Physique théorique : l'origine de l'espace et du temps. Qu'est-ce que l'espace physique

L'ESPACE ET LE TEMPS

L'ESPACE ET LE TEMPS

Catégories désignant les bases formes d'existence de la matière. Pr-vo (P.) exprime l'ordre de coexistence des départements. objets, (V.) - l'ordre de changement des phénomènes. P. et v. - principal. concepts de toutes les branches de la physique. Ils jouent Ch. rôle sur le plan empirique niveau physique cognition - directement. le contenu des résultats des observations et des expériences est d'enregistrer des coïncidences spatio-temporelles. P. et v. Ils constituent également l’un des moyens les plus importants de construire des théories. modèles interprétant des expériences. données. Assurer l'identification et la différenciation (individuation) du département. fragments de réalité matérielle, P. et v. sont cruciaux pour la construction physique. peintures . Saints P. et V. Ils sont divisés en métriques (étendue et durée) et topologiques (dimension, continuité et dimension, ordre et direction de la dimension). Moderne théorie métrique St. P. et V. yavl. - spécial (voir THÉORIE DE LA RELATIVITÉ) et général (voir GRAVITÉ). Recherche topologique St. P. et V. en physique a débuté dans les années 60-70. et n'a pas encore quitté le stade de l'hypothèse. Historique Développement physique idées sur P. et v. s'est déroulé dans deux directions en relation étroite avec diverses. idées philosophiques. Au début de l’un d’eux se trouvent les idées de Démocrite, qui attribue au vide un type particulier d’existence. Ils ont trouvé le plus physique complet incarnation dans les concepts newtoniens des abdominaux. P. et abdos. B. D'après I. Newton, abs. P. et v. étaient indépendants. des entités qui ne dépendaient ni les unes des autres ni des objets matériels qui s'y trouvaient et des processus qui s'y déroulaient. Dr. direction du développement des idées sur P. et v. remonte à Aristote et a été développée dans des ouvrages philosophiques allemands. scientifique G.V. Leibniz, qui a interprété P. et V. comme certains types de relations entre les objets et leurs changements qui n'ont pas les leurs. existence. En physique, le concept de Leibniz a été développé par A. Einstein dans la théorie de la relativité.

Spécialiste. la théorie de la relativité a révélé la dépendance des espaces. et caractéristiques temporaires des objets à partir de la vitesse de leur mouvement par rapport à un certain référentiel et combinés P. et v. en un seul continuum espace-temps à quatre dimensions - espace-temps (s.-t.). La théorie de la relativité générale a révélé la dépendance de la métrique. caractéristique p.-v. de la distribution des masses gravitationnelles (gravitationnelles), dont la présence conduit à une courbure de p.-v. Dans la théorie de la relativité générale, ces fondements dépendent également de la nature de la distribution de masse. propriétés de p.-v., telles que la finitude et l'infini, qui révélaient également leur relativité.

La relation entre la symétrie St. et P.. avec les lois de conservation de la physique. les valeurs ont été établies dans le classique. la physique. La loi de conservation de la quantité de mouvement s'est avérée étroitement liée à l'homogénéité du mouvement, la loi de conservation de l'énergie - à l'homogénéité de l'énergie, la loi de conservation du moment cinétique - à l'isotropie du mouvement (voir LOIS DE CONSERVATION, SYMÉTRIE DES LOIS DE LA PHYSIQUE). En spécial théorie de la relativité, cette connexion est généralisée à l'a.e. Il n’a pas encore été possible de procéder de manière cohérente à une généralisation relativiste générale.

De sérieuses difficultés sont également apparues lorsqu'on a tenté d'utiliser celles développées dans les études classiques. (y compris relativiste), c'est-à-dire non quantique, physique du concept de P. et c. pour la théorie descriptions de phénomènes dans le micromonde. Déjà dans le quantum non relativiste. Il s'est avéré impossible pour les mécaniciens de parler des trajectoires des microparticules et de l'applicabilité des concepts de P. et V. à la théorie la description des microobjets était limitée par le principe de complémentarité (ou relation d'incertitude). L'extrapolation macroscopique se heurte à des difficultés fondamentales. concepts de P. et V. sur le micromonde dans la théorie quantique des champs (divergences, manque d'unification de la symétrie unitaire avec les symétries espace-temps, théorèmes de Whiteman et Haag). Afin de surmonter ces difficultés, un certain nombre de propositions ont été avancées pour modifier le sens des concepts d'espace-temps et d'espace-temps, en changeant la signature de la métrique espace-temps, en augmentant la dimension de l'espace-temps, en prenant en compte compte de sa topologie (géométrodynamique), etc. Naib. une tentative radicale pour surmonter les difficultés du quantum relativiste. théories des phénomènes hypothèse sur l'inapplicabilité des concepts p.-v. au micromonde. Des considérations similaires sont également exprimées à propos des tentatives visant à comprendre la nature du début. singularité dans le modèle d’un Univers chaud en expansion. La plupart des physiciens sont cependant convaincus de l’universalité du p.v., reconnaissant la nécessité des êtres. changements dans le sens des concepts p.-v.

Dictionnaire encyclopédique physique. - M. : Encyclopédie soviétique. Rédacteur en chef A. M. Prokhorov. 1983 .

L'ESPACE ET LE TEMPS

En physique, ils sont définis en termes généraux comme fondamentaux. structures de coordination des objets matériels et de leurs états : un système de relations reflétant la coordination d'objets coexistants (distances, orientation, etc.), et un système de relations reflétant la coordination d'états ou de phénomènes successifs (séquence, durée, etc. ), forme le temps. P. et v. sont les structures organisatrices de divers. niveaux physiques cognition et jouent un rôle important dans les relations à différents niveaux. Ils (ou les constructions qui leur sont associées) déterminent en grande partie la structure (métrique, topologique, etc.) des fondations. physique théories, fixent la structure de l’empirique. interprétation et vérification des données physiques théories, la structure des procédures opérationnelles (qui reposent sur l'enregistrement des coïncidences spatio-temporelles dans les actes de mesure, en tenant compte des spécificités des interactions physiques utilisées), et organisent également le physique. images du monde. Toute l’histoire a conduit à une telle vision. voie de développement conceptuel.

Au maximum. idées archaïques de P. et V. n'étaient pas du tout isolés des objets matériels et des processus de la nature (dans lesquels les caractères naturels et surnaturels coexistaient assez paisiblement) : décl. les zones de l'habitat étaient dotées de différents positif et nier. qualités et points forts en fonction de la présence de diverses choses sur eux. objets sacrés (sépultures d'ancêtres, totems, temples, etc.), et chaque mouvement avait son temps. Le temps était également divisé en parties qualitativement différentes. périodes favorables ou néfastes par rapport à la vie des sociétés anciennes. Le paysage et les cycles du calendrier étaient imprimés dans le mythe. Dans le développement ultérieur de la mythologie. l'image du monde a commencé à fonctionner dans un cadre cyclique. temps; l'avenir s'est toujours avéré être une renaissance du passé sacré. Ce processus était protégé par une idéologie stricte (rites, interdits, tabous, etc.), dont les principes ne pouvaient être compromis, car ils étaient conçus pour empêcher toute innovation dans ce monde de répétitions éternelles, et niaient également l'histoire et l'historique. temps (c'est-à-dire temps linéaire). De telles idées peuvent être considérées comme un prototype archaïque du modèle de P. et siècle inhomogène et non isotrope. Considérant que la mythologie développée est arrivée à l'idée de diviser le monde en niveaux (initialement en Ciel, Terre et Enfers, avec la clarification ultérieure de la « structure fine » des deux niveaux extrêmes, par exemple le septième ciel, les cercles de l'enfer), nous pouvons donner une définition plus vaste de P. et c. mythologique images du monde : cycliques. structure du temps et de l'espace multicouche (Yu. M. Lotman). Naturellement, c'est juste moderne. reconstruction, dans la coupe de P. et V. déjà abstrait des objets et des processus matériels ; Quant à la connaissance humaine, elle est parvenue à une telle abstraction non pas dans la mythologie archaïque, mais dans le cadre des formes ultérieures de sociétés. conscience (religion monothéiste, philosophie naturelle, etc.).

A partir de ce moment, P. et V. se débrouiller seul. statut de fonds. arrière-plan sur lequel se déroulent les objets naturels. Ces P. et V. idéalisés. souvent même soumis à la déification. Dans la philosophie naturelle ancienne, il y avait une rationalisation des idées mythologiques et religieuses : P. et V. sont transformés en fonds. substance, principe fondamental du monde. À cette approche est associé le concept substantiel de P. et v. Ce sont, par exemple, le vide de Démocrite ou le topos (lieu) d'Aristote - ils sont différents. modifications de la conception de l'espace comme conteneur (« boîte sans murs », etc.). Le vide de Démocrite est rempli de mysticisme atomique. la matière, mais pour Aristote la matière est continue et se remplit sans interruption - toutes les places sont occupées. Ainsi, la négation du vide par Aristote ne signifie pas la négation de l’espace en tant que contenant. La notion substantielle de temps est associée à l’idée d’éternité, un certain absolu non métissé. durée. Particulier empirique le temps était considéré comme une image animée de l’éternité (Platon). Ce temps reçoit une forme numérique et est métrisé en utilisant la rotation du ciel (ou d’autres processus naturels périodiques moins universels) dans le système d’Aristote ; ici le temps n'apparaît plus comme fundam. substance, mais en tant que système de relations (« plus tôt », « plus tard », « simultanément », etc.) le concept relationnel est réalisé. Cela correspond au concept relationnel de l'espace comme système de relations entre les objets matériels et leurs états.

Concepts substantiels et relationnels de P. et V. fonctionner selon la théorie et empirique (ou spéculatifs et sensoriellement compréhensibles) de la philosophie naturelle et des sciences naturelles. systèmes Au cours de la cognition humaine, une compétition et un changement de tels systèmes se produisent, qui s'accompagnent d'un développement et de changements importants dans les idées sur P. et siècle. Cela se manifestait déjà très clairement dans la philosophie naturelle antique : premièrement, contrairement au vide infini de Démocrite, l’espace d’Aristote est fini et limité, car la sphère des étoiles fixes enferme spatialement l’espace ; deuxièmement, si le vide de Démocrite est un commencement substantiellement passif, seulement une condition nécessaire au mouvement des atomes, alors l'épopée est un commencement substantiellement actif et tout lieu est doté de sa propre spécificité. de force. Ce dernier caractérise la dynamique d'Aristote, sur la base de laquelle un système géocentrique a été créé. cosmologique modèle. Le cosmos d'Aristote est clairement divisé en niveaux terrestre (sublunaire) et céleste. Les objets matériels du monde sublunaire participent soit à des natures rectilignes. mouvements et avancer vers leur nature. endroits (par exemple, des corps lourds se précipitent vers le centre de la Terre), ou dans des mouvements forcés, qui se poursuivent tant que la force motrice agit sur eux. Le monde céleste est constitué de corps éthérés existant dans une nature circulaire parfaite et infinie. mouvement. En conséquence, les mathématiques ont été développées dans le système d’Aristote. astronomie du niveau et des qualités célestes. (mécanique) du niveau terrestre du monde.

Une autre réalisation conceptuelle de la Grèce antique, qui a déterminé le développement ultérieur des idées sur l'espace (et le temps), est la géométrie d'Euclide, dont les célèbres « principes » ont été développés sous la forme d'axiomatiques. systèmes et sont considérés à juste titre comme la branche la plus ancienne de la physique (A. Einstein) et même comme cosmologique. théorie [K. Popper (K. Popper), I. Lakatos (I. Lakatos)]. L'image du monde d'Euclide est différente de celle d'Aristote et inclut l'idée d'un espace homogène et infini. La géométrie euclidienne (et) n'a pas seulement joué le rôle de base conceptuelle du classique. mécanique, après avoir déterminé de telles fondations. objets idéalisés, tels que l'espace, absolument solide (auto-congruents), lumière géométrisée, etc., mais sont également devenus une mathématique fructueuse. appareil (langage), à ​​l'aide duquel les fondamentaux du langage classique ont été développés. mécanique. Le début du classique la mécanique et la possibilité même de sa construction étaient associées à la révolution copernicienne du XVIe siècle, au cours de laquelle héliocentrique. le cosmos est apparu comme une structure unique, sans division en niveaux célestes et terrestres qualitativement différents.

G. Bruno a détruit la sphère céleste limitante, a placé le cosmos dans un espace infini, l'a privé de centre, a jeté les bases d'un espace infini homogène, au sein duquel, grâce aux efforts d'une brillante galaxie de penseurs [I. Kepler (I. Kepler), R. Descartes (R. Descartes), G. Galilei (G. Galilei), I. Newton (I. Newton), etc.] a été développé de manière classique. . Niveau de systématique Elle a atteint son développement dans les célèbres « Principes mathématiques de philosophie naturelle » de Newton, qui distinguaient dans son système deux types de mathématiques et de mathématiques : absolues et relatives.

Absolu, vrai, mathématique. le temps en lui-même et par son essence même, sans aucun rapport avec quoi que ce soit d'extérieur, s'écoule uniformément et est autrement appelé durée. Abdos. l'espace, par son essence même, indépendamment de tout ce qui lui est extérieur, reste toujours le même et immobile.

Tel P. et v. s'est avéré paradoxal du point de vue du bon sens et constructif en théorie. niveau. Par exemple, le concept d'abdos. le temps est paradoxal car, d’une part, la réflexion sur le passage du temps est associée à une présentation du temps comme un processus dans le temps, ce qui est logiquement insatisfaisant ; Deuxièmement, il est difficile d’accepter l’affirmation sur l’écoulement uniforme du temps, car elle suppose qu’il existe quelque chose qui contrôle l’écoulement du temps. De plus, si le temps est considéré « sans aucune relation avec quoi que ce soit d’extérieur », alors quel sens peut y avoir à supposer qu’il s’écoule de manière inégale ?

