qandaydir oqilona va tashqi (toʻgʻri yoki teng boʻlmagan) oʻlchovdir. Haqiqiy vaqt oʻrniga odatda qoʻllaniladigan harakat vositasida davomiylik. . .

Nyutonning fikriga koʻra, mutlaq vaqt har qanday idrok etuvchidan mustaqil ravishda mavjud boʻlib, butun koinotda izchil sur’atda rivojlanadi. Nisbiy vaqtdan farqli oʻlaroq, Nyuton mutlaq vaqt sezilmaydi va uni faqat matematik tarzda tushunish mumkin deb hisoblardi. Nyutonning fikriga koʻra, odamlar faqat nisbiy vaqtni idrok etishga qodir, bu harakatdagi seziladigan ob’ektlarning oʻlchovidir (Oy yoki Quyosh kabi). Ushbu harakatlardan biz vaqt oʻtishi haqida xulosa chiqaramiz:

Mutlaq makon oʻz tabiatiga koʻra, tashqi hech narsadan qatʼi nazar, doimo oʻxshash va harakatsiz boʻlib qoladi. Nisbiy fazo — mutlaq boʻshliqlarning qandaydir harakatlanuvchi oʻlchovi yoki oʻlchovidir; Bizning his-tuygʻularimiz jismlarga oʻz pozitsiyasiga qarab belgilaydi: va qoʻpol ravishda qoʻzgʻalmas makon uchun olinadi … Absolyut harakat — bu jismning bir mutlaq joydan ikkinchisiga koʻchirilishi: va nisbiy harakat, bir nisbiy joydan boshqasiga koʻchirilishi .. . -Isaak Nyuton

Bu tushunchalar mutlaq makon va vaqt jismoniy hodisalarga bogʻliq emas, balki fizik hodisalar sodir boʻladigan fon yoki sahna muhiti ekanligini anglatadi. Shunday qilib, har bir ob’ekt mutlaq fazoga nisbatan mutlaq harakat holatiga ega, shuning uchun ob’ekt mutlaq dam olish holatida boʻlishi yoki qandaydir mutlaq tezlikda harakatlanishi kerak. ^[5] Oʻz fikrlarini tasdiqlash uchun Nyuton baʼzi empirik misollar keltirdi: Nyutonning fikriga koʻra, yakka aylanuvchi shar ekvatorining boʻrtib ketishini kuzatish orqali mutlaq fazoga nisbatan oʻz oʻqi atrofida aylanadi, degan xulosaga kelish mumkin va arqon bilan bogʻlangan yolgʻiz sharlar juftligi. arqonning tarangligini kuzatish orqali ularning ogʻirlik markazi (barisentr) atrofida mutlaq aylanishda ekanligi haqida xulosa chiqarish mumkin.

Turli qarashlar

Bir oʻq atrofida aylanuvchi ikkita shar. Sferalar bir-biriga taʼsirini eʼtiborsiz qoldiradigan darajada uzoqdir va ular bir-biriga arqon bilan bogʻlangan. Agar arqon kuchlanish ostida boʻlsa, bu Nyutonga koʻra jismlarning mutlaq fazoga nisbatan aylanishi yoki Machga koʻra koinotning oʻziga nisbatan aylanishi yoki umumiy nisbiylik nazariyasiga koʻra mahalliy geodeziyaga nisbatan aylanishi sababli.

Tarixda mutlaq makon va vaqt tushunchasi haqida turlicha qarashlar mavjud boʻlgan. Gotfrid Leybnits fazo jismlarning nisbiy joylashuvidan boshqa maʼnoga ega emas, vaqt esa jismlarning nisbiy harakatidan boshqa maʼnoga ega emas, degan fikrda edi. ^[6] Jorj Berkli hech qanday mos yozuvlar nuqtasi boʻlmagan holda, boʻsh koinotdagi sharni aylanishni tasavvur qilish mumkin emasligini va bir juft sharni bir-biriga nisbatan aylanayotganini tasavvur qilish mumkin, ammo ularning tortishish markazi atrofida aylanmaydi. ^[7] keyinchalik Albert Eynshteyn umumiy nisbiylik nazariyasini rivojlantirishda koʻtargan misol.

