Простор

Просторот е неограничена тридимензионален опсег во кој објектите и појавите имаат релативна позиција и насока. Физичкиот простор често е дефиниран во три линеарни димензии иако модерните физичари честопати сметаат дека времето е четврта димензија, која заедно со трите димензии во просторот го сочинуваат простор-времето. Концептот на просторот се смета дека е од фундаментална важност за да се разбере физичкиот универзум. Сепак несогласувањата продолжуваат помеѓу филозофите околу суштината, врската и деловите од концепцијата. Дебати во врска со природата, суштината и начинот на постоење на просторот датира уште од антиката. Имено, да се расправа како Тимеј на Платон, или Сократ во неговите рефлексии на она што Грците го нарекуваат khôra (“простор”) или во Физиката на Аристотел (книга IV, Делта) во дефиницијата за topos (“место”), или во подоцнежните “геометриски концепт на место” како “простор како наставка” во Говорот на место (Qawl fi al-Makan) на XI век Arab polymath Alhazen. Многу од овие класични филозофски прашања биле дискутирани во ренесансата и потоа преформулирани во XVII век, особено за време на првите почетоци од класичната механика. Според Исак Њутн просторот бил апсолутен – во смисла дека постоел привремено и независно од било што во него. Други филозофи кои се занимавале со природата, особено Готфрид Вилхелм Лајбниц сметал дека просторот всушност е колекција од меѓусебно поврзани објекти дадени од нивната оддалеченост и насока од едни кон други. Во XVIII век, филозофот и теолог Џорџ Беркли се обидел да ги демантира “видливоста на просторна длабочина” во неговиот Есеј кон нова теорија на визија. Подоцна, метафизичарот Имануел Кант рекол ниту просторот ниту времето може емпириски да се перципира – тие се елементи на систематска рамка која луѓето ја користат за структура на сите искуства. Кант укажал на “простор” во неговото дело Критика на чиста причина каде што е субјективен "pure a priori form of intuition", па е неизбежен придонесот на нашите човечки способности. Во XIX и XX век математичарите почнале да ги испитуваат геометриите кои не се Евклидовата, во просторот може да биде попрво заоблен отколку рамен. Според Ајнштајновата терија на релативноста просторот околу гравитациски полиња отстапува од Евклидов простор. Експерименталните тестови од општата релативност потврдиле дека неевклидовата геометрија обезбедува подобар модел на просторот.

Филозофија

Лајбниц и Њутн во XVII век, филозофијата на просторот и времето се јавиле како главен проблем во епистемологијата и метафизиката. Готфрид Лајбниц, германскиот филозоф-математичар и Исак Њутн, англискиот физичар и математичар, поставиле две спротивставени теории за што е просторот. Поточно од ентитет што независно постои, Лајбниц велел дека просторот не е повеќе од колекција просторна врска меѓу објектите во светот: „Просторот е резултатот од сите места заедно”. Незафатени области се оние кои можат да имаат објекти и како резултат на тоа произлегуваат просторните врски со други места. За Лајбниц, тогаш, просторот бил идеализирана апстракција од врски помеѓу поединечните ентитети и нивните можни локации па од таму не може да бидат продолжени и мора да бидат дискретни. Просторот може да се замисли слично како и членовите на семејството. Иако луѓето во семејството се поврзани меѓу себе, врските не постојат независно од нив. Лајбниц сметал дека просторот не може да постои независно од објектите во светот бидејќи тоа значи разлика помеѓу два универзуми речиси исти со разлика во локацијата на материјалниот свет во секој од универзумите. Но, не би имало начин на кој би можеле овие универзуми да се разделат, според identity of indiscernibles не би постоела вистинска разлика меѓу нив. Според тоа дека ништо не постои без причина, секоја теорија за простор која подразбира постоење на овие два универзуми мора да е погрешна.

