Espai
L'espai físicés l'espai infinit on es troben elsobjectesi en el qual els esdeveniments que ocorren tenen una posició i direcció relatives.[1]L'espai físic contempla el que habitualment és concebut amb plans de duesdimensionslineals,i en cossos geomètrics de tres dimensions, tot i que elsfísicsmoderns usualment el consideren, junt amb eltemps,com una part d'un infinit continu de quatre dimensions conegut com aespaitemps.Enmatemàtiques,s'examinen espais amb diferent nombre de dimensions i amb diferents estructures subjacents. El concepte d'espai és considerat de fonamental importància per a una comprensió de l'universfísic, encara que hi hagi continus desacords entrefilòsofssobre si és una entitat, una relació entre entitats o bé part d'unmarc conceptual.
Moltes d'aquestes qüestions filosòfiques van sorgir el seglexviidurant el desenvolupament primerenc de lamecànica clàssica.SegonsIsaac Newton,l'espai era absolut, en el sentit que era permanent i existia independentment de la matèria.[2]En canvi, elsfilòsofs naturalistes,comGottfried Leibniz,pensaven que l'espai era una col·lecció de relacions entre objectes, donada per la sevadistànciai direcció des d'un altre. En el seglexviii,Immanuel Kantva descriure l'espai i el temps com a elements d'un marc sistemàtic que els éssers humans usen per a estructurar les seves experiències.
En els segles XIX i XX, els matemàtics van començar a examinar lageometria no euclidiana,l'espai del qual pot dir-se que éscorbmés quepla.D'acord amb lateoria general de la relativitatd'Albert Einstein,l'espai al voltant delscamps gravitatorises desvia de l'espai euclidià.[3]Lesproves de la relativitat generalhan confirmat que l'espai no euclidià proveeix un millor model per a descriure la forma de l'espai.
Filosofia de l'espai
[modifica]Leibniz i Newton
[modifica]En el seglexvii,lafilosofia de l'espai i el tempsva emergir com un tema central enepistemologiaimetafísica.Gottfried Leibniz,filòsof i matemàtic alemany, iIsaac Newton,físic i matemàtic anglès, van elaborar dues teories oposades del que és l'espai. En comptes de ser una entitat que existeix independentment de (i per sobre) la matèria, Leibniz va sostenir que l'espai no és més que una col·lecció de relacions espacials entre objectes al món:space is that which results from places taken together.[4]Les regions desocupades són aquelles quepodrientenir objectes en elles, i així relacions espacials amb altres llocs. Per a Leibniz, en canvi, l'espai era unaabstraccióidealitzada de les relacions entre les entitats individuals o les seves possibles localitzacions; llavors, no seriacontinu,sinódiscret.[5]
L'espai podria pensar-se de manera similar a les relacions entre els membres d'una família. Encara que les persones d'una família estan relacionades entre si, les relacions no existeixen independentment de la gent.[6]
Leibniz va sostenir que l'espai no podria existir independentment dels objectes al món perquè això implicaria una diferència entre dos universos exactament iguals excepte per la localització del món material en cada univers. Tampoc, però, no hi hauria manera de distingir-los entre si, ja que, conforme amb el principi d'identitat dels indiscernibles,no hi hauria cap diferència real entre aquests. D'acord amb elprincipi de raó suficient,qualsevol teoria de l'espai que impliqui la possibilitat que existeixin aquests dos universos hauria de ser incorrecta.[7]
Newton va prendre l'espai com alguna cosa més que les relacions entre els objectes materials i va basar la seva posició en l'observaciói l'experimentació.Per a unrelativistapot no haver-hi diferència entremoviment inercial,en el qual els objectes viatgen a unavelocitatconstant, imoviment no inercial,en el qual la velocitat canvia amb el temps, ja que tots els mesuraments espacials són relatius a altres objectes i els seus moviments. Newton, però, va sostenir que com que el moviment no inercial generaforces,aquest ha de ser absolut.[8]Va usar l'exemple de l'aigua en un cub girant per demostrar el seu argument: l'aiguaen un galleda penjada d'una soga i posada a girar, comença amb una superfície plana. Després d'un temps, com que el cub continua girant, la superfície de l'aigua es fa còncava. Si el gir del cub es deté, llavors la superfície de l'aigua continua sent còncava, ja que continua girant. La superfície còncava, per tant, no és pel que sembla el resultat del moviment relatiu entre el cub i l'aigua.[9]En lloc d'això, ha de ser el resultat de moviment no inercial en relació amb l'espai mateix. Durant diversos segles, l'argument de cub va ser decisiu per a demostrar que l'espai ha d'existir independentment de la matèria.
