Espacer - Space
L'espace est l' étendue tridimensionnelle illimitée dans laquelle les objets et les événements ont une position et une direction relatives . En physique classique , l'espace physique est souvent conçu en trois dimensions linéaires , bien que les physiciens modernes le considèrent généralement, avec le temps , comme faisant partie d'un continuum quadridimensionnel sans limites connu sous le nom d' espace-temps . Le concept d'espace est considéré comme d'une importance fondamentale pour la compréhension de l' univers physique . Cependant, le désaccord persiste entre les philosophes quant à savoir s'il s'agit d'une entité, d'une relation entre entités ou d'une partie d'un cadre conceptuel .
Les débats sur la nature, l'essence et le mode d'existence de l'espace remontent à l'Antiquité ; à savoir, à des traités comme le Timée de Platon , ou Socrate dans ses réflexions sur ce que les Grecs appelaient khôra (c'est-à-dire "l'espace"), ou dans la Physique d' Aristote (Livre IV, Delta) dans la définition du topos (c'est-à-dire le lieu), ou dans la suite « la conception géométrique du lieu » comme « l' espace en tant que extension » dans le discours sur la place ( Qawl fi al-Makan ) du 11ème siècle polymathe arabe Alhazen . Beaucoup de ces questions philosophiques classiques ont été discutées à la Renaissance puis reformulées au XVIIe siècle, en particulier au début du développement de la mécanique classique . Du point de vue d' Isaac Newton , l'espace était absolu, en ce sens qu'il existait en permanence et indépendamment de la présence ou non de matière dans l'espace. D'autres philosophes de la nature , notamment Gottfried Leibniz , pensaient plutôt que l'espace était en fait un ensemble de relations entre des objets, donnés par leur distance et leur direction les uns par rapport aux autres. Au XVIIIe siècle, le philosophe et théologien George Berkeley a tenté de réfuter la « visibilité de la profondeur spatiale » dans son Essai vers une nouvelle théorie de la vision . Plus tard, le métaphysicien Immanuel Kant a dit que les concepts d'espace et de temps ne sont pas des concepts empiriques dérivés d'expériences du monde extérieur - ils sont des éléments d'un cadre systématique déjà donné que les humains possèdent et utilisent pour structurer toutes les expériences. Kant a fait référence à l'expérience de « l'espace » dans sa Critique de la raison pure comme étant une « pure forme d'intuition a priori ».
Aux XIXe et XXe siècles, les mathématiciens ont commencé à examiner des géométries non euclidiennes , dans lesquelles l'espace est conçu comme courbe plutôt que plat . Selon la théorie de la relativité générale d' Albert Einstein , l'espace autour des champs gravitationnels dévie de l'espace euclidien. Des tests expérimentaux de relativité générale ont confirmé que les géométries non euclidiennes fournissent un meilleur modèle pour la forme de l'espace.
Philosophie de l'espace
Galilée
Galiléen et cartésiennes théories sur l' espace, la matière et le mouvement sont à la base de la révolution scientifique , qui est censé avoir culminé avec la publication de Newton de Principia en 1687. théories de Newton sur l' espace et le temps lui a permis d' expliquer le mouvement des objets . Alors que sa théorie de l'espace est considérée comme la plus influente en physique, elle est issue des idées de ses prédécesseurs à ce sujet.
En tant que l'un des pionniers de la science moderne , Galilée a révisé les idées aristotéliciennes et ptolémaïques établies sur un cosmos géocentrique . Il a soutenu la théorie copernicienne selon laquelle l'univers était héliocentrique , avec un soleil stationnaire au centre et les planètes, y compris la Terre, tournant autour du soleil. Si la Terre bougeait, la croyance aristotélicienne que sa tendance naturelle était de rester au repos était remise en question. Galilée voulait plutôt prouver que le soleil se déplaçait autour de son axe, que le mouvement était aussi naturel pour un objet que l'état de repos. En d'autres termes, pour Galilée, les corps célestes, dont la Terre, étaient naturellement enclins à se déplacer en rond. Ce point de vue a déplacé une autre idée aristotélicienne selon laquelle tous les objets gravitaient vers leur lieu d'appartenance naturel désigné.
