अन्तरिक्ष

अन्तरिक्ष (स्पेस) असीम, तीन-आयामी विस्तार है जिसमें वस्तुएं और घटनाएं होती है और उनकी सापेक्ष स्थिति और दिशा होती है। भौतिक अन्तरिक्ष अक्सर तीन रैखिक आयाम की तरह समझा जाता है, हालांकि आधुनिक भौतिकविद आमतौर पर इसे, समय के साथ, असीम चार-आयामी सातत्यक जिसे स्पेस टाइम कहते है, का एक भाग समझते हैं। गणित में 'अन्तरिक्ष' को विभिन्न आधारभूत संरचनाओं और आयामों की विभिन्न संख्या के साथ समझा जाता है। भौतिक ब्रह्मांड को समझने के लिए अन्तरिक्ष की अवधारणा को बहुत महत्त्वपूर्ण माना जाता है हालांकि दार्शनिकों के मध्य इस तथ्य को लेकर असहमति जारी है कि यह स्वयं एक इकाई है, या इकाइयों के मध्य एक सम्बन्ध है, या वैचारिक ढांचे का एक हिस्सा है।
पारम्परिक यांत्रिकी के प्रारंभिक विकास के दौरान, 17 वीं शताब्दी में कई दार्शनिक प्रश्न उजागर हुए थे। इसाक न्यूटन के अनुसार, अन्तरिक्ष निरपेक्ष था - अर्थात् यह स्थायी रूप से अस्तित्व में है और इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि क्या अन्तरिक्ष में कोई विषयवस्तु थी या नहीं।  अन्य प्राकृतिक दार्शनिक, विशेष रूप से गोटफ्राइड लेबनिज़, ने इसके बजाय सोचा कि अन्तरिक्ष वस्तुओं के बीच संबंधों का एक संग्रह था, जो एक दूसरे से उनकी दूरी और दिशा के द्वारा दिया जाता है। 18वीं सदी में, इम्मानुएल काण्ट ने अन्तरिक्ष और समय को संरचनात्मक ढांचे के तत्वों के रूप में वर्णित किया है जिसको मनुष्य अपने अनुभव के निर्माण हेतु उपयोग करते है।
19वीं और 20वीं सदी में गणितज्ञों ने गैर इयूक्लिडियन रेखागणित का परीक्षण करना शुरू कर दिया था जिसमें अन्तरिक्ष को समतल के बजाय वक्रित कह सकते है। अल्बर्ट आइंस्टाइन का सामान्य सापेक्षता सिद्धांत के अनुसार गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के आसपास का अन्तरिक्ष इयूक्लिडियन अन्तरिक्ष से विसामान्य होता है। सामान्य सापेक्षता के प्रायोगिक परीक्षण ने यह पुष्टि की है कि गैर इयूक्लिडियन अन्तरिक्ष प्रकाशिकी और यांत्रिकी के और मौजूदा सिद्धांतो की व्याख्या हेतु एक बेहतर मॉडल उपलब्ध कराता है।

