El espacio y el tiempo absolutos es un concepto en física y filosofía sobre las propiedades del universo. En física, el espacio y el tiempo absolutos pueden ser un marco preferido .
En la física aristotélica se puede ver una versión del concepto de espacio absoluto (en el sentido de marco preferido ) . [1] Robert S. Westman escribe que se puede observar una "bocanada" de espacio absoluto en De revolutionibus orbium coelestium de Copérnico , donde Copérnico utiliza el concepto de una esfera inmóvil de estrellas. [2]
Introducidos originalmente por Sir Isaac Newton en Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , los conceptos de tiempo y espacio absolutos proporcionaron una base teórica que facilitó la mecánica newtoniana . [3] Según Newton, el tiempo y el espacio absolutos, respectivamente, son aspectos independientes de la realidad objetiva: [4]
El tiempo absoluto, verdadero y matemático, por sí mismo y por su propia naturaleza, fluye uniformemente sin tener en cuenta nada externo, y con otro nombre se llama duración: el tiempo relativo, aparente y común, es una medida sensible y externa (ya sea exacta o desigual). de duración por medio del movimiento, que se usa comúnmente en lugar del tiempo verdadero...
Según Newton, el tiempo absoluto existe independientemente de cualquier perceptor y progresa a un ritmo constante en todo el universo. A diferencia del tiempo relativo, Newton creía que el tiempo absoluto era imperceptible y sólo podía entenderse matemáticamente. Según Newton, los humanos sólo somos capaces de percibir el tiempo relativo, que es una medida de los objetos perceptibles en movimiento (como la Luna o el Sol). De estos movimientos inferimos el paso del tiempo.
El espacio absoluto, por su propia naturaleza, sin tener en cuenta nada externo, permanece siempre similar e inamovible. El espacio relativo es alguna dimensión o medida móvil de los espacios absolutos; que nuestros sentidos determinan por su posición respecto de los cuerpos: y que vulgarmente se toma como espacio inamovible... El movimiento absoluto es el traslado de un cuerpo de un lugar absoluto a otro: y el movimiento relativo, el traslado de un lugar relativo a otro... .
—Isaac Newton
Estas nociones implican que el espacio y el tiempo absolutos no dependen de eventos físicos, sino que son un telón de fondo o escenario dentro del cual ocurren los fenómenos físicos. Así, todo objeto tiene un estado de movimiento absoluto relativo al espacio absoluto, de modo que un objeto debe estar o bien en un estado de reposo absoluto , o bien moviéndose a alguna velocidad absoluta . [5] Para respaldar sus puntos de vista, Newton proporcionó algunos ejemplos empíricos: según Newton, se puede inferir que una esfera giratoria solitaria gira alrededor de su eje en relación con el espacio absoluto observando el abultamiento de su ecuador, y un par de esferas solitarias unidas por Se puede inferir que una cuerda está en rotación absoluta alrededor de su centro de gravedad ( baricentro ) observando la tensión en la cuerda.
Históricamente, ha habido diferentes puntos de vista sobre el concepto de espacio y tiempo absolutos. Gottfried Leibniz opinaba que el espacio no tenía sentido excepto como ubicación relativa de los cuerpos, y el tiempo no tenía sentido excepto como movimiento relativo de los cuerpos. [6] George Berkeley sugirió que, al carecer de cualquier punto de referencia, no se podía concebir que una esfera en un universo vacío girara, y se podía concebir que un par de esferas giraran entre sí, pero no que giraran alrededor de su centro. de la gravedad, [7] un ejemplo planteado más tarde por Albert Einstein en su desarrollo de la relatividad general.
Ernst Mach presentó una forma más reciente de estas objeciones . El principio de Mach propone que la mecánica trata enteramente del movimiento relativo de los cuerpos y, en particular, la masa es una expresión de dicho movimiento relativo. Así, por ejemplo, una sola partícula en un universo sin otros cuerpos tendría masa cero. Según Mach, los ejemplos de Newton simplemente ilustran la rotación relativa de las esferas y la mayor parte del universo. [8]
Cuando, en consecuencia, decimos que un cuerpo conserva inalteradas su dirección y velocidad en el espacio , nuestra afirmación no es ni más ni menos que una referencia abreviada al universo entero .
—Ernst Mach; citado por Ciufolini y Wheeler : Gravitación e inercia , p. 387
Estos puntos de vista que se oponen al espacio y al tiempo absolutos pueden verse desde una postura moderna como un intento de introducir definiciones operativas para el espacio y el tiempo, una perspectiva que se hace explícita en la teoría especial de la relatividad.
Incluso dentro del contexto de la mecánica newtoniana, la visión moderna es que el espacio absoluto es innecesario. En cambio, ha tenido prioridad la noción de marco de referencia inercial , es decir, un conjunto preferido de marcos de referencia que se mueven uniformemente entre sí. Las leyes de la física se transforman de un sistema inercial a otro según la relatividad galileana , lo que lleva a las siguientes objeciones al espacio absoluto, como las describe Milutin Blagojević: [9]
- La existencia del espacio absoluto contradice la lógica interna de la mecánica clásica ya que, según el principio de la relatividad galileana, ninguno de los sistemas inerciales puede ser distinguido.
- El espacio absoluto no explica las fuerzas de inercia ya que están relacionadas con la aceleración con respecto a cualquiera de los sistemas inerciales.