Kant
[modifica]En el seglexviii,el filòsof alemanyImmanuel Kantva desenvolupar la teoria delconeixementen la qual el coneixement sobre l'espai pot ser alhoraa prioriisintètic.[10]Segons Kant, el coneixement sobre l'espai éssintètic,ja que les afirmacions sobre l'espai no són simplement verdaderes en virtut del significat de les paraules en la declaració. En el seu treball, Kant va rebutjar la visió que l'espai ha de ser una substància o relació; en canvi, va arribar a la conclusió que l'espai i temps no són descoberts pels humans per ser característiques objectives del món, però són part d'un marc sistemàtic inevitable per a l'organització de les nostres experiències.[11]
Geometria no euclidiana
[modifica]
ElsElementsd'Euclidescontenen cinc postulats que són la base de la geometria euclidiana. Un d'aquests, elpostulat dels paral·lels,ha estat matèria de debat entre els matemàtics durant molts segles: postula que en qualsevolplasobre el qual hi ha una línia rectaL1i un puntPfora d'aquellaL1hi ha només una línia rectaL₂sobre el pla que passa per aquest puntPi és paral·lela aL1.Fins al seglexix,pocs dubtaven de la veracitat d'aquest postulat, malgrat el debat centrat en si era necessari com unaxioma,o si es tractava d'una teoria que podria derivar-se dels altres axiomes.[12]Al voltant de 1830, l'hongarèsJános Bolyaii elrusNikolai Ivànovitx Lobatxevskivan publicar separadament tractats sobre un tipus de geometria que no incloïa el postulat dels paral·lels, anomenadageometriahiperbòlica.En aquesta geometria, un nombreinfinitde línies paral·leles passa a través del puntP.Conseqüentment, la suma dels angles d'un triangle és menor de 180° i lacircumferènciad'uncercleen relació amb el seudiàmetreés major quepi.En la dècada de 1850,Bernhard Riemannva desenvolupar una teoria equivalent anomenadageometria el·líptica,en la qual no passen línies paral·leles a través deP:en aquesta geometria, els angles dels triangles sumen més de 180° i els cercles tenen una raó entre la circumferència i el diàmetre menor que pi.
| Tipus de geometria | Nombre de paral·lels | Suma d'angles en un triangle | Raó entre la circumferència i el diàmetre d'un cercle | Mesura de curvatura |
|---|---|---|---|---|
| Hiperbòlica | Infinit | < 180° | > π | < 0 |
| Euclidiana | 1 | 180° | π | 0 |
| El·líptica | 0 | > 180° | < π | > 0 |
Gauss i Poincaré
[modifica]
Encara que hi va haver un consens predominantment kantià en el moment, una vegada que les geometries no euclidianes s'havien formalitzat, alguns van començar a preguntar-se si l'espai físic és corb o no.Carl Friedrich Gauss,matemàtic alemany, va ser el primer a considerar una investigació empírica de l'estructura geomètrica de l'espai: va pensar a fer una prova de la suma dels angles d'un triangle estel·lar enorme i hi ha informes que realment va dur a terme una prova, en petita escala,triangulantcims de muntanyes a Alemanya.[13]
Henri Poincaré,matemàtic i físic francès del seglexix,va introduir una idea important en la qual va intentar demostrar la inutilitat de qualsevol intent de descobrir quina geometria s'aplica a l'espai mitjançant un experiment.[14]Segons el seu parer, els científics s'enfrontarien a una difícil situació si es confinessin a la superfície d'una gran esfera imaginària amb propietats particulars, coneguda com aesfera-món.En aquest món, latemperaturasol variar de tal manera que tots els objectes s'expandeixen i es contrauen en proporcions similars en diferents llocs de l'esfera. Amb una adequada caiguda de la temperatura, si els científics tractessin d'usar vares de mesurar per a determinar la suma dels angles d'un triangle, podrien ser portats a pensar erròniament que habiten un món pla en comptes d'una superfície esfèrica.[15]De fet, els científics no poden determinar, en principi, si habiten en un món pla o esfèric i, va sostenir Poincaré, el mateix ocorre per al debat sobre si l'espai real és euclidià o no. Per a ell, la geometria del qual es va utilitzar per a descriure l'espai, era una qüestió deconvencionalisme.[16]Com que lageometria euclidianaés més simple que la no euclidiana, va assumir que la primera sempre s'utilitza per a descriure la "verdadera" geometria del món.[17]
Einstein
[modifica]
El 1905,Albert Einsteinva publicar un document sobre unateoria de la relativitat especial,en el qual proposava que l'espai i el temps es combinaven en una única construcció coneguda com aespaitemps.En aquesta teoria, lavelocitat de la llumen elbuités la mateixa per a tots els observadors, per la qual cosa resulta que dos esdeveniments que semblen simultanis per a un observador particular no ho seran per a un altre observador si ambdós estan en moviment l'un respecte de l'altre. D'altra banda, un observador veurà un rellotge en movimentfuncionar més lentamentque un d'estacionari respecte a ells, i les mesures dels objectestendeixen a reduir-seen la direcció en la qual hi ha el moviment respecte a l'observador.