Si une telle hypothèse n’a aucun sens, alors quelle signification a la condition d’uniformité du débit ? Le sens constructif de l'absolu P. et v. a commencé à devenir plus clair dans les mathématiques logiques ultérieures. reconstructions de la mécanique newtonienne, qui ont acquis leur pertinence. achèvement en analytique La mécanique de Lagrange [on peut aussi noter les reconstructions de D'Alembert, W. Hamilton et autres], dans laquelle le géomètre des « Principes » était complètement éliminé et la mécanique apparaissait comme une section d'analyse. Dans ce processus, des idées sur les lois de conservation, les principes de symétrie, d'invariance, etc. ont commencé à apparaître, ce qui a permis de considérer le classique. physique à partir d’une position conceptuelle unifiée. La connexion principale a été établie. lois de conservation avec symétrie espace-temps [S. S. Lie, F. Klein, E. Noether] : préservation de ces fondations. physique quantités telles que , impulsion et angle. moment, agit comme une conséquence du fait que P. et v. isotrope et homogène. Absoluité de P. et v., abs. la nature de la longueur et des intervalles de temps, ainsi que les abdominaux. la nature de la simultanéité des événements était clairement exprimée dans Le principe de relativité de Galilée, qui peut être formulé comme le principe de covariance des lois de la mécanique par rapport aux transformations galiléennes. Ainsi, dans tous les systèmes de référence inertielle, un seul abs continu circule uniformément. temps et est effectué abs. (c'est-à-dire que la simultanéité des événements ne dépend pas du système de référence, elle est absolue), dont la base ne pouvait être que des forces instantanées à longue portée - ce rôle dans le système newtonien a été attribué à la gravité ( loi de la gravitation universelle). Cependant, le statut de l’action à longue portée n’est pas déterminé par la nature de la gravité, mais par la nature très substantielle de la gravité et de la gravité. dans le cadre de la mécanique images du monde.

Des abdominaux. Newton distinguait l'espace par l'extension des objets matériels, les bords leur servant de base. la propriété est l’espace relatif. Ce dernier est une mesure des abdominaux. espace et peuvent être représentés comme des systèmes de référence inertiels spécifiques situés en relatif. mouvement. En conséquence, cela se rapporte. le temps est une mesure de durée utilisée dans la vie quotidienne plutôt que de vraies mathématiques. l'heure est le jour, le mois. Se rapporte. P. et v. compris par les sens, mais ils ne sont pas perceptifs, mais empiriques. structures des relations entre les objets matériels et les événements. Il convient de noter que dans le cadre empirique fixation, certains fonds ont été ouverts. propriétés de P. et V., non reflétées dans la théorie. niveau classique mécanique, par ex. tridimensionnalité de l'espace ou irréversibilité du temps.

Classique mécanique jusqu'à la fin du 19ème siècle. déterminé les bases direction scientifique la connaissance, qui s'identifiait à la connaissance du mécanisme des phénomènes, à la réduction de tout phénomène à la mécanique. modèles et descriptions. Les mécaniciens ont également été soumis à l'absolutisation. idées sur P. et V., qui ont été élevées au rang de « l’Olympe d’a priori ». Dans le système philosophique de I. Kant, P. et V. ont commencé à être considérées comme des formes a priori (pré-expérimentales, innées) de contemplation sensorielle. La plupart des philosophes et des naturalistes jusqu'au 20e siècle. a adhéré à ces vues aprioristes, mais déjà dans les années 20. 19ème siècle divers ont été développés. variantes de géométries non euclidiennes [K. Gauss (S. Gauss), H. I. Lobachevsky, J. Bolyai (J. Bolyai), etc.], qui est associé à un développement important des idées sur l'espace. Les mathématiciens s'intéressent depuis longtemps à la question de l'exhaustivité des axiomatiques de la géométrie euclidienne. À cet égard, la plupart L'axiome parallèle a éveillé les soupçons. Un résultat étonnant a été obtenu : il s’est avéré qu’il était possible de développer un système de géométrie cohérent en abandonnant l’axiome des parallèles et en autorisant l’existence de plusieurs. droites parallèles à un point donné et passant par un point. Il est extrêmement difficile d’imaginer une telle image, mais les scientifiques maîtrisent déjà l’épistémologie. La leçon de la révolution copernicienne est que la visibilité peut être associée à la vraisemblance, mais pas nécessairement à la vérité. Par conséquent, bien que Lobatchevski ait qualifié sa géométrie d'imaginaire, il a soulevé la question de l'empirique. déterminer le caractère euclidien ou non euclidien d'un physique. espace. B. Riemann a généralisé le concept d'espace (qui incluait, comme cas particuliers, l'ensemble des espaces non euclidiens), en le basant sur l'idée d'une métrique - l'espace est tridimensionnel, sur lequel on peut définir analytiquement le différence. axiomatique système, et la géométrie de l'espace est déterminée à l'aide de six composants tenseur métrique, spécifiés comme fonctions de coordonnées. Riemann a introduit le concept courbure espace, qui peut avoir du positif, du zéro et du négatif. significations. En général, l’espace ne doit pas nécessairement être constant, mais peut varier d’un point à l’autre. Sur cette voie, non seulement l'axiome parallèle, mais aussi d'autres axiomes de la géométrie euclidienne ont été généralisés, ce qui a conduit au développement de géométries non archimédiennes, non pascales et autres, dans lesquelles de nombreux fondements ont été sujets à révision. propriétés de l'espace, par ex. sa continuité, etc. L'idée de la dimension de l'espace a également été généralisée : la théorie a été développée N-variétés dimensionnelles et il est devenu possible de parler même d'espaces de dimension infinie.

Un tel développement d’une mathématique puissante. Les instruments, qui ont considérablement enrichi la notion d’espace, ont joué un rôle important dans le développement de la physique au XIXe siècle. (espaces de phases multidimensionnels, principes extrêmes, etc.), caractéristiques de l'essaim. réalisations dans le domaine conceptuel : dans le cadre de la thermodynamique, elles ont reçu une expression explicite [U. Thomson (W. Thomson), R. Clausius (R. Clausius), etc.] idée de l'irréversibilité du temps - la loi de l'augmentation entropie(la deuxième loi de la thermodynamique), et avec l'électrodynamique de Faraday - Maxwell, les idées sur une nouvelle réalité - l'existence de personnes privilégiées - sont entrées dans la physique. des systèmes de référence, inextricablement liés à la matérialisation. analogue aux abdominaux. Les espaces de Newton, avec un éther fixe, etc. Cependant, les mathématiques se sont révélées infiniment plus fructueuses. innovations du 19ème siècle dans le révolutionnaire transformations de la physique du 20e siècle.

Révolution en physique du 20e siècle. a été marqué par le développement de tels non-classiques théories (et programmes de recherche physique correspondants), telles que les théories spéciales (spéciales) et générales de la relativité (voir. Théorie de la relativité. Gravité), théorie quantique des champs, relativiste, etc., qui se caractérisent par un développement significatif des idées sur P. et le siècle.

La théorie de la relativité d'Einstein a été créée en tant que corps en mouvement, basée sur le nouveau principe de relativité (la relativité a été généralisée des phénomènes mécaniques aux phénomènes électromagnétiques et optiques) et sur le principe de constance et de limite de la vitesse de la lumière. Avec dans un vide indépendant du mouvement du corps rayonnant. Einstein a montré que les techniques opérationnelles, à l'aide desquelles la physique contenu de l'espace euclidien en classique. la mécanique s'est avérée inapplicable aux processus se produisant à des vitesses proportionnelles à la vitesse de la lumière. Il commença donc la construction de l’électrodynamique des corps en mouvement en définissant la simultanéité, en utilisant des signaux lumineux pour synchroniser les horloges. Dans la théorie de la relativité, le concept de simultanéité est dépourvu d’absolu. valeurs et il devient nécessaire de développer une théorie appropriée de transformation de coordonnées ( x, y, z) et le temps ( t) lors du passage d'un référentiel au repos à un référentiel se déplaçant uniformément et rectilignement par rapport au premier avec vitesse toi. En développant cette théorie, Einstein en est venu à la formulation Transformations de Lorentz :

Le caractère infondé des deux fonds a été révélé. dispositions sur P. et v. en classique mécanique : l'intervalle de temps entre deux événements et la distance entre deux points d'un corps rigide ne dépendent pas de l'état de mouvement du référentiel. Puisqu'il en est de même dans tous les systèmes de référence, ces dispositions doivent être abandonnées et de nouvelles idées sur P. et v. doivent être formées. Si les transformations de Galilée sont classiques. la mécanique était basée sur l'hypothèse de l'existence de signaux opérationnels se propageant à une vitesse infinie, alors dans la théorie de la relativité les signaux lumineux opérationnels ont un max fini. vitesse c et cela correspond à la nouvelle loi d'addition des vitesses, dans lequel la spécificité d'un signal extrêmement rapide est clairement capturée. Ainsi, la réduction de la longueur et la dilatation du temps ne sont pas dynamiques. caractère [tel que présenté par H. Lorentz et G. Fitzgerald pour expliquer le négatif. résultat Michelson expérience] et ne sont pas une conséquence des spécificités de l'observation subjective, mais agissent comme des éléments d'un nouveau concept relativiste de P. et V.

Abdos. espace, temps commun pour différents. systèmes de référence, abs. la vitesse, etc. ont été un fiasco (ils ont même refusé de diffuser), ils ont été mis en avant. analogues, qui, en fait, ont déterminé le nom. Les théories d'Einstein - "la théorie de la relativité". Mais la nouveauté des concepts d'espace-temps de cette théorie ne se limitait pas à identifier la relativité de la longueur et de l'intervalle de temps ; non moins importante était la clarification de l'égalité de l'espace et du temps (ils sont également inclus dans les transformations de Lorentz), et par la suite - l'invariance de l'espace-temps intervalle. g . Minkowski (N. Minkowski) a ouvert le bio. la relation entre P. et V., qui se sont avérés être les composants d'un seul continuum à quatre dimensions (voir. Espace-temps de Minkowski). Le critère d’unification est pertinent. propriétés de P. et v. en abs. une variété à quatre dimensions est caractérisée par l'invariance d'un intervalle à quatre dimensions ( ds): ds 2 = c 2 dt 2- dx2- jour 2- dz 2. En conséquence, Minkowski déplace à nouveau l’accent de la relativité vers l’absolu (« postulat du monde absolu »). À la lumière de cette position, il devient clair l'incohérence de l'affirmation fréquemment rencontrée dans la transition du classique. physique à la théorie partielle de la relativité, il y a eu un changement dans le concept substantiel (absolu) de P. et V. au relationnel. En réalité, un processus différent a eu lieu : sur le plan théorique. niveau il y a eu un changement dans les abdos. espace et abdos. Le temps de Newton à la variété espace-temps quadridimensionnelle tout aussi absolue de Minkowski (c'est un concept substantiel) et à l'empirique. Le niveau par quart de travail est lié. l'espace et se rapporte. À l'époque où la mécanique de Newton est arrivée, les relations P. et V. Einstein (modification relationnelle du concept attributif), basée sur un el.-magn complètement différent. l’opérationnalité.

La théorie partielle de la relativité n’était qu’une première étape, car le nouveau principe de la relativité n’était applicable qu’aux référentiels inertiels. Piste. L'étape suivante a été la tentative d'Einstein d'étendre ce principe aux systèmes uniformément accélérés et, en général, à l'ensemble des systèmes de référence non inertiels - et c'est ainsi qu'est née. Selon Newton, les systèmes de référence non inertiels se déplacent de manière accélérée par rapport aux abdominaux. espace. Un certain nombre de critiques du concept d'abdos. l'espace [par exemple, E. Max (E. Mach)] a proposé de considérer une telle accélération par rapport à l'horizon des étoiles lointaines. Ainsi, les masses d’étoiles observées sont devenues une source d’inertie. Einstein a donné une interprétation différente de cette idée, basée sur le principe d'équivalence, selon lequel les systèmes non inertiels sont localement indiscernables du champ gravitationnel. Alors si cela est dû aux masses de l’Univers, et que le champ des forces d’inertie est équivalent à la gravitation. champ manifesté dans la géométrie de l’espace-temps, alors, par conséquent, les masses déterminent la géométrie elle-même. Cette position expose clairement ce qui est essentiel dans l’interprétation du problème du mouvement accéléré : le principe de Mach de la relativité de l’inertie a été transformé par Einstein en principe de relativité de la géométrie de l’espace-temps. Le principe d’équivalence est de nature locale, mais il a aidé Einstein à formuler le principe de base. physique principes sur lesquels repose la nouvelle théorie : hypothèses sur la géométrie. la nature de la gravité, la relation entre la géométrie de l'espace-temps et la matière. De plus, Einstein a proposé un certain nombre de mathématiques. hypothèses sans lesquelles il serait impossible de dériver la gravité. équation : l'espace-temps est à quatre dimensions, sa structure est déterminée par une métrique symétrique. tenseur, les équations doivent être invariantes sous le groupe des transformations de coordonnées. Dans la nouvelle théorie, l’espace-temps de Minkowski est généralisé dans la métrique de l’espace-temps de Riemann courbe : où est un carré

les distances entre les points et sont les différentielles des coordonnées de ces points, et sont certaines fonctions des coordonnées qui composent le fond, la métrique. , et déterminer la géométrie de l'espace-temps. La nouveauté fondamentale de l’approche einsteinienne de l’espace-temps réside dans le fait que les fonctions ne sont pas seulement des composants de fondements. métrique tenseur responsable de la géométrie de l'espace-temps, mais en même temps aussi des potentiels gravitationnels. champs dans le principal niveau de théorie générale de la relativité : = -(8p g/с 2), où est le tenseur de courbure, R- courbure scalaire, - métrique. tenseur, - tenseur énergie-impulsion, g- constante gravitationnelle. Cette équation révèle le lien entre la matière et la géométrie de l'espace-temps.