Њутон сметал дека просторот е нешто повеќе од врска меѓу материјалните објекти и се заснова на неговите набљудувања и експерименти. За еден relationist не постои вистинска разлика меѓу внатрешно движење во кое објектите се движат со константна брзина, без внатрешно движење каде брзината се менува со време и просторните димензии се поврзани со други објакти и нивните движења. Но Њутн сметал кога веќе надворешните движења резултираат со сила, таа мора да биде апсолутна. Тој го користел примерот со водата и вртечката кофа за да го демонстрира неговото мислење. Кофа со вода е закачена на јаже и почнува да се врти, со рамна површина. По некое време, како кофата продолжува да се врти така површината на водата станува вдлабната. Ако кофата вртејќи се застане тогаш површината на водата како продолжува да се врти така останува вдлабната. Со тоа заклучил дека вдлабнатата површина не е резултат на релативното движење помеѓу кофата и водата. Напротив, Њутн сметал дека тоа е последица на неинерцијалното релати движење на самиот простор.

Кант

Во XVIII век германскиот филозоф Имануел Кант развил теорија во која знаењето за просторот може да биде priori и synthetic. Според Кант, знаењето за просторот е synthetic, in that statements about space are not simply true by virtue of the meaning of the words in the statemen. Во целокупната негова работа, Кант го отфрлил мислењето дека просторот е супстанца или врска меѓу нештата. Наместо тоа, тој дошол до заклучок дека просторот и времето не се откриени од страна на човекот туку се дел од неизбежниот системски скелет за организирање на експерименти.

Неевклидова геометрија

Евклидовите елементи содржеле пет постулати кои ја формирале основата за Евклидовата геометрија. Еден од овие, паралелниот постулат, многу векови бил предмет на дебатирање помеѓу математичарите. Тврди дека на било која рамнина каде има права линија L1 и нема врв P, има потполно права линија L 2 на рамнината која минува низ врвот P и е паралелна на правата линија L1 . Сè до крајот на XIX век, неколкумина се сомневале во вистинитоста на постулатите; наместо тоа дебатирале за потребата како аксиом или дали тоа е теорија која може да потекне од други аксиоми. Околу 1830, Унгарецот Јанош Бојаи и Русинот Николај Иванович Лобачевски посебно издале студии за вид на геометрија која не вклучива паралелни постулати, наречена хиперболизирана геометрија. Во оваа геометрија, бесконечен број на паралелни линии минуваат низ врвот P. Како последица на тоа, вкупниот збир на аглите во триаголник е помалку од 180° и соодносот од кружницата и нејзиниот пречник е поголема од пи. Во 1850 г., Бернхард Риман развил еднаква теорија на елиптична геометрија, во кја нема паралелни линии кои минуваат низ P. Во оваа геометрија, триаголниците имаат повеќе од 180° а круговите имаат соодност со нивните пречници помала од пи.

Вид на геометрија	Број на паралели	Збир на аглите во триаголникот	Односот на периметарот со пречникот на кругот	Мерење на закривеноста
Хиперболичен	Бесконечност	< 180°	> π	< 0
Евклидов	1	180°	π	0
Елиптичен	0	> 180°	< π	> 0

Гаус и Поенкаре

Иако преовладувала кантовата согласност во тоа време, откако неевклидовата геометрија била конкретизирана, некои почнале да се прашуваат дали физичкиот простор е заоблен. Карл Фридрих Гаус, германски математичар бил првиот кој спровел емпириско истражување за геометриската структура на просторот. Тој сакал да направи тест од збирот на аглите на огромен ѕвездест триаголник и има изјави дека всушност тестот бил изведен, во мал размер, со триагулација на планински врвови во Германија. Анри Поенкаре, француски математичар и физичар од доцните години на XIX век, направил важен увид, се обидел да демонстрира залудност на секој обид за да се открие која геометрија се однесува на просторот од страна на експериментот. Тој сметал научниците ќе се соочат со неволие ако тие се доверат на површината на голема замислена сфера одредени особини, позната како сфера-свет. Во овој свет, температурата може да варира на тој начин што сите објекти се шират и се собираат со слични пропорции на различни места во сферата. Со соодветно намалување на температурата, ако научниците се обидат да користат мерење на прачките за да го откријат збирот на аглите во триаголник, тие можат да бидат измамени со мислењето дека рамнината живее отколку површината на сферата. Всушност, научниците не можат да дали живее рамнина или сфера, и Поикаре дискутира истото е точно за дебатирање без разлика дали вистинскиот простор е Евклидов или не. Според него, која геометријата беше користена за да се опише просторот беше прашање на конвенцијата. Евклидовата геометрија е полесна од Неевклидовата па од тука тој претходниот секогаш го користел да за да ја опише ‘вистинската’ геометрија на светот.

