المكان والزمان المطلق

وقت
المفاهيم الرئيسية ماضي حاضر مستقبل الخلود من العالم
مجالات الدراسة علم الآثار التسلسل الزمني تاريخ علم الساعات علم القياس علم الحفريات علم المستقبل
فلسفة الحاضرية الخلود حدث القدرية
دِين الأساطير الخلق وقت النهاية يوم القيامة خلود الآخرة التناسخ كالاتشاكرا
قياس المعايير ايزو 8601 متري سداسي عشري
علوم الطبيعية كرونوبيولوجيا نشأة الكون تطور التأريخ الإشعاعي المصير النهائي للكون الزمن في الفيزياء
مواضيع ذات صلة حركة فضاء الزمكان السفر عبر الزمن
ف ت هـ

الزمان والمكان المطلقان مفهومان في الفيزياء والفلسفة يتعلقان بخصائص الكون. وفي الفيزياء، قد يكون الزمان والمكان المطلقان إطارًا مفضلًا .

يمكن رؤية نسخة من مفهوم الفضاء المطلق (بمعنى الإطار المفضل ) في الفيزياء الأرسطية . ^{[1] يكتب} روبرت إس ويستمان أنه يمكن ملاحظة "نفحة" من الفضاء المطلق في كتاب كوبرنيكوس " حول ثورة الأجرام السماوية " ، حيث يستخدم كوبرنيكوس مفهوم الكرة الثابتة للنجوم. ^[2]

قدم السير إسحاق نيوتن في كتابه "المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية" مفهومي الزمان والمكان المطلقين، حيث وفرا الأساس النظري الذي سهّل ميكانيكا نيوتن . ^[3] ووفقًا لنيوتن، فإن الزمان والمكان المطلقين هما على التوالي جوانب مستقلة للواقع الموضوعي: ^[4]

الزمن المطلق والحقيقي والرياضي، من تلقاء نفسه ومن طبيعته الخاصة يتدفق بالتساوي دون النظر إلى أي شيء خارجي، ويسمى باسم آخر المدة: الزمن النسبي والظاهري والمشترك، هو مقياس محسوس وخارجي (سواء كان دقيقًا أو غير قابل للتساوي) للمدة عن طريق الحركة، والذي يستخدم عادةً بدلاً من الزمن الحقيقي ...

وفقًا لنيوتن، فإن الزمن المطلق موجود بشكل مستقل عن أي مُدرك ويتقدم بوتيرة ثابتة في جميع أنحاء الكون. وعلى عكس الزمن النسبي، اعتقد نيوتن أن الزمن المطلق غير محسوس ولا يمكن فهمه إلا رياضيًا. وفقًا لنيوتن، فإن البشر قادرون فقط على إدراك الزمن النسبي، وهو قياس للأجسام المتحركة التي يمكن إدراكها (مثل القمر أو الشمس). ومن هذه الحركات، نستنتج مرور الزمن.

إن الفضاء المطلق، في طبيعته الخاصة، وبغض النظر عن أي شيء خارجي، يظل دائمًا متماثلًا وثابتًا. والفضاء النسبي هو بُعد متحرك أو مقياس للفضاءات المطلقة؛ والذي تحدده حواسنا من خلال موقعه بالنسبة للأجسام: والذي يُنظر إليه بشكل مبتذل على أنه فضاء ثابت ... الحركة المطلقة هي انتقال الجسم من مكان مطلق إلى آخر: والحركة النسبية هي الانتقال من مكان نسبي إلى آخر ...

-  اسحق نيوتن

تشير هذه المفاهيم إلى أن المكان والزمان المطلقين لا يعتمدان على الأحداث الفيزيائية، بل هما خلفية أو إعداد مسرحي تحدث فيه الظواهر الفيزيائية. وبالتالي، فإن كل جسم له حالة حركة مطلقة بالنسبة للمكان المطلق، بحيث يجب أن يكون الجسم إما في حالة سكون مطلق، أو يتحرك بسرعة مطلقة . ^[5] لدعم آرائه، قدم نيوتن بعض الأمثلة التجريبية: وفقًا لنيوتن، يمكن استنتاج أن كرة دوارة منفردة تدور حول محورها بالنسبة للمكان المطلق من خلال ملاحظة انتفاخ خط استوائها، ويمكن استنتاج أن زوجًا منفردًا من الكرات المربوطة بحبل يدوران بشكل مطلق حول مركز ثقلهما ( مركز الثقل ) من خلال ملاحظة الشد في الحبل.

تاريخيًا، كانت هناك وجهات نظر مختلفة حول مفهوم المكان والزمان المطلقين. كان غوتفريد لايبنتز من الرأي القائل بأن المكان لا معنى له إلا كموقع نسبي للأجسام، وأن الزمن لا معنى له إلا كحركة نسبية للأجسام. ^{[6] اقترح} جورج بيركلي أنه في غياب أي نقطة مرجعية، لا يمكن تصور كرة في كون فارغ بخلاف ذلك تدور، ويمكن تصور زوج من الكرات تدور بالنسبة لبعضها البعض، ولكن ليس تدور حول مركز جاذبيتها، ^[7] وهو مثال طرحه لاحقًا ألبرت أينشتاين في تطويره للنسبية العامة.

