Rum (fysik)

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Rummet er en slags "beholder" for stof og felter , hvor alle fysiske processer finder sted. [1] Denne bevidst lidt upræcise forståelse af udtrykket "rum" har været udbredt siden Isaac Newton og blev kun stillet spørgsmålstegn ved af Einstein .

Dette svarer til, at man i menneskelig erfaring ”altid ved, hvad rummet er”, f.eks. B. at det bestemmes af de tre indbyrdes ortogonale dimensioner af længde, bredde og højde . Rum gør det muligt for alle materielle objekter at ekspandere; det eksisterer selv som en grundlæggende ordensmodel "a priori foran de objekter, det indeholder", men ifølge nutidens forståelse kun i forhold til dem. Hvis rumbegrebet dannes i denne forstand, er det ingen mening at tale om et "tomt" rum. Problemet i fysik ved bestemmelse af rumets størrelse er, at du kun kan måle rum, hvis grænser er kendte. Hvis man antager, at rummet er ubegrænset eller uendeligt, er det højst sandsynligt, at de givne måleværdier ikke er tilstrækkelige. Det samme må antages, samtidig med at videnskabelig forsigtighed opretholdes for den endelige opdagelse af stadig mindre elementarpartikler og deres mellemrum [2] .

Til den fysiske beskrivelse bruges formelle egenskaber ved forskellige matematiske rum , for det meste euklidiske rum . Begrebet rum har ændret sig betydeligt i fysikkens historie .

Begrebet rum i oldtiden

I Mellemøsten var dannelsen af ​​længde-, areal- og volumenbetingelser altid afhængig af antropocentriske aspekter, såsom mængden af ​​frø til et område, der skal bearbejdes, eller det arbejde, der er udført for et område, der skal bearbejdes. Pythagoræerne genkender først eksistensen af ​​et tomrum mellem tilgrænsende ting, men forveksler stadig dette hulrum med luft ( pneuma apeiron ). Archytas von Taranto var sandsynligvis den første til at skelne mellem rum eller sted ( topos ) på den ene side og materie på den anden side. Rummet er derfor uafhængigt af kroppen; han har dog visse beføjelser. Med de tidlige atomister som Leukippus og Democritus er rummet ren ekspansion uden at påvirke materiens bevægelse. Det inkluderer imidlertid kun mellemrummene mellem atomerne. Kun Lucretius [3] formulerede klart, at ligene har et sted i rummet, der repræsenterer et uendeligt kar for kroppe, så at sige. For Platon er rummet inhomogent på grund af dets lokale geometriske forskelle. For Aristoteles er et legems sted dets ydre grænse; Der er ingen huller, der ikke fyldes af kroppe, og der er ingen penetration af kroppe. (Dette er imidlertid i modstrid med hans teori om det kontinuerlige "femte legeme", som himlen er dannet fra. Dette ville blive forstyrret af planternes sfærer.) Årsagerne til legemers bevægelser skal kun søges i det geometriske rummets struktur (i dag vil dette blive kaldt en "dynamisk feltstruktur"), som har et center (jorden), en over og en under. Ifølge Aristoteles afhænger elementarpartiklernes bevægelser kun af de rumlige forhold, ikke af det, vi nu kalder masse. Rummet er kun summen af ​​alle legemers steder; derfor er det ikke uendeligt. Indtil 1300 -tallet forblev Aristoteles opfattelse modellen for de fleste rumteorier. [4]

Der var dog altid kritik: For Aristoteles 'studerende Theophrastus von Eresos er rummet ikke reelt, det er et rent ordenforhold mellem ligene. For stoikerne holdes den materielle verden, der hviler i et tomt rum, sammen af ​​en indre samhørighed; der er ingen foretrukken retning i rummet.

I oldtiden var rum og tid fuldstændig heterogene, ikke -relaterede enheder. Zeno var sandsynligvis den første til at erkende, at de er i familie med hinanden i begrebet hastighed . I modsætning til planets geometri var rummets geometri også kun meget dårligt udviklet og havde lidt faste tekniske termer, sandsynligvis heller ikke nogen idé om rumlige koordinater, hvortil i sidste ende inklaturiteten mellem euklidisk geometri og den endelige, anisotropiske ( i dens egenskaber af det retningsafhængige) univers af Aristoteles var ansvarlig. [5]

Plads i klassisk mekanik

I klassisk mekanik gælder Isaac Newtons definition af rum:

  • Rummet er absolut, uforanderligt og upåvirket af de fysiske processer, der finder sted i det.
  • Rummet er euklidisk og tredimensionelt .