La théorie générale de la relativité a fait l’objet de brillantes recherches empiriques. confirmation et a servi de base au développement ultérieur de la physique et de la cosmologie sur la base d'une généralisation plus poussée des idées sur l'espace et l'espace et d'une clarification de leur structure complexe. Premièrement, l'opération de géométrisation de la gravité elle-même a donné naissance à toute une direction de la physique associée aux théories géométrisées des champs unifiés. Basique idée : si la courbure de l'espace-temps décrit la gravité, alors l'introduction d'un espace riemannien plus généralisé avec une dimensionnalité accrue, avec torsion, avec multiplicité, etc. permettra de décrire d'autres champs (ce qu'on appelle l'espace de Weyl invariant par gradient théorie, cinq dimensions Kalutsy- Théorie de Klein et etc.). Dans les années 20-30. les généralisations de l'espace de Riemann affectaient principalement la métrique. cependant, plus tard, la topologie a été révisée [la géométrodynamique de J. Wheeler], et dans les années 70-80. les physiciens sont arrivés à la conclusion que champs de jauge profondément lié à la géométrie. concept connectivité sur les espaces fibrés (voir Délaminage) - Des succès impressionnants ont été obtenus sur cette voie, par ex. dans une théorie unifiée de el.-magn. et interactions faibles - théories interactions électrofaibles Weinberg - Glashow - Salam (S. Weinberg, Sh. L. Glashaw, A. Salam), construit conformément à la généralisation de la théorie quantique des champs.

La théorie de la relativité générale constitue la base de la science moderne. cosmologie relativiste. L’application directe de la théorie de la relativité générale à l’Univers donne une image incroyablement complexe du cosmique. espace-temps : la matière de l'Univers est concentrée principalement dans les étoiles et leurs amas, qui sont inégalement répartis et courbent par conséquent l'espace-temps, qui s'avère inhomogène et non isotrope. Cela exclut la possibilité de pratiques et les mathématiques. considération de l’Univers dans son ensemble. Cependant, la situation change à mesure que l'on s'approche de la structure à grande échelle de l'espace-temps de l'Univers : des amas de galaxies s'avèrent en moyenne isotropes, caractérisés par une homogénéité, etc. Tout cela justifie l'introduction de la cosmologique. le postulat de l'homogénéité et de l'isotropie de l'Univers et, par conséquent, le concept de paix et de justice mondiales. Mais ce ne sont pas des abdominaux. P. et v. Newton, qui, bien qu'ils soient également homogènes et isotropes, en raison de leur nature euclidienne, avaient une courbure nulle. Appliquées à un espace non euclidien, les conditions d'homogénéité et d'isotropie entraînent une constance de courbure, et ici trois modifications d'un tel espace sont possibles : nulle, négative. et posez-le. courbure. En conséquence, une question très importante a été posée en cosmologie : l’Univers est-il fini ou infini ?

Einstein a rencontré ce problème en essayant de construire la première cosmologie. modèle et est arrivé à la conclusion que la théorie de la relativité générale est incompatible avec l'hypothèse de l'infinité de l'Univers. Il a développé un modèle fini et statique de l'Univers – sphérique. L'univers d'Einstein. Nous ne parlons pas de la sphère familière et visuelle, que l’on peut souvent observer dans la vie de tous les jours. Par exemple, les bulles ou les boules de savon sont sphériques, mais ce sont des images de sphères bidimensionnelles dans un espace tridimensionnel. Et l’Univers d’Einstein est une sphère tridimensionnelle – un espace tridimensionnel non euclidien fermé sur lui-même. C’est fini, bien qu’illimité. Ce modèle enrichit considérablement notre compréhension de l’espace. Dans l’espace euclidien, l’infini et l’illimité constituaient un concept unique et indivis. En fait, ce sont des choses différentes : l’infini est métrique. propriété, et l’illimité est topologique. L'univers d'Einstein n'a pas de frontières et englobe tout. De plus, sphérique. L'univers d'Einstein est fini dans l'espace mais infini dans le temps. Mais il s’est avéré que la stationnarité est entrée en conflit avec la théorie de la relativité générale. Ils ont essayé de sauver la stationnarité. méthodes, qui ont conduit au développement d'un certain nombre de modèles originaux de l'Univers, mais la solution a été trouvée sur la voie de la transition vers des modèles non stationnaires, développés pour la première fois par A. A. Friedman. Métrique. les propriétés de l’espace se sont avérées changer avec le temps. La dialectique est entrée dans la cosmologie. idée de développement. Il s'est avéré que l'Univers est en expansion [E. Hubble (E. Hubble)]. Cela a révélé des propriétés complètement nouvelles et inhabituelles de l'espace mondial. Si en classique Dans les concepts spatio-temporels, la récession des galaxies est interprétée comme leur mouvement en termes absolus. Dans l'espace newtonien, alors dans la cosmologie relativiste ce phénomène s'avère être le résultat de la non-stationnarité de la métrique spatiale : ce ne sont pas les galaxies qui s'écartent dans un espace constant, mais l'espace lui-même qui s'étend. Si nous extrapolons cette expansion « à rebours » dans le temps, il s’avère que notre Univers a été « tiré jusqu’à un certain point » vers environ. Il y a 15 milliards d'années. Moderne la science ne sait pas ce qui s'est passé à ce point zéro t= Oh, quand la matière était compressée en critique. un état avec une densité infinie et une courbure infinie de l'espace. Cela n’a aucun sens de se demander ce qui s’est passé avant ce point zéro. Cette question a du sens lorsqu'elle est appliquée aux abdominaux de Newton. temps, et dans la cosmologie relativiste, un modèle de temps différent fonctionne, dans lequel pour le moment t=0 non seulement un Univers (Grand) en expansion (ou gonflement) rapide apparaît, mais aussi le temps lui-même. Moderne se rapproche de plus en plus dans son analyse du « moment zéro », les réalités qui se sont produites une seconde et même une fraction de seconde après le Big Bang sont en train d'être reconstituées. Mais c’est déjà un domaine d’un microcosme profond où le classique ne fonctionne pas. cosmologie relativiste (non quantique), où les phénomènes quantiques entrent en vigueur, à laquelle est associée une autre voie de développement des fondements. physique du 20ème siècle avec leurs spécificités idées sur P. et v.

Cette voie de développement de la physique était basée sur la découverte par M. Planck de la nature discrète du processus d'émission de lumière : un nouveau " " - l'atome d'action, ou erg s, est apparu en physique, qui est devenu une nouvelle constante mondiale. Mn. les physiciens [par exemple, A. Eddington], à partir du moment où le quantum est apparu, ont souligné le mystère de sa nature : il est indivisible, mais n'a pas de frontières dans l'espace, il semble remplir tout l'espace, et on ne sait pas quelle place devrait être qui lui est attribué dans le schéma espace-temps de l'univers. La place du quantique a été clairement clarifiée dans la mécanique quantique, qui a révélé les lois du monde atomique. Dans le micromonde, le concept de trajectoire spatio-temporelle d'une particule (ayant à la fois des propriétés corpusculaires et ondulatoires) n'a plus de sens si la trajectoire est comprise comme la trajectoire classique. image d'un continuum linéaire (voir Causalité). Par conséquent, dans les premières années du développement de la mécanique quantique, ses créateurs ont mis l’accent sur l’essentiel. L'accent est mis sur la révélation du fait qu'il ne fournit pas de description du mouvement des particules atomiques dans l'espace et dans le temps et conduit à un rejet complet de la description spatio-temporelle habituelle. La nécessité de réviser les concepts d’espace-temps et le déterminisme laplacéen des classiques est apparue. la physique, car la mécanique quantique est fondamentalement statistique. théorie et l'équation de Schrödinger décrit l'amplitude d'une particule dans une région spatiale donnée (le concept même de coordonnées spatiales en mécanique quantique, où elles sont représentées, est élargi les opérateurs). En mécanique quantique, il a été révélé qu'il existe une limitation fondamentale de précision lors de la mesure à de courtes distances des paramètres de micro-objets qui ont une énergie de l'ordre de celle introduite lors du processus de mesure. Cela nécessite la présence de deux expériences complémentaires. des installations qui, dans le cadre de la théorie, forment deux descriptions supplémentaires du comportement des micro-objets : spatio-temporelle et impulsionnelle. Toute augmentation de la précision de la détermination de la localisation spatio-temporelle d'un objet quantique est associée à une augmentation de l'imprécision dans la détermination de son énergie d'impulsion. caractéristiques. Imprécisions des mesures physiques formulaire de paramètres taux d'incertitude :. Il est important que cette complémentarité soit également contenue dans les mathématiques elles-mêmes. formalisme de la mécanique quantique, déterminant le caractère discret de l'espace des phases.

La mécanique quantique était à la base de la physique des particules élémentaires en développement rapide, dans laquelle le concept de P. et V. rencontré des difficultés encore plus grandes. Il s'est avéré que le microcosme est un système complexe à plusieurs niveaux, à chaque niveau domine une structure spécifique. types d'interactions et spécificités caractéristiques. propriétés des relations espace-temps. La zone disponible dans l’expérience est microscopique. les intervalles peuvent être conditionnellement divisés en quatre niveaux : le niveau des phénomènes moléculaires-atomiques (10 -6 cm< DX< 10-11 cm) ; niveau d’électrodynamique quantique relativiste. processus ; niveau de particules élémentaires ; niveau à très petite échelle (D x8 10 -16 cm et D t 8 10 -26 s - ces échelles sont disponibles dans les expériences spatiales. des rayons). Théoriquement, il est possible d'introduire des niveaux beaucoup plus profonds (qui dépassent de loin les capacités des expériences non seulement d'aujourd'hui, mais aussi de demain), qui sont associés à des innovations conceptuelles telles que des fluctuations de la métrique, des changements de topologie, une « structure en mousse » " de l'espace-temps à des distances de l'ordre longueur Planck(D X 10-33cm). Cependant, une révision assez décisive des idées sur P. et siècle. était nécessaire à des niveaux tout à fait accessibles aux temps modernes. expérience dans le développement de la physique des particules élémentaires. J'ai déjà rencontré de nombreuses difficultés précisément parce que j'étais lié à celles empruntées aux classiques. concepts de physique basés sur le concept de continuité espace-temps : charge ponctuelle, localité de champ, etc. Cela impliquait des complications importantes associées à des valeurs infinies de quantités aussi importantes que , proprement dit. énergie électronique, etc. ( divergences ultraviolettes). Ils ont tenté de surmonter ces difficultés en introduisant dans la théorie le concept d’espace-temps discret et quantifié. Les premiers développements des années 30. (V.A. Ambartsumyan, D.D. Ivanenko) se sont révélés non constructifs, car ils ne satisfaisaient pas à l'exigence d'invariance relativiste, et les difficultés de l'électrodynamique quantique ont été résolues à l'aide de la procédure renormalisation : petitesse de la constante électrique-magnétique les interactions (a = 1/137) ont permis d'utiliser la théorie des perturbations développée précédemment. Mais dans la construction de la théorie quantique d'autres champs (interactions faibles et fortes), cette procédure s'est avérée inefficace, et ils ont commencé à chercher une issue en révisant le concept de localité de champ, sa linéarité, etc., qui marque encore une fois un retour à l’idée de​​l’existence d’un « atome » de l’espace-temps. Cette direction a reçu un nouvel élan en 1947, lorsque H. Snyder a montré la possibilité de l'existence d'un espace-temps relativiste invariant, qui contient des éléments naturels. unité de longueur je 0 . La théorie des P. et V. quantifiés. a été développé dans les travaux de V. L. Averbakh, B. V. Medvedev, Yu. A. Golfand, V. G. Kadyshevsky, R. M. Mir-Kasimov et d'autres, qui ont commencé à conclure que dans la nature il existe longueur fondamentale l 0 ~ 10 -17 cm G. Chew, E. Zimmermann et d'autres ont extrapolé l'idée de discrétion de l'espace-temps dans l'hypothèse de la macro-conique. nature P. et v. La conversation a commencé à dépasser les spécificités de la structure discrète de P. et V. dans la physique des particules élémentaires, mais sur la présence d'une certaine frontière dans le microcosme, au-delà de laquelle il n'y a ni espace ni temps du tout. Tout cet ensemble d'idées continue d'attirer l'attention des chercheurs, mais des progrès significatifs ont été réalisés par Ch. Yang et R. Mills grâce à la généralisation non abélienne de la théorie quantique des champs ( Yanga- Champ des Moulins), dans le cadre duquel il a été possible non seulement de mettre en œuvre la procédure, mais également de commencer à mettre en œuvre le programme d'Einstein - pour construire une théorie unifiée des champs. Une théorie unifiée des interactions électrofaibles a été créée, dans les limites de la symétrie étendue U(1 fois S.U.(2)x S.U.(3)c fusionne avec chromodynamique quantique(la théorie des interactions fortes). Dans cette approche, une synthèse d'un certain nombre d'idées et de concepts originaux a par exemple eu lieu. hypothèses quarks, symétrie des couleurs des quarks SU(3) c , symétrie des faibles et des électromagnétiques interaction S.U.(2)x U(1), le caractère localement jauge et non-abélien de ces symétries, l'existence de symétries spontanément brisées et la renormalisabilité. De plus, l’exigence de localité des transformations de jauge établit un lien auparavant manquant entre la dynamique. symétries et espace-temps. Une théorie est actuellement en cours d'élaboration qui réunit tous les fondamentaux. physique interactions, y compris gravitationnelles. Cependant, il s'est avéré que dans ce cas, nous parlons d'espaces de 10, 26 et même 605 dimensions. Les chercheurs espèrent que l’excès excessif de dimensions dans le processus de compactification pourra être « fermé » dans la région des échelles de Planck et sera inclus dans la théorie du macrocosme.

seulement l’espace-temps habituel à quatre dimensions. Quant aux questions sur la structure de l'espace-temps du micromonde profond ou sur les premiers instants du Big Bang, les réponses ne se trouveront que dans la physique du IIIe millénaire.