Ushbu eʼtirozlarning soʻnggi shakli Ernst Mach tomonidan qilingan. Max printsipi mexanika butunlay jismlarning nisbiy harakati haqida, xususan, massa bunday nisbiy harakatning ifodasidir, deb taklif qiladi. Shunday qilib, masalan, boshqa jismlari boʻlmagan koinotdagi bitta zarraning massasi nolga teng boʻladi. Maxning soʻzlariga koʻra, Nyuton misollari shunchaki sharlar va koinotning asosiy qismining nisbiy aylanishini koʻrsatadi. ^[8]

Shunga koʻra, biz jism fazoda oʻz yoʻnalishini va tezligini oʻzgarmagan holda saqlaydi, desak, bizning tasdiqimiz butun koinotga qisqartirilgan havoladan koʻproq yoki kamroq narsa emas. — Ernst Mach; Ciufolini va Wheeler tomonidan keltirilganidek: Gravitatsiya va inertsiya, p. 387

Mutlaq makon va vaqtga qarama-qarshi boʻlgan bu qarashlar zamonaviy nuqtai nazardan makon va vaqt uchun operatsion taʼriflarni kiritishga urinish sifatida qaralishi mumkin, bu nuqtai nazar maxsus nisbiylik nazariyasida aniq koʻrsatilgan.

Hatto Nyuton mexanikasi kontekstida ham zamonaviy nuqtai nazarga koʻra, mutlaq boʻshliq kerak emas. Buning oʻrniga inertial sanoq sistemasi tushunchasi, yaʼni bir-biriga nisbatan bir tekis harakatlanuvchi sanoq sistemalarining afzal qilingan toʻplami ustunlik qildi. Fizika qonunlari Galiley nisbiyligiga koʻra bir inertial ramkadan ikkinchisiga oʻtadi, bu Milutin Blagoyevich taʼkidlaganidek, mutlaq fazoga quyidagi eʼtirozlarga olib keladi: ^[9]

Mutlaq fazoning mavjudligi klassik mexanikaning ichki mantigʻiga ziddir, chunki Galiley nisbiylik printsipiga koʻra, inertial ramkalarning hech birini ajratib boʻlmaydi.

Mutlaq fazo inersiya kuchlarini tushuntirmaydi, chunki ular inersiya sistemalaridan biriga nisbatan tezlanish bilan bogʻliq.

Mutlaq fazo fizik jismlarga ularning tezlashishiga qarshilik koʻrsatish orqali taʼsir qiladi, lekin unga taʼsir qilib boʻlmaydi.

Nyutonning oʻzi inertsial tizimlarning rolini tan oldi: ^[10]

Berilgan fazoga kirgan jismlarning harakatlari, bu fazo tinch holatda boʻladimi yoki toʻgʻri chiziq boʻylab bir tekis oldinga siljiydimi, oʻzaro bir xil boʻladi.

Amaliy masala sifatida inertial ramkalar koʻpincha qoʻzgʻalmas yulduzlarga nisbatan bir tekis harakatlanuvchi ramkalar sifatida qabul qilinadi. ^[11] Bu haqda koʻproq muhokama qilish uchun Inertial mos yozuvlar tizimiga qarang.

Matematik taʼriflar

Kosmos, Nyuton mexanikasida tushunganidek, uch oʻlchovli va Evklid boʻlib, qatʼiy yoʻnaltirilgan . U E ³ bilan belgilanadi. Agar E ³ ning baʼzi O nuqtasi sobit boʻlsa va boshlangʻich sifatida aniqlansa, E ³ dagi har qanday P nuqtaning oʻrni uning radius vektori bilan yagona aniqlanadi. $\mathbf {r} ={\vec {OP}}$ (bu vektorning kelib chiqishi O nuqtaga toʻgʻri keladi va uning oxiri P nuqtaga toʻgʻri keladi). Uch oʻlchovli chiziqli vektor fazosi R ³ barcha radius vektorlari toʻplamidir . R ³ fazosi skalyar mahsulot ⟨, ⟩ bilan taʼminlangan.