René Descartes
Descartes a entrepris de remplacer la vision du monde aristotélicienne par une théorie sur l'espace et le mouvement tels que déterminés par les lois naturelles . En d'autres termes, il cherchait un fondement métaphysique ou une explication mécanique à ses théories sur la matière et le mouvement. L'espace cartésien était de structure euclidienne : infini, uniforme et plat. Il était défini comme ce qui contenait de la matière ; à l'inverse, la matière avait par définition une extension spatiale de sorte qu'il n'y avait pas d'espace vide.
La notion cartésienne d'espace est étroitement liée à ses théories sur la nature du corps, de l'esprit et de la matière. Il est connu pour son « cogito ergo sum » (je pense donc je suis), ou l'idée qu'on ne peut qu'être certain du fait qu'on peut douter, et donc penser et donc exister. Ses théories appartiennent à la tradition rationaliste , qui attribue la connaissance du monde à notre capacité de penser plutôt qu'à nos expériences, comme le croient les empiristes . Il a posé une distinction claire entre le corps et l'esprit, ce que l'on appelle le dualisme cartésien .
Leibniz et Newton
À la suite de Galilée et Descartes, au XVIIe siècle, la philosophie de l'espace et du temps s'articulait autour des idées de Gottfried Leibniz , un philosophe-mathématicien allemand, et d' Isaac Newton , qui énonçait deux théories opposées de ce qu'est l'espace. Plutôt que d'être une entité qui existe indépendamment au-dessus de toute autre matière, Leibniz soutenait que l'espace n'est rien de plus que l'ensemble des relations spatiales entre les objets du monde : « l'espace est ce qui résulte de lieux pris ensemble ». Les régions inoccupées sont celles qui pourraient contenir des objets, et donc des relations spatiales avec d'autres lieux. Pour Leibniz, alors, l'espace était une abstraction idéalisée des relations entre les entités individuelles ou leurs emplacements possibles et ne pouvait donc pas être continu mais devait être discret . L'espace pourrait être pensé de la même manière que les relations entre les membres de la famille. Bien que les membres de la famille soient liés les uns aux autres, les relations n'existent pas indépendamment des personnes. Leibniz a soutenu que l'espace ne pouvait pas exister indépendamment des objets dans le monde parce que cela implique une différence entre deux univers exactement identiques, à l'exception de l'emplacement du monde matériel dans chaque univers. Mais puisqu'il n'y aurait aucun moyen observationnel de distinguer ces univers alors, selon l' identité des indiscernables , il n'y aurait pas de réelle différence entre eux. Selon le principe de raison suffisante , toute théorie de l'espace qui impliquait qu'il pourrait y avoir ces deux univers possibles doit donc être fausse.
Newton a pris l'espace pour être plus que des relations entre des objets matériels et a basé sa position sur l' observation et l'expérimentation. Pour un relationniste, il ne peut y avoir de réelle différence entre le mouvement inertiel , dans lequel l'objet se déplace à vitesse constante , et le mouvement non inertiel , dans lequel la vitesse change avec le temps, puisque toutes les mesures spatiales sont relatives à d'autres objets et à leurs mouvements. Mais Newton a fait valoir que puisque le mouvement non inertiel génère des forces , il doit être absolu. Il a utilisé l'exemple de l' eau dans un seau en rotation pour démontrer son argument. L'eau dans un seau est suspendue à une corde et mise à tourner, commence par une surface plane. Au bout d'un moment, alors que le seau continue de tourner, la surface de l'eau devient concave. Si la rotation du seau est arrêtée, la surface de l'eau reste concave pendant qu'elle continue de tourner. La surface concave n'est donc apparemment pas le résultat d'un mouvement relatif entre le seau et l'eau. Au lieu de cela, a soutenu Newton, cela doit être le résultat d'un mouvement non inertiel par rapport à l'espace lui-même. Pendant plusieurs siècles, l'argument du seau a été considéré comme décisif pour montrer que l'espace doit exister indépendamment de la matière.