Lit. : Fok V.A., Théorie de l'espace, du temps et de la gravité, 2e éd., M., 1961 ; Espace et temps dans la physique moderne, K., 1968 ; Grünbaoui A., Problèmes philosophiques de l'espace et du temps, trad. de l'anglais, M., 1969 ; Chudinov E.M., Espace et temps dans la physique moderne, M., 1969 ; Blokhintsev D.I., Espace et temps dans le microcosme, 2e éd., M., 1982 ; Mostepanenko A. M., Espace-temps et connaissances physiques, M., 1975 ; Hawking S., Ellis J.. Structure à grande échelle de l'espace-temps, trans. de l'anglais, M., 1977 ; Davis P., Espace et temps dans l'image moderne de l'Univers, trad. de l'anglais, M., 1979 ; Barashenkov V.S., Problèmes d'espace et de temps subatomiques, M., 1979 ; Akhundov M.D., Espace et temps dans la connaissance physique, M., 1982 ; Vladimirov Yu. S., Mitskevich N. V., Khorski A., Espace, temps, gravité - formes universelles d'existence de la matière, ses attributs les plus importants. Il n’y a aucune matière au monde qui n’ait pas de propriétés spatio-temporelles, tout comme il n’y a ni espace ni temps. eux-mêmes, en dehors de la matière ou indépendamment d'elle. L'espace est une forme d'être... ... Encyclopédie philosophique

Mark Van Raamsdonk Physicien, Université de la Colombie-Britannique, Vancouver, Canada Imaginez-vous vous réveiller un jour et réaliser que vous vivez dans un jeu vidéo. Si tel est le cas, alors tout ce qui nous entoure, le monde tridimensionnel tout entier, n’est qu’une illusion, une information codée sur une surface bidimensionnelle.

Cela ferait de notre Univers, avec ses trois dimensions spatiales, une sorte d'hologramme dont l'origine se situe dans les dimensions inférieures.

Ce « principe holographique » est assez inhabituel en physique théorique. Mais Van Raamsdonk fait partie d'un petit groupe de chercheurs qui pensent que c'est tout à fait normal. C’est juste qu’aucun des piliers de la physique moderne : ni la théorie de la relativité générale, qui décrit la gravité comme la courbure de l’espace et du temps, ni la mécanique quantique, ne peuvent expliquer l’existence de l’espace et du temps. Même la théorie des cordes, qui décrit les fils élémentaires d’énergie, ne peut pas faire cela.

Van Raamsdonck et ses collègues sont convaincus qu'il est nécessaire de fournir une représentation concrète des concepts d'espace et de temps, même à bien des égards aussi absurdes que l'holographie. Ils soutiennent qu’une refonte radicale de la réalité est le seul moyen d’expliquer ce qui se produit lorsqu’une singularité infiniment dense au centre d’un trou noir déforme l’espace-temps au-delà de toute reconnaissance. Cela contribuera également à unifier la théorie quantique et la relativité générale, ce que les théoriciens tentent de réaliser depuis des décennies.

Toutes nos expériences indiquent qu’au lieu de deux conceptions polaires de la réalité, il faut trouver une théorie globale.

La gravité comme thermodynamique

Mais à quoi servent toutes ces tentatives ? Et comment trouver le « cœur » même de la physique théorique ?

Une série de découvertes surprenantes au début des années 1970 suggéraient que la mécanique quantique et la gravité étaient étroitement liées à la thermodynamique.

En 1974, Stephen Hawking de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni a montré que les effets quantiques dans l’espace autour d’un trou noir pouvaient entraîner la libération d’un rayonnement à haute température. D’autres physiciens n’ont pas tardé à souligner que ce phénomène était assez général. Même dans un espace complètement vide, un astronaute subissant une accélération ressentira de la chaleur autour de lui. L’effet est trop faible pour être remarqué dans le cas d’un vaisseau spatial, mais l’hypothèse elle-même semblait fondamentale. Et si la théorie quantique et la relativité générale sont correctes (comme le confirment les expériences), alors le rayonnement de Hawking existe réellement.

Cela a été suivi par une deuxième découverte clé. En thermodynamique standard, un objet ne peut émettre de la chaleur qu’en diminuant l’entropie, mesure du nombre d’états quantiques en son sein. C'est la même chose avec les trous noirs ; Même avant le rapport de Hawking de 1974, Jacob Bekenstein, aujourd'hui à l'Université hébraïque de Jérusalem, proposait que les trous noirs possèdent une entropie. Mais il y a une différence. Dans la plupart des objets, l’entropie est proportionnelle au nombre d’atomes de l’objet, et donc au volume. Mais l’entropie d’un trou noir est proportionnelle à la superficie de son horizon des événements, limite d’où même la lumière ne peut s’échapper. C’est comme si les informations sur ce qu’il y a à l’intérieur étaient codées dans cette surface (tout comme les hologrammes bidimensionnels codent une image tridimensionnelle).

En 1995, Ted Jacobson, physicien à l’Université du Maryland à College Park, a combiné ces deux découvertes et a proposé que chaque point de l’espace se trouve sur un minuscule « horizon de trou noir », qui obéit également au rapport entropie-surface. Même les équations d'Einstein satisfont à cette condition (naturellement, le physicien a opéré avec des concepts thermodynamiques, et non avec l'espace-temps).

"Peut-être que cela nous permettra d'en apprendre davantage sur l'origine de la gravité", explique Jacobson. Les lois de la thermodynamique sont statistiques, donc son résultat suggère que la gravité est aussi un phénomène statistique (une approximation macroscopique des composantes invisibles de l'espace-temps).

En 2010, cette idée est allée encore plus loin. Erik Verlinde, théoricien des cordes à l'Université d'Amsterdam, a suggéré que la thermodynamique statistique des composants de l'espace-temps pourrait avoir donné naissance à la loi de l'attraction gravitationnelle de Newton.

Dans un autre article, Thanu Padmanabhan, cosmologue au Centre interuniversitaire d'astronomie et d'astrophysique de Pune, a montré que les équations d'Einstein peuvent être réécrites sous une forme identique aux lois de la thermodynamique, comme de nombreuses autres théories alternatives de la gravité. Padmanaban travaille actuellement à généraliser l'approche thermodynamique pour tenter d'expliquer l'origine et l'ampleur de l'énergie noire, la mystérieuse force cosmique qui accélère l'expansion de l'Univers.

Il est extrêmement difficile, mais pas impossible, de tester empiriquement de telles idées. Pour comprendre si l’espace-temps est constitué de composants distincts, on peut observer le retard des photons de haute énergie se dirigeant vers la Terre depuis des objets spatiaux lointains tels que les supernovae et les sursauts gamma.

Supernovae- des étoiles dont la luminosité augmente de plusieurs dizaines de magnitudes par jour. En peu de temps, une supernova qui explose peut devenir plus brillante que toutes les étoiles de sa galaxie d’origine.
Il existe deux types de supernovae : le type I et le type II. On pense que le type II est l’étape finale de l’évolution d’une étoile unique de masse M*=10±3Msoleil. Le type I est apparemment associé à un système binaire dans lequel l'une des étoiles est une naine blanche, sur laquelle se produit une accrétion à partir de la deuxième étoile.

Sursauts gamma- les émissions de rayonnements gamma associées aux explosions les plus énergétiques. Le rayonnement gamma initial est émis pendant des dizaines de millisecondes à plusieurs minutes, suivi d'une rémanence à des longueurs d'onde plus longues.
La plupart des sursauts gamma sont associés à la formation d'étoiles à neutrons et de trous noirs après des explosions de supernova ; les sursauts les plus courts se produisent lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision.

En avril, Giovanni Amelino-Camelia, chercheur en gravitation quantique à l'Université de Rome, et ses collègues ont trouvé des indices de tels retards dans les photons provenant d'un sursaut gamma. Les résultats ne sont pas concluants, dit Amelino-Camelia, mais l'équipe prévoit d'étendre ses recherches pour capturer les temps de trajet des neutrinos de haute énergie créés par des événements cosmiques.

Giovanni Amelino-Camélia Chercheur en gravité quantique, Université de Rome Si une théorie ne peut être testée, alors la science n’existe pas pour moi. Cela se transforme en croyances religieuses qui ne m'intéressent pas.

D'autres physiciens se concentrent sur les tests en laboratoire. En 2012, par exemple, des chercheurs de l’Université de Vienne et de l’Imperial College de Londres ont mené une expérience sur table dans laquelle des miroirs microscopiques sont déplacés à l’aide de lasers. Ils ont fait valoir que l’espace-temps sur l’échelle de Planck entraînerait une modification de la lumière réfléchie par le miroir.

Gravité quantique en boucle

Même si l’approche thermodynamique est correcte, elle ne dit toujours rien sur les composantes fondamentales de l’espace et du temps. Si l’espace-temps est un tissu, quels sont ses fils ?

Une réponse possible est tout à fait littérale. La théorie de la gravité quantique en boucle, avancée par Ashtekar et ses collègues au milieu des années 1980, décrit le tissu de l'espace-temps comme un réseau croissant de fils qui transportent des informations sur les zones et volumes quantifiés des régions qu'ils traversent. Les threads individuels du réseau doivent finalement former des boucles. D'où le nom de la théorie. Certes, cela n’a rien à voir avec la théorie des cordes, bien plus célèbre. Ces derniers se déplacent dans l’espace-temps, tandis que les fils sont dans l’espace-temps, et les informations qu’ils transportent déterminent la forme du tissu espace-temps qui les entoure.

Les boucles sont des objets quantiques, cependant, elles définissent également la surface unitaire minimale et, de la même manière que la mécanique quantique ordinaire détermine l'énergie minimale de l'électron dans un atome d'hydrogène. Essayez d'insérer des brins supplémentaires d'une zone plus petite et ils seront simplement déconnectés du reste du réseau et ne pourront plus communiquer avec autre chose.

Ils semblent sortir de l'espace-temps.

Gravité quantique en boucle
La vidéo montre comment l’espace évolue selon la gravité quantique en boucle. Les couleurs des faces du tétraèdre indiquent l'échelle de la zone à un point donné à un moment donné.

L’avantage de la surface minimale est que la gravité quantique en boucle ne peut pas compresser un nombre infini de courbes en un point infinitésimal. Cela signifie qu'elle ne peut pas conduire à ces singularités où les équations d'Einstein s'effondrent : au moment du Big Bang ou au centre des trous noirs.

Profitant de ce fait, Ashtekar et ses collègues ont présenté en 2006 une série de modèles dans lesquels ils remontaient le temps et montraient à quoi cela ressemblait avant le Big Bang. Alors que nous approchions de la limite de taille fondamentale dictée par la gravité quantique en boucle, la force répulsive a ouvert et verrouillé la singularité, la transformant en un tunnel vers le cosmos avant le nôtre.

Cette année, Rodolfo Gambini de l'Université républicaine d'Uruguay à Montevideo et Jorge Pullin de l'Université de Louisiane à Baton Rouge ont présenté des modèles similaires, mais pour un trou noir. Si vous vous aventurez profondément au cœur d’un trou noir, vous ne trouverez pas une singularité, mais un mince tunnel spatio-temporel menant à une autre partie de l’espace.

Abhay Ashtekar Physicien, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvanie Il est très important de se débarrasser du problème de la singularité.

La gravité quantique en boucle n’est pas une théorie complète, car elle ne contient aucune autre force. En outre, les physiciens doivent encore montrer comment l’espace-temps ordinaire « s’est révélé » à partir du réseau d’information. Mais Daniele Oriti, physicien à l'Institut Max Planck de physique gravitationnelle de Golm, espère s'inspirer des travaux de scientifiques qui ont imaginé des phases exotiques de la matière subissant des transitions décrites par la théorie quantique des champs. Oriti et ses collègues recherchent des formules pour décrire comment l'univers pourrait passer par des phases similaires, depuis une collection de boucles discrètes jusqu'à un espace-temps fluide et continu.

Série causale

Les déceptions ont conduit certains chercheurs à poursuivre un programme minimaliste connu sous le nom de théorie des causes. Fondée par Rafael Sorkin, la théorie postule que les éléments constitutifs de l’espace-temps sont de simples points mathématiques associés au passé ou au futur.

Il s’agit d’une vision « squelettique » de la causalité, selon laquelle un événement antérieur peut affecter un événement ultérieur, mais pas l’inverse. En conséquence, le réseau, tel un arbre en croissance, se transforme en espace-temps.

Rafael Sorkin physicien, Institut Périmètre de physique théorique à Waterloo, Canada L’espace émerge d’un point de la même manière que la température émerge d’un atome. Cela n'a aucun sens de parler d'un seul atome, le sens réside dans leur grand nombre.

À la fin des années 1980, Sorkin a utilisé cette structure pour représenter le nombre de points que l'univers doit contenir et a conclu qu'ils devaient être la cause de la faible énergie interne qui accélère l'expansion de l'univers. Quelques années plus tard, la découverte de l'énergie noire a confirmé sa supposition. "Les gens pensent souvent que la gravité quantique ne peut pas faire de prédictions testables, mais c'est le cas ici", explique Joe Henson, chercheur en gravité quantique à l'Imperial College de Londres. "Si la valeur de l'énergie noire était plus grande ou inexistante, alors la théorie de la causalité serait exclue."

Il est peu probable qu’il y ait des preuves, mais la théorie de la causalité a suggéré plusieurs autres possibilités qui pourraient être testées. Certains physiciens ont trouvé qu’il est beaucoup plus pratique d’utiliser des simulations informatiques. L'idée, née au début des années 1990, est de rapprocher des constituants fondamentaux inconnus de minuscules morceaux d'espace-temps ordinaire pris dans une mer tourbillonnante de fluctuations quantiques, et d'observer comment ces morceaux fusionnent spontanément en structures plus grandes.