En els deu anys següents, Einstein va treballar en unateoria general de la relativitatque descriu com lagravetatinteracciona amb l'espaitemps. En comptes de veure la gravetat com uncamp de forcesactuant en l'espaitemps, Einstein va suggerir que aquesta modifica l'estructura geomètrica del darrer.[18]D'acord amb la teoria general, el temps va més a poc a poc en llocs amb menor potencial gravitatori i els raigs de llum es desvien en pre sắc ncia d'un camp gravitatori. Alguns científics han estudiat la conducta delspúlsars binaris,confirmant les prediccions de les teories d'Einstein. La geometria no euclidiana és en general utilitzada per a descriure l'espaitemps.
Matemàtiques
[modifica]En lamatemàticamoderna, els espais matemàtics estan definits com aconjuntsamb alguna estructura afegida; freqüentment, es descriu com els diferents tipus devarietats,que són espais que s'aproximen a l'espai euclidià,les propietats dels quals es defineixen en gran manera per la connexió local dels punts que es troben en cada una d'aquests. Tanmateix, hi ha molts objectes matemàtics diversos que són anomenatsespais:per exemple, els espais de funcions en general no tenen estreta relació amb l'espai euclidià.
Física
[modifica]Mecànica clàssica
[modifica]L'espai és una de les poquesmagnituds fonamentalsde lafísica,en el sentit que no es pot definir mitjançant altres magnituds físiques fonamentals, ja que actualment no es coneix res més fonamental. D'altra banda, pot estar relacionada amb altres magnituds fonamentals: així, com altres magnituds fonamentals (com eltempsi lamassa), l'espai pot ser explorat mitjançant lamesurai l'experimentació.
Astronomia
[modifica]L'astronomiaés la ciència relacionada amb l'observació, anàlisi i mesurament dels objectes de l'espai exterior.
Relativitat
[modifica]Abans del treball d'Albert Einsteinen física relativista, l'espai i el temps eren vistos com a dimensions independents. Els descobriments d'Einstein van demostrar que aquests poden combinar-se matemàticament en un objecte anomenatespaitemps.Resulta que les distàncies en l'espai o en el temps separadament no són invariants respecte de latransformació de coordenades de Lorentz,però sí que ho són les distàncies en l'espaitemps de Minkowskial llarg d'intervals d'espaitemps.
A més, el temps i les dimensions de l'espai no s'han de veure com l'equivalent exacte en l'espaitemps de Minkowski. Un pot moure's lliurement en l'espai però no en el temps: així, el temps i les coordenades de l'espai són tractats de manera diferent en larelativitat especial(en què el temps de vegades es considera una coordenadaimaginària) i en larelativitat general(en què se n'usen de diferents per als components espacials i temporals de lamètricade l'espaitemps).
Finalment, en lateoria de la relativitat generald'Einstein es postula que l'espaitemps està distorsionat geomètricament (corbat) a prop de masses gravitacionalment significatives.[19]
Hi ha experiments en curs per a intentar mesurar directamentones gravitacionals.Això són essencialment solucions a les equacions de la relativitat general, que descriuen ones de l'espaitemps en moviment. Proves indirectes d'això s'han trobat en el moviment delssistemes binaris d'Hulse-Taylor.
Cosmologia
[modifica]La teoria de la relativitat condueix a la qüestiócosmològicade quina és la forma de l'univers i d'on procedeix l'espai. Sembla que l'espai va ser creat en elbig bangi s'ha expandit des de llavors. La forma general de l'espai no es coneix, però se sap que l'espai es va expandir molt ràpidament a causa de lainflació còsmica.Alan Guth,conegut per la seva teoria de la inflació, va presentar les primeres idees en un seminari a l'Stanford Linear Accelerator Centerel gener de 1980.