Kant
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Au XVIIIe siècle, le philosophe allemand Emmanuel Kant a développé une théorie de la connaissance dans laquelle la connaissance de l'espace peut être à la fois a priori et synthétique . Selon Kant, la connaissance sur l'espace est synthétique , en ce sens que les déclarations sur l'espace ne sont pas simplement vraies en vertu du sens des mots dans la déclaration. Dans son œuvre, Kant a rejeté l'idée que l'espace doit être soit une substance, soit une relation. Au lieu de cela, il est arrivé à la conclusion que l'espace et le temps ne sont pas découverts par les humains comme des caractéristiques objectives du monde, mais imposés par nous comme faisant partie d'un cadre d'organisation de l'expérience.
Géométrie non euclidienne
Les éléments d'Euclide contenaient cinq postulats qui forment la base de la géométrie euclidienne. L'un d'eux, le postulat parallèle , a fait l'objet de débats parmi les mathématiciens pendant de nombreux siècles. Il énonce que sur tout plan sur lequel il y a une droite L 1 et un point P pas sur L 1 , il y a exactement une droite L 2 sur le plan qui passe par le point P et est parallèle à la droite L 1 . Jusqu'au 19e siècle, peu doutaient de la véracité du postulat ; au lieu de cela, le débat s'est concentré sur la question de savoir si c'était nécessaire en tant qu'axiome ou si c'était une théorie qui pouvait être dérivée des autres axiomes. Vers 1830 cependant, le Hongrois János Bolyai et le Russe Nikolai Ivanovich Lobachevsky ont publié séparément des traités sur un type de géométrie qui n'inclut pas le postulat parallèle, appelé géométrie hyperbolique . Dans cette géométrie, un nombre infini de droites parallèles passent par le point P . Par conséquent, la somme des angles d'un triangle est inférieure à 180° et le rapport de la circonférence d'un cercle à son diamètre est supérieur à pi . Dans les années 1850, Bernhard Riemann a développé une théorie équivalente de la géométrie elliptique , dans laquelle aucune ligne parallèle ne passe par P . Dans cette géométrie, les triangles ont plus de 180° et les cercles ont un rapport circonférence/diamètre inférieur à pi .
| Type de géométrie | Nombre de parallèles | Somme des angles dans un triangle | Rapport de la circonférence au diamètre du cercle | Mesure de courbure |
|---|---|---|---|---|
| Hyperbolique | Infini | < 180° | > | < 0 |
| euclidien | 1 | 180° | ?? | 0 |
| Elliptique | 0 | > 180° | < π | > 0 |
Gauss et Poincaré
Bien qu'un consensus kantien prévalât à l'époque, une fois les géométries non euclidiennes formalisées, certains ont commencé à se demander si l'espace physique est courbe ou non. Carl Friedrich Gauss , un mathématicien allemand, a été le premier à envisager une enquête empirique sur la structure géométrique de l'espace. Il a pensé faire un test de la somme des angles d'un énorme triangle stellaire, et il y a des rapports qu'il a en fait effectué un test, à petite échelle, en triangulant les sommets des montagnes en Allemagne.
Henri Poincaré , un mathématicien et physicien français de la fin du 19ème siècle, a introduit une idée importante dans laquelle il a tenté de démontrer la futilité de toute tentative de découvrir quelle géométrie s'applique à l'espace par l'expérience. Il a examiné la situation difficile à laquelle les scientifiques seraient confrontés s'ils étaient confinés à la surface d'une grande sphère imaginaire aux propriétés particulières, connue sous le nom de sphère-monde . Dans ce monde, la température varie de telle sorte que tous les objets se dilatent et se contractent dans des proportions similaires à différents endroits de la sphère. Avec une baisse de température appropriée, si les scientifiques essaient d'utiliser des tiges de mesure pour déterminer la somme des angles d'un triangle, ils peuvent être trompés en pensant qu'ils habitent un plan plutôt qu'une surface sphérique. En fait, les scientifiques ne peuvent en principe déterminer s'ils habitent un plan ou une sphère et, selon Poincaré, il en va de même pour le débat sur la question de savoir si l'espace réel est euclidien ou non. Pour lui, quelle géométrie était utilisée pour décrire l'espace était une question de convention . Puisque la géométrie euclidienne est plus simple que la géométrie non-euclidienne, il a supposé que la première serait toujours utilisée pour décrire la « vraie » géométrie du monde.