Vaqt barcha E ³ fazoda bir xil boʻlgan va t bilan belgilanadigan skalyardir . Tartiblangan toʻplam { t } vaqt oʻqi deyiladi.

Harakat (shuningdek, yoʻl yoki traektoriya) funksiya r : D oraliqdagi nuqtani vaqt oʻqidan R ³ dagi holatga (radius vektori) tushiruvchi D → R ³ .

Yuqoridagi toʻrtta tushuncha Isaak Nyuton oʻzining Principia asarida eslatib oʻtgan „taniqli“ ob’ektlardir:

Men vaqt, makon, joy hamda harakatni hammaga yaxshi maʼlum deb belgilamayman.

Maxsus nisbiylik

Maxsus nisbiylik nazariyasi paydo boʻlgunga qadar fizika nazariyasida makon va vaqt tushunchalari alohida edi, bu ikkalasini bir-biriga bogʻlab, ikkalasini ham mos yozuvlar tizimi harakatiga bogʻliqligini koʻrsatdi. Eynshteyn nazariyalarida mutlaq vaqt va makon gʻoyalari oʻrniga maxsus nisbiylik nazariyasida fazo -vaqt, umumiy nisbiylik nazariyasida esa egri-bugri fazo-vaqt tushunchasi almashtirildi.

Mutlaq bir vaqtdalik deganda kosmosning turli joylarida barcha maʼlumot doiralarida kelishilgan tarzda sodir boʻlgan voqealarning vaqtga toʻgʻri kelishi tushuniladi. Nisbiylik nazariyasi mutlaq vaqt tushunchasiga ega emas, chunki bir vaqtning oʻzida nisbiylik mavjud. Bir mos yozuvlar doirasidagi boshqa hodisa bilan bir vaqtda sodir boʻlgan voqea boshqa maʼlumot doirasidagi ushbu hodisaning oʻtmishida yoki kelajagida boʻlishi mumkin, ^[6] bu mutlaq bir vaqtdalikni inkor etadi.

Eynshteyn

Quyida oʻzining keyingi maqolalaridan iqtibos keltirgan holda, Eynshteyn efir atamasini „kosmosning xususiyatlari“ bilan aniqladi, bu atama keng qoʻllanilmaydi. Eynshteynning taʼkidlashicha, umumiy nisbiylik nazariyasida „efir“ endi mutlaq emas, chunki fazoning geodezik va shuning uchun tuzilishi materiyaning mavjudligiga bogʻliq: ^[12]

Efirni inkor etish, oxir-oqibat, boʻsh joy hech qanday jismoniy fazilatlarga ega emas deb taxmin qilishdir. Mexanikaning asosiy faktlari bu fikrga mos kelmaydi. Boʻsh fazoda erkin harakatlanadigan tana tizimining mexanik harakati nafaqat nisbiy pozitsiyalarga (masofalarga) va nisbiy tezliklarga, balki uning aylanish holatiga ham bogʻliq boʻlib, jismoniy jihatdan tizimning oʻziga xos xususiyati sifatida qabul qilinishi mumkin. Tizimning aylanishini hech boʻlmaganda rasmiy ravishda haqiqiy narsa sifatida koʻrish uchun Nyuton fazoni ob’ektiv qiladi. U oʻzining mutlaq makonini real narsalar bilan birga tasniflaganligi sababli, uning uchun mutlaq fazoga nisbatan aylanish ham haqiqiy narsadir. Nyuton oʻzining mutlaq fazosini „Eter“ deb atagan boʻlishi mumkin; Muhimi shundaki, tezlanish yoki aylanishni haqiqiy narsa sifatida koʻrishga imkon berish uchun kuzatiladigan ob’ektlardan tashqari, sezilmaydigan boshqa narsaga ham haqiqiy deb qarash kerak.
- Albert Eynshteyn, Eter va nisbiylik nazariyasi (1920)

