راهنمای جامع فیزیک/فضا چیست؟
| روش استقرایی و حساب دیفرانسیلی | فضا چیست؟ | سیر تحول تاریخی فضا |
واژه‌ای است که در زمینه‌های متعدد و رشته‌های گوناگون از قبیل فلسفه، جامعه‌شناسی، معماری و شهرسازی بطور وسیع استفاده می‌شود. لیکن تکثّر کاربرد واژه فضا به معنی برداشت یکسان از این مفهوم در تمام زمینه‌های فوق نیست، بلکه تعریف فضا از دیدگاههای مختلف قابل بررسی است. مطالعات نشان می‌دهد با وجود درک مشترکی که به نظر می‌رسد از این واژه وجود دارد، تقریباً توافق مطلقی در مورد تعریف فضا در مباحث علمی به چشم نمی‌خورد و این واژه از تعدد معنایی نسبتاً بالایی برخوردار است و تعریف مشخص و جامعی وجود ندارد که در برگیرنده تمامی جنبه‌های این مفهوم باشد.
فضا یک مقوله بسیار عام است. فضا تمام جهان هستی را پر می‌کند و ما را در تمام طول زندگی احاطه کرده است. بررسی و شناخت پدیده‌های فیزیکی و روابط بین آنها بدون توجه به مفاهیم و درک شهودی از فضا و زمان چندان مانوس به نظر نمی‌رسد. مفهوم و درک فضا و زمان نیز مانند سایر کمیت‌های فیزیکی روندی پویا دارد و در طول تاریخ دستخوش تغییرات زیادی شده است. بویژه بعد از نسبیت مفاهیم فضا و زمان و درک بشر از آنها دچار تغییر زیادی شده است. هرکاری که انسان انجام می‌دهد، دارای یک جنبه فضایی نیز است، به عبارتی هر عملی که انجام می‌شود، احتیاج به فضا دارد. دلبستگی بشر به فضا از ریشه‌های عمیقی برخوردار است. این دلبستگی از نیاز انسان به ایجاد ارتباط با سایر انسانها که از طریق زبان‌های گوناگون صورت می‌پذیرد، سرچشمه می‌گیرد. همچنین بشر خود را با استفاده از فیزیولوژی و تکنولوژی، با اشیاء فیزیکی وفق می‌دهد و از این طریق یک رابطه و تعادل پویا بین انسان و محیط (اشیاء)، علاوه بر ارتباط میان انسانها، بوجود می‌آید. این اشیاء بر اساس یک سری روابط خاص به درونی و بیرونی، دور و نزدیک، منفرد و متحد، پیوسته و گسسته تقسیم شده‌اند. برای اینکه بشر بتواند به تصورات و ذهنیات خود عینیت بخشد، بایستی که این روابط را درک کند و آنها را در قالب یک مفهوم فضایی هماهنگ نماید؛ لذا فضا بیانگر نوع ویژه‌ای از ایجاد ارتباط نیست، بلکه صورتی است جامع و دربرگیرنده هر نوع ایجاد ارتباط، چه میان انسانها و چه میان انسان و محیط. فضا ماهیتی جیوه مانند دارد که چون نهری سیال، تسخیر و تعریف آن را مشکل می‌نماید. اگر قفس آن به اندازه کافی محکم نباشد، براحتی به بیرون رسوخ می‌کند و ناپدید می‌شود. فضا می‌تواند چنان نازک و وسیع به نظر آید که احساس وجود بعد از بین برود (برای مثال در دشتهای وسیع، فضا کاملاً بدون بعد به نظر می‌رسد) و یا چنان مملو از وجود سه بعدی باشد که به هر چیزی در حیطه خود مفهومی خاص بخشد.
با اینکه تعریف دقیق و مشخص فضا دشوار و حتی ناممکن است، ولی فضا قابل اندازه‌گیری است. مثلاً می‌گوییم هنوز فضای کافی موجود است یا این فضا پر است. نزدیکترین تعریف این است که فضا را خلائی در نظر بگیریم که می‌تواند شیء را در خود جای دهد و یا از چیزی آکنده شود. نکته دیگری که در مورد تعریف فضا باید خاطرنشان کرد، این است که همواره بر اساس یک نسبت که چیزی از پیش تعیین شده و ثابت نیست، ارتباطی میان ناظر و فضا وجود دارد. بطوریکه موقعیت مکانی شخص، فضا را تعریف می‌کند و فضا بنا به نقطه دید وی به صورت‌های مختلف قابل ادراک می‌باشد. فضا و زمان نمایش دو بعدی خمیدگی فضا - زمان، جرم هندسهٔ فضا - زمان را تغییر می‌دهد، این خمیدگی بر اساس نظریهٔ نسبیت عام تعبیر به گرانش می‌شود. در علم فیزیک و در ریاضی، فضا - زمان (به انگلیسی: Spacetime) (و نه فضا و زمان) به هرگونه مدل ریاضی گفته می‌شود که زمان و مکان را به صورت ساختاری واحد و درهم پیوسته با یکدیگر ترکیب کند. بر اساس فرضیات مفهوم فضای اقلیدسی، جهان، سه بعد مکانی و یک بعد زمانی مستقل از هم دارد.
در فضا - زمان سه بعد فضا و یک بعد زمان درهم ادغام می‌شوند و یک محیط پیوستهٔ چهار بعدی را ایجاد می‌کنند. با ترکیب فضا و زمان و ایجاد یک محیط خمیدهٔ واحد، فیزیکدان‌ها توانسته‌اند تئوری‌های فیزیک را هم در سطح کیهانی و هم در بعد اتمی ساده‌سازی کنند. بهتر است که در مکانیک کلاسیک، هنگامی که زمان به عنوان یک معیار ثابت و جهانی، مستقل از حالت حرکت مشاهده‌گر درنظر گرفته می‌شود؛ از دستگاه اقلیدسی به جای فضا-زمان استفاده کنیم. با این حال در فیزیک نسبیتی، زمان نمی‌تواند جدا از سه بعد فضا باشد. بر اساس نسبیت خاص نرخ گذر زمان برای جسمی که مشاهده می‌شود بستگی به نسبت سرعت جسم و سرعت مشاهده‌گر دارد. بر اساس نسبیت عام شدت میدان گرانشی نرخ گذر زمان را کاهش می‌دهد.
منبع
ویرایشکتاب فیزیک از آغاز تا امروز نوشته حسین جوادی چاپ دوم شهریور ۱۳۸۷ انتشارات اندرز