Einstein
En 1905, Albert Einstein a publié sa théorie de la relativité restreinte , qui a conduit à l'idée que l'espace et le temps peuvent être considérés comme une seule construction connue sous le nom d' espace-temps . Dans cette théorie, la vitesse de la lumière dans le vide est la même pour tous les observateurs, ce qui a pour résultat que deux événements qui semblent simultanés pour un observateur particulier ne seront pas simultanés pour un autre observateur si les observateurs se déplacent l'un par rapport à l'autre. De plus, un observateur mesurera une horloge mobile à tic tac plus lentement qu'une horloge immobile par rapport à eux; et les objets sont mesurés pour être raccourcis dans la direction dans laquelle ils se déplacent par rapport à l'observateur.
Par la suite, Einstein a travaillé sur une théorie générale de la relativité , qui est une théorie de la façon dont la gravité interagit avec l'espace-temps. Au lieu de considérer la gravité comme un champ de force agissant dans l'espace-temps, Einstein a suggéré qu'elle modifie la structure géométrique de l'espace-temps lui-même. Selon la théorie générale, le temps passe plus lentement aux endroits où les potentiels gravitationnels sont plus faibles et les rayons lumineux se courbent en présence d'un champ gravitationnel. Les scientifiques ont étudié le comportement des pulsars binaires , confirmant les prédictions des théories d'Einstein, et la géométrie non euclidienne est généralement utilisée pour décrire l'espace-temps.
Mathématiques
Dans les mathématiques modernes, les espaces sont définis comme des ensembles avec une structure ajoutée. Ils sont fréquemment décrits comme différents types de variétés , qui sont des espaces qui se rapprochent localement de l'espace euclidien, et où les propriétés sont définies en grande partie sur la connexité locale des points qui se trouvent sur la variété. Il existe cependant de nombreux objets mathématiques divers qui sont appelés espaces. Par exemple, les espaces vectoriels tels que les espaces fonctionnels peuvent avoir un nombre infini de dimensions indépendantes et une notion de distance très différente de l'espace euclidien, et les espaces topologiques remplacent le concept de distance par une idée plus abstraite de proximité.
La physique
| Fait partie d'une série sur |
| Mécanique classique |
|---|
L'espace est l'une des rares quantités fondamentales en physique , ce qui signifie qu'il ne peut pas être défini via d'autres quantités car rien de plus fondamental n'est connu à l'heure actuelle. D'autre part, elle peut être reliée à d'autres grandeurs fondamentales. Ainsi, à l'instar d'autres quantités fondamentales (comme le temps et la masse ), l'espace peut être exploré par la mesure et l'expérimentation.
Aujourd'hui, notre espace tridimensionnel est considéré comme intégré dans un espace - temps à quatre dimensions , appelé espace de Minkowski (voir relativité restreinte ). L'idée derrière l'espace-temps est que le temps est hyperbolique-orthogonal à chacune des trois dimensions spatiales.
Relativité
Avant les travaux d' Albert Einstein sur la physique relativiste, le temps et l'espace étaient considérés comme des dimensions indépendantes. Les découvertes d'Einstein ont montré qu'en raison de la relativité du mouvement, notre espace et notre temps peuvent être mathématiquement combinés en un seul objet, l' espace-temps . Il s'avère que les distances dans l' espace ou dans le temps séparément ne sont pas invariantes par rapport aux transformations de coordonnées de Lorentz, mais les distances dans l'espace-temps de Minkowski le long des intervalles d'espace-temps le sont, ce qui justifie le nom.
