Espacio - Space

Un sistema de coordenadas cartesiano tridimensional para diestros que se utiliza para indicar posiciones en el espacio.

El espacio es la extensión tridimensional ilimitada en la que los objetos y eventos tienen posición y dirección relativas . En la física clásica , el espacio físico a menudo se concibe en tres dimensiones lineales , aunque los físicos modernos suelen considerarlo, con el tiempo , como parte de un continuo ilimitado de cuatro dimensiones conocido como espacio-tiempo . El concepto de espacio se considera de fundamental importancia para la comprensión del universo físico . Sin embargo, continúa el desacuerdo entre filósofos sobre si es en sí mismo una entidad, una relación entre entidades o parte de un marco conceptual .

Los debates sobre la naturaleza, la esencia y el modo de existencia del espacio se remontan a la antigüedad; es decir, a tratados como el Timeo de Platón , o Sócrates en sus reflexiones sobre lo que los griegos llamaban khôra (es decir, "espacio"), o en la Física de Aristóteles (Libro IV, Delta) en la definición de topos (es decir, lugar), o en la posterior "concepción geométrica del lugar" como "espacio en cuanto extensión" en el Discurso sobre el lugar ( Qawl fi al-Makan ) del erudito árabe del siglo XI Alhazen . Muchas de estas cuestiones filosóficas clásicas se discutieron en el Renacimiento y luego se reformularon en el siglo XVII, particularmente durante el desarrollo temprano de la mecánica clásica . En opinión de Isaac Newton , el espacio era absoluto, en el sentido de que existía de forma permanente e independiente de si había materia en el espacio. Otros filósofos naturales , en particular Gottfried Leibniz , pensaron en cambio que el espacio era de hecho una colección de relaciones entre objetos, dadas por su distancia y dirección entre sí. En el siglo XVIII, el filósofo y teólogo George Berkeley intentó refutar la "visibilidad de la profundidad espacial" en su Ensayo hacia una nueva teoría de la visión . Más tarde, el metafísico Immanuel Kant dijo que los conceptos de espacio y tiempo no son conceptos empíricos derivados de experiencias del mundo exterior; son elementos de un marco sistemático ya dado que los humanos poseen y utilizan para estructurar todas las experiencias. Kant se refirió a la experiencia del "espacio" en su Crítica de la razón pura como una " forma de intuición pura a priori " subjetiva .

En los siglos XIX y XX, los matemáticos comenzaron a examinar geometrías no euclidianas , en las que el espacio se concibe como curvo , en lugar de plano . Según la teoría de la relatividad general de Albert Einstein , el espacio alrededor de los campos gravitacionales se desvía del espacio euclidiano. Las pruebas experimentales de la relatividad general han confirmado que las geometrías no euclidianas proporcionan un mejor modelo para la forma del espacio.

Filosofía del espacio

Galileo

Galileo y cartesianas teorías sobre el espacio, la materia y el movimiento son la base de la revolución científica , que se entiende que han culminado con la publicación de Newton 's Principia en 1687. Las teorías de Newton sobre el espacio y el tiempo le ayudó a explicar el movimiento de los objetos . Si bien su teoría del espacio se considera la más influyente en la física, surgió de las ideas de sus predecesores sobre la misma.

Como uno de los pioneros de la ciencia moderna , Galileo revisó las ideas aristotélicas y ptolemaicas establecidas sobre un cosmos geocéntrico . Respaldó la teoría copernicana de que el universo era heliocéntrico , con un sol estacionario en el centro y los planetas, incluida la Tierra, girando alrededor del sol. Si la Tierra se movía, se cuestionaba la creencia aristotélica de que su tendencia natural era permanecer en reposo. Galileo quería probar en cambio que el sol se movía alrededor de su eje, que el movimiento era tan natural para un objeto como el estado de reposo. En otras palabras, para Galileo, los cuerpos celestes, incluida la Tierra, tenían una inclinación natural a moverse en círculos. Este punto de vista desplazó otra idea aristotélica: que todos los objetos gravitaban hacia su lugar de pertenencia natural designado.