Denne uendelige, immobile, gennemtrængelig plads for alle organer, der udviser ingen kvaliteter eller former, ikke kan adskilles af nogen kraft, er et mål for alle afstande og hastigheder for det 18. århundrede, ligesom arbejdet for Gud . [6]

Rummets dimensioner svarer til de kartesiske koordinater, der implementeres af det, normalt angivet i x-, y- og z -retningerne. Disse betegnes som rumlige koordinater og de dimensioner, der spænder over dem som rumlige dimensioner , uden nogen rumlig dimension svarende til et punkt , en rumlig dimension svarende til en lige linje eller kurve og to rumlige dimensioner svarende til en overflade . Bestemmelsen af referencepunktet for et koordinatsystem kræver reelle objekter. Normalt tages tyngdepunktet for en stor masse som jorden eller solen til dette formål.

rum og tid

Ændringer af begrebet rum

Opdagelsen af, at lysets hastighed er den samme for alle observatører, krævede en ændring af rumbegrebet. Albert Einstein udførte det forberedende arbejde i sin særlige relativitetsteori , så Hermann Minkowski var i stand til at kombinere rum og tid til en fælles struktur, rum-tid. Det betyder, at rummet ikke længere er absolutt, men afhænger af observatøren (mere præcist: inertialsystemet ). Dette manifesterer sig for eksempel i Lorentz -sammentrækningen , ifølge hvilken observatører, der bevæges i forhold til hinanden, måler en anden længde for det samme objekt.

I den særlige relativitetsteori er rummet afhængigt af observatøren, men ikke af de fysiske processer i ham. Han er stadig euklidisk for enhver observatør. Det ændrer sig i den generelle relativitet . I dette beskrives tyngdekraften ved rumtidens krumning, hvilket også betyder en krumning af rummet. Rumtidens geometri afhænger af energimomentum-tensoren , dvs. af partiklerne og felterne i rummet. Rummet er derfor kun lokalt euklidisk.

Moderne rumtidsteorier

Kaluza Klein -teorier og strengteorier , der har til formål at forene tyngdekraften med de andre grundlæggende kræfter, tilføjer yderligere dimensioner til rumtiden. Disse yderligere dimensioner er imidlertid ikke, ligesom de kendte 4 rum-tid-dimensioner, udvidet til (næsten) uendelig; de er snarere mindre end diameteren af ​​en atomkerne . Derudover antages det, at de periodisk "rulles op", eller at de "strømmer ind" i den eksisterende rumtid som yderligere frihedsgrader (f.eks. Den såkaldte kvintessens ).

Et mål med disse teorier er ikke at postulere rummet med dets egenskaber som noget givet, men at retfærdiggøre det i en omfattende teori sammen med de kendte grundkræfter og elementarpartikler.

En anden mening repræsenteres af den konstruktivistiske protofysik , hvor geometri og kronometri bestemmes af standarder for måleinstrumenterne.

Se også

litteratur

klassiker
  • Ulf Heuner (red.): Klassiske tekster om rummet. Berlin: Parados 2006, ISBN 3-938880-05-8 .
  • Nick Huggett (red.): Rum fra Zeno til Einstein , MIT Press 1999 Valg af korte klassiske tekster på engelsk. Trans.
  • Jörg Dünne , Stephan Günzel (Hrsg.): Rumteori - grundtekster fra filosofi og kulturstudier . Frankfurt a. M.: Suhrkamp, ​​2006. ISBN 3-518-29400-8 .
  • Stephan Günzel (red.): Tekster om rumteorien. Reclam 2013.
Videnskabshistorie
  • Max Jammer : Rummets problem : udviklingen af ​​rumteorier, Darmstadt: Wiss. Buchges. 1960. (tysk udgave af 1. udgave af rumkoncepter .)
  • Max Jammer: Concepts of Space : theory of theory of space in physics, forord af Albert Einstein , 3. A., New York: Dover Publ.1993.
  • Sendker, Werner Bernhard: De så forskellige teorier om rum og tid : Kants transcendentale idealisme i forhold til Einsteins relativitetsteori, Osnabrück, 2000 ISBN 3-934366-33-3 .
Systematiske repræsentationer

se også den generelle litteratur under: Philosophy of Physics , Philosophy of Science

Individuelle beviser

  1. ^ Albert Einstein, forord til Max Jammer, Das Problem des Raumes , Darmstadt 1960, s. XIII ff.
  2. “Hvad er uendeligt?” Fra alpha-Centauri tv-serien (ca. 15 minutter). Første udsendelse den 26. maj 2002. https://www.br.de/mediathek/video/sendung/alpha-centauri/alpha-centauri-unendlichkeit-2002_x100.html#tab=bcastInfo&jump=tab
  3. Lucretius: De rerum natura , I, 963-976.
  4. Max Jammer 1960, s. 12-22.
  5. Max Jammer 1960, s. 26.
  6. Max Jammer 1960, s. 139.