كان إرنست ماخ هو صاحب الشكل الأحدث لهذه الاعتراضات . يقترح مبدأ ماخ أن الميكانيكا تدور بالكامل حول الحركة النسبية للأجسام، وعلى وجه الخصوص، فإن الكتلة هي تعبير عن هذه الحركة النسبية. على سبيل المثال، فإن الجسيم المفرد في الكون الذي لا يحتوي على أي أجسام أخرى سيكون له كتلة صفرية. وفقًا لماخ، فإن أمثلة نيوتن توضح ببساطة الدوران النسبي للكرات وكتلة الكون. ^[8]

وعندما نقول، وفقًا لذلك، إن الجسم يحافظ على اتجاهه وسرعته في الفضاء دون تغيير ، فإن تأكيدنا ليس أكثر أو أقل من إشارة مختصرة إلى الكون بأكمله .
—إرنست ماخ ^[9]

يمكن النظر إلى هذه الآراء المعارضة للزمان والمكان المطلقين من موقف حديث على أنها محاولة لإدخال تعريفات عملية للزمان والمكان، وهو المنظور الذي تم توضيحه بوضوح في نظرية النسبية الخاصة.

حتى في سياق ميكانيكا نيوتن، فإن النظرة الحديثة هي أن الفضاء المطلق غير ضروري. بدلاً من ذلك، اكتسب مفهوم الإطار المرجعي بالقصور الذاتي الأسبقية، أي مجموعة مفضلة من الإطارات المرجعية التي تتحرك بشكل موحد بالنسبة لبعضها البعض. تتحول قوانين الفيزياء من إطار بالقصور الذاتي إلى آخر وفقًا للنسبية الجاليليّة ، مما يؤدي إلى الاعتراضات التالية على الفضاء المطلق، كما حددها ميلوتين بلاغوجيفيتش: ^[10]

• إن وجود الفضاء المطلق يتناقض مع المنطق الداخلي للميكانيكا الكلاسيكية، لأنه وفقًا لمبدأ النسبية الجليلي، لا يمكن عزل أي من الإطارات القصورية.
• الفضاء المطلق لا يفسر القوى القصورية لأنها مرتبطة بالتسارع بالنسبة لأي من الإطارات القصورية.
• تؤثر المساحة المطلقة على الأجسام المادية عن طريق إحداث مقاومة للتسارع فيها ولكن لا يمكن التأثير عليها.

لقد أدرك نيوتن نفسه دور الأطر القصورية. ^[11]

إن حركات الأجسام الموجودة في فضاء معين تكون متساوية فيما بينها، سواء كان هذا الفضاء ساكنًا أو يتحرك للأمام بشكل منتظم في خط مستقيم.

كمسألة عملية، غالبًا ما يتم اعتبار الإطارات بالقصور الذاتي كإطارات تتحرك بشكل موحد بالنسبة للنجوم الثابتة . ^[12] راجع إطار المرجع بالقصور الذاتي لمزيد من المناقشة حول هذا الموضوع.

الفضاء ، كما هو مفهوم في ميكانيكا نيوتن ، هو ثلاثي الأبعاد وإقليدي ، مع اتجاه ثابت . ويرمز له E ^3. إذا كانت بعض النقاط O في E ³ ثابتة ومحددة كأصل ، فإن موضع أي نقطة P في E ³ يتم تحديده بشكل فريد من خلال متجه نصف قطرها (أصل هذا المتجه يتطابق مع النقطة O ونهايته تتطابق مع النقطة P ). فضاء المتجه الخطي ثلاثي الأبعاد R ³ هو مجموعة من جميع متجهات نصف القطر. الفضاء R ³ مزود بحاصل ضرب قياسي ⟨، ⟩. ${\displaystyle \mathbf {r} ={\vec {OP}}}$

الزمن هو عدد قياسي يكون هو نفسه في كل الفضاءات E ³ ويرمز له بالرمز t . المجموعة المرتبة { t } تسمى محور الزمن.

الحركة (وتسمى أيضًا المسار أو المسار الحركي ) هي دالة r  : Δ → R ³ تقوم بتعيين نقطة في الفاصل الزمني Δ من محور الزمن إلى موضع (متجه نصف القطر) في R ³ .

المفاهيم الأربعة المذكورة أعلاه هي الأشياء "المعروفة" التي ذكرها إسحاق نيوتن في كتابه Principia :

لا أحدد الزمان والمكان والحركة على أنها أمور معروفة للجميع. ^[13]

كانت مفاهيم المكان والزمان منفصلة في النظرية الفيزيائية قبل ظهور نظرية النسبية الخاصة ، التي ربطت بين الاثنين وأظهرت أن كليهما يعتمد على حركة الإطار المرجعي. في نظريات أينشتاين، حلت فكرة الزمكان في النسبية الخاصة والزمكان المنحني في النسبية العامة محل أفكار الزمان والمكان المطلقين .