René Descartes

Descartes se propuso reemplazar la cosmovisión aristotélica con una teoría sobre el espacio y el movimiento determinados por las leyes naturales . En otras palabras, buscó una base metafísica o una explicación mecánica para sus teorías sobre la materia y el movimiento. El espacio cartesiano era de estructura euclidiana : infinito, uniforme y plano. Se definió como aquello que contenía materia; a la inversa, la materia por definición tenía una extensión espacial de modo que no existía el espacio vacío.

La noción cartesiana de espacio está íntimamente ligada a sus teorías sobre la naturaleza del cuerpo, la mente y la materia. Es famoso por su "cogito ergo sum" (pienso, luego existo), o la idea de que solo podemos estar seguros del hecho de que podemos dudar y, por lo tanto, pensar y, por lo tanto, existir. Sus teorías pertenecen a la tradición racionalista , que atribuye el conocimiento del mundo a nuestra capacidad de pensar más que a nuestras experiencias, como creen los empiristas . Postuló una clara distinción entre el cuerpo y la mente, que se conoce como el dualismo cartesiano .

Leibniz y Newton

Siguiendo a Galileo y Descartes, durante el siglo XVII la filosofía del espacio y el tiempo giró en torno a las ideas de Gottfried Leibniz , un filósofo-matemático alemán, e Isaac Newton , quien planteó dos teorías opuestas sobre lo que es el espacio. En lugar de ser una entidad que existe independientemente por encima de otra materia, Leibniz sostuvo que el espacio no es más que la colección de relaciones espaciales entre objetos en el mundo: "el espacio es lo que resulta de lugares tomados en conjunto". Las regiones desocupadas son aquellas que podrían tener objetos en ellas y, por lo tanto, relaciones espaciales con otros lugares. Para Leibniz, entonces, el espacio era una abstracción idealizada de las relaciones entre entidades individuales o sus posibles ubicaciones y, por lo tanto, no podía ser continuo sino que debía ser discreto . El espacio podría pensarse de manera similar a las relaciones entre los miembros de la familia. Aunque las personas de la familia están relacionadas entre sí, las relaciones no existen independientemente de las personas. Leibniz argumentó que el espacio no podría existir independientemente de los objetos en el mundo porque eso implica una diferencia entre dos universos exactamente iguales excepto por la ubicación del mundo material en cada universo. Pero dado que no habría una forma observacional de distinguir estos universos, entonces, de acuerdo con la identidad de los indiscernibles , no habría diferencia real entre ellos. De acuerdo con el principio de razón suficiente , cualquier teoría del espacio que implique que podrían existir estos dos universos posibles debe ser errónea.

Newton tomó el espacio como algo más que relaciones entre objetos materiales y basó su posición en la observación y la experimentación. Para un relacionista no puede haber una diferencia real entre el movimiento inercial , en el que el objeto viaja con velocidad constante , y el movimiento no inercial , en el que la velocidad cambia con el tiempo, ya que todas las medidas espaciales son relativas a otros objetos y sus movimientos. Pero Newton argumentó que dado que el movimiento no inercial genera fuerzas , debe ser absoluto. Usó el ejemplo del agua en un balde giratorio para demostrar su argumento. El agua en un balde se cuelga de una cuerda y se pone a girar, comienza con una superficie plana. Después de un tiempo, mientras el balde continúa girando, la superficie del agua se vuelve cóncava. Si se detiene el giro del cubo, la superficie del agua permanece cóncava mientras continúa girando. La superficie cóncava, por lo tanto, aparentemente no es el resultado del movimiento relativo entre el balde y el agua. En cambio, argumentó Newton, debe ser el resultado de un movimiento no inercial en relación con el espacio mismo. Durante varios siglos, el argumento del cubo se consideró decisivo para demostrar que el espacio debe existir independientemente de la materia.