Efirning turli joylarida bir vaqtning oʻzida holatlar haqida hech qanday mutlaq maʼnoda gapirishning iloji boʻlmaganligi sababli, efir goʻyo toʻrt oʻlchovli boʻlib qoldi, chunki uning holatlarini faqat vaqt boʻyicha tartibga solishning ob’ektiv usuli yoʻq edi. Maxsus nisbiylik nazariyasiga koʻra, efir mutlaq edi, chunki uning inertsiyaga va yorugʻlikning tarqalishiga taʼsiri fizik taʼsirga bogʻliq emas deb hisoblangan… Nisbiylik nazariyasi bu muammoni elektr neytralning xatti-harakatlarini oʻrnatish orqali hal qildi. geodezik chiziq qonuni boʻyicha nuqta-massa, unga koʻra inertial va tortishish effektlari endi alohida hisoblanmaydi. Bunda u efirga nuqtadan nuqtaga oʻzgarib turadigan xususiyatlarni biriktirib, moddiy nuqtalarning metrikasi va dinamik harakatini aniqladi va oʻz navbatida jismoniy omillar, yaʼni massa/energiya taqsimotini aniqladi. Shunday qilib, umumiy nisbiylik nazariyasining efiri klassik mexanika va maxsus nisbiylik nazariyasidan farq qiladi, chunki u „mutlaq“ emas, balki oʻzining mahalliy oʻzgaruvchan xususiyatlarida, oʻylanadigan materiya bilan belgilanadi.

— Albert Einstein, Über den Äther (1924)^[13]

Umumiy nisbiylik

Maxsus nisbiylik mutlaq vaqtni yoʻq qiladi (garchi Gödel va boshqalar mutlaq vaqt umumiy nisbiylikning baʼzi shakllari uchun toʻgʻri boʻlishi mumkinligiga shubha qilishadi) ^[14] va umumiy nisbiylik geodeziya tushunchasi orqali mutlaq fazo va vaqtning fizik doirasini yanada qisqartiradi. ^[6] ^:207–223Uzoq yulduzlarga nisbatan mutlaq fazo bordek koʻrinadi, chunki mahalliy geodeziya oxir-oqibat bu yulduzlardan maʼlumotni yoʻnaltiradi, lekin har qanday tizim fizikasiga nisbatan mutlaq fazoga murojaat qilish shart emas, chunki uning mahalliy geodeziyasi fazo vaqtini tasvirlash uchun etarli. ^[15]

Manbalar

Newton 1687 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, Londini, Jussu Societatis Regiae ac Typis J. Streater, or The Mathematical Principles of Natural Philosophy, London, English translation by Andrew Motte 1700s
Einstein, Albert: „Ether and the Theory of Relativity“ (1920), Sidelights on Relativity (Methuen, London, 1922)

↑ "Absolute and Relational Space and Motion: Classical Theories". Stanford Encyclopedia of Philosophy. 19 July 2021. https://plato.stanford.edu/entries/spacetime-theories-classical/.
↑ Robert S. Westman, The Copernican Achievement, University of California Press, 1975, p. 45.
↑ Knudsen, Jens M.. Elements of Newtonian Mechanics, illustrated, Springer Science & Business Media, 2012 — 30-bet. ISBN 978-3-642-97599-8.
↑ In Philosophiae Naturalis Principia Mathematica See the Principia on line at Andrew Motte Translation
↑ Space and Time: Inertial Frames (Stanford Encyclopedia of Philosophy)
↑ ^6,0 ^6,1 ^6,2 Ferraro, Rafael (2007), Einstein's Space-Time: An Introduction to Special and General Relativity, Springer Science & Business Media, Bibcode:2007esti.book.....F, ISBN 9780387699462
↑ Paul Davies. The Matter Myth: Dramatic Discoveries that Challenge Our Understanding of Physical Reality. Simon & Schuster, 2007 — 70-bet. ISBN 978-0-7432-9091-3.
↑ Ernst Mach; as quoted by Ignazio Ciufolini. Gravitation and Inertia. Princeton University Press, 1995 — 386–387-bet. ISBN 978-0-691-03323-5.
↑ Milutin Blagojević. Gravitation and Gauge Symmetries. CRC Press, 2002 — 5-bet. ISBN 978-0-7503-0767-3.
↑ Isaac Newton: Principia, Corollary V, p. 88 in Andrew Motte translation. See the Principia on line at Andrew Motte Translation
↑ C Møller. The Theory of Relativity, Second, Oxford UK: Oxford University Press, 1976 — 1-bet. ISBN 978-0-19-560539-6. OCLC 220221617.
↑ Kostro, L. (2001), „Albert Einstein's New Ether and his General Relativity“ (PDF), Proceedings of the Conference of Applied Differential Geometry, 78–86-bet, 2010-08-02da asl nusxadan (PDF) arxivlandi.
↑ A. Einstein (1924), „Über den Äther“, Verhandlungen der Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft, 105 (2): 85–93. English translation: Concerning the Aether (Wayback Machine saytida 2010-11-04 sanasida arxivlangan)
↑ Savitt, Steven F. (September 2000), „There's No Time Like the Present (in Minkowski Spacetime)“, Philosophy of Science, 67-jild, № S1, S563–S574-bet, CiteSeerX 10.1.1.14.6140, doi:10.1086/392846, S2CID 121275903
↑ Gilson, James G. (September 1, 2004), Mach's Principle II, arXiv:physics/0409010, Bibcode:2004physics...9010G

