Uzay (geometri)

Uzay, madde ve hareket hakkındaki Galilyalı ve Kartezyen teorileri, 1687'de Newton Prensliği'nin yayınlanmasıyla doruğa ulaştığı anlaşılan Bilim Devrimi'nin temelini oluşturmaktadır. Newton'un uzay ve zaman hakkındaki teorileri, nesnelerin hareketini açıklamasına yardımcı oldu. Uzay teorisi Fizikte en etkili olarak kabul edilirken, öncüllerinin aynı şey hakkındaki fikirlerinden ortaya çıktı.^[5]

Modern bilimin öncülerinden biri olan Galileo, jeosantrik bir kozmos hakkında yerleşik Aristoteles ve Batlamyus fikirlerini gözden geçirdi. Kopernik teorisine, evrenin güneş merkezli olduğunu, merkezde sabit bir güneşin ve dünya da dahil olmak üzere gezegenlerin güneşin etrafında döndüğünü destekledi. Dünya hareket ederse, Aristotelesçi'nin doğal eğiliminin dinlenme durumunda olacağına dair inanç söz konusuydu. Galileo bunun yerine güneşin kendi ekseni etrafında hareket ettiğini, hareketin bir nesne için sabit kalma kadar doğal olduğunu kanıtlamak istedi. Başka bir deyişle, Galileo için, Dünya da dahil olmak üzere gök cisimleri doğal olarak dairelerde hareket etmeye eğilimliydi. Bu görüş başka bir Aristoteles fikrini yerinden etti - tüm nesneler belirlenmiş doğal aidiyet yerlerine yöneldi.^[6]

Descartes, Aristoteles dünya görüşünü, doğal yasaların belirlediği alan ve hareket hakkında bir teori ile değiştirmeye başladı. Başka bir deyişle, madde ve hareket hakkındaki teorileri için metafizik bir temel ya da mekanik bir açıklama istedi. Kartezyen boşluk Öklit yapıydı - sonsuz, düzgün ve düz.^[7] Maddeyi içeren madde olarak tanımlandı; tersine, tanım gereği madde uzamsal bir uzantıya sahipti, böylece boş alan diye bir şey yoktu.

Kartezyen uzay kavramı, bedenin, zihnin ve maddenin doğası hakkındaki teorileriyle yakından bağlantılıdır. Ünlü "cogito ergo sum" (düşünüyorum öyleyse varım) ya da sadece şüphe edebileceğimiz ve bu nedenle düşünüp var olduğumuzdan emin olabileceğimiz fikri ile bilinir. Teorileri, ampirikçilerin inandığı gibi, dünya hakkındaki bilgiyi deneyimlerimizden ziyade düşünme yeteneğimize bağlayan rasyonel geleneğe aittir. Kartezyen dualizm olarak adlandırılan beden ve zihin arasında net bir ayrım yarattı.

 

Galileo ve Descartes'ın ardından on yedinci yüzyılda uzay ve zaman felsefesi, Alman filozof-matematikçi Gottfried Leibniz'in ve uzayın iki karşıt teorisini ortaya koyan Isaac Newton'un fikirleri etrafında dönüyordu. Leibniz, uzayın dünyadaki nesneler arasındaki mekânsal ilişkilerin toplanmasından başka bir şey olmadığını, “diğer alanın üzerinde bağımsız olarak var olan bir varlık” olmaktan ziyade: “mekan, birlikte alınan yerlerden kaynaklanan olandır”. demiştir.^[8] Boş bölgeler, içinde nesneler olabilen bölgelerdir ve bu nedenle diğer yerlerle mekansal ilişkilerdir. O zaman, Leibniz için mekan, bireysel varlıklar veya olası konumları arasındaki ilişkilerden idealize edilmiş bir soyutlama idi ve bu nedenle sürekli olamazdı, ancak ayrık olmalıydı. Alan, aile üyeleri arasındaki ilişkilere benzer şekilde düşünülebilir. Ailedeki insanlar birbirleriyle ilişkili olsa da, ilişkiler insanlardan bağımsız olarak mevcut değildir.^[8] Leibniz, uzayın dünyadaki nesnelerden bağımsız olarak var olamayacağını savundu çünkü bu, her bir evrendeki maddi dünyanın konumu haricinde iki evren arasında tam olarak benzer bir fark anlamına geliyor. Ancak bu evrenleri birbirinden ayırmanın gözlemsel bir yolu olmayacağından, ayırt edilemezlerin kimliğine göre aralarında gerçek bir fark olmayacaktır. Yeterli sebep ilkesine göre, bu iki olası evrenin olabileceğini ima eden herhangi bir uzay teorisi yanlış olmalıdır.^[9]