लेबनिज़ और न्यूटन

सत्रहवी शताब्दी में, अन्तरिक्ष और समय का तत्व-ज्ञान ज्ञानमीमांसा और तत्वमीमांसा के एक केंद्रीय विषय के रूप में उभरा था। गोटफ्राइड लेबनिज़, जर्मन दार्शनिक-गणितज्ञ और इसाक न्यूटन, अंग्रेज़ी भौतिकविज्ञानी-गणितज्ञ, ने अपने दिलों में अन्तरिक्ष के सन्दर्भ में दो विरोधी सिद्धांतों को गठन कर लिया था। एक ऐसी इकाई के बजाय जो स्वतंत्र रूप से अन्य विषयवस्तु के ऊपर मौजूद है, लेबनिज़ ने कहा कि अन्तरिक्ष विश्व में वस्तुओं के बीच संबंधों के स्थानिक संग्रह से अधिक कुछ भी नहीं है: "अन्तरिक्ष एक ऐसा स्थान है जो कि एक साथ इकट्ठे किये गए स्थानों का परिणाम है". अनधिकृत स्थान वो स्थान है जिनमें वस्तुओं को रखा जा सकता हैं और इस तरह अन्य क्षेत्रों के साथ स्थानिक संबंध हो सकते हैं। लेबनिज़ के लिए, फिर अन्तरिक्ष विशेष वस्तुओं या संभव स्थानों के बीच संबंधों का आदर्श अमूर्तीकरण था तथा इसलिए निरंतर नहीं हो सकता है, लेकिन असतत होना चाहिए।  
अन्तरिक्ष को परिवार के सदस्यों के बीच संबंधों के समान सोचा जा सकता है। हालांकि परिवार के लोग एक दूसरे से संबंधित है फिर भी संबंधो का अस्तित्व लोगों पर निर्भर होता है।
लेबनिज़ का तर्क है कि अन्तरिक्ष का विश्व में वस्तुओं के बिना कोई अस्तित्व नहीं हो सकता क्योंकि अर्थ होगा कि प्रत्येक ब्रह्मांड में सामग्री विश्व के स्थान को छोड़कर दो बिल्कुल एक जैसे ब्रह्मांडों के मध्य अंतर हो जाएगा. लेकिन चूंकि इन ब्रह्मांडों को अलग कहने का कोई अवलोकित तरीका नहीं होगा इसलिए अबोधगम्य पहचान के अनुसार उन दोनों के बीच कोई वास्तविक अंतर होगा। पर्याप्त कारण के सिद्धांत के अनुसार, अन्तरिक्ष का कोई भी सिद्धांत जिसमें यह अंतर्निहित है कि ये दो ब्रह्मांड हो सकते है, गलत होना चाहिए।  
प्रयोग और प्रेक्षण पर अपनी स्थिति के आधार पर न्यूटन ने अन्तरिक्ष को पदार्थीय वस्तुओं के बीच संबंध से कहीं अधिक समझा. एक रिलेशनिस्ट के लिए ऐसी जड़त्वीय गति के बीच कोई वास्तविक अंतर नहीं हो सकता है जहां वस्तु निरंतर वेग और गैर-जड़त्वीय गति के साथ चलती है, जिसमें वेग समय के साथ परिवर्तित होता है क्योंकि स्थानिक माप अन्य वस्तुओं और उनकी गति से परस्पर सम्बन्धित है। लेकिन न्यूटन ने तर्क दिया कि चूंकि गैर जड़त्वीय गति ताकत उत्पन्न करती है, इसलिए यह पूर्ण किया जाना चाहिए।  उसने अपने तर्क को प्रमाणित करने के लिए एक कताई बाल्टी में पानी के उदाहरण का उपयोग किया है। एक बाल्टी पानी में एक रस्सी से लटकी हुई है और स्पिन हेतु सेट है, यह एक समतल सतह के साथ शुरू होता है। थोड़ी देर के बाद, जैसे जैसे बाल्टी स्पिन करती रहती है, पानी की सतह अवतल हो जाती है। अगर बाल्टी की कताई को बंद कर दिया जाता है तो पानी की सतह अवतल ही बनी रहती है क्योंकि यह स्पिन करती रहती है। इसलिए अवतल सतह पानी और बाल्टी के बीच सापेक्ष गति का जाहिरा तौर पर परिणाम नहीं है। इसके बजाय न्यूटन ने तर्क दिया यह अन्तरिक्ष से परस्पर सम्बन्धित गैर जड़त्वीय गति का एक परिणाम होना चाहिए। कई सदियों के लिए बाल्टी तर्क इस मामले में निर्णायक था कि अन्तरिक्ष का अस्तित्व विषयवस्तु से स्वतंत्र होना चाहिए।

काण्ट

अठारहवी शताब्दी में जर्मन दार्शनिक इम्मानुएल काण्ट ज्ञान का एक सिद्धांत विकसित किया जिसमें अन्तरिक्ष के बारे में ज्ञान प्राथमिक और सिंथेटिक दोनों हो सकता है। काण्ट के अनुसार, अन्तरिक्ष के बारे में ज्ञान सिंथेटिक होता है, इसमें अन्तरिक्ष के बारे में कहे गए कथन, कथन में शब्दों के अर्थ के आधार पर सही नहीं होते हैं। अपनी कृति में, काण्ट ने इस राय को अस्वीकार कर दिया कि अन्तरिक्ष या तो एक पदार्थ या संबंध होना चाहिए। इसके बजाय उसने यह निष्कर्ष निकाला कि अन्तरिक्ष और समय मानव द्वारा विश्व की विषयाश्रित विशेषताएं की तरह विकसित नहीं किये गए थे वरन हमारे अनुभवो को व्यवस्थित करने के लिए एक अपरिहार्य सुनियोजित संरचना का एक हिस्सा हैं।