[1] "Absolute and Relational Space and Motion: Classical Theories". Stanford Encyclopedia of Philosophy. 19 July 2021. https://plato.stanford.edu/entries/spacetime-theories-classical/.

[2] Robert S. Westman, The Copernican Achievement, University of California Press, 1975, p. 45.

[3] Knudsen, Jens M.. Elements of Newtonian Mechanics, illustrated, Springer Science & Business Media, 2012 — 30-bet. ISBN 978-3-642-97599-8.

[Newton-4] In Philosophiae Naturalis Principia Mathematica See the Principia on line at Andrew Motte Translation

[5] Space and Time: Inertial Frames (Stanford Encyclopedia of Philosophy)

[Ferraro-6] 6,0 ^6,1 ^6,2 Ferraro, Rafael (2007), Einstein's Space-Time: An Introduction to Special and General Relativity, Springer Science & Business Media, Bibcode:2007esti.book.....F, ISBN 9780387699462

[Davies-7] Paul Davies. The Matter Myth: Dramatic Discoveries that Challenge Our Understanding of Physical Reality. Simon & Schuster, 2007 — 70-bet. ISBN 978-0-7432-9091-3.

[Wheeler-8] Ernst Mach; as quoted by Ignazio Ciufolini. Gravitation and Inertia. Princeton University Press, 1995 — 386–387-bet. ISBN 978-0-691-03323-5.

[Blagojević2-9] Milutin Blagojević. Gravitation and Gauge Symmetries. CRC Press, 2002 — 5-bet. ISBN 978-0-7503-0767-3.

[Principia-10] Isaac Newton: Principia, Corollary V, p. 88 in Andrew Motte translation. See the Principia on line at Andrew Motte Translation

[Moeller-11] C Møller. The Theory of Relativity, Second, Oxford UK: Oxford University Press, 1976 — 1-bet. ISBN 978-0-19-560539-6. OCLC 220221617.

[kostb-12] Kostro, L. (2001), „Albert Einstein's New Ether and his General Relativity“ (PDF), Proceedings of the Conference of Applied Differential Geometry, 78–86-bet, 2010-08-02da asl nusxadan (PDF) arxivlandi.

[13] A. Einstein (1924), „Über den Äther“, Verhandlungen der Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft, 105 (2): 85–93. English translation: Concerning the Aether (Wayback Machine saytida 2010-11-04 sanasida arxivlangan)

[Savitt-14] Savitt, Steven F. (September 2000), „There's No Time Like the Present (in Minkowski Spacetime)“, Philosophy of Science, 67-jild, № S1, S563–S574-bet, CiteSeerX 10.1.1.14.6140, doi:10.1086/392846, S2CID 121275903

[15] Gilson, James G. (September 1, 2004), Mach's Principle II, arXiv:physics/0409010, Bibcode:2004physics...9010G

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]