Renata Loll Les premières tentatives visant à rapprocher les composants fondamentaux inconnus avec de minuscules morceaux d’espace-temps ordinaire ont échoué. Les éléments constitutifs de l'espace-temps étaient de simples hyperpyramides, des prototypes quadridimensionnels de tétraèdres tridimensionnels, et la connexion proposée permettait de les combiner librement. Le résultat fut une série d'« univers » étranges dans lesquels il y avait trop de dimensions (ou trop peu), certaines existant d'elles-mêmes, et d'autres s'effondrant. C'était une tentative de montrer ce qui nous entoure

Triangulation dynamique causale

La triangulation dynamique causale n'utilise que deux aspects : l'espace et le temps. La vidéo montre des univers bidimensionnels générés par une particule d'espace, auto-organisée selon des règles quantiques. Chaque couleur représente une tranche de l’Univers à un moment précis après le Big Bang, représentée par une petite boule noire.

Mais selon Sorkin, Loll et ses collègues, avec l’ajout de la causalité, tout a changé.

Renata Loll Physicien, Université de Nimègue, Pays-Bas Après tout, la dimension du temps n’est pas comme les trois dimensions de l’espace. Nous ne pouvons pas voyager dans le temps, la visualisation a donc été modifiée pour tenir compte de la causalité. Nous avons ensuite découvert que des éléments de l'espace-temps commençaient à s'assembler en univers à quatre dimensions dotés de propriétés similaires aux nôtres.

Il est intéressant de noter que la simulation laisse également entendre que peu de temps après le Big Bang, l’Univers a traversé une phase infantile avec seulement deux dimensions : un espace et un temps. Cette conclusion a été obtenue indépendamment des tentatives visant à dériver des équations pour la gravité quantique, et même indépendamment de ceux qui croient que l’émergence de l’énergie sombre est le signe de l’émergence d’une quatrième dimension spatiale dans notre Univers.

Holographie

Pendant ce temps, Van Raamsdonck a proposé une idée complètement différente de l'émergence de l'espace-temps, basée sur le principe holographique. Le principe de type hologramme selon lequel les trous noirs ont toute leur entropie à la surface a été introduit pour la première fois par Juan Maldacena, théoricien des cordes à l'Institut d'études avancées de Princeton. Il a publié son modèle de l'univers holographique en 1998. Dans ce modèle, « l’intérieur » tridimensionnel de l’Univers comprenait des cordes et des trous noirs régis uniquement par la gravité, tandis que sa frontière bidimensionnelle contenait des particules et des champs élémentaires qui obéissaient aux lois quantiques ordinaires plutôt qu’à la gravité.

Les habitants hypothétiques de l’espace tridimensionnel ne verraient jamais cette frontière, car elle serait infiniment éloignée.

Mais cela n'affecte en rien les mathématiques : tout ce qui se passe dans l'Univers tridimensionnel peut être décrit aussi bien par des équations dans le cas d'une frontière bidimensionnelle, et vice versa.

En 2010, Van Raamsdonk a expliqué l'intrication des particules quantiques à la frontière. Cela signifie que les données obtenues dans une partie affecteront inévitablement l'autre. Il a découvert que si chaque particule s'emmêle entre deux régions distinctes de la frontière, elle se déplace progressivement vers zéro, de sorte que la connexion quantique entre elles disparaît, l'espace tridimensionnel commence à se diviser progressivement (comme une cellule) jusqu'à ce que la dernière connexion soit rompue.

Ainsi, l’espace tridimensionnel est divisé encore et encore, tandis que la frontière bidimensionnelle reste « en contact ». Van Raamsdonck a conclu que l'univers tridimensionnel coexiste avec l'intrication quantique à ses limites. Cela signifie que, dans un sens, l’intrication quantique et l’espace-temps sont la même chose.

Ou, comme le dit Maldacena : « Cela suggère que le quantique est un phénomène fondamental et que l’espace-temps en dépend. »

Défini en termes généraux comme fonds. structures de coordination des objets matériels et de leurs états : un système de relations reflétant la coordination d'objets coexistants (distances, orientation, etc.) forme l'espace, et un système de relations reflétant la coordination d'états ou de phénomènes successifs (séquence, durée, etc. .) ), forme le temps. P. et v. sont les structures organisatrices de divers. niveaux physiques cognition et jouent un rôle important dans les relations à différents niveaux. Ils (ou les constructions qui leur sont associées) déterminent en grande partie la structure (métrique, topologique, etc.) des fondations. physique théories, fixent la structure de l’empirique. interprétation et vérification des données physiques théories, la structure des procédures opérationnelles (qui reposent sur l'enregistrement des coïncidences spatio-temporelles dans les actes de mesure, en tenant compte des spécificités des interactions physiques utilisées), et organisent également le physique. images du monde. Toute l’histoire a conduit à une telle vision. voie de développement conceptuel.

Au maximum. idées archaïques de P. et V. n'étaient pas du tout isolés des objets matériels et des processus de la nature (dans lesquels les caractères naturels et surnaturels coexistaient assez paisiblement) : décl. les zones de l'habitat étaient dotées de différents positif et nier. qualités et points forts en fonction de la présence de diverses choses sur eux. objets sacrés (sépultures d'ancêtres, totems, temples, etc.), et chaque mouvement avait son temps. Le temps était également divisé en parties qualitativement différentes. périodes favorables ou néfastes par rapport à la vie des sociétés anciennes. Le paysage et les cycles du calendrier étaient imprimés dans le mythe. Dans le développement ultérieur de la mythologie. l'image du monde a commencé à fonctionner dans un cadre cyclique. temps; l'avenir s'est toujours avéré être une renaissance du passé sacré. Ce processus était protégé par une idéologie stricte (rites, interdits, tabous, etc.), dont les principes ne pouvaient être compromis, car ils étaient conçus pour empêcher toute innovation dans ce monde de répétitions éternelles, et niaient également l'histoire et l'historique. temps (c'est-à-dire temps linéaire). De telles idées peuvent être considérées comme un prototype archaïque du modèle de P. et siècle inhomogène et non isotrope. Considérant que la mythologie développée est arrivée à l'idée de diviser le monde en niveaux (initialement en Ciel, Terre et Enfers, avec la clarification ultérieure de la « structure fine » des deux niveaux extrêmes, par exemple le septième ciel, les cercles de l'enfer), nous pouvons donner une définition plus vaste de P. et c. mythologique images du monde : cycliques. structure du temps et isomorphisme multicouche de l'espace (Yu. M. Lotman). Naturellement, c'est juste moderne. reconstruction, dans la coupe de P. et V. déjà abstrait des objets et des processus matériels ; Quant à la connaissance humaine, elle est parvenue à une telle abstraction non pas dans la mythologie archaïque, mais dans le cadre des formes ultérieures de sociétés. conscience (religion monothéiste, philosophie naturelle, etc.).

A partir de ce moment, P. et V. se débrouiller seul. statut de fonds. arrière-plan sur lequel se déroulent les objets naturels. Ces P. et V. idéalisés. souvent même soumis à la déification. Dans la philosophie naturelle ancienne, il y avait une rationalisation des idées mythologiques et religieuses : P. et V. sont transformés en fonds. substance, principe fondamental du monde. À cette approche est associé le concept substantiel de P. et v. Ce sont, par exemple, le vide de Démocrite ou le topos (lieu) d'Aristote - ils sont différents. modifications de la conception de l'espace comme conteneur (« boîte sans murs », etc.). Le vide de Démocrite est rempli de mysticisme atomique. la matière, et pour Aristote la matière est continue et remplit l'espace sans interruption - toutes les places sont occupées. Ainsi, la négation du vide par Aristote ne signifie pas la négation de l’espace en tant que contenant. La notion substantielle de temps est associée à l’idée d’éternité, un certain absolu non métissé. durée. Particulier empirique le temps était considéré comme une image animée de l’éternité (Platon). Ce temps reçoit une forme numérique et est métrisé en utilisant la rotation du ciel (ou d’autres processus naturels périodiques moins universels) dans le système d’Aristote ; ici le temps n'apparaît plus comme fundam. substance, mais en tant que système de relations (« plus tôt », « plus tard », « simultanément », etc.) le concept relationnel est réalisé. Cela correspond au concept relationnel de l'espace comme système de relations entre les objets matériels et leurs états.

Concepts substantiels et relationnels de P. et V. fonctionner selon la théorie et empirique (ou spéculatifs et sensoriellement compréhensibles) de la philosophie naturelle et des sciences naturelles. systèmes Au cours de la cognition humaine, une compétition et un changement de tels systèmes se produisent, qui s'accompagnent d'un développement et de changements importants dans les idées sur P. et siècle. Cela se manifestait déjà très clairement dans la philosophie naturelle antique : premièrement, contrairement au vide infini de Démocrite, l’espace d’Aristote est fini et limité, car la sphère des étoiles fixes enferme spatialement l’espace ; deuxièmement, si le vide de Démocrite est un commencement substantiellement passif, seulement une condition nécessaire au mouvement des atomes, alors l'épopée est un commencement substantiellement actif et tout lieu est doté de sa propre spécificité. de force. Ce dernier caractérise la dynamique d'Aristote, sur la base de laquelle un système géocentrique a été créé. cosmologique modèle. Le cosmos d'Aristote est clairement divisé en niveaux terrestre (sublunaire) et céleste. Les objets matériels du monde sublunaire participent soit à des natures rectilignes. mouvements et avancer vers leur nature. endroits (par exemple, des corps lourds se précipitent vers le centre de la Terre), ou dans des mouvements forcés, qui se poursuivent tant qu'une force motrice agit sur eux. Le monde céleste est constitué de corps éthérés existant dans une nature circulaire parfaite et infinie. mouvement. En conséquence, les mathématiques ont été développées dans le système d’Aristote. astronomie du niveau et des qualités célestes. physique (mécanique) du niveau terrestre du monde.

Une autre réalisation conceptuelle de la Grèce antique, qui a déterminé le développement ultérieur des idées sur l'espace (et le temps), est la géométrie d'Euclide, dont les célèbres « principes » ont été développés sous la forme d'axiomatiques. systèmes et sont considérés à juste titre comme la branche la plus ancienne de la physique (A. Einstein) et même comme cosmologique. théorie [K. Popper (K. Popper), I. Lakatos (I. Lakatos)]. L'image du monde d'Euclide est différente de celle d'Aristote et inclut l'idée d'un espace homogène et infini. La géométrie euclidienne (et l'optique) n'ont pas seulement joué le rôle de base conceptuelle du classique. mécanique, après avoir déterminé de telles fondations. des objets idéalisés, comme l'espace, une tige absolument solide (auto-congrue), un rayon lumineux géométrisé, etc., mais c'était aussi une mathématique fructueuse. appareil (langage), à ​​l'aide duquel les fondamentaux du langage classique ont été développés. mécanique. Le début du classique la mécanique et la possibilité même de sa construction étaient associées à la révolution copernicienne du XVIe siècle, au cours de laquelle héliocentrique. le cosmos est apparu comme une structure unique, sans division en niveaux célestes et terrestres qualitativement différents.

G. Bruno a détruit la sphère céleste limitante, a placé le cosmos dans un espace infini, l'a privé de centre, a jeté les bases d'un espace infini homogène, au sein duquel, grâce aux efforts d'une brillante galaxie de penseurs [I. Kepler (I. Kepler), R. Descartes (R. Descartes), G. Galilei (G. Galilei), I. Newton (I. Newton), etc.] a été développé de manière classique. Mécanique. Niveau de systématique Elle a atteint son développement dans les célèbres « Principes mathématiques de philosophie naturelle » de Newton, qui distinguaient dans son système deux types de mathématiques et de mathématiques : absolues et relatives.

Absolu, vrai, mathématique. le temps en lui-même et par son essence même, sans aucun rapport avec quoi que ce soit d'extérieur, s'écoule uniformément et est autrement appelé durée. Abdos. l'espace, par son essence même, indépendamment de tout ce qui lui est extérieur, reste toujours le même et immobile.

Tel P. et v. s'est avéré paradoxal du point de vue du bon sens et constructif en théorie. niveau. Par exemple, le concept d'abdos. le temps est paradoxal car, d’une part, la réflexion sur le passage du temps est associée à une présentation du temps comme un processus dans le temps, ce qui est logiquement insatisfaisant ; Deuxièmement, il est difficile d’accepter l’affirmation sur l’écoulement uniforme du temps, car elle suppose qu’il existe quelque chose qui contrôle la vitesse de l’écoulement du temps. De plus, si le temps est considéré « sans aucune relation avec quoi que ce soit d’extérieur », alors quel sens peut y avoir à supposer qu’il s’écoule de manière inégale ?

Si une telle hypothèse n’a aucun sens, alors quelle signification a la condition d’uniformité du débit ? Le sens constructif de l'absolu P. et v. a commencé à devenir plus clair dans les mathématiques logiques ultérieures. reconstructions de la mécanique newtonienne, qui ont acquis leur pertinence. achèvement en analytique mécanique de Lagrange [on peut aussi noter les reconstructions de D-Alembert, W. Hamilton, etc.], dans laquelle la géométrie des « Principes » a été complètement éliminée et la mécanique est apparue comme une branche de l'analyse. Dans ce processus, les idées sur la conservation les lois, les principes, l'invariance, etc. ont commencé à apparaître, ce qui a permis de considérer la physique classique à partir d'une position conceptuelle unifiée. Un lien a été établi entre les lois fondamentales de conservation et la symétrie espace-temps [S. Lee (S . Lie), F. Klein, E. Noether] : la conservation de grandeurs physiques fondamentales telles que l'énergie, l'impulsion et le moment cinétique apparaît comme une conséquence du fait que P. et in sont isotropes et homogènes. L'absolu du mouvement et du temps, le caractère absolu de la durée et des intervalles de temps, ainsi que le caractère absolu de la simultanéité des événements s'expriment clairement dans Le principe de relativité de Galilée, qui peut être formulé comme le principe de covariance des lois de la mécanique par rapport aux transformations galiléennes. Ainsi, dans tous les systèmes de référence inertielle, un seul abs continu circule uniformément. temps et est effectué abs. synchronisme (c'est-à-dire que la simultanéité des événements ne dépend pas du système de référence, elle est absolue), dont la base ne pouvait être que des forces instantanées à longue portée - ce rôle dans le système newtonien était attribué à la gravité ( la loi de la gravité Cependant, le statut de l’action à longue portée n’est pas déterminé par la nature de la gravité, mais par la nature très substantielle de la gravité et de la gravité. dans le cadre de la mécanique images du monde.