 

Newton, maddi nesneler arasındaki ilişkilerden daha fazla yer aldı ve konumunu gözlem ve deneylere dayandırdı. Bir ilişkist için, nesnenin sabit hızda hareket ettiği ataletsel hareket ile hızın zamanla değiştiği ataletsel olmayan hareket arasında gerçek bir fark olamaz, çünkü tüm uzamsal ölçümler diğer nesnelere ve hareketlerine görecelidir. Ancak Newton, eylemsiz olmayan hareketlerin güç ürettiği için mutlak olması gerektiğini savundu.^[10] Tartışmasını göstermek için dönen bir kovadaki su örneğini kullandı.Bir kovadaki su bir halattan asılır ve dönmeye ayarlanır, düz bir yüzeyle başlar. Bir süre sonra, kova dönmeye devam ettikçe, suyun yüzeyi içbükey hale gelir. Kovanın dönmesi durdurulursa, suyun yüzeyi dönmeye devam ederken içbükey kalır. Bu nedenle içbükey yüzey görünüşte kova ve su arasındaki nispi hareketin sonucu değildir.^[11] Newton bunun yerine uzayın kendisine göre ataletsiz hareketin bir sonucu olması gerektiğini savundu. Birkaç yüzyıl boyunca kova argümanı, mekânın maddeden bağımsız olarak var olması gerektiğini göstermede belirleyici olarak kabul edildi.

 

On sekizinci yüzyılda Alman filozof Immanuel Kant, uzay hakkındaki bilginin a priori ve sentetik olabileceği bir bilgi teorisi geliştirdi.^[12] Kant'a göre, mekan hakkındaki bilgi sentetiktir, çünkü mekan hakkındaki ifadeler, ifadedeki kelimelerin anlamları nedeniyle doğru değildir. Çalışmalarında Kant, mekanın bir madde veya ilişki olması gerektiği görüşünü reddetti. Bunun yerine, mekân ve zamanın insanlar tarafından dünyanın nesnel özellikleri olarak bulunmadığı, bizim tarafımızdan deneyim organize etme çerçevesinin bir parçası olarak dayatıldığı sonucuna vardı.^[13]

 

Öklid'in Elemanları Öklid geometrisinin temelini oluşturan beş postüla içeriyordu. Bunlardan biri olan paralel postüla, matematikçiler arasında yüzyıllardır tartışma konusu olmuştur. L1 üzerinde olmayan bir düz çizgi L1 ve bir P noktasının bulunduğu herhangi bir düzlemde, düzlem üzerinde P noktasından geçen ve düz L1 çizgisine paralel olan tam olarak bir düz çizgi L2 olduğunu belirtir. 19. yüzyıla kadar, çok az kişi varsayımın gerçeğinden şüphe ediyordu; bunun yerine tartışma, bir aksiyom olarak gerekli olup olmadığı veya diğer aksiyomlardan türetilebilecek bir teori olup olmadığı üzerinde yoğunlaştı.^[14] Yine de 1830 civarında Macar János Bolyai ve Rus Nikolai Ivanovich Lobachevsky, hiperbolik geometri adı verilen paralel postüla içermeyen bir geometri türü üzerinde ayrı ayrı yayınladılar. Bu geometride, sonsuz sayıda paralel çizgi P noktasından geçer. Sonuç olarak, bir üçgen içindeki açıların toplamı 180 ° 'den azdır ve bir dairenin çevresinin çapına oranı pi'den fazladır. 1850'lerde Bernhard Riemann, paralel çizgilerin P'den geçmediği eşdeğer bir eliptik geometri teorisi geliştirdi. Bu geometride, üçgenler 180 ° 'den fazladır ve daireler, π'den daha küçük bir çevre-çap oranına sahiptir.