Kant

En el siglo XVIII, el filósofo alemán Immanuel Kant desarrolló una teoría del conocimiento en la que el conocimiento sobre el espacio puede ser tanto a priori como sintético . Según Kant, el conocimiento sobre el espacio es sintético , en el sentido de que los enunciados sobre el espacio no son simplemente verdaderos en virtud del significado de las palabras en el enunciado. En su trabajo, Kant rechazó la idea de que el espacio debe ser una sustancia o una relación. En cambio, llegó a la conclusión de que los humanos no descubren que el espacio y el tiempo son características objetivas del mundo, sino que nosotros los imponemos como parte de un marco para organizar la experiencia.

Geometría no euclidiana

Los Elementos de Euclides contenían cinco postulados que forman la base de la geometría euclidiana. Uno de ellos, el postulado paralelo , ha sido objeto de debate entre los matemáticos durante muchos siglos. Establece que en cualquier plano en el que haya una línea recta L 1 y un punto P que no esté en L 1 , hay exactamente una línea recta L 2 en el plano que pasa por el punto P y es paralela a la línea recta L 1 . Hasta el siglo XIX, pocos dudaban de la veracidad del postulado; en cambio, el debate se centró en si era necesario como axioma, o si era una teoría que podía derivarse de los otros axiomas. Alrededor de 1830, sin embargo, el húngaro János Bolyai y el ruso Nikolai Ivanovich Lobachevsky publicaron por separado tratados sobre un tipo de geometría que no incluye el postulado paralelo, llamado geometría hiperbólica . En esta geometría, un infinito número de líneas paralelas pasan a través del punto P . En consecuencia, la suma de los ángulos de un triángulo es menor que 180 ° y la razón entre la circunferencia de un círculo y su diámetro es mayor que pi . En la década de 1850, Bernhard Riemann desarrolló una teoría equivalente de geometría elíptica , en la que no hay líneas paralelas pasan a través de P . En esta geometría, los triángulos tienen más de 180 ° y los círculos tienen una relación de circunferencia a diámetro menor que pi .

Tipo de geometría Numero de paralelos Suma de ángulos en un triángulo Relación de la circunferencia al diámetro del círculo Medida de curvatura
Hiperbólico Infinito <180 ° > π <0
Euclidiana 1 180 ° π 0
Elíptico 0 > 180 ° > 0

Gauss y Poincaré

Aunque prevalecía el consenso kantiano en ese momento, una vez que se formalizaron las geometrías no euclidianas, algunos comenzaron a preguntarse si el espacio físico es curvo o no. Carl Friedrich Gauss , un matemático alemán, fue el primero en considerar una investigación empírica de la estructura geométrica del espacio. Pensó en hacer una prueba de la suma de los ángulos de un enorme triángulo estelar, y hay informes de que en realidad llevó a cabo una prueba, a pequeña escala, triangulando cimas de montañas en Alemania.

Henri Poincaré , un matemático y físico francés de finales del siglo XIX, introdujo una idea importante en la que intentó demostrar la inutilidad de cualquier intento de descubrir qué geometría se aplica al espacio mediante experimentos. Consideró la situación a la que se enfrentarían los científicos si estuvieran confinados a la superficie de una gran esfera imaginaria con propiedades particulares, conocida como esfera-mundo . En este mundo, se considera que la temperatura varía de tal manera que todos los objetos se expanden y contraen en proporciones similares en diferentes lugares de la esfera. Con una caída de temperatura adecuada, si los científicos intentan usar varillas de medición para determinar la suma de los ángulos en un triángulo, pueden engañarse pensando que habitan un plano, en lugar de una superficie esférica. De hecho, los científicos no pueden, en principio, determinar si habitan un plano o una esfera y, argumentó Poincaré, lo mismo ocurre con el debate sobre si el espacio real es euclidiano o no. Para él, qué geometría se usaba para describir el espacio era una cuestión de convención . Dado que la geometría euclidiana es más simple que la geometría no euclidiana, asumió que la primera siempre se usaría para describir la geometría "verdadera" del mundo.