Des abdominaux. Newton distinguait l'espace par l'extension des objets matériels, les bords leur servant de base. la propriété est l’espace relatif. Ce dernier est une mesure des abdominaux. espace et peut être représenté comme un ensemble de systèmes de référence inertiels spécifiques situés en termes relatifs. mouvement. En conséquence, cela se rapporte. le temps est une mesure de durée utilisée dans la vie quotidienne plutôt que de vraies mathématiques. le temps est une heure, un jour, un mois, une année. Se rapporte. P. et v. compris par les sens, mais ils ne sont pas perceptifs, mais empiriques. structures des relations entre les objets matériels et les événements. Il convient de noter que dans le cadre empirique fixation, certains fonds ont été ouverts. propriétés de P. et V., non reflétées dans la théorie. niveau classique mécanique, par ex. tridimensionnalité de l'espace ou irréversibilité du temps.

Classique mécanique jusqu'à la fin du 19ème siècle. déterminé les bases direction scientifique la connaissance, qui s'identifiait à la connaissance du mécanisme des phénomènes, à la réduction de tout phénomène à la mécanique. modèles et descriptions. Les mécaniciens ont également été soumis à l'absolutisation. idées sur P. et V., qui ont été élevées au rang de « l’Olympe d’a priori ». Dans le système philosophique de I. Kant, P. et V. ont commencé à être considérées comme des formes a priori (pré-expérimentales, innées) de contemplation sensorielle. La plupart des philosophes et des naturalistes jusqu'au 20e siècle. a adhéré à ces vues aprioristes, mais déjà dans les années 20. 19ème siècle divers ont été développés. variantes de géométries non euclidiennes [K. Gauss (S. Gauss), H. I. Lobachevsky, J. Bolyai (J. Bolyai), etc.], qui est associé à un développement important des idées sur l'espace. Les mathématiciens s'intéressent depuis longtemps à la question de l'exhaustivité des axiomatiques de la géométrie euclidienne. À cet égard, la plupart L'axiome parallèle a éveillé les soupçons. Un résultat étonnant a été obtenu : il s’est avéré qu’il était possible de développer un système de géométrie cohérent en abandonnant l’axiome des parallèles et en autorisant l’existence de plusieurs. droites parallèles à un point donné et passant par un point. Il est extrêmement difficile d’imaginer une telle image, mais les scientifiques maîtrisent déjà l’épistémologie. La leçon de la révolution copernicienne est que la visibilité peut être associée à la vraisemblance, mais pas nécessairement à la vérité. Par conséquent, bien que Lobatchevski ait qualifié sa géométrie d'imaginaire, il a soulevé la question de l'empirique. déterminer le caractère euclidien ou non euclidien d'un physique. espace. B. Riemann a généralisé le concept d'espace (qui comprenait, comme cas particuliers, l'espace euclidien et l'ensemble des espaces non euclidiens), en le basant sur l'idée d'une métrique - l'espace est une variété tridimensionnelle, sur laquelle on peut définir analytiquement la différence. axiomatique système, et la géométrie de l'espace est déterminée à l'aide de six composants tenseur métrique, spécifiés comme fonctions de coordonnées. Riemann a introduit le concept courbure espace, qui peut avoir du positif, du zéro et du négatif. significations. En général, la courbure de l’espace ne doit pas nécessairement être constante, mais peut varier d’un point à l’autre. Sur cette voie, non seulement l'axiome parallèle, mais aussi d'autres axiomes de la géométrie euclidienne ont été généralisés, ce qui a conduit au développement de géométries non archimédiennes, non pascales et autres, dans lesquelles de nombreux fondements ont été sujets à révision. propriétés de l'espace, par ex. sa continuité, etc. L'idée de la dimension de l'espace a également été généralisée : la théorie a été développée N-variétés dimensionnelles et il est devenu possible de parler même d'espaces de dimension infinie.

Un tel développement d’une mathématique puissante. Les instruments, qui ont considérablement enrichi la notion d’espace, ont joué un rôle important dans le développement de la physique au XIXe siècle. (espaces de phases multidimensionnels, principes extrêmes, etc.), caractéristiques de l'essaim. réalisations dans la sphère conceptuelle : dans le cadre reçu une expression explicite [U. Thomson (W. Thomson), R. Clausius (R. Clausius), etc.] idée de l'irréversibilité du temps - la loi de l'augmentation entropie(la deuxième loi de la thermodynamique), et de Faraday - Maxwell, les idées sur une nouvelle réalité - un domaine et l'existence de personnes privilégiées - sont entrées dans la physique. des systèmes de référence, inextricablement liés à la matérialisation. analogue aux abdominaux. Les espaces de Newton, avec un éther fixe, etc. Cependant, les mathématiques se sont révélées infiniment plus fructueuses. innovations du 19ème siècle dans le révolutionnaire transformations de la physique du 20e siècle.

Révolution en physique du 20e siècle. a été marqué par le développement de tels non-classiques théories (et programmes de recherche physique correspondants), telles que les théories spéciales (spéciales) et générales de la relativité (voir. Théorie de la relativité. Gravité), mécanique quantique, théorie quantique des champs, cosmologie relativiste, etc., qui se caractérisent par un développement important des idées sur P. et siècle.

La théorie de la relativité d'Einstein a été créée comme l'électrodynamique des corps en mouvement, basée sur le nouveau principe de relativité (la relativité a été généralisée des phénomènes mécaniques aux phénomènes électromagnétiques et optiques) et le principe de constance et de limitabilité. Avec dans un vide qui ne dépend pas de l'état de mouvement du corps rayonnant. Einstein a montré que les techniques opérationnelles, à l'aide desquelles la physique contenu de l'espace euclidien en classique. la mécanique s'est avérée inapplicable aux processus se produisant à des vitesses proportionnelles à la vitesse de la lumière. Il commença donc la construction de l’électrodynamique des corps en mouvement en définissant la simultanéité, en utilisant des signaux lumineux pour synchroniser les horloges. Dans la théorie de la relativité, le concept de simultanéité est dépourvu d’absolu. valeurs et il devient nécessaire de développer une théorie appropriée de transformation de coordonnées ( x, y, z) et le temps ( t) lors du passage d'un référentiel au repos à un référentiel se déplaçant uniformément et rectilignement par rapport au premier avec vitesse toi. En développant cette théorie, Einstein en est venu à la formulation Transformations de Lorentz :

Le caractère infondé des deux fonds a été révélé. dispositions sur P. et v. en classique mécanique : l'intervalle de temps entre deux événements et la distance entre deux points d'un corps rigide ne dépendent pas de l'état de mouvement du référentiel. Étant donné que la vitesse de la lumière est la même dans tous les systèmes de référence, ces dispositions doivent être abandonnées et de nouvelles idées sur l'espace et l'espace doivent être formées. Si les transformations de Galilée sont classiques. la mécanique était basée sur l'hypothèse de l'existence de signaux opérationnels se propageant à une vitesse infinie, alors dans la théorie de la relativité les signaux lumineux opérationnels ont un max fini. vitesse c et cela correspond à la nouvelle loi d'addition de vitesse, dans lequel la spécificité d'un signal extrêmement rapide est clairement capturée. Ainsi, la réduction de la longueur et la dilatation du temps ne sont pas dynamiques. caractère [tel que présenté par H. Lorentz et G. Fitzgerald pour expliquer le négatif. résultat Michelson expérience] et ne sont pas une conséquence des spécificités de l'observation subjective, mais agissent comme des éléments d'un nouveau concept relativiste de P. et V.

Abdos. espace, temps commun pour différents. systèmes de référence, abs. la vitesse, etc. ont été un fiasco (ils ont même refusé de diffuser), ils ont été mis en avant. analogues, qui, en fait, ont déterminé le nom. Les théories d'Einstein - "la théorie de la relativité". Mais la nouveauté des concepts d'espace-temps de cette théorie ne se limitait pas à identifier la relativité de la longueur et de l'intervalle de temps ; non moins importante était la clarification de l'égalité de l'espace et du temps (ils sont également inclus dans les transformations de Lorentz), et par la suite - l'invariance de l'espace-temps intervalle.G. Minkowski (N. Minkowski) a ouvert le bio. la relation entre P. et V., qui se sont avérés être les composants d'un seul continuum à quatre dimensions (voir. Espace-temps de Minkowski).Le critère d’unification est pertinent. propriétés de P. et v. en abs. une variété à quatre dimensions est caractérisée par l'invariance d'un intervalle à quatre dimensions ( ds): ds 2 = c 2 dt 2 - dx2 - jour 2 - dz 2. En conséquence, Minkowski déplace à nouveau l’accent de la relativité vers l’absolu (« postulat du monde absolu »). À la lumière de cette position, il devient clair l'incohérence de l'affirmation fréquemment rencontrée dans la transition du classique. physique à la théorie partielle de la relativité, il y a eu un changement dans le concept substantiel (absolu) de P. et V. au relationnel. En réalité, un processus différent a eu lieu : sur le plan théorique. niveau il y a eu un changement dans les abdos. espace et abdos. Le temps de Newton à la variété espace-temps quadridimensionnelle tout aussi absolue de Minkowski (c'est un concept substantiel) et à l'empirique. Le niveau par quart de travail est lié. l'espace et se rapporte. À l'époque où la mécanique de Newton est arrivée, les relations P. et V. Einstein (modification relationnelle du concept attributif), basée sur un el-magn complètement différent. l’opérationnalité.

La théorie partielle de la relativité n’était qu’une première étape, car le nouveau principe de la relativité n’était applicable qu’aux référentiels inertiels. Piste. Une étape a été la tentative d'Einstein d'étendre ce principe aux systèmes uniformément accélérés et, en général, à l'ensemble des systèmes de référence non inertiels - c'est ainsi qu'est née la théorie générale de la relativité. Selon Newton, les systèmes de référence non inertiels se déplacent de manière accélérée par rapport aux abdominaux. espace. Un certain nombre de critiques du concept d'abdos. l'espace [par exemple, E. Max (E. Mach)] a proposé de considérer un tel mouvement accéléré par rapport à l'horizon d'étoiles lointaines. Ainsi, les masses d’étoiles observées sont devenues une source d’inertie. Einstein a donné une interprétation différente de cette idée, basée sur le principe d'équivalence, selon lequel les systèmes non inertiels sont localement indiscernables du champ gravitationnel. Alors si l'inertie est due aux masses de l'Univers, et que le champ des forces d'inertie est équivalent à la gravitation. champ manifesté dans la géométrie de l’espace-temps, alors, par conséquent, les masses déterminent la géométrie elle-même. Cette position indiquait clairement un changement significatif dans l’interprétation du problème du mouvement accéléré : le principe de Mach de la relativité de l’inertie a été transformé par Einstein en principe de relativité de la géométrie de l’espace-temps. Le principe d’équivalence est de nature locale, mais il a aidé Einstein à formuler le principe de base. physique principes sur lesquels repose la nouvelle théorie : hypothèses sur la géométrie. la nature de la gravité, la relation entre la géométrie de l'espace-temps et la matière. De plus, Einstein a proposé un certain nombre de mathématiques. hypothèses sans lesquelles il serait impossible de dériver la gravité. équation : l'espace-temps est à quatre dimensions, sa structure est déterminée par une métrique symétrique. tenseur, les équations doivent être invariantes sous le groupe des transformations de coordonnées. Dans la nouvelle théorie, l’espace-temps de Minkowski est généralisé dans la métrique de l’espace-temps de Riemann courbe : où est un carré

distances entre points et - différentiels des coordonnées de ces points, et - certaines fonctions de coordonnées qui composent le fond, métrique. tenseur et déterminer la géométrie de l’espace-temps. La nouveauté fondamentale de l’approche einsteinienne de l’espace-temps réside dans le fait que les fonctions ne sont pas seulement des composants de fondements. métrique tenseur responsable de la géométrie de l'espace-temps, mais en même temps aussi des potentiels gravitationnels. champs dans le principal niveau de théorie générale de la relativité : = -(8p g/с 2), où est le tenseur de courbure, R.- courbure scalaire, - métrique. tenseur, - tenseur énergie-impulsion, g - constante gravitationnelle. Cette équation révèle le lien entre la matière et la géométrie de l'espace-temps.

La théorie générale de la relativité a fait l’objet de brillantes recherches empiriques. confirmation et a servi de base au développement ultérieur de la physique et de la cosmologie sur la base d'une généralisation plus poussée des idées sur l'espace et l'espace et d'une clarification de leur structure complexe. Premièrement, l'opération de géométrisation de la gravité elle-même a donné naissance à toute une direction de la physique associée aux théories géométrisées des champs unifiés. Basique idée : si la courbure de l'espace-temps décrit la gravité, alors l'introduction d'un espace riemannien plus généralisé avec une dimensionnalité accrue, avec torsion, avec multiplicité, etc. permettra de décrire d'autres champs (ce qu'on appelle l'espace de Weyl invariant par gradient théorie, cinq dimensions Kalutsy - Théorie de Klein et etc.). Dans les années 20-30. les généralisations de l'espace de Riemann affectaient principalement la métrique. propriétés de l'espace-temps, cependant, nous avons parlé plus tard de la révision de la topologie [géométrodynamique de J. Wheeler], et dans les années 70-80. les physiciens sont arrivés à la conclusion que champs de jauge profondément lié à la géométrie. concept connectivité sur les espaces fibrés (voir Délaminage-) des succès impressionnants ont par exemple été obtenus dans cette voie. dans une théorie unifiée d'el-magn. et - les théories interactions électrofaibles Weinberg - Glashow - Salam (S. Weinberg, Sh. L. Glashaw, A. Salam), construit conformément à la généralisation de la théorie quantique des champs.

