מרחב (פיזיקה)

בפיזיקה, המרחב הוא ה"זירה" שבה מתרחשים כל האירועים הפיזיקליים ביקום. כל אירוע פיזיקלי ניתן לשיוך למקום מסוים במרחב, ברמת דיוק המוכתבת מעקרון אי הוודאות. מקום במרחב ניתן להגדרה באמצעות מערכת קואורדינטות נבחרת.

המרחב הפיזיקלי מאופיין בתכונות שאנו רגילים אליהן מניסיוננו היום-יומי: הוא רציף (לפחות באופן מעשי); הוא בעל 3 ממדים, כלומר בעל נפח; מתקיימת בו הפרדה של מרחקים (מטריקה); ואפשר לחבר בו דרכים ליניאריות. על כן, מבחינה מתמטית נהוג למדל את המרחב הפיזיקלי כמרחב האוקלידי $\mathbb {R} ^{3}$ באמצעות הנורמה האוקלידית (המושרית על ידי מכפלה סקלרית) ולתארו באמצעות מערכת צירים קרטזית תלת-ממדית.

המרחב המוחלט במכניקה הניוטונית

במכניקה הניוטונית, המרחב המוחלט הוא הזירה בה מתרחשים כל האירועים הפיזיקליים ושביחס אליו מודדים את תנועותיהם של גופים פיזיקליים. ניוטון הניח את קיומו של מרחב מוחלט כזה כבסיס לניסוח הפיזיקה שלו, אף על פי שלא ניתן לראות, להרגיש או למדוד אותו.

בגלל אופיו הנפרד והבלתי-נגיש של המרחב המוחלט, הותקף קונספט ניוטוני זה בחריפות על ידי פילוסופים כגון ג'ורג' ברקלי, דייוויד יום וארנסט מאך שטענו שהמרחב המוחלט הוא רק פיקציה ושלקיומו אין משמעות או תוקף שכן רק מרחקים ותנועות יחסיות בין עצמים אקטואליים ניתנים למדידה.

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, הראה אלברט איינשטיין כי המרחב והזמן שזורים באופן בלתי ניתן להפרדה ומהווים יחדיו את המרחב-זמן, זירת ההתרחשות האקטואלית של כל האירועים הפיזיקליים. מכאן נובע שמדידות של מרחב וזמן תלויות במערכת הייחוס של הצופה ובמהירות שבה היא נעה יחסית למערכות ייחוס אחרות, וכאשר ישנה תנועה הזמן והמרחב משולבים באופן הניתן לחישוב באמצעות טרנספורמציות לורנץ.

בתורה זו איינשטיין דן במערכות אינרציאליות (מערכות שנעות במהירות קבועה) מבלי לפרט ביחס למה הן אינרציאליות. שאלה זו באה על פתרונה בתורת היחסות הכללית הטוענת לשקילות בין תאוצה לכבידה. משקילות זו נובע כי שדה כבידה מעקם את המרחב כך שהוא חדל להיות אוקלידי. לפי זה כבידה איננה כוח ממשי אלא כוח מדומה הנתפס בדעתנו כממשי מכיוון שבחושים שלנו אנו תופסים את המרחב כאוקלידי. לדוגמה, התיאור הפיזיקלי הנכון לתנועת הירח הוא שהירח סובב סביב כדור הארץ לא משום שכדור הארץ מושך אותו, אלא משום שמסת כדור הארץ מעקמת את המרחב, ובמרחב העקום שנוצר סביבה המעגל הוא הקו הקצר ביותר עבור הירח.

ראו גם

• מכניקה
• תורת היחסות
• שלוש מהפכות קופרניקניות
• תורת השדות הקוונטית
• כבידה
• חוק טבע

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא מרחב בוויקישיתוף

• מרחב, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• דוד גורביץ' ודן ערב, הערך "מקום", באתר אנציקלופדיה של הרעיונות