Einstein

En 1905, Albert Einstein publicó su teoría especial de la relatividad , que llevó al concepto de que el espacio y el tiempo pueden verse como una única construcción conocida como espacio-tiempo . En esta teoría, la velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los observadores, lo que tiene como resultado que dos eventos que parecen simultáneos para un observador en particular no serán simultáneos para otro observador si los observadores se mueven entre sí. Además, un observador medirá un reloj en movimiento para marcar más lentamente que uno que está estacionario con respecto a ellos; y los objetos se miden para acortarlos en la dirección en que se mueven con respecto al observador.

Posteriormente, Einstein trabajó en una teoría general de la relatividad , que es una teoría de cómo interactúa la gravedad con el espacio-tiempo. En lugar de ver la gravedad como un campo de fuerza que actúa en el espacio-tiempo, Einstein sugirió que modifica la estructura geométrica del propio espacio-tiempo. Según la teoría general, el tiempo pasa más lentamente en lugares con potenciales gravitacionales más bajos y los rayos de luz se desvían en presencia de un campo gravitacional. Los científicos han estudiado el comportamiento de los púlsares binarios , confirmando las predicciones de las teorías de Einstein, y la geometría no euclidiana se suele utilizar para describir el espacio-tiempo.

Matemáticas

En las matemáticas modernas, los espacios se definen como conjuntos con alguna estructura añadida. Con frecuencia se describen como diferentes tipos de variedades , que son espacios que se aproximan localmente al espacio euclidiano, y donde las propiedades se definen en gran medida en la conectividad local de los puntos que se encuentran en la variedad. Sin embargo, existen muchos objetos matemáticos diversos que se denominan espacios. Por ejemplo, los espacios vectoriales , como los espacios funcionales, pueden tener un número infinito de dimensiones independientes y una noción de distancia muy diferente a la del espacio euclidiano, y los espacios topológicos reemplazan el concepto de distancia con una idea más abstracta de proximidad.

Física

El espacio es una de las pocas cantidades fundamentales en física , lo que significa que no se puede definir a través de otras cantidades porque no se conoce nada más fundamental en la actualidad. Por otro lado, puede relacionarse con otras cantidades fundamentales. Por lo tanto, de manera similar a otras cantidades fundamentales (como el tiempo y la masa ), el espacio se puede explorar mediante la medición y la experimentación.

Hoy en día, nuestro espacio tridimensional se considera incrustado en un espacio - tiempo de cuatro dimensiones , llamado espacio de Minkowski (ver relatividad especial ). La idea detrás del espacio-tiempo es que el tiempo es hiperbólico-ortogonal a cada una de las tres dimensiones espaciales.

Relatividad

Antes del trabajo de Albert Einstein sobre física relativista, el tiempo y el espacio se consideraban dimensiones independientes. Los descubrimientos de Einstein demostraron que, debido a la relatividad del movimiento, nuestro espacio y tiempo pueden combinarse matemáticamente en un solo objeto: el espacio - tiempo . Resulta que las distancias en el espacio o en el tiempo por separado no son invariantes con respecto a las transformaciones de coordenadas de Lorentz, pero las distancias en el espacio-tiempo de Minkowski a lo largo de los intervalos de espacio-tiempo sí lo son, lo que justifica el nombre.

Además, las dimensiones de tiempo y espacio no deben considerarse exactamente equivalentes en el espacio-tiempo de Minkowski. Uno puede moverse libremente en el espacio pero no en el tiempo. Por lo tanto, las coordenadas de tiempo y espacio se tratan de manera diferente tanto en la relatividad especial (donde el tiempo a veces se considera una coordenada imaginaria ) como en la relatividad general (donde se asignan diferentes signos a los componentes de tiempo y espacio de la métrica del espacio-tiempo ).