La théorie de la relativité générale constitue la base de la science moderne. cosmologie relativiste. L’application directe de la théorie de la relativité générale à l’Univers donne une image incroyablement complexe du cosmique. espace-temps : la matière de l'Univers est concentrée principalement dans les étoiles et leurs amas, qui sont inégalement répartis et courbent par conséquent l'espace-temps, qui s'avère inhomogène et non isotrope. Cela exclut la possibilité de pratiques et les mathématiques. considération de l’Univers dans son ensemble. Cependant, la situation évolue à mesure que l'on s'approche de la structure à grande échelle de l'espace-temps de l'Univers : la répartition des amas de galaxies s'avère en moyenne isotrope, la relique se caractérise par son homogénéité, etc. Tout cela justifie l'introduction de cosmologique. le postulat de l'homogénéité et de l'isotropie de l'Univers et, par conséquent, le concept de paix et de justice mondiales. Mais ce ne sont pas des abdominaux. P. et v. Newton, qui, bien qu'ils soient également homogènes et isotropes, en raison de leur nature euclidienne, avaient une courbure nulle. Appliquées à un espace non euclidien, les conditions d'homogénéité et d'isotropie entraînent une constance de courbure, et ici trois modifications d'un tel espace sont possibles : nulle, négative. et posez-le. courbure. En conséquence, une question très importante a été posée en cosmologie : l’Univers est-il fini ou infini ?

Einstein a rencontré ce problème en essayant de construire la première cosmologie. modèle et est arrivé à la conclusion que la théorie de la relativité générale est incompatible avec l'hypothèse de l'infinité de l'Univers. Il a développé un modèle fini et statique de l'Univers – sphérique. L'univers d'Einstein. Nous ne parlons pas de la sphère familière et visuelle, que l’on peut souvent observer dans la vie de tous les jours. Par exemple, les bulles ou les boules de savon sont sphériques, mais ce sont des images de sphères bidimensionnelles dans un espace tridimensionnel. Et l’Univers d’Einstein est une sphère tridimensionnelle – un espace tridimensionnel non euclidien fermé sur lui-même. C’est fini, bien qu’illimité. Ce modèle enrichit considérablement notre compréhension de l’espace. Dans l’espace euclidien, l’infini et l’illimité constituaient un concept unique et indivis. En fait, ce sont des choses différentes : l’infini est métrique. propriété, et l’illimité est topologique. L'univers d'Einstein n'a pas de frontières et englobe tout. De plus, sphérique. L'univers d'Einstein est fini dans l'espace mais infini dans le temps. Mais il s’est avéré que la stationnarité est entrée en conflit avec la théorie de la relativité générale. Ils ont essayé de sauver la stationnarité. méthodes, qui ont conduit au développement d'un certain nombre de modèles originaux de l'Univers, mais la solution a été trouvée sur la voie de la transition vers des modèles non stationnaires, développés pour la première fois par A. A. Friedman. Métrique. les propriétés de l’espace se sont avérées changer avec le temps. La dialectique est entrée dans la cosmologie. idée de développement. Il s'est avéré que l'Univers est en expansion [E. Hubble (E. Hubble)]. Cela a révélé des propriétés complètement nouvelles et inhabituelles de l'espace mondial. Si en classique Dans les concepts spatio-temporels, la récession des galaxies est interprétée comme leur mouvement en termes absolus. Dans l'espace newtonien, alors dans la cosmologie relativiste ce phénomène s'avère être le résultat de la non-stationnarité de la métrique spatiale : ce ne sont pas les galaxies qui s'écartent dans un espace constant, mais l'espace lui-même qui s'étend. Si nous extrapolons cette expansion « à rebours » dans le temps, il s’avère que notre Univers a été « tiré jusqu’à un certain point » vers environ. Il y a 15 milliards d'années. Moderne la science ne sait pas ce qui s'est passé à ce point zéro t= Oh, quand la matière était compressée en critique. un état avec l'infini et l'infini était la courbure de l'espace. Cela n’a aucun sens de se demander ce qui s’est passé avant ce point zéro. Cette question a du sens lorsqu'elle est appliquée aux abdominaux de Newton. temps, et dans la cosmologie relativiste, un modèle de temps différent fonctionne, dans lequel pour le moment t=0 non seulement un Univers en expansion (ou gonflement) rapide (Big Bang) apparaît, mais aussi le temps lui-même. Moderne La physique se rapproche dans son analyse du « moment zéro » ; des réalités qui se sont produites une seconde, voire une fraction de seconde après le Big Bang, sont en train d'être reconstruites. Mais c’est déjà un domaine d’un microcosme profond où le classique ne fonctionne pas. cosmologie relativiste (non quantique), où les phénomènes quantiques entrent en vigueur, à laquelle est associée une autre voie de développement des fondements. physique du 20ème siècle avec leurs spécificités idées sur P. et v.

Cette voie de développement de la physique reposait sur la découverte par M. Planck de la nature discrète du processus d'émission de lumière : un nouvel « atome » est apparu en physique - un atome d'action, ou un quantum d'action, erg s, qui est devenu une nouvelle constante mondiale. Mn. les physiciens [par exemple, A. Eddington], à partir du moment où le quantum est apparu, ont souligné le mystère de sa nature : il est indivisible, mais n'a pas de frontières dans l'espace, il semble remplir tout l'espace, et on ne sait pas quelle place devrait être qui lui est attribué dans le schéma espace-temps de l'univers. La place du quantique a été clairement clarifiée dans la mécanique quantique, qui a révélé les lois du monde atomique. Dans le micromonde, le concept de trajectoire spatio-temporelle d'une particule (ayant à la fois des propriétés corpusculaires et ondulatoires) n'a plus de sens si la trajectoire est comprise comme la trajectoire classique. image d'un continuum linéaire (voir Causalité).Par conséquent, dans les premières années du développement de la mécanique quantique, ses créateurs ont mis l’accent sur l’essentiel. L'accent est mis sur la révélation du fait qu'il ne fournit pas de description du mouvement des particules atomiques dans l'espace et dans le temps et conduit à un rejet complet de la description spatio-temporelle habituelle. La nécessité de réviser les concepts d’espace-temps et le déterminisme laplacéen des classiques est apparue. physique, car elle est fondamentalement statistique. théorie et l'équation de Schrödinger décrit l'amplitude de la probabilité de trouver une particule dans une région spatiale donnée (le concept même de coordonnées spatiales en mécanique quantique, où elles sont représentées, est élargi les opérateurs). En mécanique quantique, il a été révélé qu'il existe une limitation fondamentale de précision lors de la mesure à de courtes distances des paramètres de micro-objets qui ont une énergie de l'ordre de celle introduite lors du processus de mesure. Cela nécessite la présence de deux expériences complémentaires. des installations qui, dans le cadre de la théorie, forment deux descriptions supplémentaires du comportement des micro-objets : spatio-temporelle et impulsionnelle. Toute augmentation de la précision de la détermination de la localisation spatio-temporelle d'un objet quantique est associée à une augmentation de l'imprécision dans la détermination de son énergie d'impulsion. caractéristiques. Imprécisions des mesures physiques formulaire de paramètres taux d'incertitude :. Il est important que cette complémentarité soit également contenue dans les mathématiques elles-mêmes. formalisme de la mécanique quantique, déterminant le caractère discret de l'espace des phases.

La mécanique quantique était à la base de la physique des particules élémentaires en développement rapide, dans laquelle le concept de P. et V. rencontré des difficultés encore plus grandes. Il s'est avéré que le microcosme est un système complexe à plusieurs niveaux, à chaque niveau domine une structure spécifique. types d'interactions et spécificités caractéristiques. propriétés des relations espace-temps. La zone disponible dans l’expérience est microscopique. les intervalles peuvent être conditionnellement divisés en quatre niveaux : le niveau des phénomènes moléculaires-atomiques (10 -6 cm< DX< 10-11 cm) ; niveau d’électrodynamique quantique relativiste. processus ; niveau de particules élémentaires ; niveau à très petite échelle ( D x8 10 -16 cm et D t 8 10 -26 s - ces échelles sont disponibles dans les expériences spatiales. des rayons). Théoriquement, il est possible d'introduire des niveaux beaucoup plus profonds (qui dépassent de loin les capacités des expériences non seulement d'aujourd'hui, mais aussi de demain), qui sont associés à des innovations conceptuelles telles que des fluctuations de la métrique, des changements de topologie, une « structure en mousse » " de l'espace-temps à des distances de l'ordre longueur Planck(D X 10-33cm). Cependant, une révision assez décisive des idées sur P. et siècle. était nécessaire à des niveaux tout à fait accessibles aux temps modernes. expérience dans le développement de la physique des particules élémentaires. L'électrodynamique quantique rencontrait déjà de nombreuses difficultés précisément parce qu'elle était associée à celles empruntées à l'électrodynamique classique. concepts de physique basés sur le concept de continuité espace-temps : charge ponctuelle, localité de champ, etc. Cela impliquait des complications importantes associées à des valeurs infinies de quantités aussi importantes que la masse proprement dite. énergie électronique, etc. ( divergences ultraviolettes).Ils ont tenté de surmonter ces difficultés en introduisant dans la théorie le concept d'espace-temps discret et quantifié. Les premiers développements des années 30. (V.A. Ambartsumyan, D.D. Ivanenko) se sont révélés non constructifs, car ils ne satisfaisaient pas à l'exigence d'invariance relativiste, et les difficultés de l'électrodynamique quantique ont été résolues à l'aide de la procédure : petite constante électromagnétique les interactions (a = 1/137) ont permis d'utiliser la théorie des perturbations développée précédemment. Mais dans la construction de la théorie quantique d'autres champs (interactions faibles et fortes), cette procédure s'est avérée inefficace, et ils ont commencé à chercher une issue en révisant le concept de localité de champ, sa linéarité, etc., qui marque encore une fois un retour à l’idée de​​l’existence d’un « atome » de l’espace-temps. Cette direction a reçu un nouvel élan en 1947, lorsque H. Snyder a montré la possibilité de l'existence d'un espace-temps relativiste invariant, qui contient des éléments naturels. unité de longueur je 0 . La théorie des P. et V. quantifiés. a été développé dans les travaux de V. L. Averbakh, B. V. Medvedev, Yu. A. Golfand, V. G. Kadyshevsky, R. M. Mir-Kasimov et d'autres, qui ont commencé à conclure que dans la nature il existe longueur fondamentale l 0 ~ 10 -17 cm G. Chew, E. Zimmermann et d'autres ont extrapolé l'idée de discrétion de l'espace-temps dans l'hypothèse de la macro-conique. nature P. et v. La conversation a commencé à dépasser les spécificités de la structure discrète de P. et V. dans la physique des particules élémentaires, mais sur la présence d'une certaine frontière dans le microcosme, au-delà de laquelle il n'y a ni espace ni temps du tout. Tout cet ensemble d'idées continue d'attirer l'attention des chercheurs, mais des progrès significatifs ont été réalisés par Ch. Yang et R. Mills grâce à la généralisation non abélienne de la théorie quantique des champs ( Yanga - Champ des moulins), dans le cadre duquel il a été possible non seulement de mettre en œuvre la procédure de renormalisation, mais également de commencer à mettre en œuvre le programme d'Einstein - pour construire une théorie unifiée des champs. Une théorie unifiée des interactions électrofaibles a été créée, dans les limites de la symétrie étendue U(1 fois S.U.(2)x S.U.(3)c fusionne avec chromodynamique quantique(la théorie des interactions fortes). Dans cette approche, une synthèse d'un certain nombre d'idées et de concepts originaux a par exemple eu lieu. hypothèses quarks, symétrie des couleurs des quarks SU(3)c, symétrie du faible et de l'el-magnétique. interaction S.U.(2)x U(1), le caractère localement jauge et non abélien de ces symétries, l’existence de symétries spontanément brisées et la renormalisabilité. De plus, l’exigence de localité des transformations de jauge établit un lien auparavant manquant entre la dynamique. symétries et espace-temps. Une théorie est actuellement en cours d'élaboration qui réunit tous les fondamentaux. physique interactions, y compris gravitationnelles. Cependant, il s'est avéré que dans ce cas, nous parlons d'espaces de 10, 26 et même 605 dimensions. Les chercheurs espèrent que l’excès excessif de dimensions dans le processus de compactification pourra être « fermé » dans la région des échelles de Planck et sera inclus dans la théorie du macrocosme.

seulement l’espace-temps habituel à quatre dimensions. Quant aux questions sur la structure de l'espace-temps du micromonde profond ou sur les premiers instants du Big Bang, les réponses ne se trouveront que dans la physique du IIIe millénaire.

Lit. : Fok V.A., Théorie de l'espace, du temps et de la gravité, 2e éd., M., 1961 ; Espace et temps dans la physique moderne, K., 1968 ; Grünbaoui A., Problèmes philosophiques de l'espace et du temps, trad. de l'anglais, M., 1969 ; Chudinov E.M., Espace et temps dans la physique moderne, M., 1969 ; Blokhintsev D.I., Espace et temps dans le microcosme, 2e éd., M., 1982 ; Mostepanenko A. M., Espace-temps et connaissances physiques, M., 1975 ; Hawking S., Ellis J.. Structure à grande échelle de l'espace-temps, trans. de l'anglais, M., 1977 ; Davis P., Espace et temps dans l'image moderne de l'Univers, trad. de l'anglais, M., 1979 ; Barashenkov V.S., Problèmes d'espace et de temps subatomiques, M., 1979 ; Akhundov M.D., Espace et temps dans la connaissance physique, M., 1982 ; Vladimirov Yu. S., Mitskevich N. V., Khorski A., Espace, temps, gravité, M., 1984 ; Reichenbach G., Philosophie de l'espace et du temps, trad. de l'anglais, M., 1985 ; Vladimirov Yu. S., Espace-temps : dimensions explicites et cachées, M., 1989.

