מרחב (פיזיקה)

בפיזיקה, המרחב הוא ה"מקום" שבו מתרחשים כל האירועים הפיזיקליים. לכל מאורע פיזיקלי אפשר לתת (עד כדי עקרון אי הוודאות) מקום מסוים (כלומר: אוסף קואורדינטות) במרחב. המרחב הפיזיקלי מאופיין בתכונות שאנו רגילים אליהן מניסיוננו היומיומי: הוא רציף (לפחות באופן מעשי, אם כי רציפות המרחב היא נושא שעדיין מצוי בוויכוח פילוסופי ומטאפיזי), הוא בעל 3 ממדים (אורך, רוחב וגובה) יש בו מושג של מרחק (מטריקה) ואפשר לחבר בו דרכים (לינאריות). על כן, מבחינה מתמטית נהוג למדל את המרחב הפיזיקלי כמרחב האוקלידי $\mathbb {R} ^{3}$ עם הנורמה האוקלידית (המושרית על ידי מכפלה סקלרית) ולתארו באמצעות מערכת צירים קרטזית תלת-ממדית.

המרחב המוחלט במכניקה הניוטונית

במכניקה הניוטונית, המרחב המוחלט הינו הבמה שעליה מתרחשים כל האירועים הפיזיקליים ושביחס אליו מודדים את תנועותיהם של גופים פיזיקליים. ניוטון השתמש בהנחת מרחב כזה בשביל לבנות את הפיזיקה שלו, למרות שלא ניתן לראות, להרגיש או למדוד את המרחב הזה.

בגלל אופיו הנפרד והבלתי-נגיש של המרחב המוחלט, קונספט זה הותקף בחריפות על ידי פילוסופים כגון ג'ורג' ברקלי, דייוויד יום וארנסט מאך שטענו שהמרחב המוחלט הוא רק פיקציה, שלקיומו אין משמעות או תוקף, מאחר שכל מה שנתון לנו הוא רק התנועות היחסיות בקרב עצמים אקטואליים.

המרחב בתורת היחסות

איור הממחיש כיצד המסה מעקמת את המרחב-זמן. בשרטוט, המרחב מתואר כסריג דו-ממדי הנמצא בעל-מרחב תלת ממדי. האיור מתעלם מממד הזמן.

במסגרת תורת היחסות הפרטית, אלברט איינשטיין שזר את המרחב והזמן ביחד למרחב-זמן והראה שמדידות של מרחב וזמן תלויות במערכת הייחוס של הצופה ובמהירות שבה היא נעה, וכאשר ישנה תנועה הזמן מתערבב עם הזמן באופן הנקבע על ידי טרנספורמציות לורנץ. בתורה זו איינשטיין דן במערכות אינרציאליות (מערכות שנעות במהירות קבועה) אך לא פרט ביחס למה בדיוק הן אינרציאליות. את הבעיה הזו הוא תיקן באמצעות תורת היחסות הכללית שבו הוא הסביר איך תאוצה שקולה לשדה כבידה המעוות את המרחב והופך אותו למרחב עקום ולא אוקלידי. במסגרת ההסבר זה, כבידה איננה כוח אלא פיקציה שאנו ממציאים כדי להסביר את תנועתו הטבעית של גוף במרחב עקום שאותו אנו מדמים להיות אוקלידי. למשל: הירח לא סובב סביב כדור הארץ משום שכדור הארץ מושך אותו, אלא משום שמסת כדור הארץ מעקמת את המרחב ובמרחב העקום שנוצר סביבו, המעגל הוא הגאודזה (הקו הקצר ביותר) עבור הירח.

ראו גם

• מכניקה
• תורת היחסות
• שלוש מהפכות קופרניקניות