 

 

O sırada hakim bir Kantian fikir birliği olmasına rağmen, Öklid olmayan geometriler resmileştirildikten sonra, bazıları fiziksel uzayın kavisli olup olmadığını merak etmeye başladı. Alman matematikçi Carl Friedrich Gauss, mekanın geometrik yapısının ampirik bir araştırmasını ilk değerlendiren kişiydi. Muazzam bir yıldız üçgeninin açılarının toplamını test etmeyi düşündü ve aslında Almanya'da dağ tepelerini üçgenleyerek küçük bir ölçekte bir test gerçekleştirdiğine dair raporlar var.^[15]

19. yüzyılın sonlarında Fransız bir matematikçi ve fizikçi olan Henri Poincaré, hangi geometrinin deney için uzaya uygulandığını keşfetme girişiminin boşluğunu göstermeye çalıştığı önemli bir fikir sundu.^[16] Bilim adamları, bir küre-dünya olarak bilinen belirli özelliklere sahip hayali bir büyük kürenin yüzeyiyle sınırlı olsaydı, yüzleşecekleri öngörüleri dikkate aldı. Bu dünyada, sıcaklık, tüm nesnelerin, kürenin farklı yerlerinde benzer oranlarda genişleyeceği ve büzüleceği şekilde değişmektedir. Uygun bir sıcaklık düşüşü ile, eğer bilim adamları bir üçgendeki açıların toplamını belirlemek için ölçüm çubukları kullanmaya çalışırlarsa, küresel bir yüzeyden ziyade bir düzlemde yaşadıklarını düşünebilirler.^[17] Aslında, bilim adamları prensipte bir düzlemde mi yoksa kürede mi yaşadıklarını belirleyemezler ve Poincaré, aynı şeyin gerçek uzayın Öklid olup olmadığı konusundaki tartışmalar için de geçerli olduğunu savundu. Ona göre, mekanı tanımlamak için hangi geometri kullanıldı bir konvansiyon meselesiydi.^[18] Öklid geometrisi Öklid olmayan geometriden daha basit olduğundan, öncekinin her zaman dünyanın 'gerçek' geometrisini tanımlamak için kullanılacağını varsaymıştır.^[19]

 

1905'te Albert Einstein, özel görelilik teorisini yayınladı, bu da uzay ve zamanın uzay-zaman olarak bilinen tek bir yapı olarak görülebileceği kavramına yol açtı. Bu teoride, bir boşluktaki ışığın hızı tüm gözlemciler için aynıdır - bu, belirli bir gözlemciye eşzamanlı olarak görünen iki olayın, gözlemcilerin birbirine göre hareket etmesi halinde başka bir gözlemciye eşzamanlı olmayacağı sonucunu doğurur. Dahası, bir gözlemci, kendilerine göre durağan olandan daha yavaş tıklamak için hareketli bir saati ölçecektir; ve nesneler, gözlemciye göre hareket ettikleri yönde kısaltılacak şekilde ölçülür.

Daha sonra, Einstein yerçekiminin uzay-zamanla nasıl etkileşime girdiğine dair bir teori olan genel bir görelilik teorisi üzerinde çalıştı. Yerçekimini uzay-zamanda hareket eden bir kuvvet alanı olarak görmek yerine, Einstein uzay-zamanın kendisinin geometrik yapısını değiştirmesini önerdi.^[20] Genel teoriye göre, daha düşük kütleçekim potansiyeli ve ışık ışınları olan yerlerde yerçekimi alanı varlığında zaman daha yavaş gider. Bilim adamları, Einstein'ın teorilerinin tahminlerini doğrulayan ikili pulsarların davranışını incelediler ve Öklid olmayan geometri genellikle uzay zamanını tanımlamak için kullanılır.