गॉस और पोंइनकरे

यद्यपि उस समय वहां एक कान्तियन आम सहमति प्रचलित थी, जब गैर इयूक्लिडियन ज्यामिति को औपचारिक रूप दिया गया, तो कुछ लोगो को आश्चर्य होने लगा कि भौतिक अन्तरिक्ष घुमावदार है या नहीं है। कार्ल फ्रेडरिक गॉस, जर्मन गणितज्ञ, अन्तरिक्ष की ज्यामितीय संरचना की अनुभवजन्य जांच पर विचार करने पहले व्यक्ति थे। उन्होंने विशाल तारकीय त्रिकोण के कोणों के योग का परीक्षण करने के बारे में सोचा तथा ऐसी रिपोर्ट हैं जो यह सिद्ध करती है कि वास्तव में उन्होंने जर्मनी में पहाड़ में सबसे ऊपर त्रिकोणमिति की सहायता से नापकर एक छोटे पैमाने पर यह परीक्षण किया है।
हेनरी पोंइनकरे, 19वीं सदी का एक फ्रांसीसी गणितज्ञ और भौतिकशास्त्री, ने एक महत्त्वपूर्ण अंतर्दृष्टि को प्रस्तुत किया था जो ऐसे प्रयोग द्वारा खोज करके किसी भी प्रयास की निरर्थकता के प्रदर्शन हेतु प्रयासरत है जो ज्यामिति अन्तरिक्ष पर लागू करती है। उन्होंने ऐसी अवस्था पर विचार किया जो वैज्ञानिको के सामने तब आएगी अगर वे विशिष्ट गुणों वाले एक काल्पनिक बड़े क्षेत्र की सतह, जिसे क्षेत्र-विश्व कहते है, पर सीमित हो जाते हैं। इस विश्व में, तापमान इस तरह भिन्न होता है कि सभी वस्तु क्षेत्र में अलग अलग स्थानों में समान अनुपात में बढती तथा सिकुड़ती है। तापमान उपयुक्त गिरावट के साथ, अगर वैज्ञानिक त्रिकोण के कोणों का योग निर्धारित करने के लिए मापक राड्स का उपयोग करने की कोशिश करते हैं, तो वे धोखे से ये सोच सकते हैं कि वे गोलाकार सतह के बजाय समतल सतह में हैं। वास्तव में, वैज्ञानिकों सिद्धांत रूप में ये निर्धारित नहीं कर सकते कि वे एक समतल स्थान पर है या गोलाकार स्थान पर निवास करते हैं और पोंइनकरे का कहना है कि यही बात उस बहस हेतु भी सच है कि वास्तविक अन्तरिक्ष इयूक्लिडियन है या नहीं हैं। उनके लिए यह समझौते की बात थी कि कौन सी ज्यामिति अन्तरिक्ष का वर्णन करने के लिए उपयोग होती थी। चूंकि इयूक्लिडियन ज्यामिति गैर इयूक्लिडियन ज्यामिति की तुलना में आसान है इसलिए उन्होंने ऐसा अनुमान लगाया कि पूर्व विश्व की सही ज्यामिति वर्णित करने लिए उपयोग होगी।

