Mutlak zaman ve mekan

Aslen Sir Isaac Newton tarafından Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri adlı kitabında tanıtılan mutlak zaman ve mekan kavramları Newton mekaniğini kolaylaştıran teorik bir temel sağlamıştır. Newton'a göre, mutlak zaman ve mekan sırasıyla nesnel gerçekliğin bağımsız yönleridir. Mutlak, gerçek ve matematiksel zaman, kendisi ve kendi doğası gereği değişmeyen ve değiştirilmeyen şekilde akar ve diğer bir deyişle süre denir; göreceli, görünür ve genel zaman, hareketle ifade edilen sürenin makul ve dış (ister hassas, ister değiştirilemeyen) ölçüsüdür, ki bu da genellikle gerçek zaman olarak adlandırılır.
Newtona göre, mutlak zaman herhangi bir algılayıcı olmadan var olur ve evrende tutarlı adımlarla ilerler. Newton, göreceli zamanın aksine, mutlak zaman algılanamaz olduğuna ve sadece matematiksel olarak anlaşılabilir olduğuna inanıyordu. Newton'a göre, insanlar sadece, hareketi hissedilen nesnelerin (ay ya da güneş gibi) bir ölçüsü olan göreceli zamanı algılama yeteneğine sahiptir. Biz bu hareketlerden, zamanın geçtiğini anlarız.
Newtondan tekrar alıntı yapmak gerekirse; Mutlak uzay, kendi doğasında, dış şeylere bakılmaksızın, her zaman ayrımsız ve taşınmaz kalır. Göreceli uzay mutlak alanların biraz hareketli boyutu ya da ölçüsüdür; ki bunu da duyularımız cisimlerin konumuna göre belirler ve kabaca taşınmaz uzay sanılır... Mutlak hareket bir cismin mutlak bir yerden bir diğerine nakledilmesi, göreceli hareket ise, bir cismin göreceli bir yerden bir diğerine nakledilmesidir.
Bu kavramlar mutlak uzay ve zamanın fiziksel olaylara bağlı olmadığını fakat fiziksel olayların ortaya çıktığı zemin ve sahne dekorasyonu olduğunu ima eder. Dolayısıyla, her nesnenin mutlak uzaya göreceli hareket eden mutlak durumu vardır, yani nesnenin ya mutlak bir durgunluğa sahip olması gerekir veya mutlak bir hızda hareket etmesi gerekir. Newton görüşlerini desteklemek için kurama dayanmayan bazı örnekler vermiştir: Newton'a göre tek başına dönen bir küre, ekvatorunun şişkinliği gözlenerek, mutlak uzayda kendi ekseni etrafında döndüğü ifade edilebilir ve bir iple bağlanmış bir çift küre, bağlı oldukları ipin gerilimi gözlemlenerek, ağırlık merkezleri etrafında mutlak dönüşte oldukları ifade edilebilir.
Mutlak zaman ve uzay klasik mekanikte kullanılmaya devam etmektedir, ancak Walter Noll ve Clifford Truesdell gibi yazarların modern formülasyonları, lineer olmayan alan teorileri için topoloji ve fonksiyonel analizi kullanmak üzere elastik modüllerin lineer cebirinin ötesine geçer.
Tarihi tartışma
Newton'un zamanından şimdiye kadar geçen zaman içinde, mutlak uzay fikrinin belirgin şekilde tartışmalı olduğu kanıtlanmıştır. Örneğin, Leibnizin düşüncesine göre, uzay, cisimlerin göreceli konumu dışında hiçbir mana ifade etmiyordu ve zaman da cisimlerin göreceli hareketi gibi dışında hiçbir anlam ifade etmiyordu. Piskopos Berkeley herhangi dayanaktan yoksun bir şekilde, boş olmayan bir evrende bir kürenin döndüğünün izah edilemeyeceğini ve bir çift kürenin de bir diğerine göre döndüğünün izah edilebileceğini, ama ağırlık merkezleri etrafında dönmeleriyle izah edilemeyeceğini ileri sürdü. Bu itirazların daha yeni bir şekli Ernst Mach tarafından yapılmıştır. Mach prensibi, mekanikin tamamen cisimlerin nispi bir hareketi olduğunu, özellikle de, kütlenin böyle bir bağıl hareketin ifadesi olduğunu önermektedir. Dolayısıyla, örneğin, evrendeki tek bir parçacık kendisinden başka hiçbir cisim olmasa kütlesi sıfır olurdu. Macha göre, Newton'un örnekleri sadece kürelerin nispi dönüşünü ve evrenin bütününü göstermektedir.