يشير التزامن المطلق إلى تزامن الأحداث في الزمن في مواقع مختلفة في المكان بطريقة متفق عليها في جميع الأطر المرجعية . لا تحتوي نظرية النسبية على مفهوم الزمن المطلق لأن هناك نسبية للتزامن . الحدث الذي يتزامن مع حدث آخر في إطار مرجعي واحد قد يكون في الماضي أو المستقبل لذلك الحدث في إطار مرجعي مختلف، ^{[6] : 59} مما ينفي التزامن المطلق.

في اقتباس من أوراقه اللاحقة، حدد أينشتاين مصطلح الأثير بـ "خصائص الفضاء"، وهو مصطلح لا يستخدم على نطاق واسع. ذكر أينشتاين أنه في النسبية العامة، لم يعد "الأثير" مطلقًا، حيث يعتمد الجيوديسي وبالتالي بنية الزمكان على وجود المادة. ^[14]

إن إنكار الأثير يعني في نهاية المطاف افتراض أن الفضاء الفارغ لا يتمتع بأية صفات فيزيائية على الإطلاق. والحقائق الأساسية للميكانيكا لا تتفق مع هذه الرؤية. ذلك أن السلوك الميكانيكي لنظام جسدي يحوم بحرية في الفضاء الفارغ لا يعتمد فقط على المواضع النسبية (المسافات) والسرعات النسبية، بل يعتمد أيضاً على حالة دورانه، التي قد نعتبرها فيزيائياً سمة لا تخص النظام في حد ذاته. ولكي نتمكن من النظر إلى دوران النظام، على الأقل من الناحية الشكلية، باعتباره شيئاً حقيقياً، فقد صنف نيوتن الفضاء موضوعياً. ولأنه يصنف الفضاء المطلق الذي يتصوره مع الأشياء الحقيقية، فإن الدوران بالنسبة إلى الفضاء المطلق بالنسبة له هو أيضاً شيء حقيقي. ولعل نيوتن كان ليطلق على الفضاء المطلق الذي تصوره اسم "الأثير"؛ ولكن ما هو جوهري ببساطة هو أنه إلى جانب الأشياء التي يمكن ملاحظتها، لابد من النظر إلى شيء آخر، غير محسوس، باعتباره حقيقياً، حتى يتسنى لنا النظر إلى التسارع أو الدوران باعتباره شيئاً حقيقياً.

—  ألبرت أينشتاين، الأثير ونظرية النسبية (1920) ^[15]

ولأنه لم يعد من الممكن التحدث بأي معنى مطلق عن حالات متزامنة في مواقع مختلفة في الأثير، فقد أصبح الأثير، كما كان، رباعي الأبعاد، حيث لم تكن هناك طريقة موضوعية لترتيب حالاته حسب الزمن وحده. ووفقًا للنسبية الخاصة أيضًا، كان الأثير مطلقًا، حيث كان يُعتقد أن تأثيره على القصور الذاتي وانتشار الضوء مستقل في حد ذاته عن التأثير الفيزيائي.... وقد حلت نظرية النسبية هذه المشكلة من خلال تحديد سلوك الكتلة النقطية المحايدة كهربائيًا وفقًا لقانون الخط الجيوديسي، والذي بموجبه لم تعد التأثيرات القصورية والجاذبية تعتبر منفصلة. وبذلك، أضفت على الأثير خصائص تختلف من نقطة إلى أخرى، مما يحدد السلوك المتري والديناميكي للنقاط المادية، ويحددها بدوره عوامل فيزيائية، أي توزيع الكتلة/الطاقة. وهكذا فإن الأثير في النسبية العامة يختلف عن الأثير في الميكانيكا الكلاسيكية والنسبية الخاصة في أنه ليس "مطلقًا" ولكنه محدد، في خصائصه المتغيرة محليًا، بواسطة مادة قابلة للوزن.

—  ألبرت أينشتاين، أوبر دن آثر (1924) ^[16]

تلغي النسبية الخاصة الزمن المطلق (على الرغم من أن جودل وآخرين يشتبهون في أن الزمن المطلق قد يكون صالحًا لبعض أشكال النسبية العامة) ^[17] وتقلل النسبية العامة بشكل أكبر من النطاق المادي للمكان والزمان المطلقين من خلال مفهوم الجيوديسيات . ^{[6] : 207-223} يبدو أن هناك فضاء مطلقًا فيما يتعلق بالنجوم البعيدة لأن الجيوديسيات المحلية تنقل المعلومات في النهاية من هذه النجوم، ولكن ليس من الضروري استدعاء الفضاء المطلق فيما يتعلق بفيزياء أي نظام، حيث أن الجيوديسيات المحلية كافية لوصف زمكانه. ^[18]

• الوسائط المتعلقة بالزمان والمكان المطلقين في ويكيميديا ​​كومنز