Modern matematikte uzaylar bazı ek yapıya sahip kümeler olarak tanımlanır. Bunlar genellikle yerel olarak Öklid uzayına yakın olan ve özelliklerin büyük ölçüde manifoldun üzerinde bulunan noktaların yerel bağlılığı üzerinde tanımlandığı farklı manifold türleri olarak tanımlanır. Bununla birlikte, boşluk olarak adlandırılan birçok farklı matematiksel nesne vardır. Örneğin, fonksiyon uzayları gibi vektör uzayları sonsuz sayıda bağımsız boyutlara ve Öklid uzayından çok farklı bir mesafe kavramına sahip olabilir ve topolojik uzaylar mesafe kavramının yerini daha soyut bir yakınlık fikri ile değiştirir.

Uzay, fizikteki birkaç temel nicelikten biridir, yani şu anda daha temel bir şey bilinmediği için diğer niceliklerle tanımlanamaz. Öte yandan, diğer temel miktarlarla da ilişkili olabilir. Böylece, diğer temel niceliklere (zaman ve kütle gibi) benzer şekilde, uzay ölçüm ve deney yoluyla araştırılabilir.

Bugün, üç boyutlu uzayımız, Minkowski uzayı adı verilen dört boyutlu bir uzay-zaman içine gömülü olarak görülmektedir (bkz. Özel görelilik). Uzay-zamanın ardındaki fikir, zamanın üç uzamsal boyutun her birine hiperbolik-dik olmasıdır.

Einstein'ın relativistik fizik üzerindeki çalışmalarından önce zaman ve mekan bağımsız boyutlar olarak görülüyordu. Einstein'ın keşifleri, hareketin göreceliğinden dolayı uzayımızın ve zamanımızın matematiksel olarak tek bir nesne-uzay-zaman içinde birleştirilebileceğini gösterdi. Uzayda veya zamanda ayrı ayrı mesafelerin Lorentz koordinat dönüşümlerine göre değişmez olmadığı, ancak uzay-zaman aralıkları boyunca Minkowski uzay-zamanındaki mesafelerin adı haklı çıkardığı ortaya çıkıyor.

Ayrıca, Minkowski uzay-zamanında zaman ve mekan boyutları tam olarak eşdeğer olarak görülmemelidir. Kişi uzayda özgürce hareket edebilir, ama zamanla değil. Böylece, zaman ve uzay koordinatları hem özel görelilikte (zamanın bazen hayali bir koordinat olarak kabul edildiği yerde) hem de genel görelilikte (uzay-zaman metriğinin zaman ve uzay bileşenlerine farklı işaretlerin atandığı) farklı şekilde ele alınır.

Ayrıca, Einstein'ın genel görelilik teorisinde, uzay-zamanın yerçekimsel olarak önemli kütlelere yakın olarak geometrik olarak çarpıtılmış - kavisli - olduğu varsayılmaktadır.^[21]

Genel görelilik denklemlerinden sonra gelen bu postülatın bir sonucu, yerçekimi dalgaları adı verilen uzay-zamanın hareketli dalgalarının tahminidir. Bu dalgalar için dolaylı kanıtlar bulunurken (örneğin Hulse-Taylor ikili sisteminin hareketlerinde) bu dalgaları doğrudan ölçmeye çalışan deneyler LIGO ve Başak işbirliklerinde devam etmektedir. LIGO bilim adamları, yerçekimi dalgalarının ilk doğrudan gözlemini 14 Eylül 2015'te bildirdiler.^[22][23]

Görelilik teorisi, evrenin şekli ve uzayın nereden geldiğine dair kozmolojik soruyu doğurur. Görünüşe göre 13.8 milyar yıl önce Büyük Patlama'da alan yaratılmış ve o zamandan beri genişliyor.^[24] Mekanın genel şekli bilinmemekle birlikte, kozmik enflasyon nedeniyle alanın çok hızlı genişlediği bilinmektedir.