Ајнштајн

Во 1905 г., Алберт Ајнштајн објавил писмена работа на тема специјална теорија за релативноста која води до концептот дека просторот и времето можат да бидат комбинирани во една конструкција позната како простор-време. Во оваа теорија, брзината на светлината во вакуум е иста за сите набљудувачи, така што два настани кои појавуваат истовремено на еден набљудувач нема да биде во истото време од страна на друг набљудувач доколку набљудувачите се движат еден кон друг. Покрај тоа, набљудувачот ќе го мери движењето на часовникот работи побавно од оној кој е во мирување; oбјектите се мерат за да бидат скратени во насоката на која се движат. Во текот на следните десет години Ајнштајн работел на општата теорија за релативноста, која е теорија за тоа како гравитацијата меѓусебно делува со време-просторот. Наместо да ја гледа гравитацијата како поле со сила, Ајнштајн предложил промена на геометриската структура на самиот време-простор. Според општата теорија, времето се движи побавно на места со пониски гравитациски потенцијали и зраците на светлината се насочува во присуство на гравитациското поле. Научниците ги проучувале однесувањата на двојните пулсари, потврдувајќи ги теориите на Ајнштајн, неевклидовата геометрија најчесто се користи за да се опише време-просторот.

Математика

Главна статија: три-димензионален простор (математика) Да не се меша со простор (математика).

Во модерната математика празните места се дефинирани како множества со некоја додадена структура. Тие често се опишуваат како различни видови на простори кои се локално приближни на Евклидовиот простор, а во врска со имотите се дефинирани во голема мера на локална поврзаност на точките кои лежат на колекторот. Сепак постојат многу различни математички предмети кои се наречени „простор“. На пример, векторскиот простор како што е функционо пространство може да има бесконечно многу броеви на независни димензии и поимот на растојание е многу поразличен од Евклидов простор, тополошките простори се замена за концептот на далечина со повеќе апстрактна идеја за блискост.

Физика

Многу од законите на физиката, како што се разни инверзни квадратни закони, зависат од три димензии. Во физиката, нашиот три-димензионален простор се гледа како вграден во четири-димензионален време-простор, наречен Minkowski простор (види специјална релативност). Идејата зад време-простор е дека времето е хиперболична-ортогонала за секој од трите просторни димензии.

Класична механика

Просторот е една од неколкуте фундаментални квантитети во физиката, што значи дека не може да биде дефинирана преку други квантитети затоа што ништо фундаментално не е познато денеска. Од друга страна, тоа може да биде поврзано со други фундаментални квантитети. Така, слично на другите квантитети (како време и маса), просторот може да се истражува преку мерење и експеримент.

Релативност

Главна статија: Теорија за релативноста Пред ајшнштајновото дело за релативистичка физика, времето и прострот биле гледани како независни димензии. Ајнштајновите откритија покажале дека релативноста се должи на предлогот што нашиот простор и време математички може да се комбинираат во еден објек време-простор. Излегува дека растојанијата во просторот или во времето одделно не се непроменливи во однос на Лоренцовите трансформации, но растојанието во Minkowski време-просторот заедно со интервалите го оправдуваат името. Покрај тоа, времето и просторните димензии не треба да се гледаат како да се целосно еднакви со Minkowski време-просторот. Слободно може да се движат во просторот, но не и во времето. Така, времето и просторние координати се третираат поинаку, како во специјалната релативност (каде што времето понекогаш се смета со имагинарни координати) и во општата релативност (каде различни знаци се доделуваат на времето и просторните компоненти на време-просторот метрички. Понатаму, во општата теорија за релативноста на Ајнштајн, се претпоставува дека време-просторот е геометриски закривена во близина на гравитациски значаjните маси. Една последица на овој постулат, што следува од равенките на општата релативност, е предвидување на движечките бранови во време-просторот, таканаречени гравитациски бранови. Иако е пронајден индиректен доказ за овие бранови (на пр. во движење на Халс-Тејлорова двојка) експериментите се обидуваат директно да ги измерат овие бранови кои се во тек.