Mesura espacial
[modifica]La mesura de l'espai físicha estat important des de fa molt de temps. Encara que en les societats anteriors s'havien desenvolupat sistemes de mesura, elsistema internacional d'unitats(SI) és actualment el més comunament utilitzat en la mesura de l'espai, i és gairebé universalment utilitzat dins de laciència.
En l'actualitat, l'interval d'espai estàndard, anomenatmetre patróo simplementmetre,és definit comla distància recorreguda per la llum en el buitdurant un interval d'exactament un 1 / 299.792.458 de segon. Aquesta definició, junt amb la definició actual desegon,es basa en lateoria de la relativitat especial,en la qual lavelocitat de la llumexerceix el rol de constant fonamental de la natura.
Geografia
[modifica]Lageografiaés la branca de la ciència relacionada amb la identificació i descripció de laTerrautilitzant la consciència espacial per a tractar d'entendre per què les coses existeixen en llocs específics. Lacartografiaés l'assignació d'espais per a permetre una millor navegació, per a propòsits de visualització i d'actuar com un dispositiu de localització. Lageoestadísticaempra conceptes estadístics per a la recol·lecció de dades espacials a fi de crear una estimació dels fenòmens observats.
L'espai geogràficés habitualment considerat com el terreny que pot ser apropiat (en aquest cas, és vist com unafinca,parcel·laoterritori). Mentre que algunes cultures basen les seves lleis en la propietat privada de l'espai, d'altres s'identifiquen amb enfocaments comunals de la propietat de la terra i d'altres, com elsaborígens australians,en comptes de considerar la terra com a propietat, inverteixen la relació i es consideren propietat de la terra que habiten.
La propietat de l'espai no està restringida a la terra. La propietat de l'espai aerii de lesaigües internacionalsés decidida internacionalment. Altres formes de propietat han estat recentment establertes en altres espais; per exemple, les bandes de freqüència deràdiode l'espectre electromagnètico elciberespai.
L'espai públicés el lloc on qualsevol persona té el dret de circular, en oposició als espais privats, on el pas pot ser restringit (generalment, per criteris depropietat privada,reserva governamental o d'altres). Per tant, és aquell espai depropietat,domini i ús públic.
Psicologia
[modifica]Els psicòlegs van començar a estudiar per primera vegada com es percep l'espai a la meitat del seglexix.Tot el que concerneix a aquests estudis és ara una branca de lapsicologia.Els psicòlegs analitzen la percepció de l'espai en relació a com reconeixem un objecte físic o percebem les seves interaccions.
Els estudis més especialitzats inclouen la percepció amodal i la permanència dels objectes. Lapercepciódels voltants és important a causa de la seva rellevància necessària per a la supervivència, especialment respecte a lacaçai l'autoconservació, així com per a la idea de l'espai personal.
S'han trobatfòbiesrelacionades amb l'espai, incloent-hi l'agorafòbia(la por dels espais oberts), l'astrofòbia(la por a l'espai celeste) i laclaustrofòbia(la por als espais tancats).
Vegeu també
[modifica]Notes i referències
[modifica]
- ↑Britannica Online Encyclopedia: Space(anglès)
- ↑French and Ebison, Classical Mechanics, pàg. 1
- ↑Carnap, R. An introduction to the Philosophy of Science(anglès)
- ↑Leibniz, Cinquena carta a Samuel Clarke.
- ↑Vailati, E, Leibniz & Clarke: A Study of Their Correspondence. pàg. 115
- ↑Sklar, L, Philosophy of Physics, pàg. 20
- ↑Sklar, L, Philosophy of Physics, pàg. 21
- ↑Sklar, L, Philosophy of Physics, pàg. 22
- ↑Newton's bucket
- ↑Carnap, R, An introduction to the philosophy of science, pàg. 177-178
- ↑Space, Time and Causality,p. 149.
- ↑Carnap, R, An introduction to the philosophy of science, pàg. 126
- ↑Carnap, R, An introduction to the philosophy of science, pàg. 134-136
- ↑Jammer, M, Concepts of Space, pàg. 165
- ↑Un mitjà amb un índex de refracció variable pot fins i tot usar-se per doblegar la trajectòria de la llum i novament enganyar els científics si tracten d'utilitzar la llum per traçar la seva geometria.
- ↑Carnap, R, An introduction to the philosophy of science, pàg. 148
- ↑Sklar, L, Philosophy of Physics, pàg. 57
- ↑Sklar, L, Philsosophy of Physics, pàg. 43
- ↑Capítols 8 i 9 de John A. Wheeler "A Journey Into Gravity and Spacetime"Scientific American,ISBN 0-7167-6034-7