M.D. Akhundov.

Terme espace compris principalement dans deux sens :

Un certain nombre d'espaces sont également considérés en physique qui occupent une sorte de position intermédiaire dans cette classification simple, c'est-à-dire ceux qui dans un cas particulier peuvent coïncider avec l'espace physique ordinaire, mais qui dans le cas général en diffèrent (comme l'espace de configuration ) ou contiennent un espace ordinaire en tant que sous-espace (comme l'espace des phases, l'espace-temps ou l'espace de Kaluza).

Dans la théorie de la relativité dans son interprétation standard, l'espace s'avère être l'une des manifestations d'un espace-temps unique, et le choix des coordonnées dans l'espace-temps, y compris leur division en spatial Et temporaire, dépend du choix d’un système de référence spécifique. Dans la relativité générale (et dans la plupart des autres théories métriques de la gravité), l'espace-temps est considéré comme une variété pseudo-riemannienne (ou, pour les théories alternatives, même quelque chose de plus général) - un objet plus complexe que l'espace plat, qui peut jouer le rôle de l'espace physique dans la plupart des autres théories physiques (cependant, presque toutes les théories modernes généralement acceptées ont ou impliquent une forme qui les généralise au cas de l'espace-temps pseudo-riemannien de la relativité générale, qui est un élément indispensable de l'image fondamentale standard moderne) .

Dans la plupart des branches de la physique, les propriétés mêmes de l'espace physique (dimension, illimitéité, etc.) ne dépendent en aucune manière de la présence ou de l'absence de corps matériels. Dans la théorie de la relativité générale, il s'avère que les corps matériels modifient les propriétés de l'espace, ou plus précisément de l'espace-temps, « courbent » l'espace-temps.

L'un des postulats de toute théorie physique (Newton, Relativité Générale, etc.) est le postulat sur la réalité d'un espace mathématique particulier (par exemple, Euclidien dans Newton).

Bien entendu, divers espaces abstraits (au sens purement mathématique du terme) espace) sont considérés non seulement en physique fondamentale, mais aussi dans diverses théories physiques phénoménologiques liées à différents domaines, ainsi qu'à l'intersection des sciences (où la variété des manières d'utiliser ces espaces est assez grande). Il arrive parfois que le nom d'un espace mathématique utilisé dans les sciences appliquées soit pris en physique fondamentale pour désigner un certain espace abstrait de la théorie fondamentale, qui s'avère lui être similaire avec certaines propriétés formelles, ce qui donne plus de vivacité au terme et au concept. et la clarté (abstraite), la rapproche au moins d'une manière ou d'une autre - un peu de l'expérience quotidienne, la « popularise ». Cela a été fait, par exemple, en ce qui concerne l'espace de charge interne mentionné ci-dessus de l'interaction forte en chromodynamique quantique, appelé espace colorimétrique car cela rappelle un peu l’espace colorimétrique dans la théorie de la vision et de l’impression.

voir également

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Remarques

1. Espace physique est un terme qualificatif utilisé pour distinguer ce concept d'un concept plus abstrait (désigné dans cette opposition par espace abstrait), et de distinguer l’espace réel de ses modèles mathématiques trop simplifiés.
2. Nous entendons ici « l’espace ordinaire » tridimensionnel, c’est-à-dire l’espace au sens de (1), tel que décrit au début de l’article. Dans le cadre traditionnel de la théorie de la relativité, il s'agit de l'utilisation standard du terme (et pour l'espace de Minkowski à quatre dimensions ou la variété pseudo-riemannienne à quatre dimensions de la théorie de la relativité générale, le terme est utilisé en conséquence. espace-temps). Cependant, dans les ouvrages plus récents, surtout s'il ne risque pas de prêter à confusion, le terme espaceégalement utilisé en relation avec l'espace-temps dans son ensemble. Par exemple, si nous parlons d'un espace de dimension 3+1, nous entendons l'espace-temps (et la représentation de la dimension comme une somme dénote la signature de la métrique, qui détermine le nombre de coordonnées spatiales et temporelles de cet espace ; dans de nombreuses théories le nombre de coordonnées spatiales diffère de trois ; il existe aussi des théories avec plusieurs coordonnées temporelles, mais ces dernières sont très rares). De même, ils disent « espace Minkowski », « espace Schwarzschild », « espace Kerr », etc.
3. La possibilité de choisir différents systèmes de coordonnées spatio-temporelles et de passer d'un tel système de coordonnées à un autre est similaire à la possibilité de choisir différents systèmes de coordonnées cartésiennes (avec des directions d'axes différentes) dans un espace tridimensionnel ordinaire, et à partir d'un tel système de coordonnées, vous pouvez passer à un autre en faisant pivoter les axes et la transformation correspondante des coordonnées elles-mêmes - nombres caractérisant la position d'un point dans l'espace par rapport à ces axes cartésiens spécifiques. Cependant, il convient de noter que les transformations de Lorentz, qui servent d'analogues aux rotations pour l'espace-temps, ne permettent pas une rotation continue de l'axe du temps dans une direction arbitraire, par exemple, l'axe du temps ne peut pas pivoter dans la direction opposée et même à la perpendiculaire (cette dernière correspondrait au mouvement du système de référence à la vitesse de la lumière) .

Littérature

• Akhundov M.D. La notion d'espace et de temps : origines, évolution, perspectives. M., « Pensée », 1982. - 222 pp.
• Potemkine V.K., Simanov A.L. L'espace dans la structure du monde. Novossibirsk, « Science », 1990. - 176 p.
• Misner C., Thorne K., Wheeler J. La gravité. - M. : Mir, 1977. - T. 1-3.

Un extrait caractérisant l'Espace en physique

– Sire, tout Paris regrette votre absence, [Sire, tout Paris regrette votre absence.] – comme il se doit, répondit de Bosset. Mais même si Napoléon savait que Bosset devait dire telle ou telle chose, même s'il savait dans ses moments clairs que ce n'était pas vrai, il était heureux de l'entendre de Bosset. Il daigna encore une fois le toucher derrière l'oreille.
«Je suis fache, de vous avoir fait faire tant de chemin», dit-il.
- Sire ! Je ne m"attendais pas a moins qu"a vous trouver aux portes de Moscou, [Je n'attendais rien de moins que de vous trouver, monsieur, aux portes de Moscou.] - dit Bosset.
Napoléon sourit et, levant distraitement la tête, regarda autour de lui à droite. L'adjudant s'approcha d'un pas flottant avec une tabatière en or et la lui offrit. Napoléon l'a pris.
"Oui, ça s'est bien passé pour toi", dit-il en mettant la tabatière ouverte devant son nez, "tu aimes voyager, dans trois jours tu verras Moscou." Vous ne vous attendiez probablement pas à voir la capitale asiatique. Vous ferez un agréable voyage.
Bosse s'inclina avec gratitude pour cette attention portée à son penchant (jusqu'alors inconnu de lui) au voyage.
- UN! Qu'est-ce que c'est ça? - dit Napoléon en remarquant que tous les courtisans regardaient quelque chose recouvert d'un voile. Bosse, avec une dextérité courtoise, sans se retourner, fit un demi-tour en arrière de deux pas et en même temps ôta la couverture et dit :
- Un cadeau de l'Impératrice à Votre Majesté.
Il s'agissait d'un portrait peint par Gérard dans des couleurs vives d'un garçon né de Napoléon et de la fille de l'empereur autrichien, que pour une raison quelconque tout le monde appelait le roi de Rome.
Un très beau garçon aux cheveux bouclés, avec un look semblable à celui du Christ dans la Madone Sixtine, était représenté jouant dans un billbok. La boule représentait le globe et la baguette dans l'autre main représentait le sceptre.
Bien qu'il ne soit pas tout à fait clair ce que le peintre voulait exprimer exactement en représentant le soi-disant roi de Rome perçant le globe avec un bâton, cette allégorie, comme tous ceux qui ont vu le tableau à Paris, et Napoléon, semblait évidemment claire et l'a appréciée. beaucoup.
« Roi de Rome, [roi romain.] », dit-il en désignant le portrait d'un geste gracieux de la main. – Admirable ! [Merveilleux !] – Avec la capacité italienne de changer son expression faciale à volonté, il s’est approché du portrait et a fait semblant d’être pensivement tendre. Il sentait que ce qu’il allait dire et faire maintenant appartenait à l’histoire ancienne. Et il lui semblait que la meilleure chose qu'il pouvait faire maintenant était que lui, avec sa grandeur, grâce à laquelle son fils jouait avec le globe dans un bilbok, devait montrer, contrairement à cette grandeur, la tendresse paternelle la plus simple. Ses yeux s'embuèrent, il bougea, regarda la chaise (la chaise sauta sous lui) et s'assit dessus en face du portrait. Un geste de sa part, et tout le monde sortit sur la pointe des pieds, laissant le grand homme livré à lui-même et à ses sentiments.
Après être resté assis quelque temps et avoir touché, sans savoir pourquoi, sa main à la rudesse de l'éclat du portrait, il se releva et appela de nouveau Bosse et l'officier de service. Il ordonna que le portrait soit sorti devant la tente, afin de ne pas priver la vieille garde, qui se tenait près de sa tente, du bonheur de revoir le roi romain, fils et héritier de leur souverain bien-aimé.
Comme il s'y attendait, tandis qu'il déjeunait avec M. Bosse, qui avait reçu cet honneur, devant la tente se firent entendre les cris enthousiastes des officiers et des soldats de la vieille garde accourus vers le portrait.
– Vive l"Empereur ! Vive le Roi de Rome ! Vive l"Empereur ! [Longue vie à l'empereur! Vive le roi romain !] - des voix enthousiastes se sont fait entendre.
Après le petit déjeuner, Napoléon, en présence de Bosse, dicte ses ordres à l'armée.
– Courte et énergétique ! [Court et énergique !] - a déclaré Napoléon en lisant immédiatement la proclamation écrite sans amendements. L'ordre était :
« Guerriers ! C’est la bataille dont vous rêviez. La victoire dépend de vous. Cela nous est nécessaire ; elle nous fournira tout ce dont nous avons besoin : des appartements confortables et un retour rapide dans notre pays natal. Agissez comme vous avez agi à Austerlitz, Friedland, Vitebsk et Smolensk. Que la postérité plus tard se souvienne fièrement de vos exploits jusqu'à ce jour. Qu'on le dise de chacun de vous : il a participé à la grande bataille près de Moscou !
– De la Moscou ! [Près de Moscou !] - répéta Napoléon, et, invitant M. Bosse, qui aimait voyager, à le rejoindre dans sa promenade, il laissa la tente aux chevaux sellés.
"Votre Majeste a trop de bonte", dit Bosse lorsqu'on lui demande d'accompagner l'empereur : il avait sommeil, ne savait pas comment faire et avait peur de monter à cheval.
Mais Napoléon fit un signe de tête au voyageur et Bosse dut partir. Lorsque Napoléon quitta la tente, les cris des gardes devant le portrait de son fils s'intensifièrent encore. Napoléon fronça les sourcils.
« Enlevez-le », dit-il en désignant le portrait d'un geste gracieux et majestueux. "Il est trop tôt pour qu'il voie le champ de bataille."
Bosse, fermant les yeux et baissant la tête, inspira profondément, montrant par ce geste combien il savait apprécier et comprendre les paroles de l'empereur.

Napoléon passa toute la journée du 25 août, comme disent ses historiens, à cheval, inspectant les environs, discutant des plans que lui présentaient ses maréchaux et donnant personnellement des ordres à ses généraux.
La ligne initiale des troupes russes le long de Kolocha a été rompue et une partie de cette ligne, à savoir le flanc gauche russe, a été repoussée à la suite de la prise de la redoute Chevardinsky le 24. Cette partie de la ligne n'était pas fortifiée, n'était plus protégée par le fleuve, et en face il n'y avait qu'une place plus ouverte et plus plate. Il était évident pour tout militaire et non militaire que les Français étaient censés attaquer cette partie de la ligne. Il semblait que cela ne nécessitait pas beaucoup de considérations, il n'y avait pas besoin de tels soins et de tels soucis de la part de l'empereur et de ses maréchaux, et il n'y avait pas du tout besoin de cette capacité particulière la plus élevée appelée génie, qu'ils aiment tant attribuer à Napoléon ; mais les historiens qui ont ensuite décrit cet événement, les gens qui entouraient alors Napoléon et lui-même pensaient différemment.
Napoléon traversa le terrain en voiture, examina pensivement la zone, secoua la tête en signe d'approbation ou d'incrédulité et, sans informer les généraux autour de lui du mouvement réfléchi qui guidait ses décisions, ne leur communiqua que les conclusions finales sous forme d'ordres. . Après avoir écouté la proposition de Davout, appelé duc d'Ecmul, de contourner le flanc gauche russe, Napoléon déclara que cela n'était pas nécessaire, sans expliquer pourquoi ce n'était pas nécessaire. A la proposition du général Compan (qui était censé attaquer les bouffées d'eau) de diriger sa division à travers la forêt, Napoléon exprima son accord, malgré le fait que le soi-disant duc d'Elchingen, c'est-à-dire Ney, se permit de constater que les déplacements à travers la forêt étaient dangereux et pouvaient bouleverser la division.
Après avoir examiné la zone en face de la redoute Chevardinski, Napoléon réfléchit un moment en silence et montra les endroits où d'ici demain deux batteries devaient être installées pour opérer contre les fortifications russes, ainsi que les endroits où l'artillerie de campagne devait ensuite être alignée. pour eux.
Après avoir donné ces ordres et d'autres, il retourna à son quartier général, et la disposition de la bataille fut écrite sous sa dictée.
Cette disposition, dont parlent les historiens français avec délices et les autres historiens avec un profond respect, était la suivante :
« A l'aube, deux nouvelles batteries, construites dans la nuit, sur la plaine occupée par le prince d'Eckmuhl, ouvriront le feu sur les deux batteries ennemies adverses.