Космологија

Главна статија: Облик на универзумот Теорија за релативност води кон космолошкото прашање за што е тоа што го обликува универзумот и од каде е дојден просторот. Се чини дека просторот е создаден во Големата експлозија, пред 13,8 милијарди години и се зголемува од тогаш па натаму. Целокупниот облик на просторот не е познат, но познато е дека просторот се шири многу брзо а тоа се должи на космичката инфилација.

Просторни мерки

Главна статија: Мерење Мерењето на физичкиот простор долго време е многу важно. Иако претходните општества развиле системи за мерење, Меѓународниот систем на единици (SI), сега е најчест систем на единици кои се користат во мерењето на просторот и се користи речиси секаде во светот. Во моментов, стандарниот просторен интервал, наречен стандарден метарили едноставно метар, се дефинира како растојание поминато од светлината во вакуум за временски интервал од точно 1/299,792,458 дел од секунда. Оваа дефиниција во комбинација со сегашната дефиниција за секунда е врз основа на специјалната теорија за релативноста, во која брзината на светлината ја игра улогата на фундаментална констата на природата.

Географски простор

Поврзано: Просторна анализа Географијата е гранка на науката која се занимава со идентификување и опишување на Земјата користејќи просторна свест за да се разбере зошто одредени работи постојат на специфични локации. Картографија е мапирање на места со цел да се овозможи подобра навигација, за визуелизирачки цели и за да дејствуваат како локациски уреди. Геостатистиката применува статистички концепти за да собира просторни податоци со цел да се создаде проценка на незабележани феномени. Географскиот простор често се смета како земја и може да има врска со сопственоста на користење (каде просторот се гледа како имот или територија). Додека на некои култури им се наметнати правата на човекот во одност на сопственоста, други култури ќе се идентификуваат со комунален пристап на сопственост на земјиште, додека други култури како што се австралиските Абориџини, наместо да ги прифатат правата за сопственост на земјиштето тие сметаа дека всушност земјата ги поседува нив. Просторно планирање е метод за регулирање на користењето на просторот на ниво на земјата, со одлуки донесени на регионално, национално и меѓународно ниво. Просторот исто така може да влијае на човековите и културно однесување, што е важен фактор во архитектурата, каде што ќе има влијание на дизајнот на објекти и структури, како и за земјоделството. Сопственоста на просторот не е ограничена на земјиштето. Сопственост на воздушниот простoр и на водите е одлучено на меѓународно ниво. Други форми на сопственост неодамна биле утврдени на други простори, на пример на радио бендови од електромагнетниот спектар или на сајбер-просторот. Јавниот простор е термин кој се користи да се дефинираат области на змјата, како колективна сопственост на заедницата и е раководено од страна на делегирани тела; таквите места се отворени за сите, додека приватната сопственост е земјиштето кое што е сопственост на поединец или компанија, за нивна сопствена употреба и задоволство. Апстрактен простор е термин кој се користи во географијата и се днесува на еден хипотетички простор кој се одликува со целосна хомогеност. Моделирачката активност или однесување е концептуална алатка која се користи за да се ограничи од надворешни варијации како што е теренот.

Во психологијата

Во средината на XIX век психолозите прво почнале да учат на кој начин може да се перципира просторот. Оние кои сега се занимаваат со вакви студии го сметаат како посебна гранка на психологијата. Психолошката анализа за перцепсија на просторот се занимава со тоа како се препознава физичкиот изглед на некој објект или како се перципираат неговите интеракции на пример во визуелниот простор. Останатите специјализирани теми проучуваат и amodal перцепција и постојан објект. Перцепцијата на околината е важна, потребно е нејзиното значење за опстанокот особено во поглед на ловот и преживувањето, како и едноставно нечија идеја на личен простор. Повеќе простор-фобии се идентификувани, вклучувајќи ја агорафобија (страв од отворен простор), астрофобија (страв од небесен простор) и клаустрофобија (страв од затворен простор). Разбирањето на три-димензионален простор кај луѓет се смета дека се научил за време на детството со несвено користење на инфереција и е тесно поврзана со рака-око координацијата. Визуелната способност да се согледа светот во три димензии се нарекува перцепција на длабочина.

Поврзано

Наводи

Надворешни врски

Seth Shostak on Space Exploration