Fiziksel alanın ölçümü uzun zamandır önemli olmuştur. Daha önceki toplumlar ölçüm sistemleri geliştirmiş olsalar da, Uluslararası Birimler Sistemi (SI), şimdi mekanın ölçülmesinde kullanılan en yaygın birim sistemidir ve neredeyse evrensel olarak kullanılmaktadır

Şu anda, standart metre veya basitçe metre olarak adlandırılan standart uzay aralığı, saniyenin tam olarak ${\displaystyle {\frac {1}{299.792.458}}}$ 'lik bir zaman aralığında bir vakumda ışığın kat ettiği mesafe olarak tanımlanmaktadır. Bu tanım ikincinin mevcut tanımıyla birleştiğinde, ışığın hızının doğanın temel bir sabitinin rolünü oynadığı özel görelilik teorisine dayanmaktadır.

Coğrafya, yeryüzündeki yerleri tanımlamak ve tanımlamak, belirli yerlerde neden şeylerin var olduğunu anlamak için mekansal farkındalığı kullanmakla ilgilenen bilim dalıdır. Haritacılık, daha iyi navigasyon sağlamak, görselleştirme amacıyla ve bir konum cihazı olarak hareket etmek için boşlukların haritalanmasıdır. Jeoistatistik, gözlemlenmemiş fenomenler için bir tahmin oluşturmak üzere Dünya'nın toplanan mekansal verilerine istatistiksel kavramlar uygular.

Coğrafi alan genellikle arazi olarak kabul edilir ve mülkiyet kullanımıyla (uzayın mülk veya bölge olarak görüldüğü) bir ilişkisi olabilir. Bazı kültürler bireyin mülkiyet açısından haklarını savunurken, diğer kültürler arazi mülkiyetine ortak bir yaklaşımla özdeşleşirken, Avustralya Aborjinleri gibi diğer kültürler de arazi mülkiyeti haklarını savunmak yerine ilişkiyi tersine çevirir ve bunların aslında topraklara aittir. Mekansal planlama, bölgesel, ulusal ve uluslararası düzeylerde alınan kararlarla, alan kullanımını arazi düzeyinde düzenleme yöntemidir. Mekan aynı zamanda insan ve kültürel davranışları etkileyebilir, mimaride önemli bir faktör olabilir, binaların ve yapıların tasarımını ve çiftçiliği etkileyecektir.

Kamusal alan topluluğun topluluğa ait olduğu ve adlarına yetki verilen organlar tarafından yönetilen arazi alanlarını tanımlamak için kullanılan bir terimdir; bu tür alanlar herkese açıkken, özel mülkiyet kendi kullanımları ve zevkleri için bir bireyin veya şirketin kültürel olarak sahip olduğu arazidir.

Soyut uzay coğrafyada, tam homojenlik ile karakterize edilen varsayımsal bir alanı ifade etmek için kullanılan bir terimdir. Etkinlik veya davranışı modellerken, arazi gibi yabancı değişkenleri sınırlamak için kullanılan kavramsal bir araçtır.

Psikologlar ilk olarak 19. yüzyılın ortalarında mekanın nasıl algılandığını incelemeye başladılar. Şimdi bu tür çalışmalarla ilgilenenler, onu farklı bir psikoloji dalı olarak görmektedir. Mekan algısını analiz eden psikologlar, bir nesnenin fiziksel görünüşünün veya etkileşimlerinin tanınmasının nasıl algılandığı ile ilgilidir, bkz. Örneğin görsel alan

İncelenen diğer daha özel konular arasında amodal algı ve nesne kalıcılığı sayılabilir. Çevrenin algılanması, özellikle avlanma ve kendini koruma ve sadece kişinin kişisel alan fikri ile ilgili olarak hayatta kalmak için gerekli alaka düzeyi nedeniyle önemlidir.