De plus, les dimensions du temps et de l'espace ne doivent pas être considérées comme exactement équivalentes dans l'espace-temps de Minkowski. On peut se déplacer librement dans l'espace mais pas dans le temps. Ainsi, les coordonnées temporelles et spatiales sont traitées différemment à la fois en relativité restreinte (où le temps est parfois considéré comme une coordonnée imaginaire ) et en relativité générale (où différents signes sont attribués aux composantes temporelles et spatiales de la métrique spatio - temporelle ).
De plus, dans la théorie de la relativité générale d'Einstein , il est postulé que l'espace-temps est géométriquement déformé – courbé – à proximité de masses gravitationnellement significatives.
Une conséquence de ce postulat, qui découle des équations de la relativité générale, est la prédiction des ondulations mobiles de l'espace-temps, appelées ondes gravitationnelles . Bien que des preuves indirectes de ces ondes aient été trouvées (dans les mouvements du système binaire Hulse-Taylor , par exemple), des expériences tentant de mesurer directement ces ondes sont en cours dans les collaborations LIGO et Virgo . Les scientifiques de LIGO ont signalé la première observation directe de ce type d'ondes gravitationnelles le 14 septembre 2015.
Cosmologie
La théorie de la relativité conduit à la question cosmologique de la forme de l'univers et de l'origine de l'espace. Il semble que l'espace ait été créé dans le Big Bang , il y a 13,8 milliards d'années et n'a cessé de s'étendre depuis. La forme globale de l'espace n'est pas connue, mais l'espace est connu pour s'étendre très rapidement en raison de l' inflation cosmique .
Mesure spatiale
La mesure de l'espace physique a longtemps été importante. Bien que les sociétés antérieures aient développé des systèmes de mesure, le Système international d'unités (SI) est maintenant le système d'unités le plus courant utilisé dans la mesure de l'espace et est presque universellement utilisé.
Actuellement, l'intervalle d'espace standard, appelé mètre standard ou simplement mètre, est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant un intervalle de temps d'exactement 1/299 792 458 de seconde. Cette définition couplée à la définition actuelle de la seconde est basée sur la théorie de la relativité restreinte dans laquelle la vitesse de la lumière joue le rôle d'une constante fondamentale de la nature.
Espace géographique
La géographie est la branche de la science qui s'occupe d'identifier et de décrire des endroits sur Terre , en utilisant la conscience spatiale pour essayer de comprendre pourquoi les choses existent dans des endroits spécifiques. La cartographie est la cartographie des espaces pour permettre une meilleure navigation, à des fins de visualisation et pour agir comme un dispositif de localisation. La géostatistique applique des concepts statistiques aux données spatiales collectées de la Terre pour créer une estimation des phénomènes non observés.
L'espace géographique est souvent considéré comme une terre, et peut avoir une relation avec l' usage de la propriété (dans lequel l'espace est considéré comme une propriété ou un territoire). Alors que certaines cultures revendiquent les droits de l'individu en termes de propriété, d'autres cultures s'identifieront à une approche communautaire de la propriété foncière, tandis que d'autres cultures encore telles que les aborigènes australiens , plutôt que d'affirmer les droits de propriété sur la terre, inversent la relation et considèrent qu'elles appartiennent en fait à la terre. L'aménagement du territoire est une méthode de régulation de l'utilisation de l'espace au niveau du territoire, avec des décisions prises aux niveaux régional, national et international. L'espace peut également avoir un impact sur le comportement humain et culturel, étant un facteur important dans l'architecture, où il aura un impact sur la conception des bâtiments et des structures, et sur l'agriculture.
La propriété de l'espace ne se limite pas à la terre. La propriété de l' espace aérien et des eaux est décidée au niveau international. D'autres formes de propriété ont été récemment revendiquées sur d'autres espaces, par exemple sur les bandes radio du spectre électromagnétique ou sur le cyberespace .
L'espace public est un terme utilisé pour définir des superficies foncières appartenant collectivement à la communauté et gérées en leur nom par des organes délégués ; ces espaces sont ouverts à tous, tandis que la propriété privée est la terre culturellement possédée par un individu ou une entreprise, pour son propre usage et plaisir.