Además, en la teoría general de la relatividad de Einstein , se postula que el espacio-tiempo está geométricamente distorsionado - curvado - cerca de masas gravitacionalmente significativas.

Una consecuencia de este postulado, que se deriva de las ecuaciones de la relatividad general, es la predicción de ondas en movimiento del espacio-tiempo, llamadas ondas gravitacionales . Si bien se ha encontrado evidencia indirecta de estas ondas (en los movimientos del sistema binario de Hulse-Taylor , por ejemplo) se están realizando experimentos que intentan medir directamente estas ondas en las colaboraciones de LIGO y Virgo . Los científicos de LIGO informaron sobre la primera observación directa de ondas gravitacionales el 14 de septiembre de 2015.

Cosmología

La teoría de la relatividad lleva a la pregunta cosmológica de qué forma tiene el universo y de dónde proviene el espacio. Parece que el espacio se creó en el Big Bang , hace 13.800 millones de años y se ha estado expandiendo desde entonces. Se desconoce la forma general del espacio, pero se sabe que el espacio se expande muy rápidamente debido a la inflación cósmica .

Medida espacial

La medición del espacio físico ha sido importante durante mucho tiempo. Aunque las sociedades anteriores habían desarrollado sistemas de medición, el Sistema Internacional de Unidades (SI), es ahora el sistema de unidades más común utilizado en la medición del espacio, y se utiliza casi universalmente.

Actualmente, el intervalo de espacio estándar, llamado metro estándar o simplemente metro, se define como la distancia recorrida por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de exactamente 1 / 299,792,458 de segundo. Esta definición, junto con la definición actual de la segunda, se basa en la teoría especial de la relatividad en la que la velocidad de la luz juega el papel de una constante fundamental de la naturaleza.

Espacio geografico

La geografía es la rama de la ciencia que se ocupa de identificar y describir lugares en la Tierra , utilizando la conciencia espacial para tratar de comprender por qué existen las cosas en lugares específicos. La cartografía es el mapeo de espacios para permitir una mejor navegación, con fines de visualización y para actuar como un dispositivo de ubicación. La geoestadística aplica conceptos estadísticos a los datos espaciales recopilados de la Tierra para crear una estimación de los fenómenos no observados.

El espacio geográfico a menudo se considera tierra y puede tener una relación con el uso de la propiedad (en el que el espacio se ve como propiedad o territorio). Si bien algunas culturas afirman los derechos del individuo en términos de propiedad, otras culturas se identificarán con un enfoque comunitario de la propiedad de la tierra, mientras que otras culturas, como los aborígenes australianos , en lugar de afirmar los derechos de propiedad sobre la tierra, invierten la relación y consideran que son de hecho propiedad de la tierra. La planificación espacial es un método para regular el uso del espacio a nivel de la tierra, con decisiones tomadas a nivel regional, nacional e internacional. El espacio también puede afectar el comportamiento humano y cultural, siendo un factor importante en la arquitectura, donde tendrá un impacto en el diseño de edificios y estructuras, y en la agricultura.

La propiedad del espacio no se limita a la tierra. La propiedad del espacio aéreo y de las aguas se decide a nivel internacional. Recientemente se han afirmado otras formas de propiedad en otros espacios, por ejemplo en las bandas de radio del espectro electromagnético o en el ciberespacio .

El espacio público es un término utilizado para definir áreas de tierra como propiedad colectiva de la comunidad y administradas en su nombre por órganos delegados; tales espacios están abiertos a todos, mientras que la propiedad privada es la tierra que culturalmente pertenece a un individuo o empresa, para su propio uso y placer.

El espacio abstracto es un término utilizado en geografía para referirse a un espacio hipotético caracterizado por una completa homogeneidad. Al modelar la actividad o el comportamiento, es una herramienta conceptual que se utiliza para limitar variables extrañas como el terreno.