Agorafobi (açık alanlardan korkma), astrofobi (göksel alan korkusu) ve klostrofobi (kapalı alanlardan korkma) dahil olmak üzere uzayla ilgili birkaç fobi tanımlanmıştı

İnsanlarda üç boyutlu uzayın anlaşılmasının bilinçsiz çıkarım kullanarak bebeklik döneminde öğrenildiği düşünülmektedir ve el-göz koordinasyonu ile yakından ilişkilidir. Dünyayı üç boyutta algılama yeteneğine derinlik algısı denir

Mekan, sosyal bilimlerde Marksizm, feminizm, postmodernizm, postkolonyalizm, kentsel teori ve eleştirel coğrafya açısından incelenmiştir. Bu teoriler, sömürgecilik, transatlantik kölelik ve küreselleşme tarihinin, mekan ve yer anlayışımız ve deneyimimiz üzerindeki etkisini açıklar. Konu, Henri Lefebvre'nin Uzay Üretimi'nin yayınlanmasından sonra 1980'lerden beri dikkat çekti. Bu kitapta Lefebvre, mekânı toplumsal bir ürün olarak tartışmak için meta üretimi ve sermaye birikimi hakkındaki Marksist fikirleri uygular. Odak noktası, alan üreten çoklu ve örtüşen toplumsal süreçler.

Postmodernitenin Koşulu kitabında, David Harvey “zaman uzayı sıkıştırması” neyi ifade ettiğini anlatıyor. Bu, teknolojik ilerlemelerin ve kapitalizmin zaman, mekan ve mesafe algımız üzerindeki etkisidir.^[25] Sermayenin üretim ve tüketim biçimindeki değişiklikler ulaştırma ve teknolojideki gelişmeleri etkiler ve etkiler. Bu ilerlemeler, zaman ve mekan, yeni pazarlar ve şehir merkezlerinde, hepsi mesafeleri yok eden ve doğrusallık ve mesafe algımızı etkileyen zengin elit grupları arasında ilişkiler yaratır.

Thirdspace adlı kitabında Edward Soja, mekânı ve mekânsallığı, "varlık eleştirmeni" olarak adlandırdığı şeyin dünyayı nasıl yaşadığımızı, deneyimlediğimizi ve anladığımızı belirleyen üç modun ayrılmaz ve ihmal edilmiş bir yönü olarak tanımlıyor. Beşeri ve Sosyal Bilimlerdeki eleştirel kuramların, yaşamsal deneyimimizin tarihsel ve sosyal boyutlarını inceleyerek uzamsal boyutu ihmal ettiğini savunuyor.^[26] Henri Lefebvre'nin insanların mekanı maddi / fiziksel ya da temsil / hayal edildiği gibi anlamadaki dualistik yolunu ele almak için yaptığı çalışmaları temel alır. Lefebvre'nin "yaşam alanı"^[27] ve Soja'nın "thridspace" i, insanların "birinci alan" ve "Secondspace" (Soja'nın maddi ve hayali alanlara ilişkin terimleri) tamamen kapsamadığı karmaşık yerleri anlaması ve gezinmesi gereken karmaşık yöntemleri açıklayan terimlerdir.

Sömürge sonrası teorisyen Homi Bhabha'nın Üçüncü Uzay kavramı Soja'nın Thirdspace'inden farklıdır, ancak her iki terim de bir ikili mantık terimlerinin dışında düşünmenin bir yolunu sunar. Bhabha'nın Üçüncü Alanı, melez kültürel formların ve kimliklerin bulunduğu alandır. Teorilerinde melez terimi, sömürgeciyle sömürgeleştirilmiş arasındaki etkileşim yoluyla ortaya çıkan yeni kültürel formları tanımlar.