- El espacio absoluto actúa sobre los objetos físicos induciendo su resistencia a la aceleración, pero no se puede actuar sobre él.
El propio Newton reconoció el papel de los sistemas inerciales. [10]
Los movimientos de los cuerpos incluidos en un espacio dado son los mismos entre sí, ya sea que ese espacio esté en reposo o se mueva uniformemente hacia adelante en línea recta.
Como cuestión práctica, los marcos inerciales a menudo se consideran marcos que se mueven uniformemente con respecto a las estrellas fijas . [11] Consulte Marco de referencia inercial para obtener más información sobre esto.
El espacio , tal como se entiende en la mecánica newtoniana , es tridimensional y euclidiano , con una orientación fija . Se denota E 3 . Si algún punto O en E 3 es fijo y definido como origen , la posición de cualquier punto P en E 3 está determinada únicamente por su vector de radio (el origen de este vector coincide con el punto O y su extremo coincide con el punto P ). El espacio vectorial lineal tridimensional R 3 es un conjunto de todos los vectores de radio. El espacio R 3 está dotado de un producto escalar ⟨, ⟩.
El tiempo es un escalar que es el mismo en todo el espacio E 3 y se denota como t . El conjunto ordenado { t } se llama eje del tiempo.
El movimiento (también camino o trayectoria ) es una función r : Δ → R 3 que asigna un punto en el intervalo Δ desde el eje del tiempo a una posición (vector de radio) en R 3 .
Los cuatro conceptos anteriores son los objetos "conocidos" mencionados por Isaac Newton en sus Principia :
Los conceptos de espacio y tiempo estaban separados en la teoría física antes del advenimiento de la teoría de la relatividad especial , que los conectaba y demostraba que ambos dependían del movimiento del sistema de referencia. En las teorías de Einstein, las ideas de tiempo y espacio absolutos fueron reemplazadas por la noción de espaciotiempo en la relatividad especial y de espaciotiempo curvo en la relatividad general .
La simultaneidad absoluta se refiere a la concurrencia de eventos en el tiempo en diferentes lugares del espacio de una manera acordada en todos los marcos de referencia. La teoría de la relatividad no tiene un concepto de tiempo absoluto porque existe una relatividad de simultaneidad . Un evento que es simultáneo con otro evento en un marco de referencia puede estar en el pasado o en el futuro de ese evento en un marco de referencia diferente, [6] : 59 lo que niega la simultaneidad absoluta.
Citado a continuación de sus últimos artículos, Einstein identificó el término éter con "propiedades del espacio", una terminología que no se utiliza mucho. Einstein afirmó que en la relatividad general el "éter" ya no es absoluto, ya que la geodésica y por tanto la estructura del espacio-tiempo depende de la presencia de materia. [13]
Negar el éter es, en última instancia, suponer que el espacio vacío no tiene ninguna cualidad física. Los hechos fundamentales de la mecánica no armonizan con este punto de vista. Porque el comportamiento mecánico de un sistema corpóreo que flota libremente en el espacio vacío depende no sólo de posiciones relativas (distancias) y velocidades relativas, sino también de su estado de rotación, que físicamente puede considerarse como una característica que no pertenece al sistema en sí. Para poder considerar la rotación del sistema, al menos formalmente, como algo real, Newton objetiva el espacio. Puesto que clasifica su espacio absoluto junto con las cosas reales, para él la rotación relativa a un espacio absoluto es también algo real. No menos bien podría Newton haber llamado a su espacio absoluto “éter”; lo esencial es simplemente que, además de los objetos observables, debe considerarse como real otra cosa que no es perceptible, para poder considerar la aceleración o la rotación como algo real.
— Albert Einstein, El éter y la teoría de la relatividad (1920) [14]
Como ya no era posible hablar, en un sentido absoluto, de estados simultáneos en diferentes lugares del éter, el éter se volvió, por así decirlo, cuatridimensional, ya que no había una manera objetiva de ordenar sus estados únicamente por el tiempo. También según la relatividad especial, el éter era absoluto, ya que se pensaba que su influencia sobre la inercia y la propagación de la luz era independiente de la influencia física... La teoría de la relatividad resolvió este problema estableciendo el comportamiento de lo eléctricamente neutro. masa puntual por la ley de la línea geodésica, según la cual los efectos inercial y gravitacional ya no se consideran separados. Al hacerlo, atribuyó al éter características que varían de un punto a otro, determinando el comportamiento métrico y dinámico de los puntos materiales, y determinadas, a su vez, por factores físicos, es decir, la distribución de masa/energía. Así, el éter de la relatividad general difiere de los de la mecánica clásica y de la relatividad especial en que no es "absoluto" sino que está determinado, en sus características localmente variables, por materia ponderable.
— Albert Einstein, Über den Äther (1924) [15]
La relatividad especial elimina el tiempo absoluto (aunque Gödel y otros sospechan que el tiempo absoluto puede ser válido para algunas formas de relatividad general) [16] y la relatividad general reduce aún más el alcance físico del espacio y tiempo absolutos a través del concepto de geodésicas . [6] : 207–223 Parece haber espacio absoluto en relación con las estrellas distantes porque las geodésicas locales eventualmente canalizan información de estas estrellas, pero no es necesario invocar el espacio absoluto con respecto a la física de ningún sistema, como lo hacen sus geodésicas locales. son suficientes para describir su espacio-tiempo. [17]
Medios relacionados con el espacio y el tiempo absolutos en Wikimedia Commons