आइंस्टाइन

1905 में, अल्बर्ट आइंस्टाइन ने सापेक्षता के सिद्धांत पर एक विशेष लेख प्रकाशित किया, जिसमें उन्होंने प्रस्ताव दिया कि अन्तरिक्ष और समय को एकल रूप स्पेसटाइम में संयुक्त कर देना चाहिए। इस सिद्धांत में, सभी प्रेक्षकों के लिए निर्वात में प्रकाश की गति एक ही है - जिसका परिणाम है कि दो घटना जो एक विशेष पर्यवेक्षक को समकालिक प्रतीत होती है वे घटना दूसरे पर्यवेक्षकों को समकालिक नहीं प्रतीत होगी अगर पर्यवेक्षक एक दूसरे के अनुसार चल रहे है। इसके अलावा, एक पर्यवेक्षक एक चलती घड़ी का मूल्याकन करेगा जिससे वह उस पर्यवेक्षक की तुलना में और ज्यादा धीरे से टिक कर सके जो उसके अनुसार स्थिर है, तथा वस्तु उस दिशा में छोटा करने के लिए मापी जाती है जिस दिशा में वे पर्यवेक्षक के अनुसार बढ़ रहे हैं।
दस साल तक आइंस्टाइन ने सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत पर कार्य किया जो एक ऐसा सिद्धांत है जो ये बताता है कि स्पेसटाइम गुरुत्व एक दूसरे को कैसे प्रभावित करते है। गुरुत्व को स्पेसटाइम में क्रियाशील क्षेत्र बल के रूप में देखने के बजाय, आइंस्टाइन ने सुझाव दिया कि वह खुद स्पेसटाइम की ज्यामितीय संरचना को परिवर्तित करती है। सामान्य सिद्धांत के अनुसार, समय उन स्थानों पर धीरे धीरे चलता है जिनकी गुरुत्वाकर्षण क्षमता कम होती है तथा प्रकाश की किरणें गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की उपस्थिति में नई दिशा में मुड़ जाती है। वैज्ञानिकों ने बाइनरी पल्सर्स के व्यवहार का अध्ययन किया है और आइंस्टाइन के सिद्धांतों की भविष्यवाणियों की पुष्टि की है और गैर इयूक्लिडियन ज्यामिति आमतौर पर स्पेसटाइम का वर्णन करने के लिए उप्योह होती है।

गणित

आधुनिक गणित में अन्तरिक्ष को कुछ अतिरिक्त संरचना के साथ सेट्स के रूप में परिभाषित करते है। इन्हें अक्सर विभिन्न प्रकार के प्रतिलिपियों के रूप में वर्णित करते है जो ऐसे अन्तरिक्ष है जो इयूक्लिडियन अन्तरिक्ष के लिए स्थानीय अनुमानित है तथा जहां विशेषताए बड़े पैमाने पर ऐसे बिन्दुओ के स्थायी सम्बन्ध के रूप में परिभाषित होती है जो प्रतिलिपि पर है। तथापि वहां कई विभिन्न गणितीय वस्तु है जिन्हें अन्तरिक्ष कहा जाता है। उदाहरण के लिए, सामान्य रूप में फक्शन अन्तरिक्ष का इयूक्लिडियन अन्तरिक्ष से कोई करीबी रिश्ता नहीं है।

खगोल विज्ञान

खगोल विज्ञान ऐसा विज्ञान है जो बाहरी अन्तरिक्ष में वस्तुओं के अवलोकन, विवरण और मापने से संबंधित है।

सापेक्षता

आइंस्टाइन के सापेक्षता भौतिकी पर कार्य करने से पहले, समय और अन्तरिक्ष स्वच्छंद आयाम की तरह समझे जाते हैं। आइंस्टाइन की खोजों से पता चलता है कि सापेक्षता की गति हमारे अन्तरिक्ष और समय को गणितीय रूप से एक वस्तु- स्पेसटाइम में संयुक्त कर सकती है। इससे यह पता चला है कि पृथक रूप से अन्तरिक्ष या समय में दूरी लोरेंत्ज़ समन्वय परिवर्तनों के अनुसार अपरिवर्तनीय नहीं हैं बल्कि स्पेसटाइम अंतराल के साथ मिंकोवस्की स्पेसटाइम है - जो नाम के अनुसार उपयुक्त है।
इसके अलावा, समय और अन्तरिक्ष आयाम को बिल्कुल मिंकोवस्की स्पेसटाइम के समान रूप में नहीं देखना चाहिए। आप अन्तरिक्ष में स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं लेकिन समय में ऐसा नहीं हो सकता. इस प्रकार, समय और अन्तरिक्ष निर्देशांक को विशेष सापेक्षता (जहां समय को कभी कभी काल्पनिक निर्देशांक समझा जाता है) और सामान्य सापेक्षता (जहां स्पेसटाइम मीट्रिक के समय और अन्तरिक्ष घटकों के लिए विभिन्न संकेत निर्धारित किये जाते हैं) दोनों में भिन्न तरीके से संसाधित किया जाता है।
इसके अलावा, आइंस्टाइन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत में यह माना गया है कि स्पेसटाइम ज्यामितीय रूप से विकृत-वक्रित है जो ज्यामितीय रूप से महत्त्वपूर्ण समूह के करीब है।
प्रत्यक्ष रूप से गुरुत्वाकर्षण लहरों को मापने का प्रयास करने के लिए प्रयोग किये जा रहे हैं। यह अनिवार्य रूप से सामान्य सापेक्षता की समीकरणों के लिए समाधान है जो स्पेसटाइम के गतिमान तरंगो का वर्णन करता है। हुल्स-टेलर बाइनरी सिस्टम की गति में इसके लिए अप्रत्यक्ष सबूत पाए गए हैं।