Buna göre, uzaydaki bir cismin yönünü ve hızını değişmeden koruduğunu söylediğimizde, bizim iddiamız aşağı-yukarı tüm evrene kısaltılmış bir gönderme yapmaktan başka bir şey değildir.
Mutlak uzay ve zaman karşıtı bu görüşler, modern bir bakış açısıyla, uzay ve zaman için eylemsel tanımları tanıtmak için bir girişim olarak, özel görecelilik kuramında açıklık getiren bir perspektif olarak görülebilirler.
Hatta Newton mekaniğinin kapsamında, modern görüş mutlak uzayın gereksiz olduğu yönündedir. Bunun yerine, referansın eylemsizlik çerçevesi kavramı, yani, birbirine göre eşit hareket eden bir dizi tercih edilen referans çerçeveleri, öncelik almıştır. Galilean göreceliliğine göre fizik kanunları, bir eylemsizlik çerçevesinden diğerine dönüşürler, bu durum Milutin Blagojeviç tarafından belirtildiği gibi mutlak uzaya karşı aşağıdaki itirazlara yol açmaktadır :
Mutlak uzayın varlığı klasik mekaniğin iç mantığı çelişmektedir bu nedenle, Galilean görecelilik ilkesine göre hiçbir eylemsizlik çerçevesi seçilemez.
Mutlak uzay eylemsizlik kuvvetlerini açıklamaz çünkü onlar herhangi bir eylemsizlik çerçevesine göre ivmelenmeyle ilişkilendirilirler.
Bunlar eylemsiz herhangi birine göre hızlanma ile ilgili olduğundan mutlak alan eylemsizlik kuvvetlerini açıklamaz.
Mutlak uzay fiziksel nesnelerle dayanarak ve onların ivmeye karşı direncini uyararak davranır ama üzerine tesir edilemez.
Newton kendi kendine eylemsizlik çerçevelerinin rolünü tanıdı.
Belirli bir uzay içerisinde bulunan cisimlerin hareketleri kendi aralarında aynıdır, ister o uzay durgun olsun ister düz bir çizgi üzerinde düzgün şekilde ilerlesin.
Pratik bir mesele olarak, eylemsiz çerçeveler genellikle sabit yıldızlara göre düzgün hareket eden çerçeveler olarak kabul edilirler. Bu konuda daha fazla tartışma için Koordinatların eylemsiz çerçevesi ne bakın.
1903 yılında Bertrand Russell Matematik İlkeleri isimli kitabında mutlak uzay ve zamanı savunan bir yazı yazdı, (sayfa 465) mantıklı dinamikler analizinde bunu Öklid dışı geometri gibi Newtonlu olmayan dinamikleri, bizim için Ortodoks sistemi kadar dikkate değer olmalı şeklindeki ifadeyle ortaya koydu.
Özel Göreceliliğin Etkisi
Uzay ve zaman kavramları özel görecelilik kuramının ortaya çıkmasından önce fiziksel kuramda ayrıydı, özel görecelilik kuramı ikisini birleştirdi ve ikisinin de gözlemcinin hareket durumuna bağlı olduğunu gösterdi. Einstein'ın teorilerinde, mutlak zaman ve uzay fikirlerinin yerini özel görecelilikte uzayzaman kavramı ve genel görecelilikte ise dinamik olarak kavisli uzayzaman almıştır.