L'espace abstrait est un terme utilisé en géographie pour désigner un espace hypothétique caractérisé par une homogénéité complète. Lors de la modélisation d'une activité ou d'un comportement, il s'agit d'un outil conceptuel utilisé pour limiter les variables étrangères telles que le terrain.
En psychologie
Les psychologues ont commencé à étudier la façon dont l'espace est perçu au milieu du XIXe siècle. Ceux qui s'intéressent maintenant à de telles études la considèrent comme une branche distincte de la psychologie . Les psychologues analysant la perception de l'espace s'intéressent à la manière dont la reconnaissance de l'apparence physique d'un objet ou de ses interactions sont perçues, voir, par exemple, l'espace visuel .
D'autres sujets plus spécialisés étudiés incluent la perception amodale et la permanence de l'objet . La perception de l'environnement est importante en raison de sa pertinence nécessaire à la survie, en particulier en ce qui concerne la chasse et la préservation de soi , ainsi que la simple idée de l'espace personnel .
Plusieurs phobies liées à l'espace ont été identifiées, dont l' agoraphobie (la peur des espaces ouverts), l' astrophobie (la peur de l'espace céleste) et la claustrophobie (la peur des espaces clos).
On pense que la compréhension de l'espace tridimensionnel chez l'homme est apprise pendant la petite enfance en utilisant l' inférence inconsciente et est étroitement liée à la coordination œil-main . La capacité visuelle de percevoir le monde en trois dimensions est appelée perception de la profondeur .
En sciences sociales
L'espace a été étudié dans les sciences sociales du point de vue du marxisme , du féminisme , du postmodernisme , du postcolonialisme , de la théorie urbaine et de la géographie critique . Ces théories expliquent l'effet de l'histoire du colonialisme, de l'esclavage transatlantique et de la mondialisation sur notre compréhension et notre expérience de l'espace et du lieu. Le sujet a attiré l' attention depuis les années 1980, après la publication de Henri Lefebvre est la production de l' espace. Dans ce livre, Lefebvre applique les idées marxistes sur la production de marchandises et l'accumulation de capital pour discuter de l'espace en tant que produit social. Il se concentre sur les processus sociaux multiples et imbriqués qui produisent l'espace.
Dans son livre The Condition of Postmodernity, David Harvey décrit ce qu'il appelle la « compression de l'espace-temps ». C'est l'effet des avancées technologiques et du capitalisme sur notre perception du temps, de l'espace et de la distance. Les changements dans les modes de production et de consommation du capital affectent et sont affectés par les développements dans les transports et la technologie. Ces avancées créent des relations à travers le temps et l'espace, de nouveaux marchés et groupes d'élites riches dans les centres urbains, qui annihilent les distances et affectent notre perception de la linéarité et de la distance.
Dans son livre Thirdspace, Edward Soja décrit l'espace et la spatialité comme un aspect intégral et négligé de ce qu'il appelle la « trialectique de l'être », les trois modes qui déterminent comment nous habitons, vivons et comprenons le monde. Il soutient que les théories critiques des sciences humaines et sociales étudient les dimensions historiques et sociales de notre expérience vécue, négligeant la dimension spatiale. Il s'appuie sur le travail d'Henri Lefebvre pour aborder la manière dualiste dont l'homme comprend l'espace, qu'il soit matériel/physique ou représenté/imaginé. "L'espace vécu" de Lefebvre et le "thridspace" de Soja sont des termes qui rendent compte des manières complexes dont les humains comprennent et naviguent dans le lieu, que "premier espace" et "Secondspace" (termes de Soja pour les espaces matériels et imaginaires respectivement) n'englobent pas complètement.
Le concept du troisième espace du théoricien postcolonial Homi Bhabha est différent du troisième espace de Soja, même si les deux termes offrent un moyen de penser en dehors des termes d'une logique binaire . Le troisième espace de Bhabha est l'espace dans lequel existent des formes et des identités culturelles hybrides. Dans ses théories, le terme hybride décrit de nouvelles formes culturelles qui émergent de l'interaction entre colonisateur et colonisé.