En psicologia

Los psicólogos comenzaron a estudiar la forma en que se percibe el espacio a mediados del siglo XIX. Quienes ahora se preocupan por tales estudios lo consideran una rama distinta de la psicología . Los psicólogos que analizan la percepción del espacio se preocupan por cómo se percibe el reconocimiento de la apariencia física de un objeto o sus interacciones, ver, por ejemplo, el espacio visual .

Otros temas estudiados más especializados incluyen la percepción amodal y la permanencia del objeto . La percepción del entorno es importante debido a su necesaria relevancia para la supervivencia, especialmente en lo que respecta a la caza y la autoconservación , así como simplemente a la idea que uno tiene del espacio personal .

Se han identificado varias fobias relacionadas con el espacio , incluida la agorafobia (el miedo a los espacios abiertos), la astrofobia (el miedo al espacio celeste) y la claustrofobia (el miedo a los espacios cerrados).

Se cree que la comprensión del espacio tridimensional en los seres humanos se aprende durante la infancia mediante la inferencia inconsciente y está estrechamente relacionada con la coordinación mano-ojo . La capacidad visual de percibir el mundo en tres dimensiones se llama percepción de profundidad .

En las ciencias sociales

El espacio ha sido estudiado en las ciencias sociales desde las perspectivas del marxismo , feminismo , posmodernismo , poscolonialismo , teoría urbana y geografía crítica . Estas teorías explican el efecto de la historia del colonialismo, la esclavitud transatlántica y la globalización en nuestra comprensión y experiencia del espacio y el lugar. El tema ha llamado la atención desde la década de 1980, después de la publicación de Henri Lefebvre @ s de la producción del espacio. En este libro, Lefebvre aplica las ideas marxistas sobre la producción de mercancías y la acumulación de capital para discutir el espacio como producto social. Su atención se centra en los procesos sociales múltiples y superpuestos que producen el espacio.

En su libro The Condition of Postmodernity, David Harvey describe lo que él denomina " compresión espacio-temporal ". Este es el efecto de los avances tecnológicos y el capitalismo en nuestra percepción del tiempo, el espacio y la distancia. Los cambios en los modos de producción y consumo de capital afectan y se ven afectados por los desarrollos en el transporte y la tecnología. Estos avances crean relaciones a través del tiempo y el espacio, nuevos mercados y grupos de élites adineradas en los centros urbanos, todo lo cual aniquila las distancias y afecta nuestra percepción de linealidad y distancia.

En su libro Thirdspace, Edward Soja describe el espacio y la espacialidad como un aspecto integral y descuidado de lo que él llama la " trialéctica del ser ", los tres modos que determinan cómo habitamos, experimentamos y entendemos el mundo. Sostiene que las teorías críticas en Humanidades y Ciencias Sociales estudian las dimensiones históricas y sociales de nuestra experiencia vivida, descuidando la dimensión espacial. Se basa en el trabajo de Henri Lefebvre para abordar la forma dualista en la que los humanos entienden el espacio, ya sea como material / físico o como representado / imaginado. El "espacio vivido" de Lefebvre y el "espacio intermedio" de Soja son términos que explican las formas complejas en las que los humanos comprenden y navegan por un lugar, que "primer espacio" y "segundo espacio" (términos de Soja para espacios materiales e imaginarios, respectivamente) no abarcan por completo.

El concepto de Tercer Espacio del teórico poscolonial Homi Bhabha es diferente del Tercer espacio de Soja, aunque ambos términos ofrecen una forma de pensar fuera de los términos de una lógica binaria . El tercer espacio de Bhabha es el espacio en el que existen formas e identidades culturales híbridas. En sus teorías, el término híbrido describe nuevas formas culturales que surgen a través de la interacción entre colonizador y colonizado.

Ver también

Referencias

enlaces externos