ब्रह्माण्डविज्ञान

सापेक्षता सिद्धांत ने ब्रह्माण्ड संबंधी सवाल को उजागर किया कि ब्रह्मांड का आकार क्या होता है और अंतरिक्ष कहां से आया था। ऐसा प्रतीत होता है कि अंतरिक्ष बिग बैंग (महाविस्फोट) में निर्मित हुआ था और तब से इसका विस्तार हो रहा है। अंतरिक्ष का समग्र आकार ज्ञात नहीं है लेकिन इसका विस्तार बहुत तेजी से हो रहा है जो अंतरिक्षीय मुद्रा स्फीति के कारण स्पष्ट है। एलन गुथ, जो अपने मुद्रा स्फीति सिद्धांत के लिए जाना जाता है, ने 23 जनवरी 1980 को स्टैनफोर्ड त्वरक रैखिक केंद्र में एक संगोष्ठी में पहली बार अपना विचार प्रस्तुत किया।

स्थानिक माप

भौतिक अन्तरिक्ष का माप बहुत समय से महत्त्वपूर्ण रहा है। हालांकि पहले संस्थाओं ने मापक प्रणाली इंटरनैशनल सिस्टम्स ऑफ़ यूनिट्स (SI) विकसित की थी, जो अब अन्तरिक्ष मापने के लिए उपयोग होने वाली इकाइयों की सबसे आम प्रणाली है और सार्वभौमिक रूप से लगभग विज्ञान में प्रयोग किया जाता है।
वर्तमान में, मानक अन्तरिक्ष अंतराल, जिसे मानक मीटर या बस मीटर कहा जाता है, वास्तव में इसे 1/299,792,458 सेकण्ड के समय अंतराल के दौरान वैक्यूम में प्रकाश के द्वारा तय होने वाली दूरी के रूप में परिभाषित किया जाता है। सेकण्ड की वर्तमान परिभाषा के साथ युग्मित यह परिभाषा सापेक्षता के विशेष सिद्धांत पर आधारित है जिसमें प्रकाश की गति प्रकृति के मौलिक स्थिरांक की भूमिका निभाता है।