Görecelilik kuramı, mutlak eşzamanlılığın var olmaması nedeniyle mutlak zamanın varlığına izin vermez. Mutlak eşzamanlılık iki farklı olayın evrendeki tüm gözlemcilerin uzlaşacağı şekilde uzayda farklı konumlardaki aynı zamanda çakışmasının deneysel olarak sağlanması anlamına gelir. Görecelilik kuramı bilgilerin iletimi için maksimum hızın ışık hızı olduğunu varsayar ve
sonuçlarından biri, ayrı konumlardaki eş zamanlılığın gözlemci için her zaman göreceli olmasıdır.
Einstein'ın sonraki görüşleri
Sonraki yazılarının bazılarında (özellikle 1920 ve 1924), Einstein etherin (eter, gökyüzü) yeni bir tanımını "uzayın özellikleri" ile ifade ederek verdi. Einstein aynı zamanda genel görecelilikte "aether"in yerçekimi alanı gibi artık mutlak olmadığını söyledi ve bundan dolayı da uzayzamanın yapısının maddenin varlığına bağlı olduğunu belirtti.
(Aynı zamanda Einstein'ın terminolojisinin (yani ether = uzayın özellikleri) bilim çevreleri tarafından kabul edilmediğini de söylemek gerekir.)
1920 : Etheri inkar etmek sonuçta boş uzayın ne olursa olsun hiçbir fiziksel niteliğe sahip olmadığını varsaymaktır. Mekaniğinin temel gerçekleri bu görüşle uyum göstermemektedir. Boş uzayda serbestçe asılı duran bir cisimsel sistemin mekanik davranışı sadece göreceli konumlara (mesafelere) ve göreceli hızlara değil aynı zamanda onun dönme durumuna bağlıdır ki bu da, fiziksel olarak kendi içindeki sisteme ait olmayan bir karakteristik olarak kabul edilebilir.
Sistemin dönüşüne bakabilmek için, en azından usulüne uygun şekilde gerçek bir şey gibi, Newton uzayı nesneleştirir. Kendi mutlak uzayını gerçek şeylerle beraber sınıflandırdığı için, ona göre mutlak uzaya göreceli dönüş de gerçek olan bir şeydir. Newton pekala mutlak uzayını "Eter" olarak adlandırmış olabilir; tamamen gerekli olan şey şudur, gözlemlenebilir cisimlerin yanı sıra, algılanamayan başka bir şey, ivmelenmeyi ve dönüşü gerçek gösterecek bir şeye gerçek gözüyle bakılmalıdır.
1924 : Etherdeki farklı konumlardaki eş zamanlı durumlar hakkında herhangi bir mutlak manada konuşmak artık mümkün olmadığından, ether daha önce olduğu gibi dört boyutlu hale geldi, çünkü, durumlarını sadece zamana göre sıralarken nesnel bir yol yoktu. Özel göreceliliğe göre de, ether mutlaktır, çünkü onun eylemsizlik üzerindeki ve ışığın yayılması üzerindeki etkisinin fiziksel etkiden kendisinin bağımsız olduğu düşünülür. Görecelilik kuramı bu problemi elektriksel nötr nokta-kütlenin davranışını küresel doğru kanunu ile tesis ederek çözmüştür, ki buna göre de eylemsizlik ve yerçekimi etkilerinin artık ayrı olarak kabul edilmemektedir. Böyle yapmakla, noktadan noktaya değişen karakteristiklerini materyal noktaların metrik ve dinamik davranışlarını belirleyerek ethere ekledi ve fiziksel faktörlere yani kütle/enerji dağılımına göre onları sırasıyla saptadı. Böylece genel göreceliliğin etheri klasik mekanikten ve özel görecelilikten mutlak olmayan ama lokal değişken karakteristikleriyle saptanan şekliyle anlamlı bir biçimde farklılaşır.