भूगोल

भूगोल विज्ञान की वह शाखा है जो पृथ्वी के वर्णन और पहचान के साथ संबंधित है, जो स्थानिक जागरूकता का उपयोग यह समझने के लिए करती है कि वस्तुएं विशिष्ट स्थानों में क्यों मौजूद हैं। मानचित्रकारी अन्तरिक्षों का प्रतिचित्रण है जो दृश्य प्रयोजनों के लिए और स्थानीय उपकरण की तरह कार्य करने हेतु बेहतर नेविगेशन करने की अनुमति देता है। भूसांख्यिकी संयमित स्थानिक डेटा पर सांख्यिकीय अवधारणाओं को लागू करता है जिससे अलक्षित घटना के लिए अनुमान लगाया जा सके।
भौगोलिक अन्तरिक्ष को अक्सर भूमि की तरह समझा जाता है और स्वामित्व उपयोग हेतु संबंध हो सकता है (जिसमें अन्तरिक्ष को क्षेत्र या संपत्ति के रूप में देखा जा सकता है)। जबकि कुछ संस्कृतिया स्वामित्व संदर्भ में व्यक्ति के अधिकारों पर जोर देती है, अन्य संस्कृति भूमि स्वामित्व की सांप्रदायिक पद्धति के साथ पहचान करेगी, जबकि अन्य संस्कृति जैसे ऑस्ट्रेलियाई आदिवासी, बलपूर्वक जमीन का स्वामित्व अधिकार देने के बजाय, रिश्तों को विपरीत कर देती है और ऐसा मान लेती है कि वास्तव में वे भूमि के स्वामित्व में हैं। स्थानिक योजना, भूमि-स्तर पर अन्तरिक्ष के उपयोग को नियंत्रित करने की एक विधि है जिसके निर्णय क्षेत्रीय, राष्ट्रीय और अंतरराष्ट्रीय स्तरो पर लिए जाते है। संरचनाओं में एक महत्त्वपूर्ण कारक होते हुए अन्तरिक्ष मानव और सांस्कृतिक व्यवहार पर भी प्रभाव डाल सकता है, जहां यह इमारतों और संरचनाओं के डिजाइन और खेती पर प्रभाव डालेगा.
अन्तरिक्ष का स्वामित्व भूमि तक सीमित नहीं है। हवाई क्षेत्र और पानी का स्वामित्व अंतरराष्ट्रीय स्तर पर निश्चित होता है। स्वामित्व के अन्य रूपों को हाल ही में अन्य स्थानों - उदाहरण के लिए विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम या साइबरस्पेस के रेडियो बैंड के लिए, के लिए निश्चित किया गया है।
सार्वजनिक अन्तरिक्ष एक ऐसी शब्दावली है जिसे समुदाय द्वारा सामूहिक रूप से अधिकृत भूमि के क्षेत्रों के रूप में परिभाषित करने के लिए प्रयोग करते है और यह भूमि प्रत्यायुक्त संस्था के नाम से प्रबंधित होती है और इस तरह के अन्तरिक्ष सभी के लिए खुले होते हैं। जबकि निजी सम्पत्ति एक ऐसी भूमि है जो अपने खुद के उपयोग और आनंद हेतु एक व्यक्ति या कंपनी द्वारा सांस्कृतिक रूप से स्वामित्व में है।
सार अन्तरिक्ष भूगोल में उपयोग होने वाली एक शब्दावली है जिसका आशय पूर्ण समरूपता की विशेषता रखने वाले एक काल्पनिक अन्तरिक्ष से है। गतिविधि या व्यवहार की मॉडलिंग करते समय, यह एक वैचारिक उपकरण है जो असंगत चर जैसे भूभाग को सीमित करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

मनोविज्ञान में

जिस तरह अन्तरिक्ष को समझा जाता है वह एक ऐसा क्षेत्र है जिसे मनोवैज्ञानिको ने पहले 19वी शताब्दी के मध्य में अध्ययन करना शुरू कर दिया था और वे लोग जो इस अध्ययन से संबंधित है अब इसे मनोविज्ञान की एक विशिष्ट शाखा समझते है। अन्तरिक्ष की धारणा का विश्लेषण करने वाले मनोवैज्ञानिक इस बात से संबंधित है कि कैसे एक वस्तु की शारीरिक उपस्थिति या इसकी बातचीत की मान्यता का अनुभव किया जा रहा हैं।
अन्य, अधिक विशिष्ट विषयों के अध्ययन में एमोदल धारणा और वस्तु स्थायित्व निहित है। आसपास की धारणा अवशेष की आवश्यक प्रासंगिकता, विशेष रूप से शिकार और आत्म संरक्षण तथा साथ ही निजी अन्तरिक्ष के विचार के कारण महत्त्वपूर्ण है।
अन्तरिक्ष से संबंधित कई भय को पहचाना गया है जिसमें ऐगरफोबीया (खुली जगह का भय), ऐस्तरोंफोबीया (आकाशीय अंतरिक्ष का भय) और क्लौस्ट्रफ़ोबिया (संलग्न अन